第十章主要含氮化合物的代謝

第十章主要含氮化合物的代謝蛋白質(zhì)的酶促降解氨基酸的降解和轉(zhuǎn)化氨同化及氨基酸的生物合成核酸的酶促降解核苷酸的生物降解核苷酸的生物合成第一節(jié)蛋白質(zhì)的酶促降解肽酶(Peptidase)末端蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶）肽鏈內(nèi)部｛羧基末端羧肽酶氨基末端氨肽酶含AA較少的肽鏈蛋白質(zhì)小片段氨基酸蛋白酶肽酶一、水解蛋白質(zhì)的酶消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的重要性排除異常蛋白質(zhì)（翻譯\折疊\修飾出錯(cuò)的蛋白）排除積累過多的酶或調(diào)節(jié)蛋白（1）不依賴ATP的溶酶體途徑，沒有選擇性，主要降解細(xì)胞通過胞吞作用攝取的外源蛋白、膜蛋白及長(zhǎng)壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白。（蛋白酶的pH偏低，5左右）（2）依賴ATP的泛素途徑，在胞質(zhì)中進(jìn)行，主要降解異常蛋白和短壽命蛋白（調(diào)節(jié)蛋白），此途徑在不含溶酶體的紅細(xì)胞中尤為重要。（選擇性降解）真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)的降解途徑意義：（1）清除異常蛋白；（2）細(xì)胞對(duì)代謝進(jìn)行調(diào)控的一種方式三、

細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的機(jī)制

N-端規(guī)則一種蛋白質(zhì)的半衰期與N-端氨基酸的性質(zhì)有關(guān)。如果一種蛋白質(zhì)N端的氨基酸是Met,Ser,Ala,Thr,Val或Gly，則半衰期較長(zhǎng)，大于20個(gè)小時(shí)。如果一種蛋白質(zhì)的N端氨基酸是Phe,Leu,Asp,Lys或

Arg，則半衰期較短，3分鐘或者更短。泛素是一種8.5KD（76a.a.殘基）的小分子蛋白質(zhì)，普遍存在于真核細(xì)胞內(nèi)。一級(jí)結(jié)構(gòu)高度保守，酵母與人只相差3個(gè)aa殘基，它能與被降解的蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合，使后者活化，然后被26S蛋白酶體降解。2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

TheNobelPrizeinChemistry2004“forthediscoveryofubiquitin-mediatedproteindegradation”

AaronCiechanoverAvramHershkoIrwinRose

2004年6日瑞典皇家科學(xué)院宣布，2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予以色列科學(xué)家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國(guó)科學(xué)家歐文·羅斯，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解。

③泛素-蛋白質(zhì)連接酶（E3）將活化的泛素從E2轉(zhuǎn)移到已結(jié)合在E3上的蛋白質(zhì)的賴氨酸-氨基上，形成一個(gè)異肽鍵（isopetidebond）。泛素

情況下可被幾個(gè)泛素分子連接。

①泛素的羧基末端以硫酯鍵與泛素活化酶（E1）相連。②泛素然后被轉(zhuǎn)移到被稱為泛素結(jié)合酶（E2）的巰基上。氨基酸的去向（1）重新合成蛋白質(zhì)（2）合成其它含氮化合物，如血紅素、活性胺、GSH、核苷酸、輔酶等（3）徹底分解，提供能量(動(dòng)物)第二節(jié)氨基酸的降解和轉(zhuǎn)化脫氨基作用脫羧基作用AA分解產(chǎn)物的代謝--NH3的去向；碳骨架的去向AA與一碳單位概況一、脫氨基作用定義：氨基酸失去氨基的作用叫脫氨基作用。脫氨基作用包括：氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用

脫酰胺作用

轉(zhuǎn)氨基作用

聯(lián)合脫氨基作用㈠氧化脫氨基作用定義：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，并產(chǎn)生氨的過程。AA氧化酶的種類

L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脫氨，體內(nèi)分布不廣泛，最適pH10左右，以FAD或FMN為輔基。

