II 第十章 核酸的降解與核苷酸代謝

1、 核蛋白核蛋白核苷酸（核苷酸（nucleotide）核苷中戊糖的羥基被磷酸酯化，即為核苷酸。核苷酸的主要生理功能： 合成合成DNA、RNA的原料的原料，這是體內(nèi)核苷酸最重要的功能。 生物體的直接供能物質(zhì)直接供能物質(zhì)：ATP、GTP、UTP、CTP等。主要為ATP。 某些核苷酸的衍生物是多種生物合成過(guò)程的活性中間物質(zhì)活性中間物質(zhì): UDP葡萄糖是糖原合成的活性中間物質(zhì)CDP甘油二酯是甘油磷酸酯合成的中間活性物質(zhì)等。 環(huán)核苷酸cAMP與cGMP作為信息分子信息分子，參加物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝和生理過(guò)程的調(diào)節(jié)生理過(guò)程的調(diào)節(jié)。 AMP是某些輔酶是某些輔酶(NAD+、NADP+、FAD、輔酶A)的組成成分的組

2、成成分。概概 述述 核蛋白（核蛋白（Nuclear Protein），），是指在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成, 然后運(yùn)輸?shù)胶藘?nèi)起作用的一類(lèi)蛋白質(zhì)。如各種組蛋白、DNA合成酶類(lèi)、RNA轉(zhuǎn)錄和加工的酶類(lèi)、各種起調(diào)控作用的蛋白因子等。核蛋白一般都含有特殊的氨基酸信號(hào)序列, 起蛋白質(zhì)定向、定位作用。第一節(jié)第一節(jié) 核酸的降解與核酸酶類(lèi)核酸的降解與核酸酶類(lèi)一、核酸的降解一、核酸的降解食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶堿基戊糖核苷酶1、核酸酶的定義及分類(lèi)核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯鍵的酶u 依據(jù)底物不同分類(lèi)vDNA酶(deoxyribonuclease, DNase)： 專(zhuān)一降

3、解DNAvRNA酶 (ribonuclease, RNase)： 專(zhuān)一降解RNA二、核酸酶（二、核酸酶（Nuclease） 2.2.依據(jù)切割部位不同依據(jù)切割部位不同 核酸內(nèi)切酶：核酸內(nèi)切酶：分為限制性核酸內(nèi)切酶和非特異性限制性核酸內(nèi)切酶。 核酸外切酶：核酸外切酶：53或35核酸外切酶。作用于核酸鏈的一端，逐個(gè)水解下核苷酸，它們是非特異性的水解磷酸二脂鍵的酶。外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5 p p p pOHB p p p p3 BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（ 5 5 端外切端外切5 5得得3 3）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（ 3 3 端外切端外切3 3得

4、得5 5）內(nèi)切核酸酶對(duì)內(nèi)切核酸酶對(duì)RNA的水解位點(diǎn)示意圖的水解位點(diǎn)示意圖5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3 RNAase IRNAase IRNAase T1RNAase T1Pu ：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶 核酸內(nèi)切酶：核酸內(nèi)切酶：分為非特異性限制性核酸內(nèi)切酶和限制性核酸內(nèi)切酶。1. 非特異性?xún)?nèi)切酶非特異性?xún)?nèi)切酶1）核酸酶：核酸酶：小球菌核酸酶存在于葡萄球菌的培養(yǎng)物中，它把DNA降解為核苷核苷3-磷酸磷酸和具有3-磷酸末端磷酸末端的寡核苷酸的混合物。2）核糖核酸酶）核糖核酸酶：從鏈孢霉菌分生孢子中分離提純的鏈孢霉菌核糖核酸酶可作用于DNA或者R

5、NA而產(chǎn)生具有5 磷酸末磷酸末端端的寡核苷酸。3）脫氧核糖核酸酶）脫氧核糖核酸酶： DNase、DNase等僅分解DNA的酶，產(chǎn)物是5 磷酸單脂磷酸單脂。*限制性?xún)?nèi)切酶限制性?xún)?nèi)切酶(Restriction endonuclease)：在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類(lèi)能識(shí)別并水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切核酸酶，可用于特異切割DNA，其特點(diǎn)是具有極高的專(zhuān)一性，能識(shí)別DNA雙鏈上的特定位點(diǎn)。常作為工具酶。2. 限制性?xún)?nèi)切酶限制性?xún)?nèi)切酶30多年前，當(dāng)人們?cè)趯?duì)噬菌體（細(xì)菌病毒）的宿主特異性的限制噬菌體（細(xì)菌病毒）的宿主特異性的限制-修飾修飾現(xiàn)象?，F(xiàn)象。2. 限制性?xún)?nèi)切酶限制性?xún)?nèi)切酶粘性末端：粘性末端：環(huán)狀或者線(xiàn)狀

