生物化學課件之核酸的降解和核苷酸代謝08

核酸的降解和核苷酸代謝核酸的降解和核苷酸代謝核苷酸的生物學功能：⒈作為核酸合成的原料（主要功能）⒉體內能量的利用形式（ATPGTPUTPCTP）⒊參與代謝和生理調節(jié)（cAMPcGMP）⒋組成輔酶（NADFADNAD+NADP+HSCoA）⒌活化中間代謝物（UDPGCDP-膽堿SAM等）核苷酸的生物學功能：何處去？進入磷酸戊糖途徑或重新合成核酸分解合成第一節(jié)核酸和核苷酸的分解代謝何處去？進入磷酸戊糖途徑分解第一節(jié)核酸和核苷酸的分解代謝一、核酸的解聚作用核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶.按其作用位置分為:1.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：只作用于DNA

核糖核酸外切酶:只作用于RNA2.核酸內切酶:從核酸分子內部切斷3’，5’-磷酸二酯鍵。3.限制性內切酶：在細菌細胞內存在的一類能識別并水解外源雙鏈DNA的核酸內切酶，可用于特異切割

DNA,常作為工具酶。一、核酸的解聚作用核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶.核酸外切酶對核酸的水解位點5′

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5′端外切5得3）

DNA/RNA蛇毒磷酸二酯酶（3′端外切3得5）

DNA/RNA核酸外切酶對核酸的水解位點5′ppppOHBpp

限制性內切酶

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對稱性的回文序列，并在此序列的某位點水解DNA雙螺旋鏈，產生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內切酶。

限制性內切酶常用的DNA限制性內切酶的專一性酶辨認的序列和切口說明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口常用的DNA限制性內切酶的專一性酶辨認的序列和切口說明‥‥二、核苷酸的降解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷堿基+戊糖-1-P磷酸核苷水解酶堿基+核糖（廣泛存在）（主要存在于植物、微生物）二、核苷酸的降解核苷酸酶

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

（人類和靈長類動物、爬蟲、鳥類）（靈長類以外的哺乳動物）(植物、某些硬骨魚)（魚類、兩棲類）（微生物）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1.嘌呤堿的分解代謝腺嘌呤鳥嘌腺嘌呤核苷酸脫氨酶

腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷腺嘌呤次黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷次黃嘌呤腺嘌呤核苷脫氨酶腺嘌呤脫氨酶H2O-NH3H2O-NH3H2O-NH3H2OPiH2OPi核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸酶核苷磷酸化酶H2OPiPiR-1-P腺嘌呤核苷酸脫氨酶腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷尿酸與痛風癥的關系

血中尿酸含量升高時，尿酸鹽晶體在組織中沉積，形成痛風癥。

受累組織器官：關節(jié)﹑軟骨﹑腎﹑軟組織病變：關節(jié)炎﹑腎病﹑尿路結石病因：高嘌呤飲食﹑核酸大量分解﹑腎病治療藥物：別嘌呤醇

尿酸與痛風癥的關系別嘌呤醇作用的機理：別嘌呤醇：別黃嘌呤底物類似物經酶作用后成為酶的滅活物，稱之為自殺作用物。自殺性底物別嘌呤醇別黃嘌呤黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇作用的機理：別嘌呤醇：別嘌呤醇別黃嘌呤黃嘌呤氧化酶

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+2.嘧啶堿的分解代謝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一﹑嘌呤核苷酸的合成代謝兩條途徑：1.從頭合成途徑（denovosynthesis）:

不以現(xiàn)成的堿基為原料，而是以磷酸核糖﹑氨基酸﹑

一碳單位﹑CO2等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘌呤核苷酸的過程。

（主要合成途徑，肝組織進行此途徑）2.補救合成途徑（salvagepathway）:

利用游離的嘌呤或嘌呤核苷，經過簡單的反應過程，合成嘌呤核苷酸的過程。

（腦﹑骨髓等只能進行此途徑）第二節(jié)、核苷酸的生物合成一﹑嘌呤核苷酸的合成代謝第二節(jié)、核苷酸的生物合成組織：肝﹑小腸粘膜及胸腺細胞內定位：細胞液嘌呤環(huán)中各碳、氮原子的來源：（一）嘌呤核苷酸的從頭合成甲酸鹽甲酸鹽組織：肝﹑小腸粘膜及胸腺（一）嘌呤核苷酸的從頭合成甲酸鹽甲酸⑴5-磷酸核糖→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）⒈合成途徑

兩個階段：⑴5-磷酸核糖→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）⑵IMP→→→AMP﹑GMP轉酰胺酶⑴5-磷酸核糖→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）⒈合關鍵酶合成酶甲酰FH4關鍵酶合成酶甲酰FH4⑵IMP→→→AMP﹑GMP6622⑵IMP→→→AMP﹑GMP6622（二）嘌呤核苷酸的補救合成兩個酶：①腺嘌呤磷酸核糖轉移酶（APRT）②次黃嘌呤(鳥嘌呤)磷酸核糖轉移酶（HGPRT）反應：腺嘌呤＋PRPPAMP＋PPi

