生物化學(xué) 第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件

第十四章核酸降解

與核苷酸代謝

第十四章核酸降解1核酸的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸，核酸代謝與核苷酸代謝密切相關(guān)，細(xì)胞內(nèi)存在多種游離的核苷酸，是代謝中極為重要的物質(zhì)，幾乎參加細(xì)胞內(nèi)所有的生化過(guò)程：1、核苷酸是核酸生物合成的前體。2、核苷酸衍生物是許多生物合成的中間物。如：UDP-葡萄糖是糖原合成的中間物。

CDP-二脂酰甘油是磷酸甘油酯合成的中間物。核酸的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸，核酸代謝與核苷酸代謝密切相關(guān)，細(xì)23、ATP是生物能量代謝中通用的高能化合物。4、腺苷酸是三種重要輔酶：煙酰胺核苷酸（NADNADP)、黃素嘌呤二核苷酸（FAD)和輔酶A（CoA）的組分。5、某些核苷酸是代謝的調(diào)節(jié)物質(zhì)。cAMP,cGMP是許多激素引起的胞內(nèi)信使3、ATP是生物能量代謝中通用的高能化合物。3核酸降解為核苷酸，核苷酸還能進(jìn)一步分解，在生物體內(nèi)核苷酸可由其他化合物合成，某些輔酶的合成與核酸的代謝亦有關(guān)。講授內(nèi)容：第一節(jié)核酸的降解第二節(jié)核苷酸分解代謝第三節(jié)核苷酸的合成代謝第四節(jié)核苷酸代謝調(diào)控核酸降解為核苷酸，核苷酸還能進(jìn)一步分解，在生物體內(nèi)核苷酸可由4第一節(jié)核酸的降解一、核酸的消化吸收二、核酸降解中的酶類(lèi)第一節(jié)核酸的降解5一、核酸的消化吸收食物中的核酸多與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白。在胃中，受胃酸的作用核蛋白可分解成核酸和蛋白質(zhì)。然后，核酸進(jìn)入小腸被逐步分解。核酸是由許多核苷酸以3′,5′-磷酸二酯鍵連接而成的生物大分子。核酸分解代謝的第一步反應(yīng)是水解連接核苷酸之間的磷酸二酯鍵，生成低聚多核苷酸或單核苷酸。來(lái)自胰液的核酸酶和小腸粘膜細(xì)胞分泌的核酸酶，屬于磷酸二酯酶類(lèi)，兩者協(xié)同作用，使進(jìn)入小腸的核酸水解成單核苷酸。單核苷酸及其水解產(chǎn)物均可被細(xì)胞吸收利用。一、核酸的消化吸收食物中的核酸多與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白。在胃中6二、核酸降解中的酶類(lèi)核酸外切酶:

非特異性的磷酸二酯酶，對(duì)DNA和RNA都起作用，催化核酸從3’端或5’端解聚,形成5’-核苷酸和3’-核苷酸。核酸內(nèi)切酶:

水解核酸分子內(nèi)的磷酸二酯鍵。限制性內(nèi)切酶:

專(zhuān)一識(shí)別并水解外源雙鏈DNA上特定位點(diǎn)的核酸內(nèi)切酶。專(zhuān)一性強(qiáng)，有的切口是齊頭的而產(chǎn)生平頭末端；有的切口是交錯(cuò)的而產(chǎn)生彼此配對(duì)的粘性末端。限制性內(nèi)切酶是測(cè)定DNA堿基順序和制定基因圖所必須的工具酶。二、核酸降解中的酶類(lèi)核酸外切酶:7某些限制性內(nèi)切酶的專(zhuān)一性某些限制性內(nèi)切酶的專(zhuān)一性8牛胰RNA酶Ⅰ專(zhuān)一水解RNA分子內(nèi)部的嘧啶核苷酸鍵，產(chǎn)物為：3′-嘧啶核苷酸和以3′-嘧啶核苷酸結(jié)尾的寡核苷酸。RNA酶T1（存在于霉菌）作用于RNA分子內(nèi)部的5′-連接，要求其3′-連接與鳥(niǎo)苷酸相連，產(chǎn)物為：3′-GMP和以3′-GMP為末端的寡核苷酸。RNA酶T2作用于RNA分子內(nèi)部的5′-連接，產(chǎn)物為：3′-AMP為3′末端的核苷酸片段。RNA酶H（內(nèi)切酶）作用于RNA-DNA雜交分子中的RNA，產(chǎn)生5′末端帶磷酸基的單核苷酸或寡核苷酸。牛胰RNA酶Ⅰ專(zhuān)一水解RNA分子內(nèi)部的嘧啶核苷酸鍵，產(chǎn)物為：9核酸酶促水解的作用部位通過(guò)上述核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶的作用，核酸可降解為各種單核苷酸，單核苷酸則可進(jìn)一步分解代謝。核酸酶促水解的作用部位通過(guò)上述核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶的作用，10第二節(jié)核苷酸的分解代謝一、核苷酸的酶水解二、嘌呤堿的分解代謝三、嘧啶堿的分解代謝第二節(jié)核苷酸的分解代謝一、核苷酸的酶水解11核苷酸降解酶：核苷酸酶:核苷酸水解為核苷和磷酸。核苷酸+H2O核苷+Pi核苷磷酸化酶:水解核苷為堿基和戊糖-1-磷酸。核苷+磷酸核苷磷酸化酶堿基+戊糖-1-磷酸一、核苷酸的酶水解核苷酸降解酶：一、核苷酸的酶水解12核苷水解酶:水解核苷為堿基和戊糖。存在于植物和微生物中。核糖核苷+H2O核苷水解酶堿基+戊糖