D-AA氧化酶：體內(nèi)分布廣泛，以FAD為輔基。但體內(nèi)D-AA不多。

L-谷氨酸脫氫酶：專一性強(qiáng)，分布廣泛（動(dòng)、植、微生物），活力強(qiáng)，以NAD+或NADP+為輔酶。三種酶的催化作用均不是體內(nèi)理想的脫氨基方式反應(yīng)通式：HNH2R-C-COOH--+O2+H2OR-C-COOH+H2O2+NH3AA氧化酶OHNH2R-C-COOH--AA氧化酶R-C-COO-NH2H2OR-C-COOHO+NH3FPFPH2FPH2+O2FP+H2O2+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH--+NAD(P)++H2O谷氨酸脫氫酶ATPGTPNADH變構(gòu)抑制ADPGDP變構(gòu)激活CH2-COOHC=O-CH2COOH--還原脫氨基、脫水脫氨基、水解脫氨基、脫硫氫基脫氨基等。

（在微生物中個(gè)別AA進(jìn)行,但不普遍）

㈡非氧化脫氨L-絲氨酸CH2COO-C-NH3+=-CH3COO-C=NH2+--COOHCH2OHNH2-C-H--COOHCH3C=O--絲氨酸脫水酶+NH3丙酮酸-H2O+H2Oα-氨基丙烯酸亞氨基丙酸由解氨酶催化（苯丙氨酸解氨酶）

CH2-CHNH2-COOH(OH)CH=CH-COOH(OH)+NH3L-苯丙氨酸

(酪氨酸)反式肉桂酸(反式香豆酸)單寧等次生物輔酶QPAL

㈢氨基酸的脫酰胺作用

CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO---+H2OCH2-COO-CH2-CHNH3+COO---+NH3谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO---+H2O天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO---+NH3兩種酶廣泛存在于微生物、動(dòng)物、植物中，有相當(dāng)高的專一性。

（四）轉(zhuǎn)氨基作用指α-AA和酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用，α-AA的α-氨基借助轉(zhuǎn)氨酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來(lái)的AA生成相應(yīng)的酮酸，而原來(lái)的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸。OR2-C-COOH=R1-C-COOH+NH2OR1-C-COOH=R2-C-COOH--+HNH2H迄今發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)氨酶都以磷酸吡哆醛（PLP）為輔基。AAR1α-酮酸R2P-吡哆醛醛亞胺——酮亞胺AAR2α-酮酸R1例如天冬氨酸+α-酮戊二酸草酰乙酸+谷氨酸CH2-COO-CH+NH3COO---CH2-COO-CH2-C=OCOO---CH2-COO-C=OCOO---CH2-COO-CH2-CH+NH3COO---++

單靠轉(zhuǎn)氨基作用不能最終脫掉氨基，單靠氧化脫氨基作用也不能滿足機(jī)體脫氨基的需要，因?yàn)橹挥蠫lu脫氫酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。機(jī)體借助聯(lián)合脫氨基作用可以迅速脫去氨基。

(五)聯(lián)合脫氨基類型a、轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)b、轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)大多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶，優(yōu)先利用α-酮戊二酸作為氨基的受體，生成Glu。因?yàn)樯傻墓劝彼峥稍诠劝彼崦摎涿傅拇呋卵趸摪?，使?酮戊二酸再生。轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)

轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)

(骨骼肌\心臟\肝臟\腦組織中)

α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸蘋果酸延胡索酸腺苷酸次黃苷酸脫氨基作用氧化脫氨非氧化脫氨氨基酸的脫酰胺作用轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基（兩個(gè)內(nèi)容）小結(jié)二、脫羧基作用

AA胺類化合物脫羧酶（輔酶為磷酸吡哆醛）R1COOHH-C-NH2--HR2O=C--+AA胺類化合物脫羧酶（輔酶為磷酸吡哆醛）磷酸吡哆醛R1COOHH-C-N=C---H-R2醛亞胺+H2OR1HH-C-N=C---H-R2CO2H2OHR2O=C--+R1HH-C-NH2--專一性強(qiáng)胺谷AAγ-氨基丁酸+CO2天冬AAβ-丙AA+CO2賴AA尸胺+CO2鳥AA腐胺+CO2Arg→鳥氨酸→脫羧→腐胺→亞精胺→精胺，亞精胺和精胺總稱為多胺，是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)的重要物質(zhì)。絲氨酸乙醇胺膽堿卵磷脂色氨酸吲哚丙酮酸吲哚乙醛

