核酸分解與核苷酸代謝

關(guān)于核酸分解與核苷酸代謝第一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一GAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAG核酸降解代謝CO2,H2O,NH3第二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一核酸在生物體內(nèi)可以被降解；外源核酸在動物體內(nèi)的小腸被降解；胰核酸酶腸粘膜釋放的磷酸二酯酶降解的產(chǎn)物在小腸內(nèi)被轉(zhuǎn)化和吸收；核酸降解一般不為生物提供能量；第一節(jié)核酸降解P387第三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一核酸酶是作用于核酸中磷酸二酯鍵的水解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脫氧核糖核酸酶(DNase)水解核酸分子內(nèi)部磷酸二酯鍵的酶又稱為核酸內(nèi)切酶(endonuclease)從核酸的一端逐個水解下核苷酸的酶稱為核酸外切酶(exonuclease)。核酸酶(Nuclease)ATCGATCGPOH5’3’PPPPPPP蛇毒磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶第四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一常見的核酸酶專一性第五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一常見的核酸酶專一性核酸內(nèi)切酶第六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一AP核酸內(nèi)切酶的作用AP核酸內(nèi)切酶能識別去除了堿基的核苷酸（AP核苷酸：無嘌呤酸、無嘧啶酸）磷酸二酯鍵，并切除糖基，使核酸鏈斷開。第七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一限制性核酸內(nèi)切酶是一類高度專一性的DNases，它們是順序?qū)Ｒ恍?，或結(jié)構(gòu)專一性的核酸內(nèi)切酶。它們不是與DNA降解代謝有關(guān)的酶；是基因重組用酶，是胞內(nèi)DNA的“衛(wèi)士”。它們是分子生物學(xué)的工具酶，在分子生物學(xué)中占有非常重要的地位。限制性核酸內(nèi)切酶GCTTAAAATTCG第八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一以限制性內(nèi)切酶及連結(jié)酶進行核酸剪接GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTCGAATTCGGCTTAAGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGEcoRIDNALigaseEcoRIstickyendEcoRIstickyendJuangRH(2004)BCbasics第九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一2.1核苷酸的分解腸粘膜細胞中有核苷酸酶，水解核苷酸（Nt）為核苷（Ns）和Pi。脾、肝等組織中核苷酶進一步水解核苷為戊糖和堿基。

第二節(jié)核苷酸、核苷與堿基的分解代謝Nucleotide核苷酸Nucleoside核苷第十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一

2.1.1核苷酸降解為核苷

核苷酸(Nt)

＋H2O核苷(Ns)

＋Pi磷酸酯酶或核苷酸酶生物體普遍存在的磷酸單酯酶或核苷酸酶可催化2’-,3’-和5’-核苷酸的水解，而特異性強的磷酸單酯酶只能水解3’-核苷酸或5’-核苷酸，對不同的堿基也有選擇性。2.1核苷酸的分解第十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一核苷酸＋H2O堿基＋戊糖-Pi催化該反應(yīng)的酶稱為核苷酸核苷酶；主要在微生物（細菌）中存在；2.1.2核苷酸中糖苷鍵的斷裂2.1核苷酸的分解第十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一2.1.3核苷酸的脫氨反應(yīng)與核苷酸轉(zhuǎn)換帶氨基的核苷酸在核苷酸脫氨酶的作用下可脫掉氨基而轉(zhuǎn)變成另一種核苷酸。核苷酸的脫氨反應(yīng)較為普遍,如:5’-AMP5’-IMP(次黃嘌呤)+NH3

嘌呤核苷酸循環(huán)中2.1核苷酸的分解IMP(次黃嘌呤)第十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一核苷的代謝去路：核苷-N-轉(zhuǎn)糖苷作用（主要脫氧核苷)脫氨反應(yīng)2.2核苷的分解代謝第十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一2.2.2核苷的磷酸解作用：

