生物化學(xué)-第十章 核酸的降解與核苷酸代謝

第九章核酸的降解

與核苷酸代謝教學(xué)大綱了解：核酸的酶促水解；核苷酸合成有兩種方式：從頭合成途徑及補(bǔ)救途徑；核酸合成的調(diào)節(jié)掌握：嘌呤和嘧啶環(huán)的原子來源；嘌呤與嘧啶的分解代謝終產(chǎn)物；脫氧核糖核苷酸的生成方式(主要是在二磷酸水平生成)重點(diǎn)、難點(diǎn)：嘌呤和嘧啶的分解及代謝終產(chǎn)物；核苷酸的從頭合成途徑的元素來源核苷酸(nucleotide)是構(gòu)成核酸(nucleicacid)的根本單位，人體所需的核苷酸都是由機(jī)體自身合成的。食物中的核酸或核苷酸類物質(zhì)根本上不能被人體所利用。在核酸類物質(zhì)的水解產(chǎn)物中，只有磷酸和戊糖可被吸收利用。第一節(jié)核酸的降解與核酸酶類小腸單核苷酸胰核酸酶食物中核酸的消化核苷酶小腸戊糖含氮堿核苷酸酶磷酸核苷小腸核蛋白胃HCl蛋白質(zhì)核酸核苷酸核酸核酸酶核苷酸酶磷酸+核苷核苷磷酸化酶堿基+戊糖-1-磷酸核苷水解酶堿基+核糖核苷酸類物質(zhì)在人體具有多方面的生理功用：①作為合成核酸的原料：如ATP，GTP，CTP，UTP用于合成RNA，dATP，dGTP，dCTP，dTTP用于合成DNA。②作為能量的貯存和供給形式：除ATP之外，還有GTP，UTP，CTP等。③參與代謝或生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)：如環(huán)核苷酸cAMP和cGMP作為激素的第二信使。④參與構(gòu)成酶的輔酶或輔基：如在NAD+，NADP+，F(xiàn)AD，F(xiàn)MN，CoA中均含有核苷酸的成分。⑤作為代謝中間物的載體：如用UDP攜帶糖基，用CDP攜帶膽堿，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷攜帶蛋氨酸〔形成SAM〕等。1、核酸酶的定義及分類核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯鍵的酶依據(jù)底物不同分類DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：專一降解DNARNA酶(ribonuclease,RNase)：專一降解RNA二、核酸酶〔Nuclease〕依據(jù)切割部位不同核酸內(nèi)切酶：分為限制性核酸內(nèi)切酶和非特異性限制性核酸內(nèi)切酶。

