核酸的代谢王镜岩生物化学全.ppt

1、第十五章 核酸代谢第一节 分解代谢一、核酸的降解核酸由磷酸二酯酶水解，有核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、内切酶和外切酶之分。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶都是外切酶，既可水解DNA，又可水解RNA，但蛇毒磷酸二酯酶从3端水解，生成5-核苷酸；牛脾磷酸二酯酶从5端水解，生成3-核苷酸。细胞内还有限制性内切酶，可水解外源DNA。二、核苷酸的降解核苷酸由磷酸单酯酶水解成核苷和磷酸，特异性强的酶只水解5-核苷酸，称为5-核苷酸酶，或相反。核苷磷酸化酶将核苷分解为碱基和戊糖-1-磷酸，核苷水解酶生成碱基和戊糖。核糖-1-磷酸可被磷酸核糖变位酶催化为核糖-5-磷酸，进入戊糖支路或合成PRPP。.,三、嘌呤的分

2、解（一）水解脱氨：腺嘌呤生成次黄嘌呤，鸟嘌呤生成黄嘌呤。也可在核苷或核苷酸水平上脱氨。（二）氧化：次黄嘌呤生成黄嘌呤，再氧化生成尿酸。都由黄嘌呤氧化酶催化，生成过氧化氢。别嘌呤醇是自杀底物，其氧化产物与酶活性中心的Mo4+紧密结合，有强烈抑制作用。可防止尿酸钠沉积，用于治疗痛风。（三）鸟类可将其他含氮物质转化为尿酸，而某些生物可将尿酸继续氧化分解为氨和CO2。四、嘧啶的分解胞嘧啶先脱氨生成尿嘧啶，再还原成二氢尿嘧啶，然后开环，水解生成-丙氨酸，可转氨参加有机酸代谢。胸腺嘧啶与尿嘧啶相似，还原、开环、水解生成-氨基异丁酸，可直接从尿排出，也可转氨生成甲基丙二酸半醛，最后生成琥珀酰辅酶A，进入三羧

3、酸循环。,第二节 合成代谢一、嘌呤核糖核苷酸的合成（一）从头合成途径1.嘌呤环的元素来源2.IMP的合成：其磷酸核糖部分由PRPP提供，由5-磷酸核糖与ATP在磷酸核糖焦磷酸激酶催化下生成。IMP的合成有10步，分两个阶段，先生成咪唑环，再生成次黄嘌呤。首先由谷氨酰胺的氨基取代焦磷酸，再连接甘氨酸、甲川基，甘氨酸的羰基生成氨基后环化，生成5-氨基咪唑核苷酸。然后羧化，得到天冬氨酸的氨基，甲酰化，最后脱水闭环，生成IMP。3.AMP的合成：IMP与天冬氨酸生成腺苷酸琥珀酸，由腺苷酸琥珀酸合成酶催化，GTP提供能量。腺苷酸琥珀酸裂解酶催化分解生成AMP和延胡索酸。4.GMP的合成：IMP先由次黄嘌

4、呤核苷酸脱氢酶氧化生成黄嘌呤，再由谷氨酰胺提供氨基，生成GMP。,（二）补救途径：1.碱基与核糖-1-磷酸在特异的核苷磷酸化酶催化下生成核苷，再由其核苷磷酸激酶生成核苷酸。只有腺苷激酶。2.嘌呤与PRPP在磷酸核糖转移酶催化下生成核苷酸。有腺嘌呤磷酸核糖转移酶和次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶。,（三）调控从头合成途径受AMP和GMP的反馈抑制，第一步转酰胺酶受二者抑制，分枝后的第一步只受自身抑制。从头合成与补救途径之间有平衡。先天缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶称为莱-纳二氏综合症，X染色体隐性遗传，患者尿酸和PRPP水平高，从头合成加速，导致痛风和自残。正常大脑中次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转

5、移酶活力高，而从头合成酶活力低，对补救途径依赖较大。别嘌呤醇可降低尿酸浓度，但不能降低PRPP浓度，不能防止自残。,二、嘧啶核糖核苷酸的合成（一）尿嘧啶核苷酸的合成：谷氨酰胺与碳酸氢根在氨甲酰磷酸合成酶催化下生成氨甲酰磷酸，消耗2个ATP。氨甲酰磷酸与天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸，闭环氧化生成乳清酸，再与PRPP生成乳清苷酸，脱羧生成UMP。（二）CMP的合成：UMP先与2分子ATP反应生成UTP，在CTP合成酶催化下UTP与谷氨酰胺、ATP生成CTP。（三）补救途径：尿嘧啶可与PRPP生成UMP，也可与1-磷酸核糖生成尿苷，再被尿苷激酶催化生成UMP。胞嘧啶不能与PRPP反应，但胞苷可被尿苷激

