吉林大學(xué)食品生物化學(xué)11核苷酸代謝課件

核酸的降解和核苷酸代謝(Degradationofnucleicacidandnucleotidesmetabolism)一、核酸和核苷酸的分解代謝二、核苷酸的生物合成三、輔酶核苷酸的生物合成NitrogenousBasesPlanar,aromatic,andheterocyclicDerivedfrompurineorpyrimidineStructureofNucleotideBasesNucleosidesResultfromlinkingoneofthesugarswithapurineorpyrimidinebasethroughanN-glycosidiclinkage

PurinesbondtotheC1’carbonofthesugarattheirN9atoms

PyrimidinesbondtotheC1’carbonofthesugarattheirN1atomsNucleotidesResultfromlinkingoneormorephosphateswithanucleosideontothe5’endofthemoleculethroughesterification

1核酸的酶促降解

核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、限制性內(nèi)切酶

2核苷酸的降解

3核苷酸的合成代謝（1）核糖核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的合成：從頭合成和補(bǔ)救途徑嘧啶核苷酸的合成：從頭合成和補(bǔ)救途徑（2）脫氧核苷酸的生物合成核糖核苷酸的還原脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成核酸的降解和核苷酸代謝一、核酸和核苷酸的分解代謝

動物和異養(yǎng)型微生物可以分泌消化酶類來分解核蛋白和核酸類物質(zhì)，以獲得各種核苷酸。（核苷水解酶主要存在于植物和微生物體內(nèi)，并且只能對核糖核苷起作用，對脫氧核糖核苷不起作用。）（核苷磷酸化酶存在廣泛）核酸的酶促降解核酸核酸酶單核苷酸磷酸單脂酶核苷嘧啶/嘌呤核糖/脫氧核糖核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脫氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途徑醛縮酶乙醛甘油醛-3-磷酸核酸酶

1、核酸酶的分類（1）根據(jù)對底物的專一性分為（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)切酶核酸外切酶核酸外切酶：作用于核酸鏈的末端（3’端或5’端），逐個水解下核苷酸。脫氧核糖核酸外切酶：只作用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。核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶外切核酸酶對核酸的水解位點(diǎn)5′

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5′端外切得3’－核苷酸）蛇毒磷酸二酯酶（3′端外切得5‘－核苷酸）2、核酸酶的作用特點(diǎn)限制性內(nèi)切酶

類型命名意義

原核生物中存在著一類能識別外源DNA雙螺旋中4-8個堿基對所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對稱性的回文序列，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（ristriction

endonuclease）。

限制性內(nèi)切酶名稱的第一個字母取自獲得此內(nèi)切酶的細(xì)菌屬名的第一個字母，用大寫名稱的第二、三個字母取自該細(xì)菌種名的頭二個字母，用小寫字母

如果該細(xì)菌還有不同的株系，則另加第四個代表株系的字母或數(shù)字；最后是用羅馬字大寫的數(shù)字，代表同一菌株中不同限制性內(nèi)切酶的編號。

限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號屬名種名株名例：EcoRI，這是從大腸桿菌（Ecoli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶如HindⅢ代表從流感噬血桿菌d株（haemophilus

influenzae）中分離到的第三種內(nèi)切酶。二.核苷酸的降解嘌呤堿的分解

PurineCatabolism不同動物嘌呤代謝的產(chǎn)物

靈長類、鳥類：尿酸其他哺乳動物、軟體動物：尿囊素硬骨魚：尿囊酸軟骨魚和兩棲類：尿素大多數(shù)海洋無脊椎動物：氨和CO2

（如甲殼類動物）Allpurinedegradationleadstouricacid(butitmightnotstopthere)嘌呤堿的分解首先是在各種脫氨酶的作用下水解脫去氨基。脫氨反應(yīng)也可以在核苷或核苷酸的水平上進(jìn)行，在動物組織中腺嘌呤脫氨酶的含量極少，而腺嘌呤核苷脫氨酶和腺嘌呤核苷酸脫氨酶的活性極高。嘌呤堿基的脫氨嘌呤的降解

腺嘌呤鳥嘌呤

H2OH2ONH3NH3

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

H2O

4NH3+2CO2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嘌呤的分解代謝尿酸的進(jìn)一步分解AdenosineDegradationALLOPURINOLISAXANTHINEOXIDASEINHIBITOR

