核酸分解與核苷酸代謝課件

第七章核酸分解與核苷酸代謝Chpert7Degradationofnuclicacid&metablismofnucleotides第一節(jié)核酸降解核酸在生物體內(nèi)可以被降解；外源核酸在動(dòng)物體內(nèi)的小腸被降解；胰nuclease腸粘膜釋放的phosphodiesterase降解的產(chǎn)物在小腸內(nèi)被轉(zhuǎn)化和吸收；核酸的降解一般不為生物提供能量；核酸酶(Nuclease)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)能水解核酸分子內(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(gè)水解下核苷酸的酶稱為核酸外切酶(exonuclease)。

常見(jiàn)的核酸酶專一性AP核酸內(nèi)切酶的作用AP核酸內(nèi)切酶能識(shí)別去除了堿基的核酸（無(wú)嘌呤酸、無(wú)嘧啶酸）磷酸二酯鍵，并切除糖基，使核酸鏈斷開(kāi)。限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(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。2.1核苷酸的分解腸粘膜細(xì)胞中有nucleotidase(phosphomonoesterase)，水解Nt為Ns和Pi。脾、肝等組織中的nucleosidase進(jìn)一步水解Ns為戊糖和堿基。

第二節(jié)核苷酸、核苷與堿基的分解代謝N－R－P

2.1.1核苷酸降解為核苷

核苷酸＋H2O核苷＋Pi磷酸酯酶或核苷酸酶N－R－P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(qiáng)的磷酸單酯酶只能水解3’-核苷酸或5’-核苷酸，對(duì)不同的堿基也有選擇性。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(xì)菌）中存在；2.1.2核苷酸中糖苷鍵的斷裂N－R－P2.1.3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；例：5’-AMP5’-IMP+NH3

嘌呤核苷酸循環(huán)中2.2核苷的分解代謝核苷的代謝去路：核苷-N-轉(zhuǎn)糖苷作用（主要脫氧核苷)脫氨反應(yīng)2.2.1核苷的水解作用： 核苷

+H2O

PuorPy+pentoseNshydrolase主要存在于植物和微生物，只對(duì)核糖核苷起作用，對(duì)脫氧核糖核苷無(wú)作用。

NshydrolaseNsphosphorylase2.2.2核苷的磷酸解作用：

核苷+Pi

PuorPy+pentose-1-PNsphosphorylase存在廣泛，反應(yīng)可逆，糖的 構(gòu)型由β-型轉(zhuǎn)變?yōu)棣?型；2.2.3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2.3核苷酸三級(jí)水平的降解脫氨作用主要發(fā)生在核苷酸和核苷水平2.4堿基的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(niǎo)類、某些爬行類和昆蟲(chóng)）嘌呤的代謝產(chǎn)物為尿酸。O2+H2OH2O2尿酸鳥(niǎo)嘌呤脫氨主要在堿基水平下進(jìn)行2.4.1嘌呤堿的分解:嘌呤核苷酸的分解黃嘌呤氧化酶

(Xanthine

Oxidase)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(gè)相同的亞基組成，每個(gè)亞基含一個(gè)FAD、一個(gè)鉬原子［Mo(IV)?Mo(VI)］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(lái)自水。不同生物中嘌呤核苷酸的

分解產(chǎn)物不同尿囊素尿囊酸痛風(fēng)(Gout)

嘌呤堿分解代謝產(chǎn)生過(guò)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(bǔ)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(niǎo)嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖酶2.4.2嘧啶堿基的分解不同生物對(duì)嘧啶堿的分解過(guò)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(jìn)行。

UCMPCRURUMPCdTMPdTRT氧化分解還原分解2.4.2嘧啶堿基的分解只在微生物中發(fā)現(xiàn)2.4.2.1嘧啶堿基分解的還原途徑2.4.2.2嘧啶堿基分解的氧化途徑第三節(jié)核苷酸的生物合成

Biosynthesisofnucleotides3.1核苷酸合成的基本途徑

可以通過(guò)兩條完全不同的途徑進(jìn)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Pu,Py,Pentose及Pi在酶的作用下直接合成核苷酸——“補(bǔ)救合成途徑SalvagePathway”

。3.2嘌呤核苷酸的從頭生物合成嘌呤環(huán)元素的來(lái)源:1嘌呤核苷酸的全程

合成總圖磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）嘌呤核苷酸的全程

合成（反應(yīng)1）構(gòu)象由α–構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)棣篓C構(gòu)型PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶嘌呤核苷酸的全程

