第十一章核酸分解代謝與合成

第十一章核酸代謝主要內(nèi)容核酸消化與吸收核酸的分解代謝

—核酸的分解，核苷酸的降解代謝核酸的合成代謝

—核苷酸的生物合成，核酸的生物合成第一節(jié)核酸的消化與吸收（核糖核酸酶，脫氧核糖核酸酶）（磷酸二酯酶）（磷酸單酯酶）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非特異性核酸酶依據(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′核酸外切酶一、核酸酶（Nuclease）2、核酸酶的功能生物體內(nèi)的核酸酶負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)外催化核酸的降解參與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)清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，同時(shí)也可以清除侵入細(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)中的重要工具酶外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5′

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5′端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3′端外切3得5）內(nèi)切核酸酶對(duì)RNA的水解位點(diǎn)示意圖5′

p

p

p

pOHPyPuPyPy1′

p

p

pGACU

p

p

pGA3′RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu

：嘌呤Py：嘧啶

二、核苷酸的生物學(xué)功能是構(gòu)成核酸的基本單位

儲(chǔ)存能量（ATP）

ATP--主要形式；GTP--蛋白質(zhì)合成

UTP--糖原合成；CTP--磷脂合成參與代謝和生理調(diào)節(jié)（cAMP，cGMP）

組成輔酶（NAD+、FAD，NADP+,HS-CoA，）

活化中間代謝物--UDPG,CDP-DAG,SAM第二節(jié)核酸的分解代謝核酸的分解核苷酸的降解代謝核苷酸代謝動(dòng)態(tài)一、核苷酸的降解代謝1、核苷酸的降解

生物體普遍存在的核苷酸酶可催化核苷酸的水解（2’,3’,5’）。特異性強(qiáng)的核苷酸酶只能水解3’-核苷酸或5’-核苷酸。催化核苷水解的酶有2類，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶：Nsphosphorylase核苷+Pi?PuorPy+pentose-1-P（廣泛）Nshydrolase核苷+H2O?PuorPy+pentose(植物和微生物中，只對(duì)核糖核苷起作用，對(duì)脫氧核糖核苷不作用）核苷酸及核苷分解

嘌呤的分解1、分解代謝不同生物嘌呤堿的分解能力不同，代謝產(chǎn)物也不同，人和猿類及一些排尿酸的動(dòng)物（鳥類、某些爬行類和昆蟲）嘌呤的代謝產(chǎn)物為尿酸。而其他生物可以分解嘌呤為多種不同產(chǎn)物。嘌呤堿的分解首先是在脫氨酶的作用下脫去氨基。脫氨作用可以在核苷酸或核苷水平上進(jìn)行。動(dòng)物組織中腺嘌呤脫氨酶含量極少，而腺嘌呤核苷

脫氨酶及腺嘌呤核苷酸脫氨酶的活性較高。鳥嘌呤脫

氨酶分布廣，脫氨分解主要在該酶的

作用下進(jìn)行。Ade和Gua脫氨基后分別生成次黃嘌呤和黃嘌呤，進(jìn)一步代謝生成尿酸。

最終產(chǎn)物：尿酸關(guān)鍵酶：黃嘌呤氧化酶代謝抑制劑－別嘌呤醇。嘌呤的分解2、嘌呤代謝障礙導(dǎo)致的相關(guān)疾病——痛風(fēng)痛風(fēng)的機(jī)理：尿酸生成過量或尿酸排出過少。如：次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（HGPRT）不完全缺乏促使嘌呤核苷酸過度生成

別嘌呤醇治療痛風(fēng)的機(jī)理：次黃嘌呤類似物，競(jìng)爭(zhēng)性抑制黃嘌呤氧化酶；或轉(zhuǎn)變?yōu)閯e嘌呤醇核苷酸，抑制嘌呤核苷酸從頭合成

