核酸分解代謝與合成

核酸分解代謝與合成第1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五主要內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2頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五第一節(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）第3頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五1、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切酶：分為限制性核酸內切酶和非特異性限制性核酸內切酶。限制性內切酶：在細菌細胞內存在的一類能識別并水解外源雙鏈DNA的核酸內切酶，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）第4頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2、核酸酶的功能生物體內的核酸酶負責細胞內外催化核酸的降解參與DNA的合成與修復及RNA合成后的剪接等重要基因復制和基因表達過程負責清除多余的、結構和功能異常的核酸，同時也可以清除侵入細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技術中的重要工具酶第5頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五外切核酸酶對核酸的水解位點5′

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pOHB

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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）第6頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五內切核酸酶對RNA的水解位點示意圖5′

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pOHPyPuPyPy1′

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pGACU

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pGA3′RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶

第7頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五二、核苷酸的生物學功能

是構成核酸的基本單位

儲存能量（ATP）

ATP--主要形式；GTP--蛋白質合成

UTP--糖原合成；CTP--磷脂合成

參與代謝和生理調節(jié)（cAMP，cGMP）

組成輔酶（NAD+、FAD，NADP+,HS-CoA，）

活化中間代謝物--UDPG,CDP-DAG,SAM第8頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)核酸的分解代謝核酸的分解核苷酸的降解代謝第9頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五核苷酸代謝動態(tài)第10頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五一、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，只對核糖核苷起作用，對脫氧核糖核苷不作用）第11頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五核苷酸及核苷分解

第12頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五嘌呤的分解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）嘌呤的代謝產物為尿酸。而其他生物可以分解嘌呤為多種不同產物。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行。動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行。Ade和Gua脫氨基后分別生成次黃嘌呤和黃嘌呤，進一步代謝生成尿酸。

最終產物：尿酸關鍵酶：黃嘌呤氧化酶代謝抑制劑－別嘌呤醇。第13頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五嘌呤的分解2、嘌呤代謝障礙導致的相關疾病——痛風痛風的機理：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的機理：次黃嘌呤類似物，競爭性抑制黃嘌呤氧化酶；或轉變?yōu)閯e嘌呤醇核苷酸，抑制嘌呤核苷酸從頭合成第14頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2、嘌呤的降解尿素和乙醛酸尿囊酸

尿囊素和CO2尿酸黃嘌呤嘌呤第15頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五核苷酸三級水平的降解

第16頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五尿酸[UricAcid]

合成嘌呤核苷酸的分解代謝主要在肝臟、小腸及腎臟中進行。生理情況下嘌呤合成與分解處于相對平衡狀態(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]。體內核酸大量分解[白血病、惡性腫瘤等]或食入高嘌呤食物時，血中尿酸水平升高，超過0.48mM[8mg/dL]時，尿酸鹽形成結晶，沉積于關節(jié)、軟組織、軟骨及腎等處導致關節(jié)炎、尿路結石及腎疾患--痛風癥。黃嘌呤氧化酶催化次黃嘌呤和黃嘌呤氧化生產尿酸。酶為復合黃素酶，由兩個相同的亞基組成，分子量260,000，每個亞基含一個FAD、一個鉬原子和一個Fe4S4中心。反應要求分子氧作為電子受體，還原產物是H2O2，進入尿酸的氧來自水。底物與酶結合后，Mo(VI)被還原為Mo(IV)，電子經黃素、鐵硫中心等傳給O2，與氫離子生成H2O2，Mo(IV)氧化為Mo(VI)。第17頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五痛風的尿酸鈉晶體第18頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五痛風的治療治療痛風的原則是：合理的飲食控制；充足的水分攝入；規(guī)律的生活制度；適當?shù)捏w育活動；有效的藥物治療；定期的健康檢查。?西醫(yī)對痛風病的治療，較為常用的抗痛風藥物：秋水仙堿、別嘌呤醇、丙磺舒、苯溴馬隆、消炎痛、布絡芬、扶他林等。?中醫(yī)對痛風的治療。?飲食治療[每日嘌呤攝入量不超過150mg]第19頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五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。第20頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五第21頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五不同生物嘌呤核苷酸的分解產物不同

