生物化學核酸分解代謝

生物化學核酸分解代謝第1頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一第十一章、核苷酸代謝第2頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)、核苷酸的分解代謝

生物體普遍存在的磷酸單酯酶或核苷酸酶可催化核苷酸的水解，而特異性強的磷酸單酯酶只能水解3’-Nt或5’-Nt。

催化核苷水解的酶有2類，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶

Nsphosphorylase Ns+PiPuorPy+pentose-1-P

Nshydrolase Ns+H2OPuorPy+pentose Nsphosphorylase存在廣泛，反應可逆

Nshydrolase主要存在于植物和微生物，只對核糖核苷起作用，對脫氧核糖核苷無作用。

第3頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一

核酸酶(Nuclease)

核酸酶是作用于核酸磷酸二酯鍵的水解酶，包括：1、核糖核酸酶(RNase)，2、脫氧核糖核酸酶(DNase)，其中能水解核酸分子內磷酸二酯鍵的酶又稱為核酸內切酶(endonuclease)，從核酸的一端逐個水解下核苷酸的酶稱為核酸外切酶(exonuclease)。第4頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一

食物核酸與蛋白結合為核蛋白體（Nucleoproteins）的形式，在胃中受胃酸作用水解為NAs和Proteins，NA在小腸被胰nuclease（包括DNase、RNase）降解為Pu-Nt、Py-Nt和Oligonucleotide。腸黏膜釋放的phosphodiesterase并協同胰核酸酶進行消化，水解為單核苷酸腸黏膜細胞中還有nucleotidase(phosphomonoesterase)，水解Nt為Ns和Pi。脾、肝等組織中的nucleosidase進一步水解Ns為戊糖和堿基。

第5頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一一、核苷酸分解第6頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一二、核苷酸三級水平的降解第7頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一三、嘌呤核苷酸分解的三級脫氨第8頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（一）、嘌呤堿的分解

不同生物嘌呤堿的分解能力不同，代謝產物也不同，人和猿類及一些排尿酸的動物（鳥類、某些爬行類和昆蟲）嘌呤的代謝產物為尿酸。

第9頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一1、嘌呤分解中的脫氨作用

嘌呤堿的分解首先在各種脫氨酶的作用下水解脫氨，脫氨作用也可以在核苷或核苷酸的水平上進行。動物組織腺嘌呤脫氨酶含量極少，而腺嘌呤核苷脫氨酶及腺嘌呤核苷酸脫氨酶的活性較高，因此腺嘌呤的脫氨分解主要在核苷或核苷酸水平上進行。鳥嘌呤脫氨酶分布廣，脫氨分解主要在該酶的作用下進行。第10頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（1）、鳥嘌呤脫氨第11頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（2）、黃嘌呤的分解第12頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（3）、尿酸生成第13頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（二）、嘌呤核苷酸的分解第14頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一1、不同生物嘌呤核苷酸的

分解產物不同鳥、昆蟲、人類非靈長類哺乳動物硬骨魚魚、兩棲類甲殼類、無脊椎第15頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一2、黃嘌呤氧化酶

(XanthineOxidase)

催化次黃嘌呤和黃嘌呤氧化生產尿酸。酶為復合黃素酶，由兩個相同的亞基組成，分子量260,000，每個亞基含一個FAD、一個鉬原子和一個Fe4S4中心。反應要求分子氧作為電子受體，還原產物是H2O2，進入尿酸的氧來自水。底物與酶結合后，Mo(VI)被還原為Mo(IV)，電子經黃素、鐵硫中心等傳給O2，與氫離子生成H2O2，Mo(IV)氧化為Mo(VI)。第16頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一3、痛風(Gout)

嘌呤堿分解代謝產生過多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸鈉結晶，沉積于男性的關節(jié)部位引起疼痛或灼痛――痛風和腎結石。

第17頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一痛風的尿酸鈉晶體第18頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一4、別嘌呤醇與次黃嘌呤第19頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（1）、別嘌呤醇的作用別嘌呤醇別黃嘌呤第20頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（2）、別嘌呤醇的作用機理第21頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（3）、自殺底物(SuicideSubstrate)