次黃嘌呤＋PRPPIMP＋PPi

鳥嘌呤＋PRPPGMP＋PPi＊人體內還有腺苷激酶，能使腺嘌呤核苷磷酸化，生成AMP

腺嘌呤核苷AMPAPRTHGPRTHGPRT腺苷激酶ATPADP（二）嘌呤核苷酸的補救合成APRTHGPRTHGPRT腺苷補救合成的特點：過程簡單，耗能少。補救合成的生理意義：⒈減少能量和氨基酸的消耗

⒉彌補某些組織（腦、骨髓）不能從頭合成嘌呤核苷酸的不足。補救合成的特點：過程簡單，耗能少。（三）嘌呤核苷酸生物合成（從頭合成）的調節(jié)5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺IMPGMPAMP（三）嘌呤核苷酸生物合成（從頭合成）的調節(jié)5-磷酸核糖焦磷天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸二﹑嘧啶核苷酸的合成（一）嘧啶核苷酸的從頭合成

嘧啶環(huán)由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P⒈從頭合成途徑⑴尿嘧啶核苷酸(UMP)的合成⒈從頭合成途徑尿苷酸激酶二磷酸核苷激酶CTP合成酶乳清酸焦磷酸化酶尿嘧啶核苷酸的合成代謝尿苷酸激酶二磷酸核苷激酶CTP合成酶乳清酸焦磷酸化酶尿嘧啶核⑵CTP的合成(dTMP)⑵CTP的合成(dTMP)（二）嘧啶核苷酸的補救合成

⒈嘧啶(U﹑T)＋PRPP嘧啶核苷酸＋PPi⒉尿嘧啶＋1-磷酸核糖尿嘧啶核苷＋Pi⒊尿嘧啶核苷＋ATPUMP＋ADP⒋胞嘧啶核苷＋ATPCMP＋ADP嘧啶磷酸核糖轉移酶尿苷磷酸化酶尿苷激酶尿苷激酶（二）嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶磷酸核糖轉移酶尿苷磷酸（三）嘧啶核苷酸生物合成（從頭合成）的調節(jié)CPS-Ⅱ天冬氨酸氨基甲酰轉移酶CTP合成酶（三）嘧啶核苷酸生物合成（從頭合成）的調節(jié)CPS-Ⅱ天冬氨酸三、脫氧核糖核苷酸的合成⒈核糖核苷酸的還原—dADP﹑dGDP﹑dUDP﹑dCDP的生成三、脫氧核糖核苷酸的合成核糖核苷酸還原酶示意圖底物特異性調節(jié)位點酶活性調節(jié)位點活性位點R1亞基R2亞基（+）（-）UDP，CDPADP，GDP核糖核苷酸還原酶示意圖底物特異性調節(jié)位點酶活性調節(jié)位核糖核苷酸的還原反應FAD核糖核苷酸還原酶ATP、Mg2+硫氧還蛋白SHSH硫氧還蛋白SS硫氧還蛋白還原酶核糖核苷二磷酸+H2O脫氧核糖核苷二磷酸FADH2谷氧還蛋白SS谷氧還蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧還蛋白還原酶OP-P-CH2NOHOHOP-P-CH2NOHHGSSG2GSH谷胱甘肽還原酶核糖核苷酸的還原反應FAD核糖核苷酸還原酶ATP、Mg2+核苷(脫氧核苷）一磷酸到核苷(脫氧核苷）二（或三）磷酸的轉化，是在激酶的催化下完成的。如：核苷(脫氧核苷）一磷酸到核苷(脫氧核苷）二（或三）2.脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶

N5、N10-CH2-FH4FH2二氫葉酸還原酶NADPH+H++SerNADP++GlySer羥甲基轉移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-PdTMPdUMP2.脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成胸腺嘧啶核苷酸合成酶N5、核苷酸的合成及相互關系核苷酸的合成及相互關系核酸的降解和核苷酸代謝核酸的降解和核苷酸代謝核苷酸的生物學功能：⒈作為核酸合成的原料（主要功能）⒉體內能量的利用形式（ATPGTPUTPCTP）⒊參與代謝和生理調節(jié)（cAMPcGMP）⒋組成輔酶（NADFADNAD+NADP+HSCoA）⒌活化中間代謝物（UDPGCDP-膽堿SAM等）核苷酸的生物學功能：何處去？進入磷酸戊糖途徑或重新合成核酸分解合成第一節(jié)核酸和核苷酸的分解代謝何處去？進入磷酸戊糖途徑分解第一節(jié)核酸和核苷酸的分解代謝一、核酸的解聚作用核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶.按其作用位置分為:1.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：只作用于DNA

核糖核酸外切酶:只作用于RNA2.核酸內切酶:從核酸分子內部切斷3’，5’-磷酸二酯鍵。3.限制性內切酶：在細菌細胞內存在的一類能識別并水解外源雙鏈DNA的核酸內切酶，可用于特異切割

DNA,常作為工具酶。一、核酸的解聚作用核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶.核酸外切酶對核酸的水解位點5′

