第十一章核苷酸代謝

1、第十一章第十一章 核苷酸代謝核苷酸代謝 第一節(jié)第一節(jié) 核酸的酶促降解核酸的酶促降解生物體內(nèi)普遍存在著水解核酸的酶系，核酸的酶促生物體內(nèi)普遍存在著水解核酸的酶系，核酸的酶促降解如下：降解如下：核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 堿基堿基+ +戊糖戊糖-1-P-1-P核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核糖核酸酶核糖核酸酶(RNase(RNase) )核酸外切酶核酸外切酶外切核酸酶對核酸的水解位點外切核酸酶對核酸的水解位點 p p p p p pBBBBBBOH5 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

2、端外切3 3得得5 5）內(nèi)切核酸酶對內(nèi)切核酸酶對RNARNA的水解位點示意圖的水解位點示意圖5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3 RNAase IRNAase T1Pu ：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶原核生物中存在著一類能識別外源原核生物中存在著一類能識別外源DNADNA雙螺旋中雙螺旋中4-84-8個堿個堿基對所組成的特異的具有基對所組成的特異的具有二重旋轉對稱性二重旋轉對稱性的的回文序列回文序列，并在此序列的某位點水解并在此序列的某位點水解DNADNA雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶?；蚱侥┒?，這類酶稱為限

3、制性內(nèi)切酶。常用的常用的DNADNA限制性內(nèi)切酶的專一性限制性內(nèi)切酶的專一性辨認的序列和切口辨認的序列和切口說明說明 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 六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口 C C C G G G G G G C C C 四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口四核苷酸，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，

4、粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口種名種名 第二節(jié)第二節(jié) 嘌呤和嘧啶的分解代謝嘌呤和嘧啶的分解代謝一、嘌呤的分解代謝一、嘌呤的分解代謝不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，因此嘌呤分不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，因此嘌呤分解代謝的產(chǎn)物亦各異。動物的肝臟，腎臟和小腸中黃解代謝的產(chǎn)物亦各異。動物的肝臟，腎臟和小腸中黃嘌呤氧化酶活力很高，因此嘌呤的分解代謝主要在肝嘌呤氧化酶活力很高，因此嘌呤的分解代謝主要在肝臟，小腸粘膜，腎臟中進行。臟，小腸粘膜，腎臟中進行。核苷酸核苷酸 核苷核苷 堿基堿基+ +（脫氧）戊糖（脫氧）戊糖-1-P-1-P核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶磷酸磷酸一、

5、一、嘌呤的降解嘌呤的降解嘌呤的分解在核苷酸，核苷和堿基水平上均可發(fā)生。嘌呤的分解在核苷酸，核苷和堿基水平上均可發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)腺嘌呤的分解主要是在研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)腺嘌呤的分解主要是在腺苷脫氨酶腺苷脫氨酶和和腺苷酸脫氨酶腺苷酸脫氨酶作用下進行的。作用下進行的。鳥嘌呤的分解則是在鳥嘌呤的分解則是在鳥嘌呤脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶作用下進行的。作用下進行的。嘌呤的分解首先是脫氨基。嘌呤的分解首先是脫氨基。NNNHNOOONH2NNHNOOOH2NCNHCNH2NHCOOCOOHH2NCCHOOCOOHNH2NH3 + 2CO21/2O2 + H2OCO2H2OH2O尿酸是人類嘌呤類化合物分解代謝的最終產(chǎn)物

6、。在正尿酸是人類嘌呤類化合物分解代謝的最終產(chǎn)物。在正常身體條件下，血液中尿酸含量為常身體條件下，血液中尿酸含量為202060mg/L60mg/L，超過，超過80mg/L80mg/L后，因為尿酸的溶解度很低，其后，因為尿酸的溶解度很低，其NaNa鹽和鹽和K K鹽易形鹽易形成結晶沉積于軟組織，軟骨及關節(jié)處，形成尿酸結石及成結晶沉積于軟組織，軟骨及關節(jié)處，形成尿酸結石及關節(jié)炎（由尿酸鹽結晶形成的關節(jié)炎稱痛風癥）；此外，關節(jié)炎（由尿酸鹽結晶形成的關節(jié)炎稱痛風癥）；此外，尿酸鹽沉積也在腎上發(fā)生，成為腎結石。而治療痛風病尿酸鹽沉積也在腎上發(fā)生，成為腎結石。而治療痛風病的藥物別嘌呤醇是次黃嘌呤的類似物，可與

