第13章核酸代謝

1、第13章核酸代謝DNA與RNA核酸的生物功能DNA是主要的遺傳物質(zhì)RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成三類RNA共同控制著蛋白質(zhì)的生物合成 RNA功能的多樣性核苷酸的功用合成核酸的原料 體內(nèi)能量的利用形式：ATP,GTP,CTP,UTP參與代謝和生理調(diào)節(jié)：cAMP,cGMP組成輔酶：FAD,NAD+,NADP+活化中間代謝物：UDPG，CDP-DG，SAM核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸腺嘌呤核苷酸 （5-AMP）NNNH2NNOHHOHHOHHCH2OPOOO5胞嘧啶脫氧核苷酸 (5-dCMP)NOHHHHOHHCH25ONH2NOPOOO55均為-糖苷鍵磷酸酯鍵 作用于核酸分子中磷酸二酯鍵的酶.根據(jù)對底物

2、的專一性可分為： (1)核糖核酸酶(Nase): (2)脫氧核糖核酸酶Nase（3）非特異性核酸酶2. 根據(jù)酶的作用方式分：核酸內(nèi)切酶、核酸外切酶。核酸酶U(或C）5 P3U(或C）P3G53U(或C、A）P3牛胰核糖核酸酶（RNaseI）-作用位點(diǎn)是嘧啶核苷-3-磷酸與其它核苷酸間的連接鍵。核糖核酸酶T1（RNaseT1）-作用位點(diǎn)是3 -鳥苷酸與其它核苷酸的5-OH間的鍵。(1)核糖核酸酶(Nase):(2)脫氧核糖核酸酶Nase 牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割雙鏈和單鏈DNA。產(chǎn)物是以5-磷酸為末端的寡核苷酸。 限制性核酸內(nèi)切酶：細(xì)菌體內(nèi)能識別并水解外源雙源DNA的核酸內(nèi)切酶，

3、產(chǎn)生3-OH和5-P。（3）非特異性核酸酶蛇毒磷酸二酯酶能從RNA或DNA鏈的游離的3-OH 逐個(gè)水解，生成5-核苷酸。 牛脾磷酸二脂酶從游離的5-OH開始逐個(gè)水解，生成3核苷酸。2. 根據(jù)酶的作用方式分：核酸內(nèi)切酶、核酸外切酶。核苷酸酶 （磷酸單脂酶） 水解核苷酸，產(chǎn)生核苷和磷酸非特異性磷酸單酯酶：不論磷酸基在戊糖的2、3、 5，都能水解下來。特異性磷酸單酯酶： 只能水解3核苷酸或5核苷酸 （3核苷酸酶、5核苷酸酶）核苷酶 核苷磷酸化酶：廣泛存在，反應(yīng)可逆。 核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆第一節(jié) 核酸的降解和核苷酸代謝一、核酸的酶促降解二、嘌呤堿和嘧啶堿的分解三

4、、核苷酸的生物合成核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖堿基水解核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶何處去？進(jìn)入磷酸戊糖途徑或重新合成核酸？分解合成一、核酸的酶促降解 nucleic acidnucleotidephosphate(磷酸二酯酶)（磷酸單酯酶)basepurinepyrimidineDNARNA外切酶內(nèi)切酶特定部位的限制性內(nèi)切酶反應(yīng)部位：主要肝、腎、小腸代謝終產(chǎn)物：尿酸重要的酶：黃嘌呤氧化酶血漿中尿酸含量（正常值）： ， (2-6mg%)（一）嘌呤核苷酸的分解代謝嘌呤核苷酸的分解代謝歷程Uric acid嘌呤代謝異常的一種疾病代謝異常的突出表現(xiàn)是尿酸生成過多，使血尿酸臨床表現(xiàn)：尿酸含量過高，血中尿酸

5、含量升高，難溶性的尿酸鹽沉積于關(guān)節(jié)和軟骨及腎等處，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石及腎疾病。血中尿酸含量：超過8mg%痛風(fēng)癥別嘌呤醇治療痛風(fēng)癥的機(jī)理（1）抑制黃嘌呤氧化酶，從而抑制尿酸的生成（2）同時(shí)反饋抑制嘌呤核苷酸從頭合成的酶系 核苷酸酶 核苷磷酸化酶嘧啶核苷酸 核苷 嘧啶 C、U：CO2、NH3、 -丙氨酸終產(chǎn)物 T：CO2、NH3、 -氨基異丁酸（二）嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶核苷酸的分解代謝歷程-丙氨酸二、嘌呤和嘧啶的分解在各種脫氨酶作用下水解脫去氨基。390頁脫氨基作用主要在核糖、核苷酸和堿基三個(gè)水平進(jìn)行。不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，終產(chǎn)物也不同排尿酸動物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類

