核酸的降解和核苷酸的代謝

核酸的降解和核苷酸的代謝第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日一、核酸的酶促降解二、核苷酸的生物降解三、核苷酸的生物合成主要內(nèi)容

本章重點討論核酸酶的類別和特點，對核苷酸的生物合成和分解代謝作一般介紹。第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日核酸核酸酶單核苷酸磷酸單脂酶核苷嘧啶（嘌呤）核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脫氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途徑醛縮酶乙醛甘油醛-3-磷酸

核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯鍵連成的高聚物，核酸分解代謝的第一步就是分解為核苷酸，作用于磷酸二酯鍵的酶稱核酸酶（實質(zhì)是磷酸二脂酶），即水解核酸的酶。第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日根據(jù)對底物的專一性分為核糖核酸酶(RNase)：只水解RNA磷酸二酯鍵的酶（RNase）脫氧核糖核酸酶(DNase)：只能水解DNA磷酸二酯鍵的酶。非特異性核酸酶：既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯鍵的核酸酶根據(jù)切割位點分為核酸內(nèi)切酶核酸外切酶1.核酸酶核酸酶的分類第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日蛇毒磷酸二酯酶能從RNA或DNA鏈的游離的3’-OH逐個水解，生成5’-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶從游離的5’-OH開始逐個水解，生成3’-核苷酸。

非特異性核酸酶,核酸外切酶2、核酸酶的作用特點第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日內(nèi)切核酸酶對RNA的水解位點示意圖5′

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pOHPyPuPyPy1′

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pGA3′RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶

第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日將核酸從內(nèi)部分解成較小的核苷酸鏈。很多核酸內(nèi)切酶無選擇性。但在某些細菌和藍藻中，存在一類特殊的核酸內(nèi)切酶，稱為限制性核酸內(nèi)切酶。這類酶在雙鏈DNA上能識別特殊的核苷酸序列。限制性核酸內(nèi)切酶（restrictionendounuclease）是一類具有極高專一性，在特殊核苷酸序列（4~8堿基回文序列）處，識別并切割外源雙鏈DNA，形成黏性末端（由限制性內(nèi)切酶切割后，在雙鏈DNA的切口處產(chǎn)生交錯互補的單鏈末端）或平齊末端的核酸外切酶，是基因工程的重要工具。生物學(xué)功能：降解外源侵入的DNA，但不降解經(jīng)修飾酶甲基化保護的自身DNA。

核酸內(nèi)切酶第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日作用類別：核酸內(nèi)切酶：磷酸二酯酶，作用點在核酸內(nèi)部，產(chǎn)物是寡核苷酸鏈。核酸外切酶：磷酸單酯酶，作用于核酸兩端，產(chǎn)物是單核苷酸。RNA:RNase(酶穩(wěn)定、耐高溫)DNA:DNase(種類多、工具酶)第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日限制性內(nèi)切酶

類型命名意義

原核生物中存在著一類能識別外源DNA雙螺旋中4-8個堿基對所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對稱性的回文序列，并在此序列的某位點水解DNA雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶（ristrictionendonuclease）。發(fā)現(xiàn)：1952，SmithHuman用T4phage感染E.coli.提出了限制與修飾現(xiàn)象。第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日限制性內(nèi)切酶類型

I型：分子量大于105，多亞基，需S-線苷蛋氨酸、ATP和Mg2+，識別位點與切割位點相差甚遠，產(chǎn)物為異質(zhì)，是限制與修飾相排斥的多功能酶.內(nèi)切、修飾，識別與切割位點不一致

Ⅱ型：分子量小于105，需Mg2+，切割位點位于識別位點上，產(chǎn)物為專一性片段，不具修飾酶功能?，F(xiàn)在分子生物學(xué)研究所用的限制性內(nèi)切酶均為此類。識別與切割位點統(tǒng)一