6、的雙鏈DNA分子經(jīng)過(guò)限制酶作用后都形成線(xiàn)狀雙鏈DNA，每條單鏈的一端帶有識(shí)別順序中的幾個(gè)互補(bǔ)堿基，這樣的末端稱(chēng)為粘性末端。常用的常用的DNA限制性?xún)?nèi)切酶的專(zhuān)一性限制性?xún)?nèi)切酶的專(zhuān)一性酶酶辨認(rèn)的序列和切口辨認(rèn)的序列和切口說(shuō)明說(shuō)明 A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C T G C C C G G G G G G C C C Bam H IAlu IBgl IEco R IHin

7、d Sal ISma I四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口u參與DNA的合成與修復(fù)及RNA合成后的剪接等重要基因復(fù)制和基因表達(dá)過(guò)程 。u負(fù)責(zé)清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，同時(shí)也可以清除侵入細(xì)胞的外源性核酸 。u在消化液中降解食物中的核酸以利吸收。 u體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶。 生物體內(nèi)的核酸酶負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)外催化核酸的降解。*核酸酶的功能核酸酶的功能 單核苷酸庫(kù) 氨基酸

8、葡萄糖 磷酸 核苷酸的從頭合成 核酸的降解 核苷酸的降解 產(chǎn)物的再利用 核苷酸的降解 核酸的合成第二節(jié)第二節(jié) 核苷酸的分解代謝核苷酸的分解代謝核苷酸的代謝動(dòng)態(tài)核苷酸核苷酸食物核酸生物合成組織核酸NTP組織核酸某些輔酶 活性中間物質(zhì) cAMP與cGMP 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷酸 核苷核苷 堿基堿基+（脫氧）戊糖（脫氧）戊糖-1-P磷酸磷酸嘌呤核苷酸的分解代謝嘌呤核苷酸的分解代謝核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶堿基1-磷酸核糖l嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu)GMP（鳥(niǎo)甘酸）（鳥(niǎo)甘酸）AMP（腺苷酸）（腺苷酸）嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物AMPGMPH（次黃嘌呤）GX（黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶

9、黃嘌呤氧化酶嘌嘌呤呤的的分分解解尿囊酸尿囊酸酶尿素尿酶4NH3+C2O1.人類(lèi)和靈長(zhǎng)類(lèi)人類(lèi)和靈長(zhǎng)類(lèi)2.大多數(shù)魚(yú)類(lèi)大多數(shù)魚(yú)類(lèi)3.海洋無(wú)脊椎動(dòng)物海洋無(wú)脊椎動(dòng)物正常人：正常人：血尿酸血尿酸 119-357 mol/L （2-6 mg/dl） 男男 267.7 mol/L （4.5 mg/dl） 女女 208.2 mol/L （3.5 mg/dl）血尿酸血尿酸 8 mg/dl結(jié)晶結(jié)晶 沉積組織沉積組織痛風(fēng)（痛風(fēng)（gout）植物：當(dāng)植物進(jìn)入衰老期，體內(nèi)的核酸會(huì)發(fā)生降解，產(chǎn)生的嘌呤堿進(jìn)一步分解為尿囊酸，然后從葉子內(nèi)運(yùn)輸?shù)劫A藏器官，而不是排出體外，可見(jiàn)，植物有保存和同化氨的能力保存和同化氨的能力。微生物：一

