核酸的降解和核苷酸代謝K

核苷酸的生理生化作用RNA合成：ATP，GTP，CTP，UTPDNA合成：dATP，dGTP，dCTP，dTTP①合成核酸的原料：②能量的貯存和供應(yīng)形式：ATP，GTP，UTP，CTP等③參與代謝或生理活動的調(diào)節(jié)cAMP、cGMP：激素第二信使④參與構(gòu)成酶的輔酶或輔基NAD+，NADP+，F(xiàn)AD，F(xiàn)MN，CoA⑤代謝中間物的載體CDP：膽堿，膽胺，甘油二酯腺苷：蛋氨酸（SAM）當(dāng)前第1頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)核苷酸對免疫系統(tǒng)的促進(jìn)作用提高人和動物對細(xì)菌、真菌感染的抵抗力、增加抗體產(chǎn)生，增強(qiáng)細(xì)胞免疫能力，刺激淋巴細(xì)胞增生作用等飲食核苷酸對嬰兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用核苷酸對維持胃腸道正常功能的作用1）外源核苷酸能夠加速腸細(xì)胞的分化、生長與修復(fù)，促進(jìn)小腸的成熟2）外源核苷酸可改變腸道微生物的生長及類型當(dāng)前第2頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)核酸的分解過程核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶核苷+磷酸核苷磷酸化酶堿基+戊糖-1-磷酸1核酸和核苷酸的分解代謝當(dāng)前第3頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶,按其作用位置分為:核酸外切酶：作用于核酸鏈的末端（3端或5端），逐個水解下核苷酸。脫氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA;核糖核酸外切酶:只作用于RNA核酸內(nèi)切酶:從核酸分子內(nèi)部切斷3,5-磷酸二酯鍵。限制性內(nèi)切酶：在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識別并水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶，可用于特異切割DNA,常作為工具酶。1.1核酸的酶促降解當(dāng)前第4頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)1.1.1

核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯鍵的酶（RNase），不同的RNase專一性不同。牛胰核糖核酸酶I（RNaseI），作用位點(diǎn)是嘧啶核苷-3’-磷酸與其它核苷酸間的連接鍵。（內(nèi)切核酸酶）核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位點(diǎn)是3’-鳥苷酸與其它核苷酸的5’-OH間的鍵。（內(nèi)切核酸酶）5′

p

p

p

pOHPyPuPyPu1′

p

p

pGACU

p

p

pGA3′RNAaseIRNAaseT1當(dāng)前第5頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)只能水解DNA磷酸二酯鍵的酶。牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），可切割雙鏈和單鏈DNA，降解產(chǎn)物為3’-磷酸為末端的寡核苷酸。限制性核酸內(nèi)切酶：細(xì)菌體內(nèi)能識別并水解外源雙源DNA的核酸內(nèi)切酶，可特異切割外源DNA特定序列中的磷酸二脂鍵(對堿基序列專一），切斷雙鍵，常作為工具酶。

1.1.2脫氧核糖核酸酶當(dāng)前第6頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯鍵的核酸酶。小球菌核酸酶（內(nèi)切酶），可作用于RNA或變性的DNA，產(chǎn)生3’-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶（外切酶）。1.1.3非特異性核酸酶當(dāng)前第7頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)某些核酸外切酶對RNA、DNA均有作用牛脾磷酸二酯酶3-核苷酸蛇毒磷酸二酯酶5-核苷酸當(dāng)前第8頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸單酯酶）核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷磷酸嘌呤或嘧啶戊糖-1-磷酸1.2核苷酸的降解當(dāng)前第9頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)

核苷酸+H2O核苷+Pi

核苷+H2O嘌呤（或嘧啶）+戊糖（核苷水解酶主要存在于植物和微生物體內(nèi)，并且只能對核糖核苷起作用，對脫氧核糖核苷不起作用。）

核苷+H3PO4嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖

（核苷磷酸化酶存在廣泛）

核苷酸酶核苷水解酶核苷磷酸化酶當(dāng)前第10頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)

這是一個氧化降解過程，不同生物降解的產(chǎn)物不同。

1.3嘌呤的降解當(dāng)前第11頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤核苷酸的分解代謝當(dāng)前第12頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)尿酸的進(jìn)一步分解脫氨氧化水解當(dāng)前第13頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)1.4嘧啶的降解分解時環(huán)被破壞，N原子可變?yōu)槟蛩睾蚇H3第二碳轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2胞嘧啶不直接被動物體利用，一部分從尿中排出當(dāng)前第14頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)