ASUBSTRATEANALOGISCONVERTEDTOANINHIBITOR,INTHISCASEA“SUICIDE-INHIBITOR”高嘌呤食物：豆苗、黃豆芽、蘆筍、香菇、紫菜、動物內(nèi)臟、魚類腺苷脫氨酶缺乏癥Aadenosine

deaminasedeficiency(ADA)

：一種嚴(yán)重的免疫缺陷癥，腺苷脫氨酶的缺乏可使T淋巴細(xì)胞因代謝產(chǎn)物的累積而死亡，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的聯(lián)合性免疫缺陷癥（SCID）。通常導(dǎo)致嬰兒出生幾個月后死亡。嘧啶的分解代謝胞嘧啶和尿嘧啶的分解代謝

胞嘧啶尿嘧啶二氫尿嘧啶β-脲基丙酸β-丙氨酸胸腺嘧啶的分解代謝β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸二氫胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATAC糖異生二、核苷酸的生物合成（一）嘌呤核苷酸的生物合成概述：從頭合成基本途徑半合成（補(bǔ)救合成）（CO2/NH3/AA/戊糖）核糖核苷酸dNDP分解的現(xiàn)成嘌呤、嘧啶ATP核苷酸合成的兩條途徑核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脫氧核苷酸輔酶RNA核苷堿基脫氧核苷DNA補(bǔ)救途徑從頭合成嘌呤核苷酸環(huán)上原子來源嘌呤核苷酸的合成次黃嘌呤核苷酸的合成

各種嘌呤核苷酸的合成是先合成次黃嘌呤核苷酸，再轉(zhuǎn)變成各種嘌呤核苷酸。此途徑叫嘌呤核苷酸的從頭合成途徑（denovosynthesispathway）。次黃嘌呤核苷酸的合成是在核糖上合成次黃嘌呤的，而不是先合成次黃嘌呤，再與核糖結(jié)合的。焦磷酸激酶PRPP嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成代謝谷氨酰氨提供N9甘氨酸提供C4，5和N7嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成代謝一碳單位提供C8谷氨酰氨提供N3嘌呤核苷酸的合成代謝CO2提供C6門冬氨酸提供N1一碳單位提供C2嘌呤核苷酸的合成代謝門冬氨酸提供C6上的氨基谷氨酸提供C2上的氨基ATP和GTP的合成嘌呤核苷酸的合成代謝核苷酸合成的補(bǔ)救途徑

生物體內(nèi)除了能以簡單前體物質(zhì)“從頭合成”（denovosynthesis）核苷酸外，還能利用預(yù)先形成的堿基和核糖合成核苷酸。這個途徑稱為“補(bǔ)救途徑”（salvagepathway）。嘌呤核苷酸合成的補(bǔ)救途徑核苷磷酸化酶腺苷激酶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶只有腺苷激酶，其他核苷酸只能按以下反應(yīng)產(chǎn)生。嘌呤核苷酸的合成代謝PRPP補(bǔ)救途徑5－磷酸核糖焦磷酸腺嘌呤嘌呤核苷酸合成特點(diǎn)先形成IMP(次黃嘌呤核苷酸)，然后在單磷酸的水平上轉(zhuǎn)變成AMP、GMP。IMP合成從5-P-核糖開始的，在ATP參與下先形成PRPP(5-磷酸核糖焦磷酸)嘌呤的各個原子是在PRPP的C1上逐漸加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2提供N和C，合成時先形成右環(huán)，再形成左環(huán)。四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸生物合成的調(diào)節(jié)①別構(gòu)酶：受終產(chǎn)物抑制；②③受終產(chǎn)物抑制受終產(chǎn)物抑制雷-納（二氏）綜合癥

Lesch－Nyhansyndrome

1964年首由Lesch和Nyhan二氏報道的一種先天性的代謝疾病。表現(xiàn)為血高尿酸癥、高度智力障礙、腦源性麻痹、自傷癥（自我咬傷）等的伴性遺傳性疾病。發(fā)病的本質(zhì)是基于組織中缺少與嘌呤有關(guān)的一種酶——次黃嘌呤鳥嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖基酶（hypoxanthine（guanine）phosphoribosyltransferase，HGPRT），鳥嘌呤和次黃嘌呤補(bǔ)救途徑障礙，導(dǎo)致產(chǎn)生過量的尿酸，導(dǎo)致腎結(jié)石和痛風(fēng)。自我咬傷是咬自己的手指、嘴唇、頰部的一種怪癖，可作本癥的一種重要特征。對于診斷原因不明的腦源性麻痹的男性病例中，在懷疑為本癥時，測定其尿中和血中的尿酸是必要的。