6、排尿囊素動物：哺乳動物（靈長類除外）、腹足類排尿囊酸動物：硬骨魚類排尿素動物：大多數(shù)魚類、兩棲類某些低等動物能將尿素進(jìn)一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途徑與動物相似，產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤類物質(zhì)，生成NH3、CO2及有機(jī)酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。（一）嘌呤的分解嘌呤堿的分解嘌呤堿包括: A-腺嘌呤、G-鳥嘌呤A-腺嘌呤的分解不同種類動物將尿酸直排或進(jìn)行不同程度的繼續(xù)降解排出體外。H2O2在SOD（超氧化物歧化酶）或過氧化氫酶作用下分解為H2O。在人體中嘌呤堿基的分解是不開環(huán)，而不斷在環(huán)外不斷加氧氧化的過程。G-鳥嘌呤分解與A類似共同分解中

7、產(chǎn)物為黃嘌呤，產(chǎn)物也是尿酸。若濃度過高會引起尿結(jié)石、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎。核糖脫氨基酶A-腺嘌呤腺苷次黃苷核苷磷酸化酶核糖-1-磷酸次黃嘌呤黃嘌呤氧化酶H2OO2黃嘌呤氧化酶H2OO2黃嘌呤尿酸（二）嘧啶的分解有氨基的首先水解脫氨基。391頁人和某些動物體內(nèi)脫氨基過程有的發(fā)生在核苷或核苷酸上。脫下的NH3可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成尿素排出。嘧啶堿包括 ：U-尿嘧啶，C-胞嘧啶，T-胸腺嘧啶嘧啶環(huán)在相應(yīng)的水解酶催化下，從解開嘧啶環(huán)開始逐個(gè)的水解各個(gè)骨架原子最終釋放出CO2，NH3，同時(shí)生成相應(yīng)的酸。尿嘧啶與胞嘧啶的分解類似，分解產(chǎn)物為乙酸。胸腺嘧啶分解終產(chǎn)物為-氨基異丁酸胞嘧啶NH3NH3尿嘧啶NADPH+H+NA

8、DPH+2CO2 -丙氨酸 NH3 CH3 CO2 乙酸乙酸+3NH3+2CO2胸腺嘧啶NADPH+H+NADPH+CO2+NH3 -氨基異丁酸-氨基異丁酸+CO2+NH3排出體外或進(jìn)入有機(jī)酸代謝。CO223三、核苷酸的生物合成1.從“頭合成”途徑：利用磷酸核糖、氨基酸及CO2等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。2.補(bǔ)救合成途徑：利用體內(nèi)游離的嘌呤核苷或嘧啶核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)過程，合成核苷酸的途徑。（一）核苷酸生物合成的基本途徑 核苷酸生物合成途徑概括補(bǔ)救途徑從頭合成核苷輔酶堿基核糖核苷酸核糖、氨基酸、CO2、NH3脫氧核苷脫氧核苷酸RNADNA（二） 嘌呤核苷酸的合成

9、甘氨坐中間，谷氮站兩邊，左手開天門，頭頂二氧碳。1.從頭合成（1）嘌呤堿合成的元素來源“從頭合成”中堿基各原子來源嘌呤堿天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2通過放射性同位素法推斷磷酸核糖C1上逐個(gè)安插成嘌呤堿成分，形成A(G)MP。（2）從頭合成途徑 ATPAMP5-磷酸核糖PRPP焦磷酸激酶，鎂離子。磷酸核糖焦磷酸合成酶PRPP5-磷酸核糖胺IMPAMPGMPPRPPR-5-P5-磷酸核糖 OOHOHCH2OPOHATP AMPPRPP磷酸核糖焦磷酸OOHOHCH2OPOPGln GluPRA1-氨基-5-磷酸核苷OOHOHCH2OPNH2PATPGly甘氨酰胺核苷酸OOHOHCH2OPNH