吲哚乙酸

胺類有一定作用，但有些胺類化合物有害（尤其對(duì)人），應(yīng)維持在一定水平，體內(nèi)胺氧化酶可將多余的胺氧化成醛，進(jìn)一步氧化成脂肪酸。RCH2NH2+O2+H2ORCHO+H2O2+NH3RCHO+1/2O2RCOOHCO2+H2OAA尿素三、氨基酸分解產(chǎn)物的代謝1、氨的去路：排氨生物：NH3轉(zhuǎn)變成酰胺（Gln），運(yùn)到排泄部位后再分解。（原生動(dòng)物、線蟲和魚類）以尿酸排出：將NH3轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^小的尿酸排出。通過消耗大量能量而保存體內(nèi)水分。（陸生爬蟲及鳥類）以尿素排出：經(jīng)尿素循環(huán)（肝臟）將NH3轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩囟懦?。（哺乳?dòng)物）重新利用合成AA：合成酰胺（高等植物中）嘧啶環(huán)的合成（細(xì)菌）生成銨鹽尿素的生成

概念

在排尿動(dòng)物體內(nèi)由NH3合成尿素是在肝臟中通過一個(gè)循環(huán)機(jī)制完成的，這一個(gè)循環(huán)稱為尿素循環(huán)(theureacycle)。氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鳥氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+H2O2ADP+Pi基質(zhì)線粒體胞液NH2-C-NH2O尿素12345PiNH3-酮戊二酸尿素形成后由血液運(yùn)到腎臟隨尿排除。

-酮戊二酸尿素循環(huán)（1）形成一分子尿素消耗4個(gè)高能磷酸鍵（2）兩個(gè)氨基分別來(lái)自游離氨和Asp，一個(gè)CO2來(lái)自TCA循環(huán).總反應(yīng)和過程N(yùn)H3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O

NH2-CO-NH2+

2ADP+2Pi+

AMP+PPi+延胡索酸是動(dòng)物細(xì)胞排NH3+CO2的方式2、AA碳骨架的去路（AA脫氨基的意義）AA分解產(chǎn)生7種產(chǎn)物進(jìn)入TCA循環(huán)，進(jìn)行徹底的氧化分解。七種產(chǎn)物為：丙酮酸、乙酰乙酰CoA、乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸再合成AA轉(zhuǎn)變成糖和脂肪

生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的AA。（AlaThrGlySerCysAspAsnArgHisGlnProIleMetVal、Phe、Tyr、Trp）轉(zhuǎn)變成酮體

生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、-羥-丁酸的AA。（Phe

TyrLeuLys

Thr

Ile

Trp,在動(dòng)物肝臟中）

氨基酸碳骨架進(jìn)入TCA帕金森病(Parkinsondisease)患者多巴胺生成減少。在黑色素細(xì)胞中，酪氨酸可經(jīng)酪氨酸酶等催化合成黑色素，人體缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障礙，皮膚、毛發(fā)等發(fā)白，稱為白化病。氨基酸代謝缺陷病酪氨酸的代謝

四、AA與一碳單位

許多AA可以作為一碳單位的來(lái)源，在各種化合物發(fā)生甲基化時(shí)作為甲基的供體。

一碳單位：AA在分解過程中可產(chǎn)生具有一個(gè)碳原子的活性基團(tuán)，稱為一碳基團(tuán)或一碳單位。一般了解：一碳單位的種類和相互轉(zhuǎn)變

一碳單位:

亞氨甲基（-CH=NH），甲?；℉C=O-），羥甲基（-CH2OH），亞甲基（又稱甲叉基，-CH2），次甲基（又稱甲川基，-CH=），甲基（-CH3）Gly、Ser、Thr、His、Met等可以提供一碳單位。一碳基團(tuán)的利用：參與合成反應(yīng)，如磷脂、嘌呤和嘧啶核苷酸等的合成。一碳單位的轉(zhuǎn)移靠四氫葉酸FH4