核苷+Pi

嘌呤or嘧啶+戊糖-1-P

核苷磷酸水解酶存在廣泛，反應(yīng)可逆，糖的構(gòu)型由β-型轉(zhuǎn)變?yōu)棣?型；2.2.1核苷的水解作用： 核苷+H2O

嘌呤or嘧啶+戊糖核苷水解酶主要存在于植物和微生物，只對核糖核苷起作用，對脫氧核糖核苷無作用。

核苷水解酶核苷磷酸水解酶2.2核苷的分解代謝第十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一2.2.3核苷的相互轉(zhuǎn)換核苷-N-轉(zhuǎn)糖苷作用主要發(fā)生在脫氧核苷中脫氨反應(yīng)帶氨基的核苷在核苷脫氨酶的作用下脫掉氨基而轉(zhuǎn)變成另一種核苷2.2.4核苷的排泄主要為修飾核苷酸，不被分解，也不被利用嘌呤互換嘧啶互換2.2核苷的分解代謝第十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一脫氨作用主要發(fā)生在核苷酸和核苷水平2.3核苷酸三級水平的降解P388核苷酸核苷堿基NH3NH3NH3第十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一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物（鳥類、某些爬行類和昆蟲）嘌呤的代謝產(chǎn)物為尿酸。O2+H2OH2O2尿酸鳥嘌呤脫氨主要在堿基水平下進行2.4.1嘌呤堿的分解:2.4堿基的分解代謝第十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的分解次黃嘌呤黃嘌呤尿酸第十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一催化次黃嘌呤和黃嘌呤氧化產(chǎn)生尿酸。該酶為復(fù)合黃素酶，由兩個相同的亞基組成，每個亞基含一個FAD、一個鉬原子［Mo(IV)?Mo(VI)］和一個Fe4S4中心。反應(yīng)要求分子氧作為電子受體，還原產(chǎn)物是H2O2，進入尿酸的氧來自水。黃嘌呤氧化酶

(XanthineOxidase)第二十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一不同生物中嘌呤核苷酸的

分解產(chǎn)物不同尿囊素尿囊酸靈長類/鳥類等多數(shù)哺乳動物多骨[刺]魚兩棲動物等無脊椎動物第二十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一

嘌呤堿分解代謝產(chǎn)生過多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸鈉結(jié)晶，沉積于關(guān)節(jié)部位,引起疼痛或灼痛—痛風(fēng)。如果發(fā)生HGPRT的缺陷，不能以補救途徑合成嘌呤核苷酸，吸收或合成的嘌呤堿不完全降解，導(dǎo)致大量尿酸積累，也引起腎結(jié)石和痛風(fēng)。

HGPRT：次黃嘌呤鳥嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖酶痛風(fēng)(Gout)第二十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一不同生物對嘧啶堿的分解過程不一樣；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行。2.4堿基的分解代謝2.4.2嘧啶堿基的分解第二十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一UCMPCRURUMPCdTMPdTRT氧化分解還原分解只在微生物中發(fā)現(xiàn)2.4堿基的分解代謝2.4.2嘧啶堿基的分解NH3第二十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一2.4堿基的分解代謝2.4.2.1嘧啶堿基分解的還原途徑第二十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一2.4堿基的分解代謝2.4.2.2嘧啶堿基分解的氧化途徑第二十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一GAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAGCO2,H2O,NH3核酸分解代謝小結(jié)堿基的降解過程主要有兩步：1、脫氨2、氧化開環(huán)補救合成新的核苷酸第二十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.1核苷酸合成的基本途徑

