第十一章核酸的降解和核苷酸代谢

第十一章核酸的降解和核苷酸代谢第1页，共36页，2023年，2月20日，星期二第一节核酸的酶促降解核酸的基本结构单位是核苷酸，后者是一类在代谢上极为重要的物质，参与众多生化过程：（1）核苷酸是核酸生物合成的前体；（2）其衍生物是多种生物合成的中间物；（3）ATP是最重要的高能化合物；（4）AMP是某些辅酶的组分；（5）某些核苷酸的衍生物是代谢调节物质。第2页，共36页，2023年，2月20日，星期二

核酸作为生物大分子不能被生物体直接吸收利用，必须在核酸酶的作用下分解成核苷酸，后者可进一步分解成核苷、碱基、戊糖、磷酸，这些核苷酸以及核苷酸进一步分解的产物可被生物体吸收利用。第3页，共36页，2023年，2月20日，星期二降解核酸的酶

磷酸二酯酶(又称核酸酶)

核糖核酸酶 脱氧核糖核酸酶磷酸单酯酶作用于多核苷酸链两端的磷酸基

核酸酶

核酸内切酶水解核酸分子内部的磷酸二酯键非特异性的 特异性的从特定的位点水解DNA分子， 即DNA限制性内切酶。核酸外切酶从核酸链的一端逐个水解下核苷酸第4页，共36页，2023年，2月20日，星期二核酸内切酶1、核糖核酸酶(RNase)

作用于RNA内部的磷酸二酯键。产物：含有5´-OH末端和3´-磷酸基末端的寡核苷酸片段或游离的3´-核苷酸。来源：胰脏------主要是RNaseA，它是特异性的，作用于RNA中的C和U位点。 米曲霉------RNaseT1，作用于RNA的G位点；

RNaseT2，作用于RNA的A位点。第5页，共36页，2023年，2月20日，星期二第6页，共36页，2023年，2月20日，星期二

2、脱氧核糖核酸酶(DNase)

此类酶中最主要的有DnaseⅠ及DnaseⅡ

和限制性DNA内切酶。

DnaseⅠ∶来源于牛胰脏，水解双链或单链DNA的3´-酯键，产物为5´-磷酸末端和3´-OH末端的寡核苷酸片段的混合物。

DnaseⅡ：存在于脾和胸腺中，作用于磷酸二酯键的5´-酯键，产物是以5´-OH和3´-磷酸为末端的低聚脱氧核苷酸。第7页，共36页，2023年，2月20日，星期二第8页，共36页，2023年，2月20日，星期二限制性DNA内切酶∶存在于细菌，往往与修饰化甲基化酶成对产生,是基因工程中重要的工具酶。特征：1.具高度专一性，能专一性识别并切割DNA上特定碱基顺序；（往往具旋转对称性）2.水解3´-酯键，末端5´-P，3´-OH；3.切口处，非双键双链的局部，称为粘性末端第9页，共36页，2023年，2月20日，星期二嗜血流感杆菌中的限制酶大肠杆菌一种限制ECORI第10页，共36页，2023年，2月20日，星期二第11页，共36页，2023年，2月20日，星期二核酸外切酶它们是一些非特异性的磷酸二酯酶，对RNA和DNA都能分解。如：蛇毒磷酸二酯酶(VPDase)

从多核苷酸链的游离3´-OH端开始逐个水解下5´-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶(SPDase)

从多核苷酸链的游离5´-OH端开始逐个水解下3´-核苷酸。 第12页，共36页，2023年，2月20日，星期二第13页，共36页，2023年，2月20日，星期二磷酸单酯酶专门切断核苷酸链末端的磷酸基，产生无机磷酸。非特异性：可水解3´-末端和5´-末端的磷酸基。如：大肠杆菌及哺乳动物肠粘膜提取的碱性磷酸单酯酶。特异性：对3´-末端和5´-末端有专一性。第14页，共36页，2023年，2月20日，星期二第二节核苷酸的分解代谢核苷酸的水解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸磷酸+核苷碱基+1-P-戊糖