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。核酸外切酶：5′→3′或3′→5′核酸外切酶參與DNA的合成與修復(fù)及RNA合成后的剪接等重要基因復(fù)制和基因表達(dá)過程負(fù)責(zé)去除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，同時(shí)也可以去除侵入細(xì)胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶生物體內(nèi)的核酸酶負(fù)責(zé)催化細(xì)胞內(nèi)外核酸的降解2、核酸酶的功能一、核苷酸代謝的動(dòng)態(tài)單核苷酸庫氨基酸葡萄糖磷酸核苷酸的從頭合成核酸的降解核苷酸的降解產(chǎn)物的再利用核苷酸的降解核酸的合成第二節(jié)核苷酸的代謝嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu)GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代謝〔一〕嘌呤核苷酸的分解代謝核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶堿基1-磷酸核糖嘌呤堿的最終共同代謝產(chǎn)物AMPGMPI〔次黃嘌呤〕GX〔黃嘌呤〕黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶嘌呤核苷酸的分解代謝的具體過程嘌呤堿的分解代謝〔二〕嘌呤核苷酸的合成代謝從頭合成途徑：(denovosynthesispathway):通過利用一些簡單的前體物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳單位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的過程。這一途徑主要見于肝，其次為小腸和胸腺。所有合成反響在胞液中進(jìn)行。補(bǔ)救合成途徑(salvagesynthesispathway)：又稱再利用合成途徑(salvagepathway)。指利用分解代謝產(chǎn)生的自由游離嘌呤堿合成嘌呤核苷酸的過程。這一途徑可在大多數(shù)組織細(xì)胞中進(jìn)行。主要發(fā)生在肝臟，常因各種抑制物甚至生理緊張導(dǎo)致其中的某些酶缺乏，影響細(xì)胞生長?！皬念^合成〞途徑〔通常情況下占95%〕核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi核糖核苷酸輔酶RNA脫氧核糖核苷酸DNA“補(bǔ)救〞途徑(腦和骨髓)內(nèi)外源核酸分解核苷堿基、Pi脫氧核苷核酸類補(bǔ)品原理所在可提高康復(fù)速度嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反響，合成嘌呤核苷酸的途徑。肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓那么無法進(jìn)行此合成途徑。1、嘌呤核苷酸的從頭合成定義合成部位嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸甲酰基〔一碳單位〕甘氨酸甲?；惨惶紗挝弧彻劝滨０贰蝉０坊掣拾弊虚g，谷碳站兩邊，左手開天門，頭頂二氧碳。合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基團(tuán)、CO2、磷酸核糖。過程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成R-5-P〔5-磷酸核糖〕ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P〔5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸〕PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P〔5′-磷酸核糖胺〕谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶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(3)IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMPAMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶從頭合成的調(diào)節(jié)R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++調(diào)節(jié)方式：反響調(diào)節(jié)和交叉調(diào)節(jié)合成特點(diǎn)：①參與從頭合成途徑的酶均在胞液中②以磷酸戊糖途徑中合成的5’-磷酸核糖〔5’-PR〕為原料，經(jīng)11步反響生成次黃嘌呤核苷酸〔IMP〕。③在合成IMP的過程中，由氨基酸，CO2，一碳單位逐步提供元素或基團(tuán)，在5’-磷酸核糖分子上完成嘌呤堿基的合成.④從IMP出發(fā)再合成AMP和GMP。⑤嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。⑥IMP的合成需5個(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵。AMP或GMP的合成又需1個(gè)ATP.利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反響，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補(bǔ)救合成〔或重新利用〕途徑。2、嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑定義1.腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)2.次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)3.腺苷激酶(adenosinekinase)參與補(bǔ)救合成的酶腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成過程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP補(bǔ)救合成的生理意義補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。嘌呤核苷酸合成的總結(jié)：

嘧啶核苷酸的結(jié)構(gòu)三、嘧啶核苷酸的代謝〔一〕嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶堿1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶胞嘧啶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CoATCA肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATCA糖異生從頭合成途徑補(bǔ)救合成途徑〔二〕嘧啶核苷酸的合成代謝1、嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細(xì)胞胞液嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反響，合成嘧啶核苷酸的途徑。定義合成部位嘧啶合成的元素來源氨基甲酰磷酸天冬氨酸合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。合成部位：主要在肝細(xì)胞胞液中進(jìn)行,二氫乳清酸脫氫酶位于線粒體內(nèi)合成特點(diǎn)：1用原料先合成嘧啶環(huán)，然后再與磷酸核糖連接生成嘧啶核苷酸;2先合成UMP，再轉(zhuǎn)變成其它嘧啶核苷酸。合成過程〔1〕尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸UMP的合成過程

氨基甲酰磷酸合成酶I、II的區(qū)別CPSⅠCPSⅡ分布

線粒體（肝臟)

胞液(所有細(xì)胞)

氮源

NH3

Gln

別構(gòu)激活劑

N-乙酰谷氨酸

無

反饋抑制劑

無

UMP(哺乳類動(dòng)物)

功能

尿素合成

嘧啶合成

〔2〕胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi⑵胞苷酸的合成：

CTPGln+ATPGlu+ADP+PiCTP合成酶UMPUDPATPADP核苷單磷酸激酶UTPATPADP核苷二磷酸激酶合成RNAdTMP的合成：是在核苷一磷酸水平上進(jìn)行的UDP脫氧核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP⑶脫氧嘧啶核苷酸的合成：