VB11(葉酸)和四氫葉酸(FH4或THF)二氫葉酸對(duì)氨基苯甲酸谷氨酸蝶呤8四氫葉酸HH105第三節(jié)氨同化及氨基酸的生物合成氨同化氨基酸的合成一、氨的同化定義：

生物體將無(wú)機(jī)態(tài)的氨轉(zhuǎn)化為含氮有機(jī)化合物的過程（N素亦稱生命元素）。

1、

氮源

氮流入氨基酸分子，起始于無(wú)機(jī)氮:

N2固定生成NH3（生物固氨,微生物）

硝酸還原生成NH3

(植物、微生物)

將硝酸鹽（NO3-)還原為NH3

氨同化食物提供N2固定（生物固氨）——微生物

與豆科植物共生的根瘤菌、自養(yǎng)固氮菌---蘭藻

在固氮酶系作用下，將空氣中的N2固定，產(chǎn)生NH3

根瘤N2+8H++8e-2NH3+H2

植物體中的N源(硝酸還原生成）NO3-植物直接吸收氨硝酸還原酶NO2-亞硝酸還原酶NH3AAPro其它含N化合物2、氨同化的途徑

谷AA的形成途徑氨甲酰磷酸形成途徑

（1）谷AA合成途徑

谷AA脫氫酶（細(xì)菌）NH3谷AA其它AACH2-COOHCH2-C=OCOOH--CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--+NH3+NADH+NAD++H2Oα-酮戊二酸（TCA循環(huán)產(chǎn)生的）

此反應(yīng)要求有較高濃度的NH3，足以使光合磷酸化解偶聯(lián)，不可能是植物體內(nèi)無(wú)機(jī)氨轉(zhuǎn)為有機(jī)氮的主要途徑

谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途徑）

CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH--+NH3+ATP+ADP+Pi+H2O

谷氨酰胺可做為NH3的供體將其轉(zhuǎn)移CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH--CH2-COOHCH2-C=OCOOH--+NADPH+H+CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--2總反應(yīng):NH3+ATP+α-酮戊二酸+2H谷AA+ADP+H2O+Pi谷AA合酶NADP+（2）氨甲酰磷酸合成途徑（微生物和動(dòng)物）原料：NH3CO2ATP

氨甲酰激酶NH3+CO2+ATPMg2+

OH2N-C-OPO3H2+ADP=氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶NH3+CO2+2ATPMg2+輔因子OH2N-C-OPO3H2+2ADP+Pi在植物體中，氨甲酰磷酸中的氮來(lái)自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨來(lái)的。利用體內(nèi)代謝的氨二、氨基酸的合成主要通過轉(zhuǎn)氨基作用AA-R1α-酮酸R1轉(zhuǎn)氨酶AA-R2α-酮酸R2

許多氨基酸可以作為氨基的供體，其中最主要的是谷氨酸，其被稱為氨基的“轉(zhuǎn)換站”，先

Glu其它AA。氨基酸的合成｛有AA提供氨基(最主要為谷AA，領(lǐng)頭AA)有C架（α-酮酸）直接碳架是相應(yīng)的α-酮酸：C架主要來(lái)源：糖酵解——丙酮酸

TCA——草酰乙酸、α-酮戊二酸

磷酸戊糖途徑——磷酸核糖包括：丙(Ala)、纈(Val)、亮(Leu)

㈠丙氨酸族氨基酸的合成共同碳架：EMP中的丙酮酸COOHCH3C=O--CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--COOHCH3CHNH2--CH2-COOHCH2-C=OCOOH--谷丙轉(zhuǎn)氨酶++丙酮酸谷AA

丙AA

α-酮戊二酸

丙氨酸族其它氨基酸的合成2丙酮酸α-酮異戊酸

縮合CO2轉(zhuǎn)氨基纈氨酸α-酮異己酸

亮氨酸轉(zhuǎn)氨基-CH3C=OCOO---CH2-CH3CH3-CH-C=OCOOH--CH3-CHα-酮異戊酸

㈡絲氨酸族氨基酸的合成包括：甘(Gly)、絲(Ser)、半胱(Cys)甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途徑中的乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--COOHCHO-+COOHCH2NH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH--+α-酮戊二酸