胞嘧啶尿嘧啶二氫尿嘧啶

H2ONH3NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-丙氨酸

β-脲基丙酸

H2O

胸腺嘧啶二氫胸腺嘧啶

NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-氨基異丁酸

β-脲基異丁酸

H2O

胞嘧啶脫氨酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧啶酶脲基丙酸酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧啶酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+NADPH+H+--------哺乳動物NADH+H+----------細(xì)菌脫氨還原水解當(dāng)前第15頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATCA肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATCA糖異生當(dāng)前第16頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)2核苷酸的生物合成2.1嘌呤核糖核苷酸的合成從頭合成途徑（denovosynthesispathway）原料：氨基酸、甲酸鹽、CO2等補(bǔ)救合成途徑（salvagesynthesispathway）核酸降解的中間產(chǎn)物、外源利用體內(nèi)游離的堿基或核苷合成當(dāng)前第17頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)2.1.1從頭合成定義利用磷酸核糖、AA、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑合成部位：胞漿主要器官：肝臟；其次，小腸和胸腺腦和骨髓不能合成當(dāng)前第18頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)2.1.1.1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CO2合成嘌呤核苷酸，先合成IMP，再轉(zhuǎn)化為AMP、GMP。利用簡單的原始材料從頭合成核苷酸的過程，此過程不包括堿基和核苷等中間物，也是核苷酸合成的主要途徑當(dāng)前第19頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)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。

IMP的合成當(dāng)前第20頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第21頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶當(dāng)前第22頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)

IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP當(dāng)前第23頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)2.1.2補(bǔ)救途徑定義:從頭合成途徑由于某種原因受阻，利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過程意義：經(jīng)濟(jì)代謝再利用，減少代謝物阻遏和積累當(dāng)前第24頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)參與補(bǔ)救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶APRTadeninephosphoribosyltransferase次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶HGPRThypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase腺苷激酶（adenosinekinase）當(dāng)前第25頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)補(bǔ)救合成的兩條途徑（1）PRPP+嘌呤嘌呤核苷酸+PPi腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（2）堿基+1-磷酸核糖核苷+Pi(核苷磷酸酶)核苷+ATP核苷酸+ADP(核苷磷酸激酶)只發(fā)現(xiàn)腺苷酸激酶當(dāng)前第26頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)合成過程腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP當(dāng)前第27頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)臨床抗癌藥物的作用機(jī)理嘌呤類似物（6-巰基嘌呤）：抑制AMP、GMP的生成谷胺酰胺類似物（氮雜絲氨酸）：抑制IMP的合成中有谷胺酰胺參與的反應(yīng)葉酸類似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：抑制IMP合成中有四氫葉酸參與的反應(yīng)當(dāng)前第28頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)2.1.3嘌呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)嘌呤核苷酸的從頭合成途徑之中受到調(diào)節(jié)的酶有：PRPP合成酶、谷氨酰胺:PRPP氨基轉(zhuǎn)移酶、腺苷酸琥珀酸合成酶和次黃苷酸脫氫酶，其中谷氨酰胺:PRPP氨基轉(zhuǎn)移酶為限速酶。IMP、AMP和GMP既能反饋抑制PRPP合成酶的活性，還能抑制谷氨酰胺:PRPP氨基轉(zhuǎn)移酶的活性。而作為底物的PRPP激活谷氨酰胺:PRPP氨基轉(zhuǎn)移酶的活性，從而直接啟動了嘌呤核苷酸的從頭合成途徑。當(dāng)前第29頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)當(dāng)前第30頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)嘧啶核苷酸的嘧啶環(huán)是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。2.2嘧啶核苷酸的生物合成氨甲酰磷酸天冬氨酸尿苷酸的從頭合成當(dāng)前第31頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)2.2.1氨甲酰磷酸的合成當(dāng)前第32頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)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2.2.2尿嘧啶核苷酸的合成當(dāng)前第33頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)

UMPUDPUTPATPADPATPADPUTP+NH3+ATPCTP+ADP+Pi(細(xì)菌體內(nèi))

在動物體內(nèi),由谷氨酰胺代替氨參加反應(yīng)提供氨基

UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP+谷氨酸+ADP+Pi

核苷二磷酸激酶CTP合成酶Mg2+尿嘧啶核苷酸激酶CTP合成酶2.2.3胞苷酸的生物合成當(dāng)前第34頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)嘧啶核苷酸的合成與嘌呤核苷酸的合成不同，先利用小分子化合物形成嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸（PRPP）結(jié)合形成UMP，其關(guān)鍵的中產(chǎn)物是乳清酸。其他嘧啶核苷酸由尿苷酸轉(zhuǎn)變而來當(dāng)前第35頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)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+PRPPUMP+PPi2.2.4補(bǔ)救途徑（1）