7、次黃嘌呤競的藥物別嘌呤醇是次黃嘌呤的類似物，可與次黃嘌呤競爭黃嘌呤氧化酶的結合部位；別嘌呤醇的氧化產(chǎn)物又是爭黃嘌呤氧化酶的結合部位；別嘌呤醇的氧化產(chǎn)物又是黃嘌呤的類似物，進一步與次黃嘌呤競爭黃嘌呤氧化酶黃嘌呤的類似物，進一步與次黃嘌呤競爭黃嘌呤氧化酶的活性中心，從而抑制該酶活性，減少尿酸生成不能形的活性中心，從而抑制該酶活性，減少尿酸生成不能形成結石，達到治療目的。成結石，達到治療目的。嘧啶的分解代謝過程與嘌呤分解相似，包括脫氨基嘧啶的分解代謝過程與嘌呤分解相似，包括脫氨基作用，氧化，還原，水解和脫氨基作用等。在哺乳作用，氧化，還原，水解和脫氨基作用等。在哺乳動物中，嘧啶的分解代謝主要發(fā)生在肝

8、臟，其代謝動物中，嘧啶的分解代謝主要發(fā)生在肝臟，其代謝過程見過程見P234P234，水解生成，水解生成COCO2 2，NHNH3 3，-丙氨酸，丙氨酸，-氨基異丁酸。后者脫氨基后進入有機酸代謝或直接氨基異丁酸。后者脫氨基后進入有機酸代謝或直接排出。排出。第三節(jié)第三節(jié) 核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成 一、核甘酸生物合成的基本途徑一、核甘酸生物合成的基本途徑動物、植物和微生物都能合成各種嘌呤和嘧啶核苷酸動物、植物和微生物都能合成各種嘌呤和嘧啶核苷酸 。合成。合成核核苷苷酸的基本途徑有兩條。酸的基本途徑有兩條。一條是以小分子的氨基酸，氨，二氧化碳為原料進行全合成，一條是以小分子的氨基酸，氨，二氧化

9、碳為原料進行全合成，即從頭合成或從無到有途徑；在肝臟中利用食物原料以從頭合即從頭合成或從無到有途徑；在肝臟中利用食物原料以從頭合成為主；成為主；另一條是利用體內(nèi)游離的堿基或核苷合成核甘酸，稱為補救另一條是利用體內(nèi)游離的堿基或核苷合成核甘酸，稱為補救途徑。腦，骨髓等只能補救合成。途徑。腦，骨髓等只能補救合成。正常情況下，以肝臟的合成為主，僅在病理等特殊條件下，正常情況下，以肝臟的合成為主，僅在病理等特殊條件下，補救途徑才有意義。補救途徑才有意義。嘌呤環(huán)上各原子的來源嘌呤環(huán)上各原子的來源來自來自COCO2 2來自天冬氨酸來自天冬氨酸來自來自“甲酸鹽甲酸鹽”來自來自“甲酸鹽甲酸鹽”來自甘氨酸來自甘氨

10、酸來自谷氨酰胺的酰胺氮來自谷氨酰胺的酰胺氮次次黃黃嘌嘌呤呤的的生生物物合合成成5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸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-琥珀琥珀基基- -甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸次黃嘌呤次黃嘌呤核苷酸核苷酸（IMPIMP）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5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸嘌呤核苷酸合成補救途徑嘌呤核苷酸

11、合成補救途徑嘌呤嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi磷酸核糖轉移酶磷酸核糖轉移酶嘌呤嘌呤+1-P-+1-P-核糖核糖嘌呤核苷嘌呤核苷A(G)MPATP ADP嘧啶核苷酸從頭合成途徑嘧啶核苷酸從頭合成途徑n與嘌呤合成不同，嘧啶的合成是先合成尿嘧啶與嘌呤合成不同，嘧啶的合成是先合成尿嘧啶環(huán)，再分別與核糖和磷酸結合形成尿嘧啶核苷環(huán)，再分別與核糖和磷酸結合形成尿嘧啶核苷酸，再轉變成其他核苷酸。酸，再轉變成其他核苷酸。n見見P240P240嘧啶環(huán)上原子的來源嘧啶環(huán)上原子的來源4CCCC5H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸NH3CO2天冬氨酸天冬氨酸NNn由乳清苷酸合成胞嘧啶核苷酸見由乳清苷酸合成胞嘧啶核

