核酸降解与核苷酸代谢1

第十三章核酸的降解

与核苷酸代谢一、核酸的降解食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶第一节核酸的降解与核酸酶类1、核酸酶的定义及分类核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解DNARNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA二、核酸酶（Nuclease）依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。

限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割DNA，常作为工具酶。核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收体外重组DNA技术中的重要工具酶生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解

2、核酸酶的功能一、核苷酸代谢的动态单核苷酸库氨基酸葡萄糖磷酸核苷酸的从头合成核酸的降解核苷酸的降解产物的再利用核苷酸的降解核酸的合成第二节核苷酸的代谢嘌呤核苷酸的结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶不同生物分解嘌呤碱的最终产物不同。人类和其他灵长类动物的嘌呤代谢一般止于尿酸，灵长类以外的哺乳动物可生成尿囊素，大多数鱼类则生成尿素，一些海洋无脊椎动物可生成氨；微生物能将嘌呤分解成氨、CO­2及一些有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸等；植物的嘌呤代谢与动物相似。植物组织中存在着与嘌呤代谢有关的酶及其代谢产物，如尿囊素和尿囊酸等。嘌呤的分解主要是在衰老的叶子及贮藏性的胚乳组织内。在胚和幼苗中不发生嘌呤的分解。当叶子进入衰老期，核酸就发生分解，生成的嘌呤碱也进一步分解成尿囊酸，从叶子中运出并贮藏起来，供翌年生长之用。植物与动物不同，植物有保存并再度利用同化氮的能力。嘧啶H3CN3N24561CTU尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶(2)嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATAC糖异生三、嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径(denovosynthesispathway)

利用氨基酸等作为原料合成补救合成途径(salvagesynthesispathway)

利用体内游离的碱基或核苷合成嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。1、嘌呤核苷酸的从头合成定义合成部位嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）

合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。

合成特点：磷酸核糖为起始物，逐步加原料合成嘌呤环，形成重要中间产物IMP（次黄嘌呤核苷酸），再由它转变为AMP和GMP。过程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶（1）

IMP的合成过程①磷酸核糖酰胺转移酶②GAR合成酶③转甲酰基酶④FGAM合成酶⑤AIR合成酶IMP生成总反应过程①嘌呤核苷酸的合成并不是先形成游离的嘌呤，然后生成核苷酸，而是直接形成次黄嘌呤核苷酸(inosinicacid，IMP，也叫肌苷酸)，以后才转变为其他嘌呤核苷酸。②IMP的合成是从5-磷酸核糖开始的。由5-磷酸核糖与ATP反应，生成5-磷酸核糖-1-焦磷酸(5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate，PRPP)(图10-5中反应①)。③嘌呤的各个原子是在PRPP的C1位置上逐渐加上去的。先由谷氨酰胺提供N元素，生成5-磷酸核糖胺(图10-5中反应②)。注意在此反应中，核糖的C1发生构型变化，由PRPP的-构型变为5-磷酸核糖胺的-构型。④以后，由甘氨酸和甲酰四氢叶酸先后提供C和N原子，并闭合成咪唑环(图10-5中反应③④)。⑤再后，由CO2、天冬氨酸、甲酰四氢叶酸先后提供其他原子，最后形成次黄嘌呤核苷酸(图10-5中反应⑤⑥⑦)。上述一系列反应的总反应式如下：2NH3+2甲酸+CO2+甘氨酸+天冬氨酸+5-磷酸核糖IMP+延胡索酸+9H2O①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脱氢酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶（2）AMP和GMP的生成AMPADPATPADPATP腺苷激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP鸟苷激酶ADPATP激酶（3）ATP和GTP的生成•嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。•IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。

AMP或GMP的合成又需1个ATP嘌呤核苷酸从头合成特点

利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。2、嘌呤核苷酸的补救合成途径定义1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyl

transferase,APRT)2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyl

transferase,HGPRT)3.腺苷激酶(adenosinekinase)参与补救合成的酶腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。3、嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH34、脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、U、C等碱基）dNDP+ATP

激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成嘧啶核苷酸的结构三、嘧啶核苷酸的代谢从头合成途径补救合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢1、嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。定义合成部位嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。

合成特点：用原料先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸合成过程（1）

尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸（2）胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi（3）

dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP2、嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP3、嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)某些改变了核糖结构的核苷类似物能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。主要的抗代谢药物是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。UMPUTPCTPCDPdCDPUDP