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5′端外切5得3）

DNA/RNA蛇毒磷酸二酯酶（3′端外切3得5）

DNA/RNA核酸外切酶對核酸的水解位點5′ppppOHBpp

限制性內切酶

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對稱性的回文序列，并在此序列的某位點水解DNA雙螺旋鏈，產生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內切酶。

限制性內切酶常用的DNA限制性內切酶的專一性酶辨認的序列和切口說明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口常用的DNA限制性內切酶的專一性酶辨認的序列和切口說明‥‥二、核苷酸的降解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷堿基+戊糖-1-P磷酸核苷水解酶堿基+核糖（廣泛存在）（主要存在于植物、微生物）二、核苷酸的降解核苷酸酶

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

（人類和靈長類動物、爬蟲、鳥類）（靈長類以外的哺乳動物）(植物、某些硬骨魚)（魚類、兩棲類）（微生物）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1.嘌呤堿的分解代謝腺嘌呤鳥嘌腺嘌呤核苷酸脫氨酶

腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷腺嘌呤次黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷次黃嘌呤腺嘌呤核苷脫氨酶腺嘌呤脫氨酶H2O-NH3H2O-NH3H2O-NH3H2OPiH2OPi核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸酶核苷磷酸化酶H2OPiPiR-1-P腺嘌呤核苷酸脫氨酶腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷尿酸與痛風癥的關系

血中尿酸含量升高時，尿酸鹽晶體在組織中沉積，形成痛風癥。

受累組織器官：關節(jié)﹑軟骨﹑腎﹑軟組織病變：關節(jié)炎﹑腎病﹑尿路結石病因：高嘌呤飲食﹑核酸大量分解﹑腎病治療藥物：別嘌呤醇

尿酸與痛風癥的關系別嘌呤醇作用的機理：別嘌呤醇：別黃嘌呤底物類似物經酶作用后成為酶的滅活物，稱之為自殺作用物。自殺性底物別嘌呤醇別黃嘌呤黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇作用的機理：別嘌呤醇：別嘌呤醇別黃嘌呤黃嘌呤氧化酶

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+2.嘧啶堿的分解代謝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一﹑嘌呤核苷酸的合成代謝兩條途徑：1.從頭合成途徑（denovosynthesis）:

不以現(xiàn)成的堿基為原料，而是以磷酸核糖﹑氨基酸﹑

一碳單位﹑CO2等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘌呤核苷酸的過程。

（主要合成途徑，肝組織進行此途徑）2.補救合成途徑（salvagepathway）:

利用游離的嘌呤或嘌呤核苷，經過簡單的反應過程，合成嘌呤核苷酸的過程。

（腦﹑骨髓等只能進行此途徑）第二節(jié)、核苷酸的生物合成一﹑嘌呤核苷酸的合成代謝第二節(jié)、核苷酸的生物合成組織：肝﹑小腸粘膜及胸腺細胞內定位：細胞液嘌呤環(huán)中各碳、氮原子的來源：（一）嘌呤核苷酸的從頭合成甲酸鹽甲酸鹽組織：肝﹑小腸粘膜及胸腺（一）嘌呤核苷酸的從頭合成甲酸鹽甲酸⑴5-磷酸核糖→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）⒈合成途徑

兩個階段：⑴5-磷酸核糖→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）⑵IMP→→→AMP﹑GMP轉酰胺酶⑴5-磷酸核糖→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）⒈合關鍵酶合成酶甲酰FH4關鍵酶合成酶甲酰FH4⑵IMP→→→AMP﹑GMP6622⑵IMP→→→AMP﹑GMP6622（二）嘌呤核苷酸的補救合成兩個酶：①腺嘌呤磷酸核糖轉移酶（APRT）②次黃嘌呤(鳥嘌呤)磷酸核糖轉移酶（HGPRT）反應：腺嘌呤＋PRPPAMP＋PPi

次黃嘌呤＋PRPPIMP＋PPi

鳥嘌呤＋PRPPGMP＋PPi＊人體內還有腺苷激酶，能使腺嘌呤核苷磷酸化，生成AMP

腺嘌呤核苷AMPAPRTHGPRTHGPRT腺苷激酶ATPADP（二）嘌呤核苷酸的補救合成APRTHGPRTHGPRT腺苷補救合成的特點：過程簡單，耗能少。補救合成的生理意義：⒈減少能量和氨基酸的消耗

⒉彌補某些組織（腦、骨髓）不能從頭合成嘌呤核苷酸的不足。補救合成的特點：過程簡單，耗能少。（三）嘌呤核苷酸生物合成（從頭合成）的調節(jié)5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺IMPGMPAMP（三）嘌呤核苷酸生物合成（從頭合成）的調節(jié)5-磷酸核糖焦磷天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸二﹑嘧啶核苷酸的合成（一）嘧啶核苷酸的從頭合成

嘧啶環(huán)由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P⒈從頭合成途徑⑴尿嘧啶核苷酸(UMP)的合成⒈從頭合成途徑尿苷酸激酶二磷酸核苷激