核苷酶

（进入糖代谢） 碱基+戊糖 第15页，共36页，2023年，2月20日，星期二

一、戊糖的去路

核糖进入HMP途径继续降解脱氧核糖裂解

CHOCH2醛缩酶

CHO

CHOHCH3CHO+CHOHCHOHCH20PCH20P第16页，共36页，2023年，2月20日，星期二二、嘌呤的分解代谢

嘌呤的分解首先在相应的脱氨酶的作用下水解脱去氨基，腺嘌呤和鸟嘌呤分别生成次黄嘌呤（I）和黄嘌呤（X）。次黄嘌呤和黄嘌呤再经黄嘌呤氧化酶的作用转变成尿酸。 不同的生物分解嘌呤的能力不同，因而代谢产物各不相同。第17页，共36页，2023年，2月20日，星期二第18页，共36页，2023年，2月20日，星期二嘌呤的脱氨反应也可以在核苷酸或核苷水平上发生：腺苷酸次黄苷酸黄苷酸鸟苷酸腺苷次黄苷黄苷鸟苷腺嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤尿酸腺苷酸脱氨酶腺苷脱氨酶腺嘌呤脱氨酶核苷酸酶核苷磷酸化酶鸟苷酸脱氨酶鸟苷脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶核苷酸酶核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶次黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶第19页，共36页，2023年，2月20日，星期二

三、嘧啶的分解代谢

胞嘧啶首先胞嘧啶脱氨酶催化下脱氨转变成尿嘧啶。尿嘧啶经还原、开环水解，最后生成氨、CO2和β-丙氨酸，

β-丙氨酸经转氨作用脱去氨基后可参加有机酸代谢。胸腺嘧啶的分解与尿嘧啶类似。第20页，共36页，2023年，2月20日，星期二二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶第21页，共36页，2023年，2月20日，星期二

一、嘌呤核苷酸的合成嘌呤环中各元素的来源

嘌呤核苷酸的合成的原料：

Asp、Gly、Gln、CO2、甲酰THFA、5-P-Rib第三节核苷酸的合成代谢第22页，共36页，2023年，2月20日，星期二

1、肌苷酸的生物合成

------嘌呤核苷酸的全合成途径 肌苷酸的生物合成是由5-P-核糖开始的，经一系列酶催化反应生成肌苷酸(IMP)。

(1)α-D-5-P-核糖的活化，生成核糖的活化形式5-P-核糖焦磷酸(PRPP)

(2)由PRPP到次黄嘌呤核苷酸的合成，由10种酶催化经过10步反应。第23页，共36页，2023年，2月20日，星期二磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶甲酰甘氨脒核苷酸合成酶第24页，共36页，2023年，2月20日，星期二氨基咪唑核苷酸合成酶氨基咪唑核苷酸羧化酶合成酶裂解酶转甲酰基酶环水解酶第25页，共36页，2023年，2月20日，星期二2、其它嘌呤核苷酸的生物合成第26页，共36页，2023年，2月20日，星期二第27页，共36页，2023年，2月20日，星期二3、利用现有的嘌呤和磷酸核糖合成嘌呤核苷酸

------半合成途径(补救途径)

在人体细胞中的嘌呤核苷酸大多数是通过全合成途径合成的，但脑细胞内的嘌呤核苷酸则主要是通过补救途径合成的。第28页，共36页，2023年，2月20日，星期二二、嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸合成有两条途径：

全合成途径 利用现有嘧啶的半合成途径嘧啶环各元素的来源：第29页，共36页，2023年，2月20日，星期二1、嘧啶核苷酸的全合成途径合成尿嘧啶核苷酸的原料：

CO2、NH3、Asp、5′-PRPP尿苷酸是合成胞苷酸(CMP)和胸苷酸(TMP)前体。特点:与嘌呤核苷酸的全合成不同，它不是从5′-PRPP开始的，而是先合成一个含嘧啶环的乳清酸，乳清酸再与5-PRPP结合生成乳清苷酸，最后生成尿苷酸(UMP)。其它嘧啶核苷酸的合成则由UMP转变而来。第30页，共36页，2023年，2月20日，星期二转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸脱氢酶焦磷酸化酶乳清苷酸脱羧酶第31页，共36页，2023年，2月20日，星期二2、嘧啶核苷酸的半合成途径(补救途径)CMP的合成

有两条合成途径：①UMP→UDP→UTP→CTP→CDP→CMP②由胞嘧啶通过补救途径合成CMP第32页，共36页，2023年，2月20日，星期二

尿嘧啶核苷酸激酶尿苷二磷酸激酶

UMPUDPUTP

NH3

CTP合成酶

CMPCDPCTP

Pi

Pi

ATP第33页，共36页，2