磷酸酶CTPCDPH2OPi核糖核苷酸還原酶dCDPNADPH+H+NADP++H2ON5,N10-CH2-FH4FH2dTMP胸苷酸合酶dUMPH2ONH3脫氨酶dCMPH2OPi磷酸酶核苷二磷酸激酶dCTPATPADPUDPdUDP磷酸酶核糖核苷酸還原酶核苷單磷酸激酶dTDPdTTP核苷二磷酸激酶合成DNA---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-從頭合成的調(diào)節(jié)2、嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP(三)脫氧核糖核苷酸的合成脫氫一般通過核糖核苷酸復(fù)原酶★實(shí)現(xiàn)多在二磷酸核苷★的水平上發(fā)生，有些原核生物在三磷酸核苷水平進(jìn)行核糖核苷酸的復(fù)原反響核糖核苷酸復(fù)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NDPOP-P-CH2NOHH+H2O脫氧核糖核苷二磷酸dNDP硫/谷氧還蛋白核糖核酸復(fù)原酶系硫氧還蛋白/谷胱甘肽復(fù)原酶核糖核苷酸復(fù)原酶核糖核苷酸的復(fù)原反響FAD核糖核苷酸復(fù)原酶ATP、Mg2+硫氧還蛋白SHSH硫氧還蛋白SS硫氧還蛋白復(fù)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+谷氧還蛋白復(fù)原酶OP-P-CH2NOHOHOP-P-CH2NOHHGSSG2GSH谷胱甘肽復(fù)原酶核糖核苷酸復(fù)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亞基嘧啶核苷酸合成的總結(jié)：

第三節(jié)

核苷酸代謝障礙和抗代謝物一.核苷酸代謝障礙-----疾病

參與核苷酸代謝的某些酶的缺失或調(diào)節(jié)失常，都會(huì)引起核苷酸代謝障礙和疾病。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)核苷酸代謝障礙能引起多種疾病。它們大多是嘌呤核苷酸代謝障礙引起的疾病。

核苷酸代謝障礙引起的疾病

臨床疾病缺陷的酶原因臨床特點(diǎn)遺傳類型1．嘌呤核苷酸代謝障礙痛風(fēng)①PRPP合成酶調(diào)節(jié)失常嘌呤產(chǎn)生和x-染色體連②HGPRT酶排謝過多鎖，隱性遺傳Lesch-Nyhan綜合征HGPRT酶遺傳缺陷嘌呤產(chǎn)生排泄x-染色體連多,腦性癱瘓,鎖，隱性遺傳自毀容貌癥免疫缺陷癥①腺苷脫氨酶遺傳缺陷B細(xì)胞免疫缺陷,常染色體隱性遺傳(ADA)缺乏脫氧腺苷尿癥②嘌呤核苷磷酸化酶(PNP)腎結(jié)石APRT酶遺傳缺陷2，8-二羥基腺常染色體隱性遺傳嘌呤腎結(jié)石黃嘌呤尿黃嘌呤氧化酶遺傳缺陷黃嘌呤腎結(jié)石，常染色體隱性遺傳低尿酸血癥2．嘧啶核苷酸代謝障礙先天性乳清乳清酸磷酸遺傳缺陷乳清酸排泄多常染色體隱性遺傳酸尿癥核糖轉(zhuǎn)移酶紅細(xì)胞性貧血乳清酸核苷酸遺傳缺陷乳清酸排泄較多常染色體隱性遺傳脫羧酶二.抗代謝物的種類和功能有哪些？〔一〕抗代謝物的種類人工合成的核苷酸代謝類似物主要有6類。〔1〕嘌呤核苷酸代謝類物6-巰基鳥嘌呤〔6-thioguanine，6-TG〕6-巰基嘌呤〔6-mercaptopurine，6-MP〕8-氮雜鳥嘌呤〔8-azaguanine，8-AG〕氮雜硫嘌呤〔azathiopurine，AZTP〕別嘌呤醇〔allopurinol，APO〕等能夠抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代謝藥物，通常是屬于嘌呤、氨基酸或葉酸的類似物，主要通過對代謝酶的競爭性抑制作用，來干擾或抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗腫瘤治療作用。〔二〕抗代謝藥物對嘌呤核苷酸合成的抑制：嘌呤核苷酸的代謝類似物〔2〕嘧啶核苷酸代謝類似物5-氟尿嘧啶〔5-fluorouracil，5-FU〕：5-FU在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)镕-dUMP，其結(jié)構(gòu)與dUMP相似，可競爭性抑制胸苷酸合酶的活性，從而抑制胸苷酸的合成。

