核酸的降解和核苷酸代谢

关于核酸的降解和核苷酸代谢◆食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。◆吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。◆人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。第一节核酸的酶促降解第2页,共44页，2024年2月25日，星期天核酸酶限制性内切酶

核酸酶

核苷酸酶

核苷磷酸化酶

核酸核苷酸核苷碱基+戊糖-1-P磷酸第3页,共44页，2024年2月25日，星期天核酸酶1、核酸酶的分类（1）根据对底物的专一性分为（2）根据切割位点分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶核酸内切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点第4页,共44页，2024年2月25日，星期天外切核酸酶对核酸的水解位点5´

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p3´BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5´端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3´端外切3得5）第5页,共44页，2024年2月25日，星期天内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´

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第6页,共44页，2024年2月25日，星期天限制性内切酶

原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（ristrictionendonuclease）。第7页,共44页，2024年2月25日，星期天第8页,共44页，2024年2月25日，星期天限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：EcoRI，这是从大肠杆菌（E.coli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶★限制酶的命名：E.coRI第一位：属名E（大写）第二、三位：种名的头两个字母小写co第四位：菌株R第五位：从该细菌中分离出来的这一类酶的编号第9页,共44页，2024年2月25日，星期天

限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、进行DNA序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。第10页,共44页，2024年2月25日，星期天第二节核苷酸的降解

核苷酸酶

核苷酶核苷酸核苷碱基+（脱氧）戊糖-1-P磷酸第11页,共44页，2024年2月25日，星期天一嘌呤的分解代谢首先在各自的脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。第12页,共44页，2024年2月25日，星期天

不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也不同。人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解成尿酸，其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。

第13页,共44页，2024年2月25日，星期天嘌呤的分解第14页,共44页，2024年2月25日，星期天●排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类●排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类●排尿囊酸动物：硬骨鱼类●排尿素动物：大多数鱼类、两栖类●某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。●植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。●微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。第15页,共44页，2024年2月25日，星期天二嘧啶的分解

胞苷脱氢酶

尿苷酶胞苷尿苷尿嘧啶

脱氧胸苷酶脱氧胸苷胸腺嘧啶NH3核糖脱氧核糖第16页,共44页，2024年2月25日，星期天嘧啶的分解第17页,共44页，2024年2月25日，星期天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第18页,共44页，2024年2月25日，星期天一、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)补救合成途径第19页,共44页，2024年2月25日，星期天1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从头合成途径由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。嘌呤环合成的前体：CO2、甲酸盐、Gln、Asp、Gly嘌呤环的元素来源及掺入顺序A.Gln提供-NH2：N9B.Gly：C4、C5、N7C.5.10-甲川FHFA：C8D.Gln提供-NH2：N3闭环ECO2：C6F.Asp提供-NH2：N1G10-甲酰THFA：C2

第20页,共44页，2024年2月25日，星期天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”第21页,共44页，2024年2月25日，星期天IMP合成概况：

R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑环，第一阶段:5-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核苷酸分子上形成另一个环状结构（嘧啶环），形成IMP。

第二阶段:第22页,共44页，2024年2月25日，星期天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THFA延胡索酸甲酰THFAFH4FH4CHO第23页,共44页，2024年2月25日，星期天总反应式：5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲酰THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP→IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPi第24页,共44页，2024年2月25日，星期天2、腺嘌呤核苷酸的合成（AMP）

IMP+Asp+GTPAMP+延胡索酸腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸+GDP+PI腺苷酸琥珀酸裂解酶第25页,共44页，2024年2月25日，星期天3、

鸟嘌呤核苷酸的合成

IMP+NAD++H2OIMP脱氢酶黄嘌呤核苷酸+NADH+H+黄嘌呤核苷酸+Gln（或NH4+）+ATP+H2OGMP合成酶GMP+Glu+AMP+PPi第26页,共44页，2024年2月25日，星期天IMP转变为GMP和AMP第27页,共44页，2024年2月25日，星期天（2）．补救途径（salvagepathway）

利用已有的碱基和核苷合成核苷酸①

磷酸核糖转移酶途径（重要途径）嘌呤碱和5-PRPP在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸

phosphoribosyltransferase

第28页,共44页，2024年2月25日，星期天(adeninephosohoribosyltransferase)(hypoxanthine-guaninephosohoribosyltransferase)嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，AMP合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。第29页,共44页，2024年2月25日，星期天②核苷激酶途径腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与ATP反应，生成腺嘌呤核苷酸。

碱基+核糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷+Pi腺苷+ATP腺苷激酶腺苷酸+ADP第30页,共44页，2024年2月25日，星期天节约能量和一些氨基酸的消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义第31页,共44页，2024年2月25日，星期天先合成嘧啶环，然后再和PRPP作用形成核苷酸。

相同处：都有从头合成途径和补救途径。

UMP

CMPTMP与嘌呤核苷酸合成的显著不同处：2嘧啶核苷酸的生物合成

第32页,共44页，2024年2月25日，星期天嘧啶环上各原子的来源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸合成前体：氨甲酰磷酸、Asp

第33页,共44页，2024年2月25日，星期天（1）尿苷酸（UMP）的合成：

①从头合成途径（Denovosynthesis）

第一阶段：合成氨甲酰磷酸

第二阶段:嘧啶核的形成第三阶段：形成尿苷酸,第34页,共44页，2024年2月25日，星期天尿嘧啶核苷酸合成途径第35页,共44页，2024年2月25日，星期天②补救途径（salvagepathway）

尿苷磷酸化酶UraR-1-PPiU（尿苷）尿苷激酶UMPATPADP

尿嘧啶磷酸核糖转移酶

UraPRPPPPi第36页,共44页，2024年2月25日，星期天嘧啶核苷酸补救合成途径尿嘧啶+PRPP尿嘧啶+1-P-核糖尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP第37页,共44页，2024年2月25日，星期天（2）胞苷酸（CMP）的合成UMPCMP

+NH3第38页,共44页，2024年2月25日，星期天补救途径

Cyt+PRPPCMP+PPi

胞苷激酶CMPCATPADP

(胞苷)第39页,共44页，2024年2月25日，星期天（3）脱氧核苷酸的合成①核苷二磷酸的还原

第40页,共44页，2024年2月25日，星期天核糖核苷酸的还原反应硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