生物化学第十一章

第十一章

核酸的降解和核苷酸代谢基本内容框架:一、核酸的降解二、核苷酸的分解三、核苷酸的生物合成四、核苷酸的抗代谢物学习目标:1、了解核苷酸的重要生理功能。2、了解核酸的消化与吸收。3、熟悉核苷酸的分解代谢。4、掌握嘌呤、嘧啶核苷酸从头合成途径的原料、基本途径，了解补救合成途径。5、了解核苷酸的抗代谢物：嘌呤、嘧啶类似物，叶酸类似物，氨基酸类似物。第一节核酸的降解

核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖碱基核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶何处去？进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸排出，很少利用复习：什么是核苷酸？核苷酸(nucleotide)是构成核酸(nucleicacid)的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用。

食物中的核酸通常以核蛋白的形式存在。核蛋白在胃中受胃酸作用，分解为核酸和蛋白质。

核苷酸的重要生理功能：①

作为合成核酸的原料：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成RNA，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP合成DNA。②

作为能量的贮存和供应形式：除ATP之外，还有GTP，UTP，CTP等。

③

参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸cAMP和cGMP作为激素的第二信使。

④

参与构成酶的辅酶或辅基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。

⑤

作为代谢中间物的载体：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（SAM）等。

（一）核酸的酸碱水解

核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。

DNA和RNA对酸或碱的耐受程度有很大差别。

一、核酸酶

1、核酸酶的分类（1）根据对底物的专一性分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶（2）根据切割位点分为核酸内切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点外切核酸酶对核酸的水解位点5´

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3´BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5´端外切蛇毒磷酸二酯酶（3´端外切二、限制性内切酶

细菌细胞内存在的一类能识别一定特异序列并水解外源DNA的一类酶称为限制性内切酶（ristriction

endonuclease）。限制性核酸内切酶：分为3种类型（1）Ⅰ类：由3种不同亚基构成，兼具修饰酶活性和依赖于ATP的限制性内切酶活性，需要Mg2+、S-腺苷甲硫氨酸及ATP的参与。复杂的多功能酶，在基因工程上的应用价值不大。（2）Ⅱ类：相对分子量较小，能识别双链DNA上特异的核苷酸序列，底物作用的专一性强，且识别序列与切断序列相一致，在分子生物学中应用最广。

（3）Ⅲ类：只由一条肽链构成，仅需Mg2+，切割DNA特异性最强。DNARNA外切酶内切酶特定部位的—限制性内切酶限制性核酸内切酶的类型首先由M.Meselson和R.Yuan在1968年从大肠杆菌

B株和

K株分离的。（1）识别位点序列1.I型限制性内切酶

如

EcoB和

EcoK。未甲基化修饰的特异序列。需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用机理在距离特异性识别位点约1000—1500bp处随机切开一条单链。Recognizesitecut1-1.5kb（2）切割位点首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在1970年从流感嗜血菌中分离出来。

（1）识别位点序列未甲基化修饰的双链DNA上的特殊靶序列（多数是回文序列）。与DNA的来源无关。2.II类限制性内切酶

分离的第一个酶是HindⅡEcoRI5’-G

AATTC-3’3’-CTTAA

G-5’

PstI5’-CTGCA

G-3’3’-G

ACGTC-5’

产生粘性末端EcoRV5’-GAT

ATC-3’

3’-CTA

TAG-5’

产生平齐末端（2）切割位点切开双链DNA。形成粘性末端（stickyend）或平齐末端（bluntend）。如：识别位点处。（3）粘性末端（stickyends，cohensiveends）含有几个核苷酸单链的末端。分两种类型：①

5’端凸出（如EcoRI切点）G

AATTC

CTTAA

G

GAATTC

CTTAA

G5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

CTGCA

G

②

3’端凸出（如PstI切点）G

ACGTC

5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

CTGCAG

GACGTC

3.III类限制性内切酶

在完全肯定的位点切割DNA，但反应需要ATP、

Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。用途不大。EcoP1:AGACCEcoP15:CAGCAG限制性核酸内切酶的类型主要特性I型II型III型限制修饰多功能单功能双功能蛋白结构异源三聚体同源二聚体异源二聚体辅助因子ATPMg2+SAMATPMg2+SAMMg2+识别序列TGAN8TGCT旋转对称序列GAGCCAACN6GTGCCAGCAG切割位点距识别序列1kb处识别序列内或附近距识别序列下游随机性切割特异性切割24-26bp处第二节核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷碱基+（脱氧）戊糖-1-P磷酸嘌呤的分解嘧啶的分解嘌呤的分解代谢重点小结：嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶的催化下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在核苷酶的催化下分解生成嘌呤碱，最后经氧化生成尿酸(uricacid)，经尿液排出体外。

尿酸是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的终产物。但在人类、灵长类以外的哺乳动物，尿酸则可继续分解产生尿囊素。

痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血中尿酸水平升高，以尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾脏，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。

思考题：对于血中尿酸过高所引起的痛风症，应该如何治疗呢？主要采取两种方法治疗：1）服用排尿酸的药物，如水杨酸、辛可芬等，它们可使肾小管对尿酸的重吸收减少，从而促进尿酸的排出。2）使用别嘌呤醇治疗痛风症，其作用原理是别嘌呤醇的化学结构与次黄嘌呤类似，是黄嘌呤氧化酶的竞争性抑制剂，可竞争性抑制黄嘌呤氧化酶的活性，从而减少尿酸的生成。嘧啶的分解代谢重点小结：