只對(duì)核糖核苷作用，反應(yīng)不可逆。核苷水解酶:水解核苷為堿基和戊糖。13核酸核酸酶核苷酸磷酸二酯酶核苷堿基+戊糖-1-磷酸核苷酸酶磷酸單酯酶核苷磷酸化酶小腸粘膜細(xì)胞用于核酸合成少量大量核糖+堿基核苷水解酶戊糖-1-磷酸分解核酸核酸酶核苷酸磷酸二酯酶核苷堿基+戊糖-1-磷酸核苷酸酶磷14二.嘌呤堿的分解1.脫氨動(dòng)物組織腺嘌呤脫氨酶含量極少，人體中不含腺嘌呤酶，而腺嘌呤核苷酸脫氨酶和腺嘌呤核苷脫氨酶的活性高，腺嘌呤的脫氨可在其核苷和核苷酸水平上進(jìn)行。二.嘌呤堿的分解1.脫氨15黃嘌呤

尿酸黃嘌呤尿酸16鳥(niǎo)嘌呤脫氨在鳥(niǎo)嘌呤水平上。鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶存在于動(dòng)物肝、胰、腎組織中，豬肝和豬脾中沒(méi)有，但其它組織有。鳥(niǎo)嘌呤核苷鳥(niǎo)嘌呤黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤+H2O鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶黃嘌呤+NH3⒉轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩岽吸S嘌呤+O2+H2O黃嘌呤氧化酶黃嘌呤+H2O2黃嘌呤+O2+H2O黃嘌呤氧化酶尿酸+H2O2

鳥(niǎo)嘌呤脫氨在鳥(niǎo)嘌呤水平上。鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶存在于動(dòng)物肝、胰、腎組17嘌呤的分解代謝途徑嘌呤的分解代謝途徑18痛風(fēng)：嘌呤代謝障礙有關(guān),正常血液：2-6mg/100ml,大于8mg/100ml,（男平均：5.7mg、女平均：4.3mg%）尿酸鉀鹽或鈉鹽沉積于軟組織、軟骨及關(guān)節(jié)等處,形成尿酸結(jié)石及關(guān)節(jié)炎,沉積于腎臟為腎結(jié)石,基本特征為高尿酸血癥。引起血尿酸升高的原因:疾病引起體內(nèi)嘌呤類(lèi)物質(zhì)大量分解;腎臟疾病使尿酸排出受阻;長(zhǎng)期攝入富含核酸的食物,甜面包,肝,酵母,沙丁魚(yú)等。痛風(fēng)：嘌呤代謝障礙有關(guān),19藥物：別嘌呤醇別嘌呤醇結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，對(duì)黃嘌呤氧化酶有很強(qiáng)的抑制作用，與酶活性中心Mo(IV)牢固結(jié)合，自殺底物，成為酶的滅活物，經(jīng)別嘌呤醇治療的患者排泄黃嘌呤和次黃嘌呤以代替尿酸。另：使用排尿藥物：水楊酸、辛可芬、丙磺舒等),減少腎小管對(duì)尿酸的重吸收）。藥物：別嘌呤醇別嘌呤醇結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，對(duì)黃嘌呤氧化20黃嘌呤氧化酶黃嘌呤21嘌呤與其核苷及核苷酸的相互轉(zhuǎn)變嘌呤與其核苷及核苷酸的相互轉(zhuǎn)變22⒊尿酸降解途徑因物種存在差異靈長(zhǎng)類(lèi),鳥(niǎo)類(lèi),爬行類(lèi)動(dòng)物尿酸哺乳類(lèi)(除靈長(zhǎng)類(lèi)),腹足類(lèi)尿囊素硬骨魚(yú)尿囊酸大多數(shù)魚(yú)類(lèi),兩棲類(lèi)尿素甲殼類(lèi),咸水瓣鰓類(lèi)氨植物多種產(chǎn)物

⒊尿酸降解途徑因物種存在差異23不同物種的尿酸降解途徑差異不同物種的尿酸降解途徑差異24尿囊酸尿囊酸25三.嘧啶堿的分解核苷酸分解產(chǎn)物嘧啶堿可以在生物體內(nèi)進(jìn)一步被分解，不同種類(lèi)生物對(duì)嘧啶分解過(guò)程也不完全相同，一般具有氨基的嘧啶需先水解脫氨。胞嘧啶脫氨酶尿嘧啶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫尿嘧啶開(kāi)環(huán)

β-脲基丙氨酸NH3+

CO2

+β-丙氨酸三.嘧啶堿的分解核苷酸分解產(chǎn)物嘧啶堿可以在生物體內(nèi)進(jìn)一步被26胸腺嘧啶分解與尿嘧啶相似胸腺嘧啶二氫胸腺嘧啶β-尿基異丁酸