10、般能將嘌呤類(lèi)物質(zhì)分解為氨、二氧化碳及有機(jī)酸，如甲酸、乙酸、乳酸等。（二）嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶堿嘧啶堿1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氫尿嘧啶二氫尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基異丁酸脲基異丁酸-氨基異丁酸氨基異丁酸H2O丙二酸單酰丙二酸單酰CoA乙酰乙酰CoATCA肝肝尿素尿素甲基丙二酸單酰甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATCA糖異生糖異生嘧嘧啶啶的的分分解解嘧嘧啶啶的的分分解解第三節(jié)第三節(jié) 核苷酸的合成代謝核苷酸的合成代謝l從頭合成途徑從頭合成途徑(d

11、e novo synthesis pathway) 利用氨基酸等作為原料合成利用氨基酸等作為原料合成, 經(jīng)過(guò)一系經(jīng)過(guò)一系列酶促反應(yīng)（復(fù)雜過(guò)程），合成核苷酸。列酶促反應(yīng)（復(fù)雜過(guò)程），合成核苷酸。l補(bǔ)救合成途徑補(bǔ)救合成途徑(salvage synthesis pathway) 利用體內(nèi)游離的堿基或核苷合成利用體內(nèi)游離的堿基或核苷合成（現(xiàn)成（現(xiàn)成原料），經(jīng)過(guò)比較簡(jiǎn)單的反應(yīng)過(guò)程，合成原料），經(jīng)過(guò)比較簡(jiǎn)單的反應(yīng)過(guò)程，合成核苷酸。核苷酸。l嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu)GMP （鳥(niǎo)甘酸）（鳥(niǎo)甘酸）AMP （腺苷酸）（腺苷酸）一、嘌呤核苷酸的合成代謝嘌呤核苷酸的從頭合成途徑嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸磷酸核糖核糖

12、、氨基酸氨基酸、一碳單位一碳單位及二氧化碳二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。 肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無(wú)法進(jìn)行此合成途徑。1 1、嘌呤核苷酸的從頭合成、嘌呤核苷酸的從頭合成定義：合成部位嘌呤堿合成的元素來(lái)源CO2(Asp)天冬氨酸甲酰基（一碳單位）甘氨酸(Gly)甲?；ㄒ惶紗挝唬┕劝滨０?Gln)（酰胺基）【記憶】“竹竿”（Gly）立中央，“谷子”(Gln)下面長(zhǎng)，二氧化碳“天”(Asp)上飄，“假仙”（甲酰）在兩旁 合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基團(tuán)、CO2、磷酸核糖。 合成特點(diǎn)：磷酸核糖為起始物，逐

13、步加原料合成嘌呤環(huán)，形成重要中間產(chǎn)物 IMP（次黃嘌呤核苷酸），再由它轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMP。過(guò)程1. IMP（次黃嘌呤核苷酸）的合成2. AMP和GMP的生成R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P（5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸）焦磷酸）PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下天冬氨酸的逐步參與下IMP AMP GMPH2N-1-R-5 -P（5 -磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶酰胺轉(zhuǎn)移酶5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸 PRPPPRPP5

14、-5-磷酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀基琥珀基- -甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷酸（IMPIMP）甲酰甲酰THFATHFAIMP的的 生生物合成物合成IMP轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镚MP和和AMPv活性磷酸核糖形式：磷酸核糖焦磷酸 （PRPP）v

15、 兩個(gè)階段：首先合成IMP，再由IMP轉(zhuǎn)變成AMP與GMP。 IMP的合成需5個(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵。 AMP或GMP的合成又需1個(gè)ATP。v 嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。v 在合成嘌呤核苷酸的過(guò)程中逐步合成嘌呤環(huán)。v調(diào)節(jié)酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基轉(zhuǎn)移酶。 嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn)磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶催化的反應(yīng)是嘌呤核苷酸合成的托管磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶催化的反應(yīng)是嘌呤核苷酸合成的托管步驟（步驟（committed step，關(guān)鍵步驟），關(guān)鍵步驟），AMP與與GMP能夠能夠協(xié)同抑制此酶的活性協(xié)同抑制此酶的活性 。從頭合成的調(diào)節(jié)R-5-PAT

16、PPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶酰胺轉(zhuǎn)移酶PRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMP ADPATPXMPGMPGDP GTP+_IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+調(diào)節(jié)方式：反饋調(diào)節(jié)和交叉調(diào)節(jié) 利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過(guò)程，稱(chēng)為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。2 2、嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑、嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑定義1.腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)2.次黃嘌呤次黃嘌呤-