結構與次黃嘌呤很相似的別嘌呤醇(allopurinol)，在黃嘌呤氧化酶的作用下氧化為別黃嘌呤(alloxanthine)，后者與酶中心的Mo(IV)牢固結合，使Mo(IV)不易轉變成Mo(VI)而成為酶的滅活物，這種底物類似物被稱為自殺作用（底）物，這種作用被稱為自殺作用。第22頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一四、嘧啶堿的分解

不同生物嘧啶堿的分解過程也不一樣，一般情況下含氨基的嘧啶要先水解脫去氨基，脫氨基也可以在核苷或核苷酸水平上進行。

第23頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（一）、嘧啶還原途徑的分解第24頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（二）、嘧啶氧化途徑的分解第25頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一1、尿嘧啶、胞嘧啶分解第26頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一2、胸腺嘧啶的分解返回第27頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)、核苷酸生物合成

可以通過兩條完全不同的途徑進行，1、從頭合成途徑：由磷酸戊糖先和尚未完成的Pu或Py環(huán)結合，在未完成的環(huán)上添加必要的部分，然后閉合成環(huán)。

2、補救途徑：由現成的Pu,Py,Pentose及Pi在酶的作用下直接合成核苷酸（Nt——SalvagePathway）；第28頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一一、嘌呤核苷酸的從頭合成途徑

碳14標記的HCOOH和氮15標記的氨基酸與鴿肝勻漿物共培養(yǎng)，得到Pu各元素的來源，1950s由J.Buchanan和G.RobertGreenberg提出Hypoxanthinedenovosynthesis假說，并證明HypoxanthineNt是Ade-Nt及Gua-Nt合成的前體。第29頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一一、嘌呤核苷酸的從頭合成途徑

合成所需物質： -D-ribose-5-P,ATP,Gln,Asp,GTP,N5,N10-methyleneTHFA,CO2。

另需輔助因子：

Mg2+,Mn2+,NAD+,THFA-CHO

合成中先生成IMP，然后轉變?yōu)锳MP和GMP。第30頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一1、嘌呤環(huán)元素的來源第31頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一2、嘌呤核苷酸的全程合成總圖第32頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的全程

合成（反應1）5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺第33頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的全程

合成（反應2）甘氨酰胺核甘酸5-磷酸核糖胺第34頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的全程

合成（反應3）1甲酰甘氨酰胺核甘酸甘氨酰胺核甘酸第35頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的全程

合成（反應4）甲酰甘氨酰胺核甘酸甲酰甘氨咪唑核甘酸第36頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的全程

合成（反應5）甲酰甘氨咪唑核甘酸5-氨基咪唑核甘酸第37頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的全程

合成（反應6）5-氨基咪唑4-羧基核甘酸

5-氨基咪唑4-N琥珀酸氨甲酰核甘酸第38頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的全程合成（反應7）

5-氨基咪唑4-N琥珀酸氨甲酰核甘酸115-氨基咪唑甲酰胺核甘酸第39頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的全程合成(反應8)

5-氨基咪唑甲酰胺核甘酸5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核甘酸第40頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的全程

合成（反應9）

5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核甘酸次黃嘌呤核甘酸第41頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一3、由IMP合成AMP和GMP第42頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）第43頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一5、嘌呤核苷酸合成的調節(jié)第44頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（1）、大腸桿菌腺苷酸和鳥苷酸合成的調節(jié)第45頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（2）、氨甲蝶呤第46頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（3）氮絲氨酸等Gln類似物第47頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一二、補救途徑

利用現成的嘌呤、嘧啶堿基、核甘通過腺嘌呤磷酸核糖基轉移酶（APRT)及次黃嘌呤－鳥嘌呤磷酸核糖基轉移酶（HGPRT)實現AMP、IMP、GMP的補救合成。

人體細胞大多為全程合成，但腦中多通過補救途徑合成。第48頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（一）、嘌呤核苷酸的補救合成第49頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（二）、Lesch-NyhanSyndrome（自毀容貌綜合癥）