2、嘌呤的降解尿素和乙醛酸尿囊酸

尿囊素和CO2尿酸黃嘌呤嘌呤核苷酸三級(jí)水平的降解

尿酸[UricAcid]

合成嘌呤核苷酸的分解代謝主要在肝臟、小腸及腎臟中進(jìn)行。生理情況下嘌呤合成與分解處于相對(duì)平衡狀態(tài)，尿酸的生成與排泄也較恒定。正常人血漿中尿酸含量約0.12-0.36mM[2-6mg/dL]，男性平均0.27mM[4.5mg/dL]，女性平均0.21mM[3.5mg/dL]。體內(nèi)核酸大量分解[白血病、惡性腫瘤等]或食入高嘌呤食物時(shí)，血中尿酸水平升高，超過0.48mM[8mg/dL]時(shí)，尿酸鹽形成結(jié)晶，沉積于關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨及腎等處導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石及腎疾患--痛風(fēng)癥。黃嘌呤氧化酶催化次黃嘌呤和黃嘌呤氧化生產(chǎn)尿酸。酶為復(fù)合黃素酶，由兩個(gè)相同的亞基組成，分子量260,000，每個(gè)亞基含一個(gè)FAD、一個(gè)鉬原子和一個(gè)Fe4S4中心。反應(yīng)要求分子氧作為電子受體，還原產(chǎn)物是H2O2，進(jìn)入尿酸的氧來自水。底物與酶結(jié)合后，Mo(VI)被還原為Mo(IV)，電子經(jīng)黃素、鐵硫中心等傳給O2，與氫離子生成H2O2，Mo(IV)氧化為Mo(VI)。痛風(fēng)的尿酸鈉晶體痛風(fēng)的治療治療痛風(fēng)的原則是：合理的飲食控制；充足的水分?jǐn)z入；規(guī)律的生活制度；適當(dāng)?shù)捏w育活動(dòng)；有效的藥物治療；定期的健康檢查。?西醫(yī)對(duì)痛風(fēng)病的治療，較為常用的抗痛風(fēng)藥物：秋水仙堿、別嘌呤醇、丙磺舒、苯溴馬隆、消炎痛、布絡(luò)芬、扶他林等。?中醫(yī)對(duì)痛風(fēng)的治療。?飲食治療[每日嘌呤攝入量不超過150mg]常見食物的嘌呤含量范圍一、每100克食物嘌呤含量小于50毫克為低嘌呤的有：五谷類：米、麥、高梁、玉米、馬鈴薯、甘薯、面條、通心粉；蛋類：雞蛋、鴨蛋、皮蛋；奶類：牛奶、乳酪、冰琪琳；飲料：汽水、巧克力、可可、咖啡、麥乳精、果汁、茶、蜂蜜、果凍；以及各種水果、蔬菜和油脂等。二、每100克食物中含50毫克—150毫克嘌呤的為中嘌呤：肉類：雞肉、豬肉、牛肉、羊肉、魚、蝦、螃蟹；豆類：黑豆、綠豆、紅豆、花豆、碗豆、菜豆、豆干、豆腐以及筍干、金針、銀耳、花生、腰果、芝麻等。三、每100克食物中含150毫克--500毫克嘌呤的食物為高嘌呤：豆苗、黃豆芽、蘆筍、菜花、紫菜、香菇、烏魚、鯊魚、鱈魚、海鰻、動(dòng)物肝、腎、腸等、蚌蛤、干貝／帶魚、扁魚干、沙丁魚、蛤蜊、牡蠣、鏈魚、雞湯、肉湯等。四、每100克食物中大于500毫克嘌呤：小魚干、烏魚皮、酵母粉等。不同生物嘌呤核苷酸的分解產(chǎn)物不同

3、嘧啶的降解NH3、CO2和β-丙氨酸β-脲基丙酸

二氫胸腺嘧啶二氫尿嘧啶胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶β-脲基異丁酸NH3，CO2和β-氨基異丁酸最終產(chǎn)物：β氨基酸、CO2、NH3