甘AA

谷AA

乙醛酸

COOHCH2NH2-COOHCH2OHCHNH2-+NH3+CO2+2H++

2e-2H2O

絲AA

甘AA

碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸絲AA還有其它合成途徑COOHHO-CHCH2O-P--COOHC=OCH2O-P--COOHCHNH2CH2O-P--COOHCH2OHCHNH2-COOHC=OCH2O-P--COOHHO-CHCH2OH--COOHC=OCH2OH--H2O

Pi磷酸酶轉(zhuǎn)氨基氧化H2O

Pi轉(zhuǎn)氨磷酸化途徑非磷酸化途徑3-磷酸甘油酸3-磷酸羥基丙酮酸3-磷酸羥基丙酮酸3-磷酸絲氨酸甘油酸3-羥基丙酮酸絲氨酸

半胱氨酸的合成途徑（植物或微生物中）絲AA+乙酰-COAO-乙酰絲AA+COAO-乙酰絲AA+硫化物半胱氨酸+乙酸三種氨基酸的關(guān)系乙醛酸甘AA絲AA半胱AA3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)乙酰基酶磷酸化途徑非磷酸化途徑半胱氨酸的合成途徑（動(dòng)物中）L-高半胱氨酸+絲氨酸L，L胱硫醚水解L-半胱氨酸H2O㈢天冬氨酸族氨基酸的合成包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、賴(Lys)、蘇(Thr)、甲硫(Met)、異亮(Ile)共同碳架：TCA中的草酰乙酸CH2-COO-C=OCOO---CH2-COO-CH2-CH+NH3COO---CH2-COO-CH+NH3COO---CH2-COO-CH2-C=OCOO---++天冬AA天冬酰胺合成酶Mg2+Mg2+｛天冬AA+NH3+ATP天冬酰胺+H2O

+AMP+PPi天冬AA+谷氨酰胺+ATP天冬酰胺+谷AA+AMP+PPi（植物，細(xì)菌）

（動(dòng)）谷草轉(zhuǎn)氨酶CH2-COOHCHNH2COOH--

天冬氨酸族其它氨基酸的合成ATPADP天冬氨酸激酶CH2-C-O-P=OCHNH2COOH--O=OHOHNADPH+H+NADP+天冬氨酸激酶天冬氨酰磷酸CH2-CHOCHNH2COOH--β-天冬氨酸半醛L-高絲氨酸甲硫氨酸蘇氨酸異亮氨酸（4個(gè)C來(lái)自Asp,2個(gè)C來(lái)自丙酮酸）α,ε-二氨基庚二酸賴氨酸CO2天冬氨酸㈣谷氨酸族氨基酸的合成包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、羥脯(Hyp)、精(Arg)共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸

α-酮戊二酸Glu為還原同化作用+NH3

+NADH+NAD++H2O谷AA脫H酶（動(dòng)物和真菌，不普遍）谷氨酰胺+α-酮戊二酸2谷AA（普遍）α-酮戊二酸谷AA+NH3

+ATP谷氨酰胺+ADP+Pi+H2O

合成酶

Glu合酶NADPH+H+NADP+由谷AA脯AA

CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--CH2-COOHCH2-CHNH2CHO--NAD(P)HNAD(P)+ATPADPMg2+H2CCH2HCNCHCOOHNADHNAD+H2CCH2H2CNHCHCOOH1/2O2CCH2H2CNHCHCOOHHHO(谷AA)(谷氨酰半醛)(△’-二氫吡咯-5-羧酸)(脯AA)(羥脯AA)由谷AA其它AA

CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--CH2-CH2NH2CH2-CHNH2COOH--CH2-COOHCH2-HC-NH-C-CH3COOH--O=CH2-CHOCH2-HC-NH-C-CH3COOH--O=--C=OCH2-CH2CH2-CHNH2COOH--NHNH2-CH2-CH2CH2-CHNH2COOH--NHNH2-CH2-CH2CH2-CHNH2COOH--NHNH-C=N-CH--C-NH2---COOHCH2COOH--轉(zhuǎn)乙酰酶乙酰COACOANADPH+H+NADP+轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)甲酰酶氨甲酰磷酸磷酸天冬氨酸延胡索酸裂解酶精氨酸精氨酰琥珀酸瓜氨酸鳥氨酸N-乙酰谷氨酰半醛幾種氨基酸的關(guān)系α-酮戊二酸谷AA谷氨酰胺脯AA羥脯AA鳥AA瓜AA精AA㈤組氨酸族和芳香族氨基酸的合成包括：組AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、苯丙AA(Phe)組AA族碳架：PPP中的磷酸核糖芳香族AA碳架：4-磷酸-赤蘚糖(PPP)和PEP(EMP)CH2HCCCH-NH2COOH--NHCHN來(lái)自核糖來(lái)自谷氨酰胺的酰胺基從谷氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用而來(lái)來(lái)自ATPTrp芳香族氨基酸的關(guān)系若將莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前體，因此芳香族氨基酸合成時(shí)相同的一段過程叫莽草酸途徑色氨酸PEP4-磷酸赤蘚糖莽草酸分支酸預(yù)苯酸酪氨酸苯丙氨酸氨基酸的生物合成

核酸的酶促降解

核苷酸的降解

核苷酸的合成第四節(jié)核酸的酶促降解及核苷酸代謝一、核酸的酶促降解核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶,按其作用位置分為:核酸外切酶：作用于核酸鏈的末端（3端或5端），逐個(gè)水解下核苷酸。脫氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA核糖核酸外切酶:只作用于RNA核酸內(nèi)切酶:從核酸分子內(nèi)部切斷3，5-磷酸二酯鍵。限制性內(nèi)切酶：在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識(shí)別并水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶，可用于特異切割DNA,常作為工具酶。（一）核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯鍵的酶（RNase），不同的RNase專一性不同。牛胰核糖核酸酶I（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。（內(nèi)切核酸酶）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。（內(nèi)切核酸酶）5′

p

p

p

pOHPyPuPyPu1′

p

p

pGACU

p

p

pGA3′RNAaseIRNAaseT1只能水解DNA磷酸二酯鍵的酶。牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），可切割雙鏈和單鏈DNA，降解產(chǎn)物為3’-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(shí)別并水解外源雙源DNA的核酸內(nèi)切酶，可特異切割外源DNA特定序列中的磷酸二脂鍵(對(duì)堿基序列專一），切斷雙鍵，常作為工具酶。

（二）脫氧核糖核酸酶限制性內(nèi)切酶類型I型：識(shí)別位點(diǎn)與切割位點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)

Ⅱ型：切割位點(diǎn)位于識(shí)別位點(diǎn)上，產(chǎn)物為專一性片段。分子生物學(xué)研究所用的限制性內(nèi)切酶均為此類。Ⅲ型：識(shí)別位點(diǎn)為5-7bp的非對(duì)稱序列

，切割位點(diǎn)在順序之外離識(shí)別序列5-10bp產(chǎn)生3ˊ-OH和5ˊ-P的末端限制性內(nèi)切酶Ⅱ限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號(hào)屬名種名株名例：EcoRI，這是從大腸桿菌（Ecoli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶是分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNA限制圖譜、進(jìn)行DNA序列測(cè)定和基因分離、基因體外重組等研究中不可缺少的工具，是一把天賜的神刀，用來(lái)解剖纖細(xì)的DNA分子。既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯鍵的核酸酶。小球菌核酸酶（內(nèi)切酶），可作用于RNA或變性的DNA，產(chǎn)生3’-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶（外切酶）。（三）非特異性核酸酶某些核酸外切酶對(duì)RNA、DNA均有作用：牛脾磷酸二酯酶3-核苷酸蛇毒磷酸二酯酶5-核苷酸生物體內(nèi)核酸的合成原料來(lái)自”從頭合成”,并非取自食物二、核苷酸的代謝核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸單酯酶）核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷磷酸嘌呤或嘧啶戊糖-1-磷酸（一）核苷酸的生物降解1、核苷酸的降解