合成（反應(yīng)2）甘氨酰胺核苷酸合成酶嘌呤核苷酸的全程

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嘌呤核苷酸的全程

合成（反應(yīng)5）氨基咪唑核苷酸合成酶嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)6）氨基咪唑核苷酸羧化酶嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)7）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嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)9）腺苷酸琥珀酸裂解酶嘌呤核苷酸的全程合成(反應(yīng)10)氨基咪唑氨甲酰核苷酸轉(zhuǎn)甲?；膏堰屎塑账岬娜?/p>

合成（反應(yīng)11）嘌呤核苷酸的合成一直是在核苷酸的水平上進(jìn)行的，不是分解的逆過(guò)程。反應(yīng)需要5(或6)ATP次黃嘌呤核苷酸合酶由IMP合成AMP和GMP嘌呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)ATPGTP嘧啶環(huán)元素的來(lái)源：3.3嘧啶核苷酸的生物合成Fromaspartate氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp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(shí)含有黃素輔酶和NAD＋。乳清酸合成UMP由UMP合成UTP和CTP由UMP合成UTP和CTP在E.coli

中也可以以HN3為氮源嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)UTPATPCTP和ATP對(duì)天門(mén)冬氨酸羧轉(zhuǎn)氨甲酰酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)3.4核苷酸合成的補(bǔ)救途徑SalvageSynthesisofNts 利用食物吸收或自身核酸降解產(chǎn)生的堿基和核苷通過(guò)磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（APRT)或核苷激酶實(shí)現(xiàn)核苷酸的合成。這一途徑稱之為補(bǔ)救合成途徑，或回收利用途徑。 人體細(xì)胞大多為全程合成，但在某些特殊類型的細(xì)胞中如在腦細(xì)胞中主要通過(guò)補(bǔ)救途徑合成。3.4.1嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑1：堿基→核苷酸（主要途徑）自毀容貌綜合癥機(jī)理

Lesch-NyhanSyndrome

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(duì)立，侵略性強(qiáng)，自咬手指、腳趾、嘴唇等，智力低下。HGPRT：次黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖酶嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成Adenine+R-α-1-P————AR+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3.4.2嘧啶核苷酸的補(bǔ)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PRPPAMPIMPGMPOMPUMPXMPSAMPAdenineHypoxanthineGlnGluPRAGuaninexanthineOrotidelateUracilPRPP與核苷酸的合成3.5脫氧核糖核苷酸的合成以核糖核苷酸為原料，通過(guò)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。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3.5.1核苷二磷酸水平的還原ATP,Mg2+形成的產(chǎn)物dNDP在激酶的作用下形成相應(yīng)的dNTP。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H2O3.5.2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(chóng)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3.5.3dTMP的生物合成N5,N10-methyleneTHFATHFA3.5.4脫氧核苷酸的補(bǔ)救合成脫氧核苷酸的補(bǔ)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+ADPThymidylate

phosphorylasedT

kinase3.5.4脫氧核苷酸合成的調(diào)節(jié)第四節(jié)輔酶核苷酸的合成常見(jiàn)的輔酶核苷酸：煙酰胺核苷酸黃素核苷酸輔酶A輔酶B12輔酶Ⅰ（NAD+）輔酶Ⅱ（NADP+）FMNFADNAD的合成NAD的合成過(guò)程ATPADP黃素激酶FAD焦磷酸化酶ATPPPiFAD的合成第五節(jié)核苷酸合成的抑制作用核苷酸合成的抑制劑主要是人工合成的化學(xué)藥物；這些抑制劑作用于核苷酸合成途徑的不同位點(diǎn)；所有抑制劑對(duì)細(xì)胞都有毒性；主要用于癌癥與細(xì)菌感染的治療藥物抑制劑類型抑制劑抑制反應(yīng)氨基酸類似物抑制劑重氮絲氨酸抑制Gln參與的反應(yīng)，抑制嘌呤環(huán)的合成6-重氮-5-氧-正亮氨酸羽田殺菌素強(qiáng)烈抑制腺苷琥珀酸合成酶一碳單位載體類似物磺胺類藥物氨甲酰蝶呤三甲氧芐二氨嘧啶抑制葉酸合成抑制二氫葉酸還原酶抑制劑類型抑制劑抑制反應(yīng)氨基酸類似物抑制劑重氮絲氨酸