NH3+CO2+β-氨基異丁酸胸腺嘧啶分解與尿嘧啶相似27胞嘧啶和尿嘧啶的分解途徑加水開(kāi)環(huán)位置胞嘧啶和尿嘧啶的分解途徑285-甲基胞嘧啶和胸腺嘧啶的分解途徑加水開(kāi)環(huán)位置5-甲基胞嘧啶和胸腺嘧啶的分解途徑29某些微生物體內(nèi)可通過(guò)氧化作用將嘧啶分解為尿素書(shū)上P383巴比妥酸分子式有錯(cuò)誤（Barbituricacid）某些微生物體內(nèi)可通過(guò)氧化作用將嘧啶分解為尿素書(shū)上P383巴比30第三節(jié)核苷酸的合成代謝一.嘌呤核糖核苷酸的合成二.嘧啶核糖核苷酸的合成三.脫氧核糖核苷酸的生成第三節(jié)核苷酸的合成代謝31一.嘌呤核糖核苷酸的合成

5-磷酸核糖焦磷酸開(kāi)始逐步合成次黃嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)橄汆堰屎颂呛塑账岷网B(niǎo)嘌呤核糖核苷酸。5-P-核糖-PP次黃嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸鳥(niǎo)嘌呤核苷酸一.嘌呤核糖核苷酸的合成

5-磷酸核糖焦磷酸321.次黃嘌呤核苷酸的生成.次黃嘌呤核苷酸的酶促合成過(guò)程，主要是以鴿肝的酶系統(tǒng)為材料研究清楚的。以后在其他動(dòng)物、植物、微生物中也找到類(lèi)似的酶和中間產(chǎn)物，由此可以推測(cè)它們的合成過(guò)程也大致相同。1.次黃嘌呤核苷酸的生成.次黃嘌呤核苷酸的酶促合成過(guò)程，主33.次黃嘌呤核苷酸的合成首先需要由5-磷酸核糖焦磷酸供給核苷酸的磷酸核糖部分，在其上再完成嘌呤環(huán)的裝配。核糖-5-P+ATP磷酸核糖焦磷酸激酶5-P-核糖焦磷酸+AMP

次黃嘌呤核苷酸的合成過(guò)程共有十步反應(yīng)，分成二個(gè)階段。.次黃嘌呤核苷酸的合成首先需要由5-磷酸核糖焦磷酸供給核34第一階段:5-氨基咪唑核苷酸的合成GlnGlu+PPi轉(zhuǎn)酰胺酶（1）5-磷酸核糖焦磷酸+谷氨酰胺

轉(zhuǎn)酰胺酶

5-磷酸核糖胺+谷氨酸+PPi第一階段:5-氨基咪唑核苷酸的合成GlnGlu+PPi轉(zhuǎn)酰胺35甘氨酸ATPADPPi合成酶(2)5-磷酸核糖胺+甘氨酸+ATP甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi合成酶甘氨酸ADP合成酶(2)5-磷酸核糖胺+甘氨酸+A36N5,N10-甲川FH4THFA轉(zhuǎn)甲酰基酶(3)甘氨酰胺核苷酸+N5,N10-甲川FH4+水

轉(zhuǎn)甲?；?/p>

甲酰甘氨酰胺核苷酸+FH4N5,N10-甲川FH4THFA轉(zhuǎn)甲酰基酶(3)甘氨酰胺核37ATPGlnH2OADPGluPi合成酶(4)甲酰甘氨酰胺核苷酸+谷氨酰胺+ATP+水甲酰甘氨脒核苷酸+谷氨酸+ADP+Pi合成酶ATPADP合成酶(4)甲酰甘氨酰胺核苷酸+谷氨酰胺+AT38ATPADPPi合成酶(5)甲酰甘氨脒核苷酸+ATP

5-氨基咪唑核苷酸+ADP+Pi合成酶ATPADPPi合成酶(5)甲酰甘氨脒核苷酸+ATP39生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件40生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件41CO2羧化酶第二階段：形成次黃嘌呤核苷酸(6)5-氨基咪唑核苷酸+CO2

5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸羧化酶CO2羧化酶第二階段：形成次黃嘌呤核苷酸(6)5-氨基咪唑42生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件43ATPAspADPPi合成酶(7)5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸+天冬氨酸+ATP

5-氨基-4-(N-琥珀酸）氨甲酰咪唑核苷酸合成酶ATPADP合成酶(7)5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸+天44延胡索酸裂解酶(8)5-氨基-4-(N-琥珀酸）氨甲酰咪唑核苷酸5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸+延胡索酸裂解酶延胡索酸裂解酶(8)5-氨基-4-(N-琥珀酸）氨甲酰咪45N10-甲酰FH4THFA轉(zhuǎn)甲?；?9)5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸+N10

-甲酰FH4

5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸+FH4轉(zhuǎn)甲?；窷10-甲酰FH4THFA轉(zhuǎn)甲?；?9)5-氨基-4-氨46H2O環(huán)水解酶(10)5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸

次黃嘌呤核苷酸+水

環(huán)水解酶（脫水環(huán)化)H2O環(huán)水解酶(10)5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸環(huán)47掌握嘌呤環(huán)元素的來(lái)源67239415、10步環(huán)合，8步脫延胡索酸掌握嘌呤環(huán)元素的來(lái)源67239415、10步環(huán)合，482.腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤核糖核苷酸的合成合成酶裂解酶脫氫酶合成酶2.腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤核糖核苷酸的合成合成酶裂解酶脫氫酶合成酶493.嘌呤堿和核苷合成核糖核苷酸生物體內(nèi)除以簡(jiǎn)單前體物質(zhì)“從頭合成”核苷酸外，可由堿基和核苷合成核苷酸，“補(bǔ)救途徑”。3.嘌呤堿和核苷合成核糖核苷酸50主要的補(bǔ)救途徑：嘌呤堿與5-磷酸核糖焦磷酸在磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化作用下形成嘌呤核苷酸腺嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸腺嘌呤核苷酸+PPi次黃嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸次黃嘌呤核苷酸+PPi鳥(niǎo)嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸鳥(niǎo)嘌呤核苷酸+PPi腺苷酸焦磷酸化酶鳥(niǎo)苷酸焦磷酸化酶次黃苷酸焦磷酸化酶主要的補(bǔ)救途徑：嘌呤堿與5-磷酸核糖焦磷酸在磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催51腺嘌呤腺嘌呤5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）腺嘌呤腺嘌呤5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）52人類(lèi)該途徑具重要的作用，大腦中腺嘌呤和次黃嘌呤核苷酸合成主要依賴該途徑。嘌呤還可在核苷磷酸化酶作用下，與1-磷酸核糖生成嘌呤腺苷，然后再在核苷磷酸激酶作用下，與ATP生成嘌呤核苷酸：人類(lèi)該途徑具重要的作用，大腦中腺嘌呤和次黃嘌呤核苷酸合成主要53二.嘧啶核糖核苷酸的合成嘧啶核苷酸與嘌呤核苷酸合成不同。先合成嘧啶環(huán)。嘧啶環(huán)+磷酸核糖乳氫苷酸尿嘧啶核苷酸二.嘧啶核糖核苷酸的合成嘧啶核苷酸與嘌呤核苷酸合成不同。54⒈尿嘧啶核苷酸的生物合成（1）氨甲酰磷酸的形成Gln+2ATP+HCO3-合成酶Ⅱ氨甲酰磷酸+2ADP+Pi+Glu（2）氨甲酰磷酸+Asp轉(zhuǎn)氨甲酰酶氨甲酰天冬氨酸+Pi（3）氨甲酰天冬氨酸二氫乳清酸酶二氫乳清酸+

H2O

⒈尿嘧啶核苷酸的生物合成（1）氨甲酰磷酸的形成55（4）二氫乳清酸+NAD+二氫乳清酸脫氫酶

乳清酸+NADH+H+（5）乳清酸+5-磷酸核糖焦磷酸焦磷酸化酶乳清苷酸尿嘧啶核苷酸-co2（4）二氫乳清酸+NAD+二氫乳清酸脫氫酶-co256CO2和谷氨酰胺合成氨基甲酰磷酸CCO2和谷氨酰胺合成氨基甲酰磷酸C57轉(zhuǎn)氨甲酰酶二氫乳清酸酶由氨基甲酰磷酸開(kāi)始合成尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶二氫乳清酸酶由氨基甲酰磷酸開(kāi)始合成尿嘧啶核苷酸58脫氫酶焦磷酸化酶脫氫酶焦磷酸化酶59脫羧酶脫羧酶60嘧啶環(huán)的元素來(lái)源嘧啶環(huán)的元素來(lái)源61⒉胞嘧啶核糖核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘奏ず塑账嵩谀蜞奏ず塑杖姿崴缴线M(jìn)行.UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶UDP+ADPUDP+ATP核苷二磷酸激酶UTP+ADPUTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP合成酶

CTP+谷氨酸+ADP+Pi細(xì)菌直接利用氨合成胞嘧啶核苷三磷酸,動(dòng)物組織由Glu供給氨基。⒉胞嘧啶核糖核苷酸的合成623、嘧啶堿和核苷合成核糖核苷酸

——補(bǔ)救途徑生物體利用外源或分解代謝中產(chǎn)生的嘧啶堿、核苷或嘧啶核苷合成嘧啶核苷酸。3、嘧啶堿和核苷合成核糖核苷酸

——補(bǔ)救途徑生物體利用63尿嘧啶核苷酸：

（１）UMP磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化生成尿嘧啶核苷酸U+5-磷酸核糖焦磷酸

ＵＭＰ磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶

尿嘧啶核苷酸+PPi(2)尿苷磷酸化酶和尿苷激酶催化形成尿嘧啶核苷酸U+1-磷酸核糖尿苷磷酸化酶尿嘧啶核苷+Pi尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶

尿嘧啶核苷酸+ADP尿嘧啶核苷酸：

（１）UMP磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化生成尿嘧啶64胞嘧啶核苷酸胞嘧啶不能直接與5-磷酸核糖焦磷酸生成胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷+ATP尿苷激酶

胞嘧啶核苷酸+ADP胞嘧啶核苷酸65核糖核苷酸還原酶三.脫氧核糖核苷酸的合成⒈核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸還原酶三.脫氧核糖核苷酸的合成66生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件67核糖核苷酸還原為脫氧核糖核苷酸，多在二磷酸核糖核苷酸水平上進(jìn)行。ADPdADPGDPdGDPCDPdCDPUDPdUDP核糖核苷酸還原為脫氧核糖核苷酸，多在二磷酸核糖核苷酸水平上進(jìn)68生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件69生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件70UDPdUDPdUMP2.胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成UDPdUDPdU71⒊利用已有堿基和戊糖合成(1)堿基+脫氧核糖-1-P核苷磷酸化酶