第22頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3、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行。第23頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五嘧啶的分解第24頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)核酸的合成代謝核苷酸的生物合成核酸的生物合成第25頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五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cAMP與cGMP核苷酸的代謝動態(tài)第26頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五一、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第27頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五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等簡單物質為原料，經一系列酶促反應合成核苷酸的途徑，又稱“從無到有途徑”。主要發(fā)生在肝臟、小腸、胸腺。補救途徑

(或重新利用，salvagepathway)

利用體內游離的堿基或核苷經過比較簡單的反應過程，合成核苷酸的途徑。主要發(fā)生在腦和骨髓里第28頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（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）第29頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(二) 嘌呤核苷酸的從頭合成14C標記的HCOOH和15N標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。第30頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(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嘌呤核苷酸合成的主要途徑.合成部位肝是體內從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無法進行此合成途徑。合成發(fā)生在細胞質中原料：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：磷酸核糖為起始物，逐步加原料合成嘌呤環(huán)，形成重要中間產物IMP（次黃嘌呤核苷酸），再由它轉變?yōu)锳MP和GMP。第31頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(二) 嘌呤核苷酸的從頭合成

1、反應式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，二氧化碳“天”(Asp)上飄，“假仙”（甲酰）在兩旁第32頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五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上逐步合成嘌呤核苷酸。兩個階段：首先合成IMP，再由IMP轉變成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)。調節(jié)酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基轉移酶第33頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3、嘌呤核苷酸從頭合成過程(AMP,GMP)

第34頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五第35頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五第36頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五嘌呤核苷酸從頭合成特點：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ATP，7個高能磷酸鍵。AMP或GMP的合成又需1個ATP3.嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的，調節(jié)酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基轉移酶4.磷酸核糖酰胺轉移酶催化的反應是嘌呤核苷酸合成的關鍵步驟，AMP與GMP能夠協(xié)同抑制此酶的活性第37頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五從頭合成的調節(jié)調節(jié)方式：反饋調節(jié)和交叉調節(jié)R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺轉移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++第38頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五（三）嘌呤核苷酸的補救合成途徑利用體內游離的嘌呤或嘌呤核苷，經過簡單的反應，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補救合成（或重新利用）途徑，腦、骨髓等只能進行補救合成。A+PRPPAMP+PPi腺嘌呤磷酸核糖轉移酶G+PRPPGMP+PPi次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶AR+ATPAMP+ADP腺苷激酶第39頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五1.腺嘌呤磷酸核糖轉移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)2.次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)3.腺苷激酶(adenosinekinase)參與補救合成的酶第40頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五腺嘌呤+

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：腺嘌呤磷酸核糖轉移酶HGPRT：次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶第41頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五補救合成的生理意義補救合成節(jié)省從頭合成時的能量和一些氨基酸的消耗。體內某些組織器官，如腦、骨髓等只能進行補救合成。第42頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五嘌呤核苷酸的相互轉變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第43頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(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：肝細胞胞液合成特點：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單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘧啶核苷酸的途徑。第44頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2、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單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘧啶核苷酸的途徑。定義合成部位主要是肝細胞胞液合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。

合成特點：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第45頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五2、嘧啶核苷酸的從頭合成途徑(UMP)第46頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五第47頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五

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的合成第48頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五嘧啶從頭合成的特點兩個階段：首先合成UMP，再由UMP轉變成CTP與dTMP

胞嘧啶核苷酸的生成發(fā)生在三磷酸水平，由UTP轉變?yōu)镃TP先合成嘧啶環(huán)，再合成嘧啶核苷酸調節(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，位于細胞液中）第49頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五第50頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五---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-從頭合成的調節(jié)第51頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五3、嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP第52頁，共59頁，2023年，2月20日，星期五(五)脫氧核糖核苷酸的合成在核苷二磷酸水平上進行（N代表A、G、U、C等堿基）原料：