5-碘-2-脫氧尿嘧啶5-iodo-2-deoxyuridine，5-IDU6-氮雜尿嘧啶〔6-azauridine，6-AU〕能夠抑制嘧啶核苷酸合成的抗代謝藥物也是一些嘧啶核苷酸的類似物，通過對酶的競爭性抑制而干擾或抑制嘧啶核苷酸的合成。主要的抗代謝藥物是5-氟尿嘧啶〔5-FU〕。5-FU在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)镕-dUMP，其結(jié)構(gòu)與dUMP相似，可競爭性抑制胸苷酸合成酶的活性，從而抑制胸苷酸的合成。嘧啶核苷酸的代謝類似物〔3〕氨基酸類似物主要有氮雜絲氨酸〔azaserine，AS〕，類似谷氨酰胺，可抑制CTP的合成。6-重氮-5-氧正亮氨酸〔diazonorleucine，DAL〕，磷乙天冬氨酸〔N-phosphoacetyl-l-asparate，PALA〕等。這些氨基酸類似物的分子結(jié)構(gòu)與谷氨酰胺類似，因而可干擾谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用，抑制嘌呤核苷酸的合成。核糖、氨基酸和葉酸的代謝類似物〔4〕葉酸類似物氨蝶呤(aminopterin，AP〕氨甲蝶呤干擾葉酸代謝，使dUMP不能被甲基化生成dTMP。甲氨蝶呤〔methotrexate，MTX〕能競爭性抑制二氫葉酸復(fù)原酶，減少體內(nèi)四氫葉酸的生成，使嘌呤核苷酸合成過程中所需一碳單位的供給受阻而抑制其合成?！?〕核苷類似物如阿糖胞苷和環(huán)胞苷能抑制CDP復(fù)原成dCDP。

〔6〕作用于核糖核苷酸復(fù)原酶的代謝類似物羥基脲〔hydroxyurea，HU〕羥基胍〔hydroxyguanidine，HG〕胍唑〔guanazole，GZ〕。核糖核苷酸復(fù)原酶的代謝類似物NH(二)核苷酸代謝類似物功能人工合成核苷酸代謝類似物大都是核苷酸代謝過程中必需的代謝中間體的類似物。它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)與代謝中間體相類似。因此，它們可以“冒名頂替〞，“以假亂真〞，干擾、抑制或阻斷核苷酸合成，進(jìn)而干擾、抑制或阻斷核酸及蛋白質(zhì)的合成，使細(xì)胞的分裂和增殖無法進(jìn)行。這些核苷酸代謝類似物不僅是進(jìn)行生化代謝途徑研究的工具，也是治療疾病的有效物藥。許多核苷酸代謝類似物作為抗代謝藥物已經(jīng)在臨床上廣泛使用一些抗代謝藥物的功能藥物名稱6-巰基嘌呤(6MP)正常代謝物嘌呤核苷酸治療的疾?、侔籽、谧陨砻庖咝圆、廴焉镒甜B(yǎng)細(xì)胞腫瘤等主要作用的酶①IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸合成酶作用的代謝途徑嘌呤核核苷酸合成藥物名稱別嘌呤醇(APO)正常代謝物黃嘌呤、烏嘌呤、次黃嘌呤黃嘌呤氧化酶治療的疾病痛風(fēng)主要作用的酶黃嘌呤氧化酶作用的代謝途嘌呤核苷酸分解藥物名稱利巴韋林〔病毒唑〕，5-氮基咪唑-4-羧酸核苷酸正常代謝物5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸治療的疾病廣譜抗病毒藥①呼吸道合胞病毒②流感病毒③甲肝病毒④腺病毒等主要作用的酶5-磷酸核糖-5-氨基咪唑-4-N-琥珀基甲酰胺合成酶〔SAICARS〕作用的代謝途徑嘌呤核苷酸合成藥物名稱5-氟尿嘧啶尿嘧啶正常代謝物尿嘧啶治療的疾?、傥赴诖竽c癌③食管癌④肝癌⑤乳腺癌⑥皮膚癌等主要作用的酶胸苷酸合成酶作用的代謝途徑嘧啶核苷酸合成藥物名稱重氮脫氧胸苷〔AZT〕正常代謝物胸嘧啶核苷治療的疾病艾滋病主要作用的酶不詳作用的代謝途徑嘧啶核苷酸合成藥物名稱氮雜絲氨酸和6重氮-5-氧正亮氨酸正常代謝物谷胺酰胺治療的疾病多種腫瘤主要作用的酶①谷氨酰胺PRPP氨基轉(zhuǎn)移酶②甲酰甘氨酰胺核苷酸合成酶③GMP合成酶④二