第十二章核酸的降解和核苷酸代謝

◆食物中的核酸，經(jīng)腸道酶系降解成各種核苷酸，再在相關(guān)酶作用下，分解產(chǎn)生嘌呤、嘧啶、核糖、脫氧核糖和磷酸，然后被吸收?！粑盏襟w內(nèi)的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸?！羧撕蛣?dòng)物所需的核酸無須直接依賴于食物，只要食物中有足夠的磷酸鹽，、糖和蛋白質(zhì)，核酸就能在體內(nèi)正常合成。第一節(jié)核酸的酶促降解當(dāng)前第1頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)核酸酶限制性內(nèi)切酶

核酸酶

核苷酸酶

核苷磷酸化酶

核酸核苷酸核苷堿基+戊糖-1-P磷酸當(dāng)前第2頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)核酸酶1、核酸酶的分類（1）根據(jù)對(duì)底物的專一性分為（2）根據(jù)切割位點(diǎn)分為核糖核酸酶(RNase)脫氧核糖核酸酶(DNase)非特異性核酸酶核酸內(nèi)切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特點(diǎn)當(dāng)前第3頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5′

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pOHB

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p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5′端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3′端外切3得5）當(dāng)前第4頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)內(nèi)切核酸酶對(duì)RNA的水解位點(diǎn)示意圖5′

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pOHPyPuPyPy1′

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pGACU

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pGA3′RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶

當(dāng)前第5頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)限制性內(nèi)切酶

原核生物中存在著一類能識(shí)別外源DNA雙螺旋中4-8個(gè)堿基對(duì)所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的回文序列，并在此序列的某位點(diǎn)水解DNA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（ristrictionendonuclease）。當(dāng)前第6頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)當(dāng)前第7頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)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（E.coli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶★限制酶的命名：E.coRI第一位：屬名E（大寫）第二、三位：種名的頭兩個(gè)字母小寫co第四位：菌株R第五位：從該細(xì)菌中分離出來的這一類酶的編號(hào)當(dāng)前第8頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)

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，用來解剖纖細(xì)的DNA分子。當(dāng)前第9頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)第二節(jié)核苷酸的降解

核苷酸酶

核苷酶核苷酸核苷堿基+（脫氧）戊糖-1-P磷酸當(dāng)前第10頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)一嘌呤的分解代謝首先在各自的脫氨酶的作用下水解脫氨，脫氨反應(yīng)可發(fā)生在嘌呤堿、核苷及核苷酸水平上。當(dāng)前第11頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)

不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，產(chǎn)物也不同。人、靈長類、鳥類、某些爬蟲類將嘌呤分解成尿酸，其他生物還可將尿酸進(jìn)一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。

當(dāng)前第12頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)嘌呤的分解當(dāng)前第13頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)●排尿酸動(dòng)物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類●排尿囊素動(dòng)物：哺乳動(dòng)物（靈長類除外）、腹足類●排尿囊酸動(dòng)物：硬骨魚類●排尿素動(dòng)物：大多數(shù)魚類、兩棲類●某些低等動(dòng)物能將尿素進(jìn)一步分解成NH3和CO2排出?！裰参锓纸忄堰实耐緩脚c動(dòng)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）。當(dāng)前第14頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)二嘧啶的分解

胞苷脫氫酶

尿苷酶胞苷尿苷尿嘧啶

脫氧胸苷酶脫氧胸苷胸腺嘧啶NH3核糖脫氧核糖當(dāng)前第15頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)嘧啶的分解當(dāng)前第16頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)第三節(jié)核苷酸的合成代謝一、核糖核苷酸的生物合成二、脫氧核糖核苷酸的生物合成當(dāng)前第17頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)一、核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)從頭合成途徑(2)補(bǔ)救途徑2、嘧啶核苷酸的生物合成(1)從頭合成途徑(2)補(bǔ)救合成途徑當(dāng)前第18頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)從頭合成途徑由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）開始，先合成次黃嘌呤核苷酸，然后由次黃嘌呤核苷酸（IMP）轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷酸和鳥嘌呤核苷酸。嘌呤環(huán)合成的前體：CO2、甲酸鹽、Gln、Asp、Gly嘌呤環(huán)的元素來源及摻入順序A.Gln提供-NH2：N9B.Gly：C4、C5、N7C.5.10-甲川FHFA：C8D.Gln提供-NH2：N3閉環(huán)ECO2：C6F.Asp提供-NH2：N1G10-甲酰THFA：C2