ⅡI型：識別位點為5-7bp的非對稱序列

，切割位點在順序之外離識別序列5-10bp，切割雙鏈，個別也切割單鏈。是限制與修飾相多功能酶.切割方式基本同Ⅱ類第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號屬名種名株名例：EcoRI，這是從大腸桿菌（Ecoli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶是分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNA限制圖譜、進行DNA序列測定和基因分離、基因體外重組等研究中不可缺少的工具，是一把天賜的神刀，用來解剖纖細的DNA分子。第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日核酸酶核酸5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日核酸的降解和重新利用

核酸的分解產(chǎn)物堿基和戊糖可被直接吸收，未被分解的核苷也可以直接吸收。核酸的消化產(chǎn)物吸收后，由門靜脈進入肝臟。戊糖可以被分解或合成體內(nèi)的核酸腸道吸收的堿基只有很少量可以用于合成體內(nèi)的核酸，絕大部分堿基被分解排除體外。雖然食物來源的堿基幾乎不能摻入到組織的核酸中，但非腸道輸入的化合物卻可能摻入組織的核酸中。例如注射的脫氧胸苷可以摻入新合成的DNA中。第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日1、嘌呤的分解嘌呤堿包括：A-腺嘌呤、G-鳥嘌呤不同動物嘌呤代謝的最終產(chǎn)物也不同人、猿以及鳥類、爬蟲類和大多數(shù)昆蟲：尿酸其他哺乳動物、雙翅目昆蟲：尿囊素硬骨魚類：尿囊酸大多數(shù)魚類、兩棲類：尿素尿酸酶尿囊素酶尿囊酸酶二、核苷酸的生物降解第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日某些低等動物能將尿素進一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途徑與動物相似，產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤類物質(zhì)，生成NH3、CO2及有機酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日（人類和靈長類動物）（靈長類以外的哺乳動物）嘌呤堿的分解脫氨氧化水解第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日痛風(fēng)(gout)：是尿酸過量生產(chǎn)或尿酸排瀉不充分引起的尿酸堆積造成的，尿酸結(jié)晶堆積在軟骨，軟組織，腎臟以及關(guān)節(jié)處。在關(guān)節(jié)處的沉積會造成劇烈的疼痛。第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日痛風(fēng)癥的治療機制別嘌呤醇別嘌呤醇次黃嘌呤尿酸鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶別黃嘌呤自殺抑制作用（suicidesubstrate）:底物類似物物經(jīng)酶催化生成的產(chǎn)物變成了該酶的抑制劑，例如別嘌呤醇對黃嘌呤氧化酶的抑制就屬于這種類型。第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日2、嘧啶的分解脫氨還原水解乙酸+3NH3+2CO2排出體外或進入有機酸代謝。第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日1、嘌呤核苷酸的生物合成從頭合成途徑補救途徑2、嘧啶核苷酸的生物合成從頭合成途徑補救合成途徑三、核苷酸的生物合成3、脫氧核苷酸的合成第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日（1）嘌呤環(huán)上各原子的來源N3N9N7N1C2C6C4C5C8來自谷氨酰胺的酰胺氮來自甲酸來自甲酸來自天冬氨酸來自甘氨酸來自CO23.1嘌呤核苷酸的生物合成（AMP、GMP)合成嘌呤核苷酸，先合成IMP（次黃嘌呤核苷酸），再轉(zhuǎn)化為AMP、GMP。1、從頭合成第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日IMP的合成是從5-磷酸核糖開始的，先與ATP反應(yīng)生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤環(huán)的各原子在PRPP的C-1位置上逐漸加上去。（2）