U、C……β-Ala、CO2、NH3

T…………β-氨基丁酸、CO2、NH3

不同生物嘧啶堿的分解過程也不一樣，一般情況下含氨基的嘧啶要先水解脫去氨基，脫氨基也可以在核苷或核苷酸水平上進(jìn)行。嘧啶的分解第三節(jié)核酸的合成代謝核苷酸的生物合成核酸的生物合成核苷酸食物核酸生物合成組織核酸NTP組織核酸某些輔酶活性中間物質(zhì)cAMP與cGMP

核苷酸的代謝動(dòng)態(tài)一、核苷酸的生物合成(一)核糖的來源與PRPP的生成(二)嘌呤核苷酸的生物合成(三)嘧啶核苷酸的生物合成（四）脫氧核糖核苷酸的合成核苷酸合成的基本途徑從頭途徑（

denovosynthesis)利用核糖磷酸，某些氨基酸、CO2和NH3等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)一系列酶促反應(yīng)合成核苷酸的途徑，又稱“從無到有途徑”。主要發(fā)生在肝臟、小腸、胸腺。補(bǔ)救途徑

(或重新利用，salvagepathway)

利用體內(nèi)游離的堿基或核苷經(jīng)過比較簡(jiǎn)單的反應(yīng)過程，合成核苷酸的途徑。主要發(fā)生在腦和骨髓里（一）、核糖的來源與PRPP的生成活性磷酸核糖形式：磷酸核糖焦磷酸（PRPP）(二) 嘌呤核苷酸的從頭合成14C標(biāo)記的HCOOH和15N標(biāo)記的不同氨基酸與鴿肝勻漿物共培養(yǎng)，得到Pu環(huán)各元素的來源，1950s由J.Buchanan和G.RobertGreenberg提出Hypoxanthinedenovosynthesis假說，并證明HypoxanthineNt是Ade-Nt及Gua-Nt合成的前體。(二) 嘌呤核苷酸的從頭合成嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是是體內(nèi)嘌呤核苷酸合成的主要途徑.合成部位肝是體內(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、骨髓則無法進(jìn)行此合成途徑。合成發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中原料：磷酸核糖、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2及一碳單位合成特點(diǎn)：磷酸核糖為起始物，逐步加原料合成嘌呤環(huán)，形成重要中間產(chǎn)物IMP（次黃嘌呤核苷酸），再由它轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMP。(二) 嘌呤核苷酸的從頭合成

1、反應(yīng)式2、嘌呤中原子的來源

CO2天冬氨酸甲?；ㄒ惶紗挝唬└拾彼峒柞；ㄒ惶紗挝唬┕劝滨０罚０坊居洃洝俊爸窀汀保℅ly）立中央，“谷子”(Gln)下面長(zhǎng)，二氧化碳“天”(Asp)上飄，“假仙”（甲酰）在兩旁AMP+ATP2ADP腺苷激酶GMP+ATPGDP+ADP鳥苷激酶ATP+GDPADP+GTP鳥苷二磷酸激酶磷酸核糖IMP

GMPAMP嘌呤核苷酸的合成是在磷酸核糖基礎(chǔ)上逐步合成嘌呤核苷酸。兩個(gè)階段：首先合成IMP，再由IMP轉(zhuǎn)變成AMP與GMP。

嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的，在合成嘌呤核苷酸的過程中逐步合成嘌呤環(huán)。調(diào)節(jié)酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基轉(zhuǎn)移酶3、嘌呤核苷酸從頭合成過程(AMP,GMP)

嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn)：1.嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成合成嘌呤環(huán)的。2.IMP的合成需6個(gè)ATP，7個(gè)高能磷酸鍵。AMP或GMP的合成又需1個(gè)ATP3.嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的，調(diào)節(jié)酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基轉(zhuǎn)移酶4.磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶催化的反應(yīng)是嘌呤核苷酸合成的關(guān)鍵步驟，AMP與GMP能夠協(xié)同抑制此酶的活性從頭合成的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)方式：反饋調(diào)節(jié)和交叉調(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__++（三）嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡(jiǎn)單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑，腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。A+PRPPAMP+PPi腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶G+PRPPGMP+PPi次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶AR+ATPAMP+ADP腺苷激酶1.腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyl

transferase,APRT)2.次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyl

transferase,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ATPADPAMPAPRT：腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶HGPRT：次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶補(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。嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH3(四)嘧啶核苷酸的生物合成

1、嘧啶環(huán)的從頭合成途徑原料：磷酸核糖、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2部位：肝細(xì)胞胞液合成特點(diǎn)：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(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的途徑。2、嘧啶核苷酸的從頭合成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(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的途徑。定義合成部位主要是肝細(xì)胞胞液合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。

合成特點(diǎn)：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、嘧啶核苷酸的從頭合成途徑(UMP)

O||HN

|ON|R—5’-P

NH2|N

|ON|R—5’-PPPUDPUTP尿苷酸激酶二磷酸核苷激酶CTP合成酶ATPADPATPADP谷氨酸谷氨酰胺ADP+PiATPUMPCTPCTP的合成嘧啶從頭合成的特點(diǎn)兩個(gè)階段：首先合成UMP，再由UMP轉(zhuǎn)變成CTP與dTMP

胞嘧啶核苷酸的生成發(fā)生在三磷酸水平，由UTP轉(zhuǎn)變?yōu)镃TP先合成嘧啶環(huán)，再合成嘧啶核苷酸調(diào)節(jié)酶：磷酸核糖焦磷酸激酶（PRPP合成酶）、氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（CPSⅡ，位于細(xì)胞液中）---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)3、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(五)脫氧核糖核苷酸的合成在核苷二磷酸水平上進(jìn)行（N代表A、G、U、C等堿基）原料：NDP（dTMP的直接原料為dUMP）脫氧（還原）過程發(fā)生在二磷酸水平dTMP的生成發(fā)生在一磷酸水平，但脫氧（還原）過程仍然發(fā)生在二磷酸水平dNDP+ATP

激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸還原酶，Mg2+還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化還原蛋白SS硫氧化還原蛋白還原酶（FAD）脫氧核苷酸的生成dTMP的合成(六）、核苷酸的抗代謝物嘌呤核苷酸抗代謝物主要是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物。采用競(jìng)爭(zhēng)性抑制或“以假亂真”等方式抑制合成代謝中的酶，干擾和阻斷核苷酸的合成,從而進(jìn)一步阻止核酸以及蛋白質(zhì)的生物合成。腫瘤細(xì)胞的核酸與蛋白質(zhì)代謝旺盛,因此抗代謝物可用于腫瘤的化療。1、6巰基嘌呤（6MP）：次黃嘌呤（I）的類似物，抑制HGPRT及嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成。在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)?巰基嘌呤核苷酸，抑制嘌呤核苷酸的從頭合成。2、5氟尿嘧啶（5FU）：胸腺嘧啶的類似物，抑制胸腺嘧啶核苷酸的合成。3、阿糖胞苷：胞苷的類似物，抑制dCDP的生成。4、氨甲蝶呤（MTX）：葉酸類似物，抑制四氫葉酸的合成，從而同時(shí)抑制嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸的從頭合成5、氮雜絲氨酸：Gln類似物，同時(shí)抑制嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的從頭合成核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物氨基酸類似物：抑制有谷氨酰胺參與的反應(yīng),干擾全程合成。葉酸類似物：抑制有一碳單位參與的反應(yīng)PRPPPRA甘氨酰胺甲酰甘氨酰甲酰甘氨谷氨酰胺核苷酸胺核苷酸