嘧啶核苷激酶途徑（重要途徑）當(dāng)前第36頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)菌嘧啶核苷酸合成的限速酶為天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲?；?，其中CTP和UTP為它的反饋抑制劑，ATP為別構(gòu)激活劑。哺乳動物哺乳動物嘧啶核苷酸合成的限速酶是CPS-II。UDP或UTP抑制它的活性，PRPP則激活它的活性。EGF能夠誘導(dǎo)CPS-II的磷酸化，使其降低對UTP抑制的敏感性，但增強(qiáng)了對PRPP激活的敏感性。此外，乳清苷酸脫羧酶也是一個調(diào)節(jié)位點(diǎn)，其活性受到UMP的抑制當(dāng)前第37頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)2.2.6嘧啶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)改變核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物當(dāng)前第38頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)抗代謝藥物：嘧啶核苷酸的類似物對酶的競爭性抑制，干擾、抑制嘧啶核苷酸的合成抑制嘧啶核苷酸合成主要的抗代謝藥物5-氟尿嘧啶（5-FU）體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)镕-dUMP，與dUMP結(jié)構(gòu)相似競爭性抑制胸苷酸合成酶的活性抑制胸苷酸的合成當(dāng)前第39頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第40頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)2.3.1核糖核苷酸的還原反應(yīng)NADP+NADPH+H+硫氧還蛋白還原酶FAD核糖核苷酸還原酶（B1和B2）ATP、Mg2+硫氧還蛋白（還原型）SHSH硫氧還蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脫氧核糖核苷二磷酸ADP、GDP、CDP、UDP腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經(jīng)還原，將核糖第二位碳原子的氧脫去，即成為相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸。還原反應(yīng)一般在核苷二磷酸（NDP）水平上進(jìn)行2.3脫氧核糖核苷酸的生物合成當(dāng)前第41頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)硫氧還蛋白核糖核酸還原酶系硫氧還蛋白還原酶核糖核苷酸還原酶當(dāng)前第42頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)核糖核苷酸的還原反應(yīng)FAD核糖核苷酸還原酶ATP、Mg2+硫氧還蛋白SHSH硫氧還蛋白SS硫氧還蛋白還原酶核糖核苷二磷酸+H2O脫氧核糖核苷二磷酸FADH2谷氧還蛋白SS谷氧還蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧還蛋白還原酶OP-P-CH2NOHOHOP-P-CH2NOHHGSSG2GSH谷胱甘肽還原酶當(dāng)前第43頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)核糖核苷酸還原酶示意圖底物特異性調(diào)節(jié)位點(diǎn)酶活性調(diào)節(jié)位點(diǎn)活性位點(diǎn)R1亞基R2亞基使其活化使酶抑制有利于UDP和CDP還原促進(jìn)ADP和GDP還原當(dāng)前第44頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)由尿嘧啶脫氧核苷酸（dUMP）經(jīng)甲基化生成。Ser提供甲基，NADPH提供還原當(dāng)量。2.3.2胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成H當(dāng)前第45頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)

胸腺嘧啶脫氧核苷酸（dTMP）的合成

dUDP+H2OdUMP+PidCMP+H2OdUMP+Pi

胸腺嘧啶核苷酸合酶dUMPdTMP

N5,10亞甲基四氫葉酸

二氫葉酸酯酶脫氨酶甲基化氨基蝶呤、氨甲蝶呤是葉酸的類似物，能與二氫葉酸還原酶不可逆結(jié)合，阻止FH4的生成，從而抑制FH4參與的一碳單位的轉(zhuǎn)移?？捎糜诳鼓[瘤。Ser當(dāng)前第46頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)2.3.3核苷三磷酸的合成ATP存在，特異性激酶催化，核苷三磷酸dTMP，一系列激酶催化，轉(zhuǎn)變?yōu)閐TTP（dTMP→dTDP→dTTP）每一步驟為一單獨(dú)激酶所催化。當(dāng)前第47頁\共有54頁\編于星期五\10點(diǎn)核苷酸還原酶的調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)總活性:+ATP,-dATP底物特異性:ATP刺激CDP,UDP還原(d)TTP刺激GDP還原(d)TTP抑制CDP,UDP還原dGTP刺激ADP還原,抑制GDP,CDP,UDP還原當(dāng)前第48頁\共有54頁\編于星期五