核苷酸+H2O核苷+Pi

核苷+H2O嘌呤（或嘧啶）+戊糖（核苷水解酶主要存在于植物和微生物體內(nèi)，并且只能對(duì)核糖核苷起作用，對(duì)脫氧核糖核苷不起作用。）

核苷+H3PO4嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖

（核苷磷酸化酶存在廣泛）

核苷酸酶核苷水解酶核苷磷酸化酶

2、嘌呤的降解：

這是一個(gè)氧化降解過程，不同生物降解的產(chǎn)物不同。

腺嘌呤鳥嘌呤

H2O

H2O

NH3

NH3

次黃嘌呤

黃嘌呤

H2O+O2H2O2H2O+O2

H2O2

尿囊素

尿酸

H2OCO2+H2O22H2O+O2

尿囊酸

尿素+乙醛酸

H2O2H2O

4NH3+2CO2

（人類和靈長(zhǎng)類動(dòng)物、爬蟲、鳥類）（靈長(zhǎng)類以外的哺乳動(dòng)物）（植物）（魚類、兩棲類）（海洋無(wú)脊椎動(dòng)物）腺嘌呤脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶(硬骨魚)脫氨氧化水解黃嘌呤氧化酶主要存在于肝、小腸、腎中，能將黃嘌呤氧化為尿酸。尿酸的水溶性較差，因此尿酸過多容易引起結(jié)晶而沉積于關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨、腎等處，導(dǎo)致腎結(jié)石或痛風(fēng)。痛風(fēng)多見于成年男性，可能是嘌呤代謝酶缺陷導(dǎo)致。另外進(jìn)食高嘌呤飲食、腎病也可導(dǎo)致尿酸排泄障礙，導(dǎo)致尿酸升高。痛風(fēng)癥（高尿酸血癥）別嘌呤醇治療痛風(fēng)的機(jī)理別嘌呤醇是黃嘌呤氧化酶的抑制劑，可用于痛風(fēng)癥的治療。3、嘧啶的降解：這是一個(gè)還原降解過程。

胞嘧啶尿嘧啶二氫尿嘧啶

H2ONH3NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-丙氨酸

β-脲基丙酸

H2O

胸腺嘧啶二氫胸腺嘧啶

NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-氨基異丁酸

β-脲基異丁酸

H2O

胞嘧啶脫氨酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧啶酶脲基丙酸酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧啶酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+NADPH+H+--------哺乳動(dòng)物NADH+H+----------細(xì)菌脫氨還原水解1、嘌呤核苷酸的生物合成從頭合成途徑補(bǔ)救途徑2、嘧啶核苷酸的生物合成從頭合成途徑補(bǔ)救合成途徑（二）核苷酸的生物合成3、脫氧核苷酸的合成（A）嘌呤環(huán)上各原子的來(lái)源N3N9N7N1C2C6C4C5C8來(lái)自谷氨酰胺的酰胺氮來(lái)自甲酸來(lái)自甲酸來(lái)自天冬氨酸來(lái)自甘氨酸來(lái)自CO21、嘌呤核苷酸的生物合成（AMP、GMP)合成嘌呤核苷酸，先合成IMP，再轉(zhuǎn)化為AMP、GMP。（1）從頭合成利用簡(jiǎn)單的原始材料從頭合成核苷酸的過程，此過程不包括堿基和核苷等中間物。IMP的合成是從5-磷酸核糖開始的，先與ATP反應(yīng)生成5′-磷酸核糖-1′-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤環(huán)的各原子在PRPP的C-1位置上逐漸加上去。（B）

IMP的合成PRPPIMPFH49N4C、5C，7N3N6C1N2C8C①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶（C）由IMP生成AMP和GMP羽田殺菌素（Asp的類似物）（C）IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP羽田殺菌素（Asp的類似物）IMPAMPGMPGTPATPPRPP甘氨酸

