II 第十章 核酸的降解与核苷酸代谢

1、 核蛋白核蛋白核苷酸（核苷酸（nucleotide）核苷中戊糖的羟基被磷酸酯化，即为核苷酸。核苷酸的主要生理功能： 合成合成DNA、RNA的原料的原料，这是体内核苷酸最重要的功能。 生物体的直接供能物质直接供能物质：ATP、GTP、UTP、CTP等。主要为ATP。 某些核苷酸的衍生物是多种生物合成过程的活性中间物质活性中间物质: UDP葡萄糖是糖原合成的活性中间物质CDP甘油二酯是甘油磷酸酯合成的中间活性物质等。 环核苷酸cAMP与cGMP作为信息分子信息分子，参加物质代谢物质代谢和生理过程的调节生理过程的调节。 AMP是某些辅酶是某些辅酶(NAD+、NADP+、FAD、辅酶A)的组成成分的组

2、成成分。概概 述述 核蛋白（核蛋白（Nuclear Protein），），是指在细胞质内合成, 然后运输到核内起作用的一类蛋白质。如各种组蛋白、DNA合成酶类、RNA转录和加工的酶类、各种起调控作用的蛋白因子等。核蛋白一般都含有特殊的氨基酸信号序列, 起蛋白质定向、定位作用。第一节第一节 核酸的降解与核酸酶类核酸的降解与核酸酶类一、核酸的降解一、核酸的降解食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶1、核酸酶的定义及分类核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶u 依据底物不同分类vDNA酶(deoxyribonuclease, DNase)： 专一降

3、解DNAvRNA酶 (ribonuclease, RNase)： 专一降解RNA二、核酸酶（二、核酸酶（Nuclease） 2.2.依据切割部位不同依据切割部位不同 核酸内切酶：核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。 核酸外切酶：核酸外切酶：53或35核酸外切酶。作用于核酸链的一端，逐个水解下核苷酸，它们是非特异性的水解磷酸二脂键的酶。外切核酸酶对核酸的水解位点外切核酸酶对核酸的水解位点5 p p p pOHB p p p p3 BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（ 5 5 端外切端外切5 5得得3 3）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（ 3 3 端外切端外切3 3得

4、得5 5）内切核酸酶对内切核酸酶对RNA的水解位点示意图的水解位点示意图5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3 RNAase IRNAase IRNAase T1RNAase T1Pu ：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶 核酸内切酶：核酸内切酶：分为非特异性限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶。1. 非特异性内切酶非特异性内切酶1）核酸酶：核酸酶：小球菌核酸酶存在于葡萄球菌的培养物中，它把DNA降解为核苷核苷3-磷酸磷酸和具有3-磷酸末端磷酸末端的寡核苷酸的混合物。2）核糖核酸酶）核糖核酸酶：从链孢霉菌分生孢子中分离提纯的链孢霉菌核糖核酸酶可作用于DNA或者R

5、NA而产生具有5 磷酸末磷酸末端端的寡核苷酸。3）脱氧核糖核酸酶）脱氧核糖核酸酶： DNase、DNase等仅分解DNA的酶，产物是5 磷酸单脂磷酸单脂。*限制性内切酶限制性内切酶(Restriction endonuclease)：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切核酸酶，可用于特异切割DNA，其特点是具有极高的专一性，能识别DNA双链上的特定位点。常作为工具酶。2. 限制性内切酶限制性内切酶30多年前，当人们在对噬菌体（细菌病毒）的宿主特异性的限制噬菌体（细菌病毒）的宿主特异性的限制-修饰修饰现象。现象。2. 限制性内切酶限制性内切酶粘性末端：粘性末端：环状或者线状

6、的双链DNA分子经过限制酶作用后都形成线状双链DNA，每条单链的一端带有识别顺序中的几个互补碱基，这样的末端称为粘性末端。常用的常用的DNA限制性内切酶的专一性限制性内切酶的专一性酶酶辨认的序列和切口辨认的序列和切口说明说明 A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C T G C C C G G G G G G C C C Bam H IAlu IBgl IEco R IHin

7、d Sal ISma I四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口六核苷酸，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u参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程 。u负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸 。u在消化液中降解食物中的核酸以利吸收。 u体外重组DNA技术中的重要工具酶。 生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解。*核酸酶的功能核酸酶的功能 单核苷酸库 氨基酸

8、葡萄糖 磷酸 核苷酸的从头合成 核酸的降解 核苷酸的降解 产物的再利用 核苷酸的降解 核酸的合成第二节第二节 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢核苷酸的代谢动态核苷酸核苷酸食物核酸生物合成组织核酸NTP组织核酸某些辅酶 活性中间物质 cAMP与cGMP 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+（脱氧）戊糖（脱氧）戊糖-1-P磷酸磷酸嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖l嘌呤核苷酸的结构GMP（鸟甘酸）（鸟甘酸）AMP（腺苷酸）（腺苷酸）嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶

9、黄嘌呤氧化酶嘌嘌呤呤的的分分解解尿囊酸尿囊酸酶尿素尿酶4NH3+C2O1.人类和灵长类人类和灵长类2.大多数鱼类大多数鱼类3.海洋无脊椎动物海洋无脊椎动物正常人：正常人：血尿酸血尿酸 119-357 mol/L （2-6 mg/dl） 男男 267.7 mol/L （4.5 mg/dl） 女女 208.2 mol/L （3.5 mg/dl）血尿酸血尿酸 8 mg/dl结晶结晶 沉积组织沉积组织痛风（痛风（gout）植物：当植物进入衰老期，体内的核酸会发生降解，产生的嘌呤碱进一步分解为尿囊酸，然后从叶子内运输到贮藏器官，而不是排出体外，可见，植物有保存和同化氨的能力保存和同化氨的能力。微生物：一