脫氧核糖核苷(2)脫氧核糖核苷+ATP脫氧核糖核苷激酶

脫氧核糖核苷酸(3)堿基間互換合成新的脫氧核苷酸dXDP+dYTP核苷二磷酸激酶dXTP+dYDP⒊利用已有堿基和戊糖合成72生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件73第四節(jié)核苷酸代謝調(diào)控一.嘌呤核糖核苷酸生物合成的調(diào)節(jié)二.嘧啶核糖核苷酸合成的調(diào)節(jié)第四節(jié)核苷酸代謝調(diào)控一.嘌呤核糖核苷酸生物合成的調(diào)節(jié)74一.嘌呤核糖核苷酸生物合成的調(diào)節(jié)AMP，GMP，IMP反饋抑制磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰氨酶活性，即抑制了合成過(guò)程的第一步。AMP，GMP分別反饋抑制從IMP開(kāi)始的分支部位的酶，即抑制了轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的核苷酸過(guò)程的第一步。一.嘌呤核糖核苷酸生物合成的調(diào)節(jié)AMP，GMP，IMP反饋75生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件76二.嘧啶核糖核苷酸合成的調(diào)節(jié)反饋抑制氨甲酰磷酸合成酶UMP天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶CTPCTP合酶合成過(guò)程的第一步合成過(guò)程的第二步胞苷酸合成過(guò)程的第三步二.嘧啶核糖核苷酸合成的調(diào)節(jié)合成過(guò)程合成過(guò)程胞苷酸合成過(guò)程77

78第十四章核酸降解

與核苷酸代謝

第十四章核酸降解79核酸的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸，核酸代謝與核苷酸代謝密切相關(guān)，細(xì)胞內(nèi)存在多種游離的核苷酸，是代謝中極為重要的物質(zhì)，幾乎參加細(xì)胞內(nèi)所有的生化過(guò)程：1、核苷酸是核酸生物合成的前體。2、核苷酸衍生物是許多生物合成的中間物。如：UDP-葡萄糖是糖原合成的中間物。

CDP-二脂酰甘油是磷酸甘油酯合成的中間物。核酸的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸，核酸代謝與核苷酸代謝密切相關(guān)，細(xì)803、ATP是生物能量代謝中通用的高能化合物。4、腺苷酸是三種重要輔酶：煙酰胺核苷酸（NADNADP)、黃素嘌呤二核苷酸（FAD)和輔酶A（CoA）的組分。5、某些核苷酸是代謝的調(diào)節(jié)物質(zhì)。cAMP,cGMP是許多激素引起的胞內(nèi)信使3、ATP是生物能量代謝中通用的高能化合物。81核酸降解為核苷酸，核苷酸還能進(jìn)一步分解，在生物體內(nèi)核苷酸可由其他化合物合成，某些輔酶的合成與核酸的代謝亦有關(guān)。講授內(nèi)容：第一節(jié)核酸的降解第二節(jié)核苷酸分解代謝第三節(jié)核苷酸的合成代謝第四節(jié)核苷酸代謝調(diào)控核酸降解為核苷酸，核苷酸還能進(jìn)一步分解，在生物體內(nèi)核苷酸可由82第一節(jié)核酸的降解一、核酸的消化吸收二、核酸降解中的酶類(lèi)第一節(jié)核酸的降解83一、核酸的消化吸收食物中的核酸多與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白。在胃中，受胃酸的作用核蛋白可分解成核酸和蛋白質(zhì)。然后，核酸進(jìn)入小腸被逐步分解。核酸是由許多核苷酸以3′,5′-磷酸二酯鍵連接而成的生物大分子。核酸分解代謝的第一步反應(yīng)是水解連接核苷酸之間的磷酸二酯鍵，生成低聚多核苷酸或單核苷酸。來(lái)自胰液的核酸酶和小腸粘膜細(xì)胞分泌的核酸酶，屬于磷酸二酯酶類(lèi)，兩者協(xié)同作用，使進(jìn)入小腸的核酸水解成單核苷酸。單核苷酸及其水解產(chǎn)物均可被細(xì)胞吸收利用。一、核酸的消化吸收食物中的核酸多與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白。在胃中84二、核酸降解中的酶類(lèi)核酸外切酶:

非特異性的磷酸二酯酶，對(duì)DNA和RNA都起作用，催化核酸從3’端或5’端解聚,形成5’-核苷酸和3’-核苷酸。核酸內(nèi)切酶:

水解核酸分子內(nèi)的磷酸二酯鍵。限制性內(nèi)切酶:

專(zhuān)一識(shí)別并水解外源雙鏈DNA上特定位點(diǎn)的核酸內(nèi)切酶。專(zhuān)一性強(qiáng)，有的切口是齊頭的而產(chǎn)生平頭末端；有的切口是交錯(cuò)的而產(chǎn)生彼此配對(duì)的粘性末端。限制性內(nèi)切酶是測(cè)定DNA堿基順序和制定基因圖所必須的工具酶。二、核酸降解中的酶類(lèi)核酸外切酶:85某些限制性內(nèi)切酶的專(zhuān)一性某些限制性內(nèi)切酶的專(zhuān)一性86牛胰RNA酶Ⅰ專(zhuān)一水解RNA分子內(nèi)部的嘧啶核苷酸鍵，產(chǎn)物為：3′-嘧啶核苷酸和以3′-嘧啶核苷酸結(jié)尾的寡核苷酸。RNA酶T1（存在于霉菌）作用于RNA分子內(nèi)部的5′-連接，要求其3′-連接與鳥(niǎo)苷酸相連，產(chǎn)物為：3′-GMP和以3′-GMP為末端的寡核苷酸。RNA酶T2作用于RNA分子內(nèi)部的5′-連接，產(chǎn)物為：3′-AMP為3′末端的核苷酸片段。RNA酶H（內(nèi)切酶）作用于RNA-DNA雜交分子中的RNA，產(chǎn)生5′末端帶磷酸基的單核苷酸或寡核苷酸。牛胰RNA酶Ⅰ專(zhuān)一水解RNA分子內(nèi)部的嘧啶核苷酸鍵，產(chǎn)物為：87核酸酶促水解的作用部位通過(guò)上述核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶的作用，核酸可降解為各種單核苷酸，單核苷酸則可進(jìn)一步分解代謝。核酸酶促水解的作用部位通過(guò)上述核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶的作用，88第二節(jié)核苷酸的分解代謝一、核苷酸的酶水解二、嘌呤堿的分解代謝三、嘧啶堿的分解代謝第二節(jié)核苷酸的分解代謝一、核苷酸的酶水解89核苷酸降解酶：核苷酸酶:核苷酸水解為核苷和磷酸。核苷酸+H2O核苷+Pi核苷磷酸化酶:水解核苷為堿基和戊糖-1-磷酸。核苷+磷酸核苷磷酸化酶堿基+戊糖-1-磷酸一、核苷酸的酶水解核苷酸降解酶：一、核苷酸的酶水解90核苷水解酶:水解核苷為堿基和戊糖。存在于植物和微生物中。核糖核苷+H2O核苷水解酶堿基+戊糖

只對(duì)核糖核苷作用，反應(yīng)不可逆。核苷水解酶:水解核苷為堿基和戊糖。91核酸核酸酶核苷酸磷酸二酯酶核苷堿基+戊糖-1-磷酸核苷酸酶磷酸單酯酶核苷磷酸化酶小腸粘膜細(xì)胞用于核酸合成少量大量核糖+堿基核苷水解酶戊糖-1-磷酸分解核酸核酸酶核苷酸磷酸二酯酶核苷堿基+戊糖-1-磷酸核苷酸酶磷92二.嘌呤堿的分解1.脫氨動(dòng)物組織腺嘌呤脫氨酶含量極少，人體中不含腺嘌呤酶，而腺嘌呤核苷酸脫氨酶和腺嘌呤核苷脫氨酶的活性高，腺嘌呤的脫氨可在其核苷和核苷酸水平上進(jìn)行。二.嘌呤堿的分解1.脫氨93黃嘌呤

尿酸黃嘌呤尿酸94鳥(niǎo)嘌呤脫氨在鳥(niǎo)嘌呤水平上。鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶存在于動(dòng)物肝、胰、腎組織中，豬肝和豬脾中沒(méi)有，但其它組織有。鳥(niǎo)嘌呤核苷鳥(niǎo)嘌呤黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤+H2O鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶黃嘌呤+NH3⒉轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩岽吸S嘌呤+O2+H2O黃嘌呤氧化酶黃嘌呤+H2O2黃嘌呤+O2+H2O黃嘌呤氧化酶尿酸+H2O2

鳥(niǎo)嘌呤脫氨在鳥(niǎo)嘌呤水平上。鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶存在于動(dòng)物肝、胰、腎組95嘌呤的分解代謝途徑嘌呤的分解代謝途徑96痛風(fēng)：嘌呤代謝障礙有關(guān),正常血液：2-6mg/100ml,大于8mg/100ml,（男平均：5.7mg、女平均：4.3mg%）尿酸鉀鹽或鈉鹽沉積于軟組織、軟骨及關(guān)節(jié)等處,形成尿酸結(jié)石及關(guān)節(jié)炎,沉積于腎臟為腎結(jié)石,基本特征為高尿酸血癥。引起血尿酸升高的原因:疾病引起體內(nèi)嘌呤類(lèi)物質(zhì)大量分解;腎臟疾病使尿酸排出受阻;長(zhǎng)期攝入富含核酸的食物,甜面包,肝,酵母,沙丁魚(yú)等。痛風(fēng)：嘌呤代謝障礙有關(guān),97藥物：別嘌呤醇別嘌呤醇結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，對(duì)黃嘌呤氧化酶有很強(qiáng)的抑制作用，與酶活性中心Mo(IV)牢固結(jié)合，自殺底物，成為酶的滅活物，經(jīng)別嘌呤醇治療的患者排泄黃嘌呤和次黃嘌呤以代替尿酸。另：使用排尿藥物：水楊酸、辛可芬、丙磺舒等),減少腎小管對(duì)尿酸的重吸收）。藥物：別嘌呤醇別嘌呤醇結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，對(duì)黃嘌呤氧化98黃嘌呤氧化酶黃嘌呤99嘌呤與其核苷及核苷酸的相互轉(zhuǎn)變嘌呤與其核苷及核苷酸的相互轉(zhuǎn)變100⒊尿酸降解途徑因物種存在差異靈長(zhǎng)類(lèi),鳥(niǎo)類(lèi),爬行類(lèi)動(dòng)物尿酸哺乳類(lèi)(除靈長(zhǎng)類(lèi)),腹足類(lèi)尿囊素硬骨魚(yú)尿囊酸大多數(shù)魚(yú)類(lèi),兩棲類(lèi)尿素甲殼類(lèi),咸水瓣鰓類(lèi)氨植物多種產(chǎn)物