嘧啶核苷酸可首先在核苷酸酶和核苷磷酸化酶的催化下，除去磷酸和核糖，产生的嘧啶碱可在体内进一步分解代谢。不同的嘧啶碱其分解代谢的产物不同，其降解过程主要在肝脏进行。

第三节核苷酸的合成代谢一、核糖核苷酸的生物合成二、脱氧核糖核苷酸的生物合成三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷三磷酸四、各种核苷酸的相互转变一、核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)

从头合成途径(2)

补救途径2、嘧啶核苷酸的生物合成(1)

从头合成途径(2)

补救合成途径(自学)（一）嘌呤核苷酸的生物合成(从头合成途径)

1.概念：通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径(denovosynthesis)。这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。

3.2“从头合成”中碱基各原子来源通过放射性同位素法推断嘌呤碱天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸磷酸核糖C1上逐个安插成嘌呤碱成分，形成A(G)MP。CO21、嘌呤环上各原子的来源来自谷氨酰胺的酰胺氮来自“甲酸盐”来自天冬氨酸来自甘氨酸来自CO2来自“甲酸盐”2．嘌呤核苷酸的合成步骤：

可分为三个阶段：⑴

次黄嘌呤核苷酸的合成：

首先在磷酸核糖焦磷酸合酶的催化下，消耗ATP，由5'-磷酸核糖合成PRPP(1'-焦磷酸-5'-磷酸核糖)。然后再经过大约10步反应，合成第一个嘌呤核苷酸——次黄苷酸（IMP）。

合成的原料：5'-磷酸核糖5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸IMP的生物

合成5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFA⑵

腺苷酸及鸟苷酸的合成：IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生AMP；IMP也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸（XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。

⑶

三磷酸嘌呤核苷的合成：

3.嘌呤核苷酸的补救合成途径：又称再利用合成途径(salvagepathway)。指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。这一途径可在大多数组织细胞中进行。其反应为：

嘌呤核苷酸合成补救途径

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP核苷磷酸激酶（二）嘧啶核苷酸的生物合成从头合成途径：指利用一些简单的前体物逐步合成嘧啶核苷酸的过程。该过程主要在肝脏的胞液中进行。嘧啶碱天冬氨酸谷氨酰胺CO2嘧啶环合成后+磷酸核糖C(U)MP谷氨酰胺+2ATP+HCO3氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶尿嘧啶核苷酸合成途径2.胞苷酸的合成：3.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成：嘧啶核苷酸的补救合成途径：补救合成途径：

由分解代谢产生的嘧啶/嘧啶核苷转变为嘧啶核苷酸的过程称为补救合成途径(salvagepathway)。以嘧啶核苷的补救合成途径较重要。

嘧啶核苷酸补救合成途径尿嘧啶+PRPP尿嘧啶+1-P-核糖UMP+PPi尿嘧啶核苷+Pi嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1.

合成原料基本相同嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸2.

合成部位对高等动物来说,主要在肝脏3.

都有2种合成途径(从头和补救途径)

4.

都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在此基础上进一步合成核苷酸不同点1.

在5'-P-R基础上合成嘌呤环2.

最先合成的核苷酸是IMP

3.

在IMP基础上完成AMP和GMP的合成1.

先合成嘧啶环再与5'-P-R结合2.

先合成UMP3.

以UMP为基础,完成CTP,TMP的合成

核苷酸合成的调控嘌呤核苷酸合成的调控1、有几个调控点？几个关键的酶？2、各生成物之间如何交叉调控？嘧啶核苷酸合成的调控1、主要调节酶是哪一个?受到什么产物的激活与抑制？为什么说“核酸营养品”是商业骗局？

第一，外源核酸不可能直接被人体细胞利用，也幸好不能被利用。人体细胞中的核酸都是自己合成的。

第二，食物中的核酸都将被分解成核苷酸、核苷、磷酸核糖、碱基，然后或者用于合成核苷酸（联起来就成了核酸），或者参与其他代谢途径，或者降解排出体外。

第三，一般人不存在食用核酸太少的问题。即使食用的核酸太少，也不会影响人体细胞中核酸的合成，因为核苷酸有别的合成途径。

第四，服用的核酸太多，反而有可能导致血液、尿中尿酸太多，而对身体造成伤害。

第四节核苷酸的抗代谢物一、什么是核苷酸的抗代谢物（抗肿瘤药物）？一些物质其化学结构与核苷酸合成代谢的中间产物相似，可通过竞争性抑制等方式干扰或阻断核苷酸的正常合成代谢，从而抑制核酸、蛋白质合成及细胞增殖，把这一类物质称为核苷酸的抗代谢物，临床上常用它们作为抗肿瘤药物。

核苷酸的抗代谢物主要有嘌呤类似物和嘧啶类似物、叶酸类似物和某些氨基酸类似物。二、嘌呤类似物和嘧啶类似物1、嘌呤类似物主要有6-巯基嘌呤（6-MP）、2，6-二氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤等。

2、嘧啶类似物主要有5-氟尿嘧啶（5-FU）和6-氮尿嘧啶（6-AU）等。6-巯基嘌呤（6-MP）的作用机理是什么？6-MP其结构与次黄嘌呤类似（C6上巯基取代了羟基），它可进入体内竞争性地抑制次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，抑制了IMP和GMP的补救合成。6-MP还可经磷酸核糖化而转变为6-巯基嘌呤核苷酸，从而抑制IMP转变成AMP和GMP。

6-巯基嘌呤核苷酸还可反馈抑制嘌呤核苷酸从头合成的调节酶（磷