17、鳥(niǎo)嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶鳥(niǎo)嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)3.腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase)參與補(bǔ)救合成的酶腺嘌呤腺嘌呤 + + PRPPAMP + PPiAPRT次黃嘌呤次黃嘌呤 + + PRPPIMP + PPiHGPRT鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤 + + PRPPHGPRTGMP + PPi合成過(guò)程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP補(bǔ)救合成的生理意義補(bǔ)救合成的生理意義l補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。l體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。

18、 自毀容貌癥：完全缺少次黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（HGPRT）3 3、嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變、嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPIMPAMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPXMPGMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶腺苷酸脫氨酶鳥(niǎo)苷酸還原酶鳥(niǎo)苷酸還原酶NADPH+H+ NADP+NH3l 嘧啶核苷酸的結(jié)構(gòu)尿甘酸胞甘酸脫氧胸甘酸l從頭合成途徑l補(bǔ)救合成途徑（一）嘧啶核苷酸的合成代謝（一）嘧啶核苷酸的合成代謝1 1、嘧啶核苷酸的從頭合成、嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細(xì)胞胞液嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖磷酸核糖、氨基酸氨基酸、一碳單位一碳單位及二氧化碳二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)一系列酶促反應(yīng)，合

19、成嘧啶核苷酸的途徑。 定義合成部位嘧啶合成的元素來(lái)源氨基甲酰磷酸天冬氨酸213456 合成原料：合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。 合成特點(diǎn)：合成特點(diǎn)：用原料先合成嘧啶環(huán)，然后再與磷酸核糖連接生成嘧啶核苷酸合成過(guò)程合成過(guò)程（1） UMP(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 + 氨基甲酰磷酸碳酸氫根離子 CPS-ICPS-II肝細(xì)胞線(xiàn)粒體中肝細(xì)胞線(xiàn)粒體中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有細(xì)胞）胞液（所有細(xì)胞）谷氨酰胺谷氨酰胺無(wú)無(wú)分布分布氮源氮源變構(gòu)激活劑變構(gòu)激活劑功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成CPS-ICP

20、S-II肝細(xì)胞線(xiàn)粒體中肝細(xì)胞線(xiàn)粒體中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有細(xì)胞）胞液（所有細(xì)胞）谷氨酰胺谷氨酰胺無(wú)無(wú)分布分布氮源氮源變構(gòu)激活劑變構(gòu)激活劑功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶I、II 的區(qū)別的區(qū)別（2）UDP(胞嘧啶核苷酸)的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTP尿甘三磷酸 CTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi胞嘧啶三磷酸 （3） dTMP或TMP的生成TMP合酶N5, N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脫氧胸苷一磷酸dTMPUDP脫氧核苷酸還原酶dUDPCTPC

21、DPdCDPdCMP 兩個(gè)階段：首先合成UMP，再由UMP轉(zhuǎn)變成CTP與dTMP。 胞嘧啶核苷酸的生成發(fā)生在三磷酸水平，由UTP轉(zhuǎn)變?yōu)镃TP。 先合成嘧啶環(huán)，再合成嘧啶核苷酸。 調(diào)節(jié)酶：磷酸核糖焦磷酸激酶（PRPP合成酶）、氨甲酰磷酸合成酶（CPS，位于細(xì)胞液中）。* *嘧啶核苷酸的從頭合成的特點(diǎn)：嘧啶核苷酸的從頭合成的特點(diǎn)：- -ATP + CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-從頭合成的調(diào)節(jié)UMPUTPCTPCDPdCDPUDP

22、dUDPdUMPdTMP氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸阿糖胞苷阿糖胞苷氨甲碟呤氨甲碟呤氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶嘧啶 + + PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 + + PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + + ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP +ADP胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 + + ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP +ADP脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進(jìn)行在核苷二磷酸水平上進(jìn)行（N代表代表A、G、U、C等堿基）等堿基）dNDP + ATP 激酶dNTP + ADP二磷酸脫氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+核糖核苷酸還原酶，Mg2+還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化還原蛋白SS硫氧化還原蛋白還原酶（FAD）脫氧核苷酸的生成 四、核酸合成的抑制劑（抗代謝物：競(jìng)爭(zhēng)性抑制） 1、6巰基嘌呤巰基嘌呤（6MP）：