⒊尿酸降解途徑因物種存在差異101不同物種的尿酸降解途徑差異不同物種的尿酸降解途徑差異102尿囊酸尿囊酸103三.嘧啶堿的分解核苷酸分解產(chǎn)物嘧啶堿可以在生物體內(nèi)進(jìn)一步被分解，不同種類(lèi)生物對(duì)嘧啶分解過(guò)程也不完全相同，一般具有氨基的嘧啶需先水解脫氨。胞嘧啶脫氨酶尿嘧啶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫尿嘧啶開(kāi)環(huán)

β-脲基丙氨酸NH3+

CO2

+β-丙氨酸三.嘧啶堿的分解核苷酸分解產(chǎn)物嘧啶堿可以在生物體內(nèi)進(jìn)一步被104胸腺嘧啶分解與尿嘧啶相似胸腺嘧啶二氫胸腺嘧啶β-尿基異丁酸

NH3+CO2+β-氨基異丁酸胸腺嘧啶分解與尿嘧啶相似105胞嘧啶和尿嘧啶的分解途徑加水開(kāi)環(huán)位置胞嘧啶和尿嘧啶的分解途徑1065-甲基胞嘧啶和胸腺嘧啶的分解途徑加水開(kāi)環(huán)位置5-甲基胞嘧啶和胸腺嘧啶的分解途徑107某些微生物體內(nèi)可通過(guò)氧化作用將嘧啶分解為尿素書(shū)上P383巴比妥酸分子式有錯(cuò)誤（Barbituricacid）某些微生物體內(nèi)可通過(guò)氧化作用將嘧啶分解為尿素書(shū)上P383巴比108第三節(jié)核苷酸的合成代謝一.嘌呤核糖核苷酸的合成二.嘧啶核糖核苷酸的合成三.脫氧核糖核苷酸的生成第三節(jié)核苷酸的合成代謝109一.嘌呤核糖核苷酸的合成

5-磷酸核糖焦磷酸開(kāi)始逐步合成次黃嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)橄汆堰屎颂呛塑账岷网B(niǎo)嘌呤核糖核苷酸。5-P-核糖-PP次黃嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸鳥(niǎo)嘌呤核苷酸一.嘌呤核糖核苷酸的合成

5-磷酸核糖焦磷酸1101.次黃嘌呤核苷酸的生成.次黃嘌呤核苷酸的酶促合成過(guò)程，主要是以鴿肝的酶系統(tǒng)為材料研究清楚的。以后在其他動(dòng)物、植物、微生物中也找到類(lèi)似的酶和中間產(chǎn)物，由此可以推測(cè)它們的合成過(guò)程也大致相同。1.次黃嘌呤核苷酸的生成.次黃嘌呤核苷酸的酶促合成過(guò)程，主111.次黃嘌呤核苷酸的合成首先需要由5-磷酸核糖焦磷酸供給核苷酸的磷酸核糖部分，在其上再完成嘌呤環(huán)的裝配。核糖-5-P+ATP磷酸核糖焦磷酸激酶5-P-核糖焦磷酸+AMP

次黃嘌呤核苷酸的合成過(guò)程共有十步反應(yīng)，分成二個(gè)階段。.次黃嘌呤核苷酸的合成首先需要由5-磷酸核糖焦磷酸供給核112第一階段:5-氨基咪唑核苷酸的合成GlnGlu+PPi轉(zhuǎn)酰胺酶（1）5-磷酸核糖焦磷酸+谷氨酰胺

轉(zhuǎn)酰胺酶

5-磷酸核糖胺+谷氨酸+PPi第一階段:5-氨基咪唑核苷酸的合成GlnGlu+PPi轉(zhuǎn)酰胺113甘氨酸ATPADPPi合成酶(2)5-磷酸核糖胺+甘氨酸+ATP甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi合成酶甘氨酸ADP合成酶(2)5-磷酸核糖胺+甘氨酸+A114N5,N10-甲川FH4THFA轉(zhuǎn)甲?；?3)甘氨酰胺核苷酸+N5,N10-甲川FH4+水

轉(zhuǎn)甲酰基酶

甲酰甘氨酰胺核苷酸+FH4N5,N10-甲川FH4THFA轉(zhuǎn)甲?；?3)甘氨酰胺核115ATPGlnH2OADPGluPi合成酶(4)甲酰甘氨酰胺核苷酸+谷氨酰胺+ATP+水甲酰甘氨脒核苷酸+谷氨酸+ADP+Pi合成酶ATPADP合成酶(4)甲酰甘氨酰胺核苷酸+谷氨酰胺+AT116ATPADPPi合成酶(5)甲酰甘氨脒核苷酸+ATP