IMP的合成第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸IMP的生物合成5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFA5-磷酸核糖+ATP磷酸核糖焦磷酸激酶Mg2+第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日（3）IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日主要發(fā)生在肝臟，常因各種抑制物甚至生理緊張導(dǎo)致其中的某些酶缺乏，影響細胞生長?！皬念^合成”途徑（通常情況下占95%）核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi核糖核苷酸輔酶RNA脫氧核糖核苷酸DNA“補救”途徑(腦和骨髓)內(nèi)外源核酸分解核苷堿基、Pi脫氧核苷核酸類補品原理所在可提高康復(fù)速度由嘌呤堿和核苷合成核苷酸第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日(利用已有的堿基和核苷合成核苷酸)第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日生物體內(nèi)只發(fā)現(xiàn)有腺苷激酶）第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶在人類嘌呤核苷酸的合成代謝中起重要作用自毀容貌癥患者腦中缺乏次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶，使嘌呤核苷酸補救途徑受阻，導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失常，自我毀傷等。第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日“從頭合成”中堿基各原子來源通過放射性同位素法推斷嘌呤堿天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸磷酸核糖C1上逐個安插成嘌呤堿成分，形成A(G)MP。CO2第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸時，首先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖結(jié)合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)化為胞嘧啶核苷酸。二、嘧啶核苷酸的合成1、

從頭合成第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日（1）嘧啶環(huán)上各原子的來源

來自天冬氨酸來自CO2來自NH3NNCCCC654321氨甲酰磷酸第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日（2）尿嘧啶核苷酸的合成天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶二氫乳清酸酶二氫乳清酸脫氫酶乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+乳清苷酸脫羧酶第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日乳清酸尿癥：是一種遺傳性疾病。由于患者體內(nèi)缺乏乳清磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶和乳清酸核苷酸脫羧酶，是嘧啶合成的中間產(chǎn)物乳清酸不能進一步代謝而堆積所致，為罕見的常染色體隱性遺傳病。癥狀:患兒出生時無異常，生后2—6個月開始逐漸出現(xiàn)體格及智能發(fā)育落后。伴面色蒼白、藍色鞏膜、斜視、肌張力低及脾腫大，巨幼細胞性貧血、白細胞低下。

第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日尿嘧啶核苷三磷酸可直接與NH3（細菌）或Gln（動物）反應(yīng)，生成胞嘧啶核苷三磷酸。UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶／Mg2+UDP+ADPUDP+ATP核苷二磷酸激酶／Mg2+UTP+ADPCTP合成酶UTP+Gln（NH4+）+ATP+H2OCTP+Glu+ADP+Pi（3）胞嘧啶核苷酸的合成第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日嘧啶堿與1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。嘧啶堿+1-磷酸核糖核苷磷酸化酶嘧啶核苷+Pi尿苷（胞苷）+ATP尿苷激酶／Mg2+UMP（CMP）+ADP（2）磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（胞嘧啶不行）尿嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶+5-PRPPUMP+PPi2、

補救途徑（1）

嘧啶核苷激酶途徑（重要途徑）第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日核苷酸合成的兩條途徑核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脫氧核苷酸輔酶RNA核苷堿基脫氧核苷DNA補救途徑從頭合成第三十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日第四十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸衍生而來的。三、脫氧核苷酸的合成（自學(xué)）第四十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日核苷酸的合成及相互關(guān)系第四十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期日核苷酸磷酸化酶（nuclosidephosphoryalse）：能分解核苷生成含氮堿和戊糖的磷酸酯的酶。

核苷水解酶（nuclosidehydrolase）：能分解核苷生成含氮堿和戊糖的酶。

從頭合成（denovosynthesis）：生物體內(nèi)用簡單的前體物質(zhì)合成生物分子的途徑，例如核苷酸的從頭合成。

補救途徑（salvagepathway）：與從頭合成途徑不同，生物分子，例如核苷酸，可以由該類分子降解形成的中間代謝物，如堿基等來合成，該途徑是一個再循環(huán)途徑。

痛風(fēng)(gout)：是尿酸過量生產(chǎn)或尿酸排瀉不充分引起的尿酸堆積造成的，尿酸結(jié)晶