HGPRT（次黃嘌呤－鳥嘌呤磷酸核糖基轉移酶）缺陷的男性兒童表現為一種自毀容貌綜合癥，為先天性遺傳疾?。ㄈ狈GPRT)，行為對立，侵略性強，自咬手指、腳趾、嘴唇等，智力低下。第50頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一自毀容貌綜合癥機理第51頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一三、嘧啶核苷酸的合成從頭合成途徑生物有機體利用CO2、NH3及天冬氨酸合成核苷酸的途徑。嘧啶核苷酸的合成包括：補救途徑生物有機體利用堿基或核苷和磷酸核糖合成核苷酸的途徑。第52頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（一）、從頭合成途徑1、嘧啶環(huán)元素的來源第53頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一2、氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp第54頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一3、乳清酸的合成第55頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一4、乳清酸合成UMP第56頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一5、嘧啶核苷酸的全程合成：由乳清酸合成

UTP和CTP第57頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一6、UTP合成CTP第58頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一7、嘧啶核苷酸合成的調節(jié)第59頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一8、嘧啶核苷酸的合成受到反饋抑制的調節(jié)

細菌嘧啶核苷酸合成速度的調節(jié)很大程度受到Asp羧甲基轉移酶（ATCase）的調節(jié)，產物CTP對反應為抑制作用。細菌ATCase分子有6個催化亞基和6個調節(jié)亞基組成，催化亞基與底物分子結合，變構調節(jié)亞基與變構調節(jié)物CTP結合。與亞基一樣，整個酶分子有兩種構象：活性形式和非活性形式，CTP未與調節(jié)亞基結合時，酶的活性最大；CTP積累并與調節(jié)亞基結合時，調節(jié)亞基構象改變并帶動催化亞基構象改變，酶變?yōu)闊o活性形式。ATP阻止由CTP所引起改變的改變。第60頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一CTP和ATP對天門冬氨酸羧甲基轉移酶的變構調節(jié)第61頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（二）、嘧啶核苷酸的補救合成

UMP磷酸核糖基轉移酶

Ura+PRPPUMP+PPi

尿嘧啶磷酸化酶

Ura+1-P-RUridine+Pi

尿苷激酶

Uridine+ATPUMP+ADP

Cytosine不能與PRPP作用。第62頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一三、三磷酸核苷酸的合成1.AMP生成ATP

核甘酸激酶

AMP+ATP2ADP

glycolyticenzymesoroxidativephosphorylation ADPATP2.ATP通過核苷單磷酸激酶生成其他NDP

ATP+NMPADP+NDP3.NTP的生成

Nsdiphosphatekinase NTPD+NDPANDPD+NTPA第63頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一四、脫氧核糖核苷酸的合成

以核糖核苷酸為原料，通過NDP還原酶將核糖分子還原為脫氧核糖。核糖核苷酸必須先行轉化為二磷酸核苷酸(NDP)水平，再還原為脫氧核苷二磷酸水平。 除需還原酶外，還需另兩種氧還蛋白參與，即硫氧還蛋白(thioredoxin)和谷氧還蛋白(glutaredoxin)。 產物為dNDP。 進一步在激酶的作用下形成相應的dNTP。第64頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（一）、脫氧核苷酸的合成第65頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一1、核糖核苷酸還原酶催化核糖核苷酸還原為脫氧核糖核苷酸第66頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一2、核糖核苷酸還原酶TyrFe2+第67頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一3、核糖核苷酸還原酶作用的可能機制第68頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一4、脫氧核苷酸合成機理第69頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一5、硫氧還蛋白第70頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一7、硫氧還蛋白還原酶第71頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一8、谷氧還蛋白還原酶第72頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一9、脫氧核苷三磷酸對核糖核苷酸還原酶的調節(jié)第73頁，共86頁，2023年，2月20日，星期一（二）、dTMP的生物合成

存在兩