10、CH2CNH2OFH4510N,N-CH=FH4甲酰甘氨酰核苷酸OOHOHCH2OPNHCH2CNHOCHOGluGln甲酰甘氨咪核苷酸OOHOHCH2OPNHCH2CNHCHOHNH2O5-氨基咪唑核苷酸OOHOHCH2OPH2NHCHNCCNCO25-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸OOHOHCH2OPOCH2NCHNCCNHO5-甲酰氨基-4-氨基甲酰咪唑核苷酸 (FAICAR)OOHOHCH2OPONCCHNCCNHHNHCOH2OIMP次黃嘌呤核苷酸OOHOHCH2OPONCCHNCCNHNHCN10-CHO-FH45-氨基咪唑-4 -甲酰胺核苷酸OOHOHCH2OPONCH2NCHNCCN

11、HHfumarateCOOHHCH2CCOOHOOHOHCH2OPOCH2NCHNCCNNH5-氨基咪唑-4(N-琥珀酸)?-甲酰胺核苷酸Asp（3）嘌呤核苷酸從頭合成的特點(diǎn)合成原料：磷酸核糖、氨基酸、一碳單位和CO2等簡單物質(zhì)合成部位：主要在肝細(xì)胞液是在5-磷酸核糖的基礎(chǔ)上逐步合成嘌呤環(huán)，而不是首先單獨(dú)合成嘌呤堿，然后再與磷酸核糖結(jié)合的首先合成次黃嘌呤核苷酸，然后再轉(zhuǎn)變成AMP，GMP重要的催化酶：PRPP合成酶、PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶（嘌呤核苷酸合成的重要調(diào)節(jié)點(diǎn)）（4）嘌呤核苷酸從頭合成的調(diào)節(jié)抑制部位的酶均為變構(gòu)酶。 磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰胺酶 腺苷酸轉(zhuǎn)琥珀酸合成酶 次黃嘌呤核苷酸脫氫酶原則之一：

12、滿足需求，防止供過于求原則之二：交叉調(diào)解，相互調(diào)整，比例平衡2.補(bǔ)救合成及生理意義原料:已有的嘌呤堿、嘌呤核苷、PRPP重要的酶： 腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（APRT） 次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(HGPRT), 最重要磷酸核糖供體：PRPP節(jié)約能量和一些氨基酸的消耗。有些組織（如腦、骨髓）不能從頭合成嘌呤核苷酸，只能進(jìn)行嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成。HGPRT完全缺失的患兒，表現(xiàn)為自毀容貌征。缺乏補(bǔ)救途徑會引起嘌呤核苷酸合成速度降低， 結(jié)果大量積累尿酸，并導(dǎo)致腎結(jié)石和痛風(fēng)。自毀容貌癥（Lesch-Nyhan綜合癥）臨床表現(xiàn)：智力發(fā)育障礙，攻擊性性格，肌肉痙攣，強(qiáng)制性自咬唇舌和指尖，尿中尿酸排出量過量，

13、50mg/kg體重/24hr。分子基礎(chǔ)：HGPRT先天缺陷（隱性X性鏈鎖遺傳） 嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成（HGPRT受IMP、GMP反饋抑制 ）3.嘌呤核苷酸合成總結(jié)IMPAMPGMPADPGDPATPGTPdADPdATPdGDPdGTP抗代謝物：嘌呤、氨基酸、葉酸等的類似物作用方式：以競爭性抑制，“以假亂真”干擾或阻斷嘌呤核苷酸的合成代謝重要的抗代謝物 嘌呤類似物：6-巰基嘌呤（6MP） 葉酸類似物：氨蝶呤、甲氨蝶呤（MTX） 谷氨酰胺類似物：氮雜絲氨酸4.嘌呤核苷酸的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物-1嘌呤核苷酸的抗代謝物-2嘌呤核苷酸的抗代謝物-3嘌呤核苷酸的抗代謝物的作用6MP核苷酸反饋抑制

14、PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶從而抑制嘌呤核苷酸的從頭合成6MP核苷酸抑制IMP轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMP的反應(yīng)6MP直接抑制HGPRT，阻斷嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成6MP的作用部位及抗癌機(jī)理（三） 嘧啶核苷酸的合成與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸時(shí)，首先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖結(jié)合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)化為胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。關(guān)鍵的中間化合物是乳清酸。合成前體：氨甲酰磷酸（或CO2,NH3）、Asp 嘧啶堿天冬氨酸NH3CO2嘧啶環(huán)合成后+磷酸核糖C(U)MP1.從頭合成原料：Gln、CO2、Asp、R-5-P等合成部位：主要在肝細(xì)胞液合成方式：先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖相連