可以通過兩條完全不同的途徑進行:由非核苷和堿基的前體小分子化合物從頭合成——DenovoSynthesis

；由現(xiàn)成的嘌呤,嘧啶,戊糖及Pi在酶的作用下直接合成核苷酸——補救合成途徑（SalvagePathway）第三節(jié)核苷酸的生物合成第二十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.1核苷酸合成的基本途徑第二十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤環(huán)元素的來源:3.2嘌呤核苷酸的從頭生物合成甲酸一碳單位天冬氨酸甘氨酸谷氨酰胺第三十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.2嘌呤核苷酸的從頭生物合成第三十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的全程合成總圖次黃嘌呤的合成是在核苷酸水平進行的，即產(chǎn)物是核苷酸，而不是核苷或堿基。第三十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）第三十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)1）構(gòu)象由a–構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)閎–構(gòu)型PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶5-磷酸核糖胺(PRA)第三十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)2）甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸(GAR)第三十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)3）甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR)第三十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)4）甲酰甘氨脒核苷酸合成酶甲酰甘氨瞇核苷酸(FGAM)第三十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)5）氨基咪唑核苷酸合成酶5-氨基咪唑核苷酸第三十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一氨基咪唑核苷酸羧化酶嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)6）第三十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)7）5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸第四十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)8）氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶5-氨基咪唑-4-(N-琥珀基)甲酰胺核苷酸第四十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一腺苷酸琥珀酸裂解酶嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)9）5-氨基咪唑-4-氨甲酰胺核苷酸延胡索酸第四十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一氨基咪唑氨甲酰核苷酸轉(zhuǎn)甲酰基酶嘌呤核苷酸的全程合成(反應(yīng)10)5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰胺核苷酸第四十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的合成一直是在核苷酸的水平上進行的，不是分解的逆過程。反應(yīng)需要5(或6)ATP次黃嘌呤核苷酸合酶嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)11）次黃嘌呤核苷酸第四十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的全程合成總圖合成次黃嘌呤核苷酸第四十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一由IMP合成AMP和GMP黃嘌呤氧化酶次黃嘌呤核苷酸脫氫酶鳥嘌呤核苷酸合成酶腺苷酸琥珀酸合成酶第四十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)ATPGTP嘌呤核苷酸的合成受到產(chǎn)物反饋抑制。嘌呤核苷酸從頭合成的速率受到三種主要反饋機制的調(diào)節(jié)，主要受控于兩種主要終產(chǎn)物的濃度。P3965-磷酸核糖胺第四十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一大腸桿菌嘌呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)機制，其它生物中這些代謝途徑可能有所不同。P396合成的反饋控制機制PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶PRPP合成酶腺苷酸琥珀酸合成酶次黃嘌呤核苷酸脫氫酶PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶作用下形成5-磷酸核糖胺第四十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘧啶環(huán)元素的來源：Fromaspartate3.3嘧啶核苷酸的生物合成氨甲酰磷酸天門冬氨酸來源于氨甲酰磷酸來源于天冬氨酸第四十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.3嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶環(huán)合成在堿基水平上，而不是在核苷酸水平，這不同于嘌呤的合成第五十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸第五十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一氨甲酰磷酸的合成氨基甲酸

碳酸

谷氨酰胺水解位點碳酸磷酸化位點氨基甲酸磷酸化位點第五十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一氨甲酰磷酸的合成氨基甲酸

碳酸

氨甲酰磷酸第五十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp氨甲酰天冬氨酸ATCase天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶氨甲酰磷酸第五十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一乳清酸的合成二氫乳清酸脫氫酶的輔酶在不同的生物中是不同的，有的是NAD＋，有的是FMN,FAD，或同時含有黃素輔酶和NAD＋。二氫乳清酸乳清酸二氫乳清酸酶二氫乳清酸脫氫酶第五十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一乳清酸合成UMP乳清酸乳清苷酸尿嘧啶核苷酸第五十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一UMP的合成小結(jié)AspPRPP第五十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一由UMP合成UTPUMPCTP第五十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一由UTP合成CTP在E.coli

中也可以以NH3為氮源CTP合成酶第五十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)ATP嘧啶核苷酸的生物合成也是受到產(chǎn)物的反饋抑制：在細菌中嘧啶核苷酸合成速率的調(diào)節(jié)主要是通過天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase）P398合成的反饋控制機制天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶第六十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一CTP和ATP對天門冬氨酸羧轉(zhuǎn)氨甲酰酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)第六十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.4核苷酸合成的補救途徑

利用食物吸收或自身核酸降解產(chǎn)生的堿基和核苷通過磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（APRT)或核苷激酶,實現(xiàn)核苷酸的合成。這一途徑稱之為補救合成途徑，或回收利用途徑。 人體細胞大多為全程合成，但在某些特殊類型的細胞中如在腦細胞中主要通過補救途徑合成。第六十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.4.1嘌呤核苷酸的補救合成途徑1：堿基→核苷酸（主要途徑）HGPRT腺嘌呤轉(zhuǎn)磷酸戊糖酶次黃嘌呤鳥嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖酶第六十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.4.1嘌呤核苷酸的補救合成途徑1：堿基→核苷酸（主要途徑）AcidAcid+嘌呤第六十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一自毀容貌綜合癥機理

