09核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件

第九章

核酸的酶促降解与核苷酸代谢09核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件1核酸基本组成单位：核苷酸（nucleotide)

磷酸核苷酸戊糖：核糖，脱氧核糖核苷嘌呤腺嘌呤（adenine,A）

碱基鸟嘌呤（guanine,G）

嘧啶胞嘧啶（cytosine,C)

胸腺嘧啶（thymine,T)

尿嘧啶（uracil,U)知识回顾：核酸和核苷酸的基本知识核酸分为两大类:DNA和RNA核酸基本组成单位：核苷酸（nucleotide)知识回顾209核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件3核苷酸的生理功能1、核酸合成的前体（主要功能）；2、能量货币，通常是ATP，有时用UTP（糖原合成）、CTP（磷脂合成）、GTP（蛋白质合成）；3、活泼的中间物质：如UDPG和CDP-乙醇胺分别参与糖原和磷脂酰乙醇胺的合成，SAM参与甲基转移.4、作为其他物质的前体或辅酶/辅基的成分，如腺嘌呤核苷酸是很多辅酶的组成成分：NAD+/NADH、NADP+/NADPH、FAD、CoA5、参与信号传导：如cAMP和cGMP作为某些激素的第二信使；6、调节基因表达：如ppGpp和pppGpp参与调节原核细胞蛋白质的合成.7、作为酶的别构效应物参与代谢的调节；核苷酸的生理功能1、核酸合成的前体（主要功能）；4“核酸是人体细胞中的关键物质，补充外源核酸，就能延年益寿，乃至“长寿不老”；补充DNA，则细胞生长加快，人体机能就充满活力”。

“我们所研究出的生命核酸采取更为科学的提取方法,直接从动物脏器中提取。DNA含量高，纯度高，与人体同源性高,加上产品是口服液，更易被人体肠胃所吸收和利用。”

第一节核酸的酶促降解“核酸是人体细胞中的关键物质，补充外源核酸，就能5不适宜人群：痛风，尿酸高者产品全称：珍奥核酸胶囊

产品类型：保健产品

生产厂家：大连珍奥生物工程股份有限公司功效成分：核酸（DNA+RNA）≥200毫克/粒、蛋白质、锌、铁等多种微量元素规格：350毫克/粒

保健作用：免疫调节

适宜人群：体弱多病、体乏无力、抵抗力低下者用法用量：每日两次，每次2～3粒，温开水吞服，适加饮水量，以利代谢。不适宜人群：痛风，尿酸高者6核苷酸是构成核酸的基本单位，食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。食物中的核酸通常以核蛋白的形式存在。核蛋白在胃中受胃酸作用，分解为核酸和蛋白质。核酸在小肠内受胰液和肠液中各种水解酶的作用逐步水解成核苷酸，核苷酸水解成磷酸、核苷，核苷再水解或磷酸解成碱基和戊糖（或磷酸戊糖）。降解的产物在小肠内被转化和吸收：只有戊糖和磷酸被吸收后参加体内的代谢，而大部分碱基被分解成尿酸等物质排出体外，少部分可被利用合成核苷酸。一、食物核酸在消化道内消化成核苷酸及更小的分子核苷酸是构成核酸的基本单位，食物中的核酸或核苷7吸收及吸收后的去向①吸收单核苷酸、核苷、P、R、B均可在小肠吸收。单核苷酸、核苷吸收进入肠粘膜细胞后可再继续水解。②吸收后的去向

P、R可被机体利用

B很少利用、分解后排出。吸收及吸收后的去向8根据对底物的专一性核糖核酸酶（RNase）脱氧核糖核酸酶（DNase）根据切割位点核酸内切酶（endonnuclease）核酸外切酶（exonuclease）（一）核酸的降解核酸酶－作用于核酸的磷酸二酯键的酶称为核酸酶根据对底物的专一性核糖核酸酶（RNase）脱氧核糖核酸酶（D9食物中核酸的消化与吸收食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃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食物中核酸的消化与吸收食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）10（二）核苷酸及核苷的降解1、核苷酸酶（或称磷酸单脂酶）水解核苷酸，产生核苷和磷酸。非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2´、3´或5´位置都能被水解下来。特异性磷酸单酯酶：只能水解3´或5´核苷酸（分别称为3´-核苷酸酶或5´-核苷酸酶）2、核苷酶①核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆，水解核糖核苷与脱氧核糖核苷.②核苷水解酶：主要存在于植物和微生物体内，反应不可逆，只水解核糖核苷，对脱氧核糖核苷不起作用。（二）核苷酸及核苷的降解11核酸胰核酸酶核苷酸磷酸单脂酶核苷嘧啶（嘌呤）戊糖（植、微）核苷水解酶核苷磷酸化酶（主）嘧啶（嘌呤）戊糖-1-磷酸脱氧戊糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途径醛缩酶乙醛甘油醛-3-磷酸磷酸二脂酶胰、肠核苷酸酶H2OH3PO4核酸胰核酸酶核苷酸磷酸单脂酶核苷嘧啶（嘌呤）戊糖（植、微）核12二、细胞中核酸/核苷酸的降解产物可继续分解或参与合成代谢细胞内核酸降解为核苷酸，以及核苷酸的进一步分解，均类似于上述食物中核酸的消化过程。细胞内核苷酸代谢包括分解代谢和合成代谢，二者在体内存在着精确的调节机制。二、细胞中核酸/核苷酸的降解产物可继续分解或参与合成代谢细13第二节核苷酸的分解代谢实际上就是碱基的分解代谢