15、合成過程：先合成UMP，再轉(zhuǎn)變成其他嘧啶核苷酸氨基甲酰磷酸合成酶的比較 氨基甲酰磷酸合成酶II 氨基甲酰酸合成酶I 部 位 肝細(xì)胞液 肝線粒體 底 物 CO2、谷氨酰胺 CO2、氨 生成物 合成嘧啶核苷酸 合成尿素 調(diào)節(jié)物 受UMP抑制 AGA為變構(gòu)激活劑 意 義：細(xì)胞增殖程度的指標(biāo) 肝細(xì)胞分化程度的指標(biāo)(1) 重要的酶及反應(yīng)(2) 合成過程CTP和TTP的合成TMP合成的特點(diǎn)在胸苷酸合成酶催化下，由dUMP甲基化生成甲基供體；N5，N10-甲烯FH4dUMP來源：dUDP或dCMP核苷酸轉(zhuǎn)化成核苷三磷酸核苷酸不直接參加核酸的生物合成而是先轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的核苷三磷酸后再參如RNA或DNA。從核苷酸

16、轉(zhuǎn)化為核苷二磷酸的反應(yīng)是由相應(yīng)的激酶催化的。這些激酶對堿基專一，對其底物含核糖或脫氧核糖無特殊要求。核苷二酸進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為核苷三磷酸是由另一種激酶催化的。此酶對堿基和戊糖都沒有特殊的要求，磷酸供體為ATP。（d）NMP + ATP （d）NDP +ADP（d）NDP + ATP （d）NTP + ADP主要調(diào)節(jié)酶細(xì)菌：天冬氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶哺乳類動物細(xì)胞：氨基甲酰磷酸合成酶II多功能酶：受到阻遏或去阻遏調(diào)節(jié)PRPP合成酶：同時(shí)受嘧啶和嘌呤核苷酸反饋抑制(3) 嘧啶核苷酸從頭合成的調(diào)節(jié)嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)2.嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成途徑尿苷激酶尿嘧啶核苷+ATP UMP+ADP胸苷激酶正常肝活性低再生

17、肝：活性升高惡性腫瘤：明顯升高與惡性程度有關(guān) 脫氧胸苷+ATP dTMP+ADP胸苷激酶嘧啶類似物：5-F-尿嘧啶（5-FU）谷氨酰胺類似物：氨雜絲氨酸類葉酸類似物：氨甲蝶呤（MTX）核苷類似物：阿糖胞苷、環(huán)胞苷3.嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶核苷酸的抗代謝物5-FU在體內(nèi)活化為FdUMP和FUTPFdUMP競爭性抑制dTMP合成酶，使dTMP生成減少FUTP以FUMP的形式摻入RNA分子，影響其代謝5-FU的作用部位及抗癌機(jī)理（四）脫氧核苷酸的合成生物體中的脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸還原生成的。催化此反應(yīng)的酶體系：核糖核苷酸還原酶，硫氧環(huán)蛋白，硫氧還蛋白還原酶及FAD、NADP等輔助因子

18、腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經(jīng)還原，將核糖第二位碳原子的氧脫去，即成為相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸。胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸還原形成尿嘧啶脫氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再經(jīng)甲基化轉(zhuǎn)變成胸腺嘧啶。ADP、GDP、CDP、UDP均可分別被還原成相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸：dADP、dGDP、dCDP、dUDP等，其中dUDP甲基化，生成dTDP。動物組織、腫瘤細(xì)胞和高等植物的還原反應(yīng)一般在核苷二磷酸（NDP）水平上進(jìn)行，以硫氧環(huán)蛋白為還原劑，ATP、dATP、dTTP、dGTP是還原酶的變構(gòu)效應(yīng)物；個(gè)別微生物（枯草桿菌、賴氏乳菌桿菌）在核苷三磷酸水平上還原（NTP），還原劑是含維生素B12的一種輔酶。 胸苷酸脫氧尿苷酸甲基是由胸苷酸合成酶催化的。四氫葉酸是甲基的供體，產(chǎn)物為脫氧胸苷酸（dTMP）和二氫葉酸。四氫葉酸可以從二氫葉酸再生。還原反應(yīng)經(jīng)二氫葉酸還原酶催化，由NADPH供給氫。下一步反應(yīng)由絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶催化。UDP（d）UDP還原型硫氧還蛋白氧化型硫氧還蛋白NDP還原酶NADPH + H+NADP+400頁（五） 輔酶核苷酸的生物合成煙酰胺核苷酸的合成（NAD