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。氨甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸合成特點(diǎn)：其合成與嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨甲酰磷酸與天冬氨酸形成嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸（PRPP）結(jié)合形成UMP，其關(guān)鍵的中間產(chǎn)物是乳清酸。胞苷酸則由尿苷酸在三磷酸的水平上轉(zhuǎn)變而來。嘧啶環(huán)碳原子和氮原子的來源嘧啶核苷酸的合成代謝氨基甲酰磷酸的合成CO2提供C2，Gln提供N3嘧啶核苷酸的合成代謝乳清酸的合成嘧啶核苷酸的合成代謝嘧啶核苷酸的合成代謝嘧啶核苷酸的合成代謝ATP提供能量嘧啶核苷酸合成的補(bǔ)救途徑UMP磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿苷磷酸化酶尿苷激酶尿苷激酶胞嘧啶一般只參與嘧啶核苷激酶催化的這種途徑嘧啶核苷酸的合成代謝①②嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)①氨甲酰磷酸合成酶②天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶③CTP合成酶乳清酸尿癥

(Orotic

aciduria)

乳清酸尿癥是一種遺傳性疾病，主要表現(xiàn)為尿中排出大量乳清酸、生長遲緩和重度貧血。是由于催化嘧啶核苷酸從頭合成反應(yīng)(5)和(6)的雙功能酶(乳清酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（OPRT）和乳清酸脫羧酶（OMP脫羧酶）)的基因缺陷所致。臨床用尿嘧啶或胞嘧啶治療。尿嘧啶經(jīng)磷酸化可生成UMP，抑制CPSⅡ(氨基甲酰磷酸合成酶）活性，從而抑制嘧啶核苷酸的從頭合成，從而避免乳清酸在體內(nèi)的積累。（三）脫氧核糖核苷酸的合成

脫氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸還原產(chǎn)生的。在生物體內(nèi)，腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶四種核糖核苷酸都可以被還原成相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸。催化此反應(yīng)的酶稱為核糖核苷酸還原酶。大腸桿菌核糖核苷酸還原酶

核糖核苷酸還原酶由R1和R2兩個亞基組成，它們分開時沒有活性，只有合在一起并有鎂離子存在時才有活性。

R1亞基含有兩條相同的多肽鏈，每條多肽鏈上有兩個別構(gòu)調(diào)節(jié)位點(diǎn)。一個調(diào)節(jié)位點(diǎn)結(jié)合效應(yīng)物后影響對底物的特異性，另一個調(diào)節(jié)位點(diǎn)結(jié)合效應(yīng)物后調(diào)節(jié)酶的活性。每條肽鏈上還含有一對參與催化氧化還原反應(yīng)的巰基和一個參與催化氧化還原反應(yīng)的酪氨酸。核糖核苷酸還原酶示意圖底物特異性調(diào)節(jié)位點(diǎn)酶活性調(diào)節(jié)位點(diǎn)活性位點(diǎn)R1亞基R2亞基一對巰基和一個酪氨酸推進(jìn)UDP和CDP的還原推進(jìn)GDP和ADP的還原硫氧還蛋白核糖核酸還原酶系硫氧還蛋白還原酶核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸的還原反應(yīng)核糖核苷酸還原酶NADP+NADPH+H+硫氧還蛋白還原酶FADATP、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脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H++SerNADP++Gly

N5、N10—CH2—FH4FH2二氫葉酸還原酶Ser羥甲基轉(zhuǎn)移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P核苷酸合成的其他反應(yīng)AMP激酶核苷二磷酸激酶脫氧核糖基轉(zhuǎn)移酶有4種針對不同NMP的激酶此酶特異性不強(qiáng)此酶可以使堿基與脫氧核苷上的堿基交換

嘌呤類似物（6-巰基嘌呤）：可抑制AMP、GMP的生成谷胺酰胺類似物（氮雜絲氨酸）：可抑制IMP的合成中有谷胺酰胺參與的反應(yīng)葉酸類似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制IMP合成中有四氫葉酸參與的反應(yīng)臨床上幾種治癌藥物的作用機(jī)理嘌呤核苷酸的抗代謝物嘌呤類似物:8-氮雜鳥嘌呤NOHNNNHNSHNNNHNSHNNNHH2NNOHNNNHN6-巰基鳥嘌呤次黃嘌呤6-巰基嘌呤（6-MP）氨基酸類似物抑制有谷氨酰胺參與的反應(yīng)