12、苷酸見n合成脫氧胸腺嘧啶核苷酸見合成脫氧胸腺嘧啶核苷酸見嘧啶核苷酸補救合成途徑嘧啶核苷酸補救合成途徑尿嘧啶尿嘧啶+PRPP+PRPPUMP+PPi尿嘧啶尿嘧啶+1-P-+1-P-核糖核糖尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+Pi+Pi尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATPUMP+ADP四、核四、核苷苷酸轉化成核苷三磷酸酸轉化成核苷三磷酸核核苷苷酸不能參加核酸的生物合成，必須先轉變?yōu)楹塑账岵荒軈⒓雍怂岬纳锖铣?，必須先轉變?yōu)楹塑杖姿岷蟛拍艹蔀榛罨稀Ｈ姿岷蟛拍艹蔀榛罨稀７謩e由其專一的激酶催化見分別由其專一的激酶催化見P241P241（反應通式）（反應通式）以核苷二磷酸為原料還原而成以核苷二磷酸為原料還原而成該反

13、應由核糖核甘酸還原酶（核苷二磷酸還該反應由核糖核甘酸還原酶（核苷二磷酸還原酶）作用下完成。原酶）作用下完成。大腸桿菌的核苷二磷酸還原酶結構描述見大腸桿菌的核苷二磷酸還原酶結構描述見。R1亞基亞基R2亞基亞基底物特異性底物特異性調(diào)節(jié)位點調(diào)節(jié)位點酶酶 活活 性性調(diào)節(jié)位點調(diào)節(jié)位點活性位點活性位點核糖核苷酸還原酶示意圖核糖核苷酸還原酶示意圖NADP+NADPH+H+硫氧還蛋白硫氧還蛋白還原酶還原酶FADATP 、Mg2+硫氧還蛋白硫氧還蛋白（還原型）（還原型）SHSH硫氧還蛋白硫氧還蛋白（氧化型）（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸還原酶OP-

14、P-CH2NOHH+ H2O脫氧核糖核苷二磷酸脫氧核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOH OH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOH H+ H2O脫氧核糖核苷二磷酸脫氧核糖核苷二磷酸ATP 、Mg2+核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸還原酶硫氧還蛋白硫氧還蛋白SHSH硫氧還蛋白硫氧還蛋白SS硫氧還蛋硫氧還蛋白還原酶白還原酶FADFADH2NADPH+H+NADP+谷胱甘肽谷胱甘肽還原酶還原酶GSSG2GSH谷氧還蛋白谷氧還蛋白還原酶還原酶谷氧還蛋白谷氧還蛋白SS谷氧還蛋白谷氧還蛋白SHSH核核苷苷酸酸的的合合成成及及相相互互關關系系六、核甘酸從頭合成的調(diào)節(jié)六、核甘酸從頭合成的調(diào)節(jié)嘌呤嘌呤rR

15、-5-PATPPRPPPRAIMPAMPADPATPXMPGMPGDPGTPPRPPIM PAM PADPATPXM PGM PGDPGTP嘧啶嘧啶高等生物中，嘧啶核苷酸合成主要控制點高等生物中，嘧啶核苷酸合成主要控制點是氨甲酰磷酸合成酶是氨甲酰磷酸合成酶，該酶受到，該酶受到UMPUMP的反饋的反饋抑制；原核生物則是天冬氨酸轉甲酰酶抑制；原核生物則是天冬氨酸轉甲酰酶嘌呤和嘧啶合成調(diào)節(jié)的關鍵點是磷酸核糖嘌呤和嘧啶合成調(diào)節(jié)的關鍵點是磷酸核糖焦磷酸合成酶，該酶既受嘌呤核苷酸調(diào)節(jié)，焦磷酸合成酶，該酶既受嘌呤核苷酸調(diào)節(jié)，又受嘧啶核又受嘧啶核苷苷酸調(diào)節(jié)。酸調(diào)節(jié)。ATP + CO2 + UMPUTPCTPPRPPATP七、核苷酸從頭合成的抗代謝物七、核苷酸從頭合成的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸的類似物。它們主要以競爭性抑制或以假葉酸的類似物。它們主要以競爭性抑制或以假亂真等方式干擾或阻斷嘌呤核苷酸