第二节核苷酸的分解代谢实际上就是碱基的分解代谢14一、嘌呤的分解代谢

（一）嘌呤代谢概况嘌呤碱的降解首先是水解脱氨，脱氨作用可在核苷酸或核苷或碱基的水平上进行。在动物组织中腺苷酸脱氨酶和腺苷脱氨酶活性很高，而腺嘌呤脱氨酶含量很低，因此腺嘌呤脱氨主要在核苷酸或核苷的水平上进行。

鸟嘌呤脱氨酶分布较广，因此鸟嘌呤脱氨主要在碱基水平上进行。人体内嘌呤分解代谢的特点：

1.氧化降解，环不打破;

2.最终产物:尿酸、NH3

3.嘌呤代谢障碍:高尿酸血症、痛风植物和微生物体内的嘌呤代谢的途径大致与动物相似。（二）嘌呤的分解代谢过程一、嘌呤的分解代谢15腺嘌呤的分解嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨基。腺嘌呤可在不同的水平进行降解腺嘌呤的分解嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨16

腺嘌呤鸟嘌呤

H2O

H2O

NH3

NH3

次黄嘌呤黄嘌呤

H2O+O2H2O2H2O+O2

H2O2

尿囊素

尿酸

H2OCO2+H2O22H2O+O2

尿囊酸

尿素

+乙醛酸

H2O2H2O

4NH3+2CO2

（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）（灵长类以外的哺乳动物）（鱼类、两栖类）（海洋无脊椎动物）腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶硬骨鱼腺嘌呤鸟嘌17嘌呤碱的分解嘌呤碱的分解1809核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件19嘌呤代谢的终产物形式尿酸灵长类，鸟类、爬虫类、软体动物、海鞘类、昆虫类尿囊素哺乳动物（灵长类除外）、腹足类尿囊酸硬骨鱼尿素大多数鱼类、两栖类、淡水瓣鳃类氨甲壳类、咸水瓣鳃类嘌呤代谢的终产物形式尿酸灵长类，鸟类、爬虫类、软体动物、海鞘2009核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件21别嘌呤醇治疗痛风的机理别嘌呤醇治疗痛风的机理22二、嘧啶的分解代谢不同生物对嘧啶碱的分解过程也不完全一样，一般情况下嘧啶要先脱去氨基再进行进一步分解，脱氨基也可在核苷或核苷酸水平上。嘧啶核苷酸分解特点：1.还原降解，环被打破2.终产物:NH3、CO2、β-丙氨酸、β-氨基异丁酸

嘧啶碱的降解物易溶于水，因此嘧啶碱代谢异常的疾病较少。二、嘧啶的分解代谢23二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢嘧啶24

25第三节核苷酸的合成代谢几乎所有的生物都能自身合成核苷酸，而合成的手段主要包括两条基本途径：(1)从头合成（denovosynthesispathway）指利用简单的小分子物质，如磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等开始，经过一系列酶促反应，消耗较多的能量合成核苷酸的过程。合成部位：肝是合成的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓无法进行此合成途径.(2)补救合成（salvagesynthesispathway）

指核苷酸降解的中间物质（包括碱基和核苷）被循环利用，重新转变成核苷酸的过程。显然该途径涉及的反应和能耗较少，又称重新利用途径。合成部位：脑、骨髓第三节核苷酸的合成代谢几乎所有的生物都能自身合26（一）嘌呤核苷酸的“从头合成”(1)肝脏、小肠粘膜和胸腺的胞液，其中肝是主要器官。(2）嘌呤核苷酸是在5´-磷酸核糖的C-1΄上逐步合成的,产物是次黄嘌呤核苷酸（IMP）。从IMP再合成AMP和GMP。（3）前体物质包括：PRPP、CO2、Asp、Gly、Gln和N10-甲酰-FH4，反应中消耗ATP或GTP，共需要10步反应。（4）IMP的合成需消耗5ATP,6个高能磷酸键。IMP转变成AMP或GMP又各消耗1个GTP和1个ATP。一、嘌呤核苷酸的合成（一）嘌呤核苷酸的“从头合成”一、嘌呤核苷酸的合成27