HGPRT缺陷的男性兒童表現(xiàn)為一種自毀容貌綜合癥，為先天性遺傳疾病（缺乏HGPRT)，行為對立，侵略性強，自咬手指、腳趾、嘴唇等，智力低下。HGPRT：次黃嘌呤鳥嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖酶第六十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一嘌呤核苷酸的補救合成Adenine+R-a-1-P——

Adenosine+PiAdenosine+ATP————AMP+ADP途徑2：堿基→核苷→核苷酸核苷磷酸化酶核苷激酶糖構(gòu)型轉(zhuǎn)為β-型第六十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.4.2嘧啶核苷酸的補救合成

Uracil+R-α-1-P———Uridine+Pi

Uridine+ATP———UMP+ADPUracil+PRPP

—————UMP+PPi

Cytosine不能與PRPP作用。尿嘧啶磷酸化酶尿苷激酶UMP磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶途徑2：堿基→核苷→核苷酸第六十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一PRPPAMPIMPGMPOMPUMPXMPSAMPAdenineHypoxanthineGlnGluPRA5-磷酸核糖胺GuanineXanthineOrotidelateUracilPRPP與核苷酸的合成腺苷琥珀酸CytosineXCMP第六十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.5脫氧核糖核苷酸的合成以核糖核苷酸為原料，通過核糖核苷酸還原酶(Nt-reductase)將核糖分子還原為脫氧核糖。多數(shù)生物中核糖核苷酸必須先行轉(zhuǎn)化為二磷酸核苷酸(NDP)水平，再還原為脫氧核苷二磷酸水平。少數(shù)生物在三磷酸核苷酸的水平上還原為脫氧核苷酸。第六十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一脫氧核苷酸的合成除需還原酶外，還需另兩種氧還蛋白參與，即硫氧還蛋白(thioredoxin)和谷氧還蛋白(glutaredoxin)。3.5脫氧核糖核苷酸的合成核糖核苷酸還原酶第七十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.5.1核苷二磷酸水平的還原形成的產(chǎn)物dNDP

在激酶的作用下形成相應(yīng)的dNTP。p399核糖核苷酸還原酶第七十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一第七十二頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一第七十三頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一核糖核苷酸還原酶催化核糖核苷酸

還原為脫氧核糖核苷酸H2O硫氧還蛋白谷氧還蛋白第七十四頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.5.2核苷三磷酸水平的還原核苷三磷酸水平的還原主要在乳酸菌、根瘤菌梭、梭狀芽孢桿菌、眼蟲等生物里存在；還原途徑需要輔酶B12；氫的傳遞方式與NDP還原是相似的.輔酶B12第七十五頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.5.3dTMP的生物合成N5,N10-methyleneTHFATHFA此步不是SAM提供一碳單位第七十六頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.5.3dTMP的生物合成第七十七頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.5.4脫氧核苷酸的補救合成脫氧核苷酸的補救合成只有一條途徑：堿基→脫氧核苷→脫氧核苷酸以dTMP合成為例：

Thymine+deoxyribose-1-P——————dTdT+ATP—————dTMP+ADPThymidylatephosphorylasedTkinase+第七十八頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.5.5脫氧核苷酸合成的調(diào)節(jié)核糖核苷酸還原酶抑制劑是產(chǎn)物dATP等激活劑是底物NDP等及ATP第七十九頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.5.5脫氧核苷酸合成的調(diào)節(jié)12443P399圖33-10Regulationofribonucleotidereductasebydeoxynucleosidetriphosphates第八十頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一3.6核苷酸的生物合成P401PRPPPRPPGlnFH4第八十一頁，共九十一頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)輔酶核苷酸的合成常見的輔酶核苷酸：煙酰胺核苷酸黃素核苷酸輔酶A輔酶