6、酶催化生成CMP。（四）调控：氨甲酰磷酸合成酶受UMP反馈抑制，天冬氨酸转氨甲酰酶和CTP合成酶受CTP反馈抑制。,三、脱氧核糖核苷酸的合成（一）核糖核苷酸的还原：由核糖核苷酸还原酶体系催化，包括4种蛋白，可将NDP还原为dNDP，需镁和ATP。各种核苷一磷酸酸可被特异的核苷一磷酸激酶催化生成核苷二磷酸，核苷二磷酸激酶特异性很低，可催化核苷二磷酸和核苷三磷酸的相互转变。（二）碱基和脱氧核糖-1-磷酸可由磷酸化酶合成脱氧核糖核苷，再由脱氧核糖核苷激酶生成脱氧核糖核苷酸。胸腺嘧啶核苷酸的生成：dUMP被甲叉四氢叶酸甲基化，生成dTMP，由胸腺嘧啶核苷酸合成酶催化。转甲基后生成二氢叶酸，由二氢叶酸还

7、原酶再生。叶酸类似物如氨基蝶呤、氨甲蝶呤等，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，抑制一碳单位的转移反应，可作抗肿瘤药物。dUMP可由UDP还原、脱磷酸生成，也可由dCMP脱氨生成。,第三节 辅酶核苷酸的合成一、NAD的合成烟酸先与磷酸核糖焦磷酸生成烟酸单核苷酸，再与ATP缩合生成烟酸腺嘌呤二核苷酸，最后由谷氨酰胺酰胺化生成NAD。NAD激酶催化生成NADP。二、FAD的合成黄素先与ATP生成黄素单核苷酸，再与ATP生成FAD。三、辅酶A的合成泛酸先与ATP生成4-磷酸泛酸，再与半胱氨酸缩合并脱羧生成4-磷酸泛酰巯基乙胺，与ATP缩合成脱磷酸辅酶A，最后被ATP磷酸化成辅酶A。,主要内容,一、核酸和核

8、苷酸的分解代谢 二、核苷酸的生物合成,核苷酸的结构,碱基连接（糖苷键）,（对DNA为H）,1. 核酸的酶促降解,核酸,核酸酶,单核苷酸,磷酸单脂酶,核苷 + 磷酸,嘧啶（嘌呤）,核糖（脱氧核糖）,核苷水解酶,核苷磷酸化酶,嘧啶（嘌呤）,核糖-1-磷酸,脱氧核糖-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,2. 嘌呤的分解,脱氨反应可在碱基水平，核苷或核苷酸的水平上进行,腺苷,次黄苷,核苷磷酸化酶,次黄嘌呤,核苷磷酸化酶,鸟嘌呤核苷,鸟嘌呤核苷酸,次黄嘌呤,黄嘌呤 氧化酶,尿酸 （人、猿类、鸟类 ）,黄嘌呤 氧化酶,鸟嘌呤 脱氨酶,黄嘌呤,尿囊素（其他哺乳类）,尿囊素

9、酶,尿囊酸 （硬骨鱼类）,尿囊酸酶,尿素（多数鱼类和两栖类）,乙醛酸,尿酶,尿酸氧化酶,二氢尿嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶,胞嘧啶脱氨酶,3. 嘧啶的分解,3. 嘧啶的分解,二氢胸腺 嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶？,主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺乏，影响细胞生长。,“从头合成”途径（通常情况下占95%）,核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi,核糖核苷酸,辅酶,RNA,脱氧核糖核苷酸,DNA,“补救”途径,内外源核酸分解,核苷,碱基、Pi,脱氧核苷,1. 嘌呤核苷酸的从头合成,（1）嘌呤环的生物合成 （2）嘌呤核苷酸的生物合成,（1） 嘌呤环的生物合成,甲

10、酸盐,谷氨酰胺,天冬氨酸,甲酸盐,甘氨酸,首先需要由5-磷酸核糖焦磷酸供给核苷酸的磷酸核糖部分，在其上再完成嘌呤环的装配。首先合成次黄嘌呤核苷酸,（2）嘌呤核苷酸的生物合成,IMP的形成：,转酰胺酶,甘氨酰胺核苷酸,转甲酰基酶,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨脒核苷酸,5-磷酸核糖胺,AIR合成酶,裂解酶,IMP合成酶,AMP和GMP的形成：,天冬氨酸,腺苷琥珀酸,裂解酶,延胡索酸,2. 嘌呤核苷酸的补救途径,次黄嘌呤,磷酸核糖转移酶,3. 嘧啶核苷酸的生物合成,氨甲酰磷酸,天冬氨酸,在合成嘧啶核苷酸时首先形成嘧啶环，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，然后生成尿嘧啶核苷酸。其他嘧啶核苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成,氨甲酰磷酸,天冬氨酸转氨甲酰酶,氨甲酰天冬氨酸,二氢乳清酸,二氢乳清酸酶,乳清酸,二氢乳清酸脱氢酶,焦磷酸化酶,乳清苷酸,