JohnBuchanan和RobertGreenberg各自使用同位素标记的小分子喂养鸽子，通过鸽子粪便中尿酸分子上的同位素的分布，首先确定了嘌呤环上各原子的来源。N10-甲酰基-FH4N10-甲酰基-FH4JohnBuchanan和RobertGree28合成过程分为两个阶段：第一阶段：IMP的合成（11步）

第一步由5-磷酸核糖在磷酸核糖焦磷酸激酶或PRPP合成的酶催化下合成PRPP，PRPP是5-磷酸核糖的活化形式。作为底物的5-磷酸核糖主要有两个来源：一是磷酸戊糖途径；二是核苷酸的降解产物—核糖-1-磷酸的异构化。

PRPP是一种极为重要的代谢中间物，参与嘌呤和嘧啶核苷酸的从头合成和补救合成，还参与某些核苷酸类辅酶（辅酶Ⅰ和Ⅱ）和某些氨基酸的（His和Trp）的合成。第二阶段：IMP→

AMP、GMP→ATP、GTP

合成过程分为两个阶段：291、次黄嘌呤核苷酸(IMP)的从头合成1、次黄嘌呤核苷酸(IMP)的从头合成30（PRA）（PRA）3109核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件32

2、由IMP合成AMP

or

GMP2、由IMP合成AMPorGMP33嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。先合成IMP，再转变成AMP或GMP。PRPP是5-磷酸核糖的活性供体。嘌呤核苷酸从头合成特点嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸从头合成特341、嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸（或称为磷酸核糖转移酶途径，是主要途径）①腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)，合成AMP；②次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)：合成IMP和GMP。HGPRT比APRT活性高。90%的嘌呤碱基通过HGPRT合成。

(二)补救合成（脑、骨髓中）有两条合成途径1、嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸（或称为磷酸核糖转移酶352、腺嘌呤与1-磷酸核糖生成腺苷,再生成腺嘌呤核苷酸碱基与1-磷酸核糖通过核苷磷酸化酶转变为核苷，核苷通过核苷激酶生成核苷酸。但在生物体内只发现有腺苷激酶,缺乏其他嘌呤核苷的激酶。③腺苷激酶(adenosinekinase)2、腺嘌呤与1-磷酸核糖生成腺苷,再生成腺嘌呤核苷酸36腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi3、合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤+1-磷酸核糖腺苷+Pi核苷磷酸化酶腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+374、补救合成的意义一方面可以节省“从头合成”时能量、氨基酸等原料的消耗；另一方面，脑、骨髓等器官由于缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶系，只能进行补救合成。4、补救合成的意义一方面可以节省“从头合成”时能量38二、嘧啶核苷酸的合成代谢（一）“从头合成”途径的特点（1）它与嘌呤核苷酸从头合成至少有两个显著的差别：一是嘌呤核苷酸是先形成β-N糖苷键，然后再逐步形成嘌呤环，而嘧啶核苷酸是先形成嘧啶环，然后再与PRPP形成β-N糖苷键；二是嘌呤核苷酸合成的所有反应都发生在细胞液内，而嘧啶核苷酸的合成有些反应是线粒体内发生的.先合成UMP，再转变成dTMP和CTP。（2）合成部位：肝的胞液和线粒体（3）关键中间产物：乳清酸（4）前体物质：PRPP、CO2、Asp、Gln二、嘧啶核苷酸的合成代谢（一）“从头合成”途径的特点39嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸401、UMP的合成(发生在胞液)UMP的从头合成共有6步反应。其中氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（CPSⅡ）是嘧啶核苷酸从头合成的限速步骤。它与CPSⅠ区别主要有三点。现已明确，哺乳动物细胞催化前三步反应的酶，即CPSⅡ、ATC和二氢乳清酸酶（CAD）位于同一条大小为243KD的多肽链上，是一种多功能酶。而催化后两步的酶即乳清酸磷酸核糖转移酶和OMP脱羧酶也位于同一条多肽链上。1、UMP的合成(发生在胞液)4109核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件42

43UMPUDPUTP尿苷酸激酶ATPADPATPADP核苷二磷酸激酶CTPCTP合成酶谷氨酸谷氨酰胺ADP+PiATP

2、由UMP

UTPCTP

是在三磷酸水平上进行的。UMPUDP443、dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMPdTMPUDP核糖核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP主要方式

是在一磷酸水平上进行的3、dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯F45嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADPT/U/OA，C不可以（二）嘧啶核苷酸的补救合成（脑、脊髓中）

参与嘧啶核苷酸补救合成的酶主要有核苷磷酸化酶和核苷激酶（如胸苷激酶），为主要方式。嘧啶磷酸核糖转移酶也可催化合成补救合成尿嘧啶+1-磷酸核糖尿苷磷酸化酶尿嘧啶核苷

+Pi嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶4609核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件47三、核苷二磷酸（NDP）和核苷三磷酸（NTP）的合成（d）NMP+ATP（d）NDP+ADP（d）NDP+ATP（d）NTP+ADP核苷单磷酸激