5-氨基咪唑核苷酸+ADP+Pi合成酶ATPADPPi合成酶(5)甲酰甘氨脒核苷酸+ATP117生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件118生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件119CO2羧化酶第二階段：形成次黃嘌呤核苷酸(6)5-氨基咪唑核苷酸+CO2

5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸羧化酶CO2羧化酶第二階段：形成次黃嘌呤核苷酸(6)5-氨基咪唑120生物化學(xué)第十四章核酸降解與核苷酸代謝課件121ATPAspADPPi合成酶(7)5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸+天冬氨酸+ATP

5-氨基-4-(N-琥珀酸）氨甲酰咪唑核苷酸合成酶ATPADP合成酶(7)5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸+天122延胡索酸裂解酶(8)5-氨基-4-(N-琥珀酸）氨甲酰咪唑核苷酸5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸+延胡索酸裂解酶延胡索酸裂解酶(8)5-氨基-4-(N-琥珀酸）氨甲酰咪123N10-甲酰FH4THFA轉(zhuǎn)甲酰基酶(9)5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸+N10

-甲酰FH4

5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸+FH4轉(zhuǎn)甲?；窷10-甲酰FH4THFA轉(zhuǎn)甲酰基酶(9)5-氨基-4-氨124H2O環(huán)水解酶(10)5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸

次黃嘌呤核苷酸+水

環(huán)水解酶（脫水環(huán)化)H2O環(huán)水解酶(10)5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸環(huán)125掌握嘌呤環(huán)元素的來(lái)源67239415、10步環(huán)合，8步脫延胡索酸掌握嘌呤環(huán)元素的來(lái)源67239415、10步環(huán)合，1262.腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤核糖核苷酸的合成合成酶裂解酶脫氫酶合成酶2.腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤核糖核苷酸的合成合成酶裂解酶脫氫酶合成酶1273.嘌呤堿和核苷合成核糖核苷酸生物體內(nèi)除以簡(jiǎn)單前體物質(zhì)“從頭合成”核苷酸外，可由堿基和核苷合成核苷酸，“補(bǔ)救途徑”。3.嘌呤堿和核苷合成核糖核苷酸128主要的補(bǔ)救途徑：嘌呤堿與5-磷酸核糖焦磷酸在磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化作用下形成嘌呤核苷酸腺嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸腺嘌呤核苷酸+PPi次黃嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸次黃嘌呤核苷酸+PPi鳥(niǎo)嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸鳥(niǎo)嘌呤核苷酸+PPi腺苷酸焦磷酸化酶鳥(niǎo)苷酸焦磷酸化酶次黃苷酸焦磷酸化酶主要的補(bǔ)救途徑：嘌呤堿與5-磷酸核糖焦磷酸在磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催129腺嘌呤腺嘌呤5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）腺嘌呤腺嘌呤5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）130人類(lèi)該途徑具重要的作用，大腦中腺嘌呤和次黃嘌呤核苷酸合成主要依賴該途徑。嘌呤還可在核苷磷酸化酶作用下，與1-磷酸核糖生成嘌呤腺苷，然后再在核苷磷酸激酶作用下，與ATP生成嘌呤核苷酸：人類(lèi)該途徑具重要的作用，大腦中腺嘌呤和次黃嘌呤核苷酸合成主要131二.嘧啶核糖核苷酸的合成嘧啶核苷酸與嘌呤核苷酸合成不同。先合成嘧啶環(huán)。嘧啶環(huán)+磷酸核糖乳氫苷酸尿嘧啶核苷酸二.嘧啶核糖核苷酸的合成嘧啶核苷酸與嘌呤核苷酸合成不同。132⒈尿嘧啶核苷酸的生物合成（1）氨甲酰磷酸的形成Gln+2ATP+HCO3-合成酶Ⅱ氨甲酰磷酸+2ADP+Pi+Glu（2）氨甲酰磷酸+Asp轉(zhuǎn)氨甲酰酶氨甲酰天冬氨酸+Pi（3）氨甲酰天冬氨酸二氫乳清酸酶二氫乳清酸+

H2O

⒈尿嘧啶核苷酸的生物合成（1）氨甲酰磷酸的形成133（4）二氫乳清酸+NAD+二氫乳清酸脫氫酶

乳清酸+NADH+H+（5）乳清酸+5-磷酸核糖焦磷酸焦磷酸化酶乳清苷酸尿嘧啶核苷酸-co2（4）二氫乳清酸+NAD+二氫乳清酸脫氫酶-co2134CO2和谷氨酰胺合成氨基甲酰磷酸CCO2和谷氨酰胺合成氨基甲酰磷酸C135轉(zhuǎn)氨甲酰酶二氫乳清酸酶由氨基甲酰磷酸開(kāi)始合成尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶二氫乳清酸酶由氨基甲酰磷酸開(kāi)始合成尿嘧啶核苷酸136脫氫酶焦磷酸化酶脫氫酶焦磷酸化酶137脫羧酶脫羧酶138嘧啶環(huán)的元素來(lái)源嘧啶環(huán)的元素來(lái)源139⒉胞嘧啶核糖核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘奏ず塑?/p>