當(dāng)前第19頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)來自谷氨酰胺的酰胺氮來自“甲酸鹽”來自天冬氨酸來自甘氨酸來自CO2來自“甲酸鹽”當(dāng)前第20頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)IMP合成概況：

R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑環(huán)，第一階段:5-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核苷酸分子上形成另一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)（嘧啶環(huán)），形成IMP。

第二階段:當(dāng)前第21頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸IMP的生物合成5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFA延胡索酸甲酰THFAFH4FH4CHO當(dāng)前第22頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)總反應(yīng)式：5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲酰THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP→IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPi當(dāng)前第23頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)2、腺嘌呤核苷酸的合成（AMP）

IMP+Asp+GTPAMP+延胡索酸腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸+GDP+PI腺苷酸琥珀酸裂解酶當(dāng)前第24頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)3、

鳥嘌呤核苷酸的合成

IMP+NAD++H2OIMP脫氫酶黃嘌呤核苷酸+NADH+H+黃嘌呤核苷酸+Gln（或NH4+）+ATP+H2OGMP合成酶GMP+Glu+AMP+PPi當(dāng)前第25頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP當(dāng)前第26頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)（2）．補(bǔ)救途徑（salvagepathway）

利用已有的堿基和核苷合成核苷酸①

磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（重要途徑）嘌呤堿和5-PRPP在特異的磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的作用下生成嘌呤核苷酸

phosphoribosyltransferase

當(dāng)前第27頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)(adeninephosohoribosyltransferase)(hypoxanthine-guaninephosohoribosyltransferase)嘌呤核苷酸的從頭合成與補(bǔ)救途徑之間存在平衡。Lesch-Nyan綜合癥就是由于次黃嘌呤：鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺陷，AMP合成增加，大量積累尿酸，腎結(jié)石和痛風(fēng)。當(dāng)前第28頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)②核苷激酶途徑腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下與ATP反應(yīng)，生成腺嘌呤核苷酸。

堿基+核糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷+Pi腺苷+ATP腺苷激酶腺苷酸+ADP當(dāng)前第29頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)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)為自毀容貌綜合癥。嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成的生理意義當(dāng)前第30頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)先合成嘧啶環(huán)，然后再和PRPP作用形成核苷酸。

相同處：都有從頭合成途徑和補(bǔ)救途徑。

UMP

CMPTMP與嘌呤核苷酸合成的顯著不同處：2嘧啶核苷酸的生物合成

當(dāng)前第31頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)嘧啶環(huán)上各原子的來源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸合成前體：氨甲酰磷酸、Asp

當(dāng)前第32頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)（1）尿苷酸（UMP）的合成：

①從頭合成途徑（Denovosynthesis）

第一階段：合成氨甲酰磷酸

第二階段:嘧啶核的形成第三階段：形成尿苷酸,當(dāng)前第33頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)尿嘧啶核苷酸合成途徑當(dāng)前第34頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)②補(bǔ)救途徑（salvagepathway）

尿苷磷酸化酶UraR-1-PPiU（尿苷）尿苷激酶UMPATPADP

尿嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶

UraPRPPPPi當(dāng)前第35頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)嘧啶核苷酸補(bǔ)救合成途徑尿嘧啶+PRPP尿嘧啶+1-P-核糖尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP當(dāng)前第36頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)（2）胞苷酸（CMP）的合成UMPCMP

+NH3當(dāng)前第37頁\共有40頁\編于星期五\23點(diǎn)補(bǔ)救途徑

Cyt+PRPPCMP+PPi

胞苷激酶CMPCATPADP

(胞苷)當(dāng)前第38頁\共有40頁\編于星期五\