10、般能将嘌呤类物质分解为氨、二氧化碳及有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸等。（二）嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸H2O丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATCA肝肝尿素尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATCA糖异生糖异生嘧嘧啶啶的的分分解解嘧嘧啶啶的的分分解解第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢l从头合成途径从头合成途径(d

11、e novo synthesis pathway) 利用氨基酸等作为原料合成利用氨基酸等作为原料合成, 经过一系经过一系列酶促反应（复杂过程），合成核苷酸。列酶促反应（复杂过程），合成核苷酸。l补救合成途径补救合成途径(salvage synthesis pathway) 利用体内游离的碱基或核苷合成利用体内游离的碱基或核苷合成（现成（现成原料），经过比较简单的反应过程，合成原料），经过比较简单的反应过程，合成核苷酸。核苷酸。l嘌呤核苷酸的结构GMP （鸟甘酸）（鸟甘酸）AMP （腺苷酸）（腺苷酸）一、嘌呤核苷酸的合成代谢嘌呤核苷酸的从头合成途径嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸磷酸核糖核糖

12、、氨基酸氨基酸、一碳单位一碳单位及二氧化碳二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。 肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。1 1、嘌呤核苷酸的从头合成、嘌呤核苷酸的从头合成定义：合成部位嘌呤碱合成的元素来源CO2(Asp)天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸(Gly)甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺(Gln)（酰胺基）【记忆】“竹竿”（Gly）立中央，“谷子”(Gln)下面长，二氧化碳“天”(Asp)上飘，“假仙”（甲酰）在两旁 合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。 合成特点：磷酸核糖为起始物，逐

13、步加原料合成嘌呤环，形成重要中间产物 IMP（次黄嘌呤核苷酸），再由它转变为AMP和GMP。过程1. IMP（次黄嘌呤核苷酸）的合成2. AMP和GMP的生成R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P（5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸）焦磷酸）PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下天冬氨酸的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5 -P（5 -磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸 PRPPPRPP5

14、-5-磷酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀基琥珀基- -甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP）甲酰甲酰THFATHFAIMP的的 生生物合成物合成IMP转变为转变为GMP和和AMPv活性磷酸核糖形式：磷酸核糖焦磷酸 （PRPP）v

15、 两个阶段：首先合成IMP，再由IMP转变成AMP与GMP。 IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。 AMP或GMP的合成又需1个ATP。v 嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。v 在合成嘌呤核苷酸的过程中逐步合成嘌呤环。v调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基转移酶。 嘌呤核苷酸从头合成特点磷酸核糖酰胺转移酶催化的反应是嘌呤核苷酸合成的托管磷酸核糖酰胺转移酶催化的反应是嘌呤核苷酸合成的托管步骤（步骤（committed step，关键步骤），关键步骤），AMP与与GMP能够能够协同抑制此酶的活性协同抑制此酶的活性 。从头合成的调节R-5-PAT

16、PPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMP ADPATPXMPGMPGDP GTP+_IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+调节方式：反馈调节和交叉调节 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径补救合成（或重新利用）途径。2 2、嘌呤核苷酸的补救合成途径、嘌呤核苷酸的补救合成途径定义1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)2.次黄嘌呤次黄嘌呤-

17、鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)3.腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase)参与补救合成的酶腺嘌呤腺嘌呤 + + PRPPAMP + PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 + + PRPPIMP + PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 + + PRPPHGPRTGMP + PPi合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP补救合成的生理意义补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。l体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。

18、 自毁容貌症：完全缺少次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）3 3、嘌呤核苷酸的相互转变、嘌呤核苷酸的相互转变IMPIMPAMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPXMPGMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+ NADP+NH3l 嘧啶核苷酸的结构尿甘酸胞甘酸脱氧胸甘酸l从头合成途径l补救合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢（一）嘧啶核苷酸的合成代谢1 1、嘧啶核苷酸的从头合成、嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖磷酸核糖、氨基酸氨基酸、一碳单位一碳单位及二氧化碳二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合

19、成嘧啶核苷酸的途径。 定义合成部位嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸213456 合成原料：合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。 合成特点：合成特点：用原料先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸合成过程合成过程（1） UMP(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 + 氨基甲酰磷酸碳酸氢根离子 CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成CPS-ICP

20、S-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶I、II 的区别的区别（2）UDP(胞嘧啶核苷酸)的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTP尿甘三磷酸 CTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi胞嘧啶三磷酸 （3） dTMP或TMP的生成TMP合酶N5, N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPC

21、DPdCDPdCMP 两个阶段：首先合成UMP，再由UMP转变成CTP与dTMP。 胞嘧啶核苷酸的生成发生在三磷酸水平，由UTP转变为CTP。 先合成嘧啶环，再合成嘧啶核苷酸。 调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶（PRPP合成酶）、氨甲酰磷酸合成酶（CPS，位于细胞液中）。* *嘧啶核苷酸的从头合成的特点：嘧啶核苷酸的从头合成的特点：- -ATP + CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-从头合成的调节UMPUTPCTPCDPdCDPUDP

22、dUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸阿糖胞苷阿糖胞苷氨甲碟呤氨甲碟呤氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶嘧啶 + + PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 + + PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + + ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP +ADP胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 + + ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP +ADP脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）dNDP + ATP 激酶dNTP + ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成 四、核酸合成的抑制剂（抗代谢物：竞争性抑制） 1、6巯基嘌呤巯基嘌呤（6MP）：