天冬氨酸

谷氨酰胺

一碳單位

CO210步酶促反應(yīng)5-磷酸核糖嘌呤核苷酸的合成結(jié)果直接形成IMPIMP合成從5-P-核糖開始的，在ATP參與下先形成PRPP嘌呤的各個(gè)原子是在PRPP的C1上逐漸加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2提供N和C四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體

概括：嘌呤核苷酸從頭合成途徑嘌呤核苷酸的從頭合成IMPGMPAMPATPGTP多步反應(yīng)（不必記）反饋抑制(2)補(bǔ)救途徑紅細(xì)胞、腦骨髓、脾臟等組織不能從頭合成嘌呤核苷酸，但可從血中攝取由肝臟運(yùn)來(lái)的現(xiàn)成的嘌呤堿或嘌呤核苷以合成嘌呤核苷酸。腺苷+ATPAMP+ADP腺苷激酶IGIMPGMP+PRPP+PPiHGPRT腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（APRT）腺嘌呤+PRPPAMP+PPi次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶Lesch-Nyhan綜合征

(1964)是一種與X染色體連鎖遺傳代謝病，為隱性遺傳性狀，患者主要是男性，女性僅為攜帶者。該病的病因是由于次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（HGPRT）有缺陷造成的。由于鳥嘌呤和次黃嘌呤回收障礙，導(dǎo)致過量產(chǎn)生尿酸，導(dǎo)致腎結(jié)石和痛風(fēng)。更嚴(yán)重的后果是神經(jīng)系統(tǒng)損傷，如智力遲鈍和高攻擊性或破壞性行為等。次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺陷→補(bǔ)救途徑受阻→嘌呤和PRPP增加→嘌呤從頭合成加速→嘌呤分解產(chǎn)物(尿酸)增多→痛風(fēng)癥嘧啶核苷酸的嘧啶環(huán)是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。2、嘧啶核苷酸的生物合成氨甲酰磷酸天冬氨酸(1)尿苷酸的從頭合成其合成與嘌呤核苷酸的合成不同，先利用小分子化合物形成嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸（PRPP）結(jié)合形成UMP，其關(guān)鍵的中產(chǎn)物是乳清酸。其他嘧啶核苷酸由尿苷酸轉(zhuǎn)變而來(lái)ATCase尿嘧啶核苷酸氨基甲酰磷酸天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶二氫乳清酸酶二氫乳清酸脫氫酶乳清酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶／Mg2+乳清苷酸脫羧酶A.從頭合成

B.胞苷酸的生物合成

UMPUDPUTPATPADPATPADP

UTP+NH3+ATPCTP+ADP+Pi

(細(xì)菌體內(nèi))

UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP+谷氨酸+ADP+Pi

核苷二磷酸激酶CTP合成酶Mg2+尿嘧啶核苷酸激酶CTP合成酶在動(dòng)物體內(nèi),由谷氨酰胺代替氨參加反應(yīng)提供氨基嘧啶堿與1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。嘧啶堿+1-磷酸核糖核苷磷酸化酶嘧啶核苷+Pi尿苷（胞苷）+ATP尿苷激酶／Mg2+UMP（CMP）+ADP

B.磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（胞嘧啶不行）尿嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶+5-PRPPUMP+PPi(2)補(bǔ)救途徑A.

嘧啶核苷激酶途徑（重要途徑）（1）核糖核苷酸的還原反應(yīng)NADP+NADPH+H+硫氧還蛋白還原酶FAD核糖核苷酸還原酶（B1和B2）ATP、Mg2+硫氧還蛋白（還原型）SHSH硫氧還蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脫氧核糖核苷二磷酸ADP、GDP、CDP、UDP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。還原反應(yīng)一般在核苷二磷酸（NDP）水平上進(jìn)行3、脫氧核糖核苷酸的生物合成由尿嘧啶脫氧核苷酸（dUMP）經(jīng)甲基化生成。Ser提供甲基，NADPH提供還原當(dāng)量。（2）胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成H

胸腺嘧啶脫氧核苷酸（dTMP）的合成

dUDP+H2OdUMP+Pi

dCMP+H2OdUMP+Pi