09核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件

第九章

核酸的酶促降解與核苷酸代謝09核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件1核酸基本組成單位：核苷酸（nucleotide)

磷酸核苷酸戊糖：核糖，脫氧核糖核苷嘌呤腺嘌呤（adenine,A）

堿基鳥(niǎo)嘌呤（guanine,G）

嘧啶胞嘧啶（cytosine,C)

胸腺嘧啶（thymine,T)

尿嘧啶（uracil,U)知識(shí)回顧：核酸和核苷酸的基本知識(shí)核酸分為兩大類(lèi):DNA和RNA核酸基本組成單位：核苷酸（nucleotide)知識(shí)回顧209核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件3核苷酸的生理功能1、核酸合成的前體（主要功能）；2、能量貨幣，通常是ATP，有時(shí)用UTP（糖原合成）、CTP（磷脂合成）、GTP（蛋白質(zhì)合成）；3、活潑的中間物質(zhì)：如UDPG和CDP-乙醇胺分別參與糖原和磷脂酰乙醇胺的合成，SAM參與甲基轉(zhuǎn)移.4、作為其他物質(zhì)的前體或輔酶/輔基的成分，如腺嘌呤核苷酸是很多輔酶的組成成分：NAD+/NADH、NADP+/NADPH、FAD、CoA5、參與信號(hào)傳導(dǎo)：如cAMP和cGMP作為某些激素的第二信使；6、調(diào)節(jié)基因表達(dá)：如ppGpp和pppGpp參與調(diào)節(jié)原核細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成.7、作為酶的別構(gòu)效應(yīng)物參與代謝的調(diào)節(jié)；核苷酸的生理功能1、核酸合成的前體（主要功能）；4“核酸是人體細(xì)胞中的關(guān)鍵物質(zhì)，補(bǔ)充外源核酸，就能延年益壽，乃至“長(zhǎng)壽不老”；補(bǔ)充DNA，則細(xì)胞生長(zhǎng)加快，人體機(jī)能就充滿活力”。

“我們所研究出的生命核酸采取更為科學(xué)的提取方法,直接從動(dòng)物臟器中提取。DNA含量高，純度高，與人體同源性高,加上產(chǎn)品是口服液，更易被人體腸胃所吸收和利用?！?/p>

第一節(jié)核酸的酶促降解“核酸是人體細(xì)胞中的關(guān)鍵物質(zhì)，補(bǔ)充外源核酸，就能5不適宜人群：痛風(fēng)，尿酸高者產(chǎn)品全稱(chēng)：珍奧核酸膠囊

產(chǎn)品類(lèi)型：保健產(chǎn)品

生產(chǎn)廠家：大連珍奧生物工程股份有限公司功效成分：核酸（DNA+RNA）≥200毫克/粒、蛋白質(zhì)、鋅、鐵等多種微量元素規(guī)格：350毫克/粒

保健作用：免疫調(diào)節(jié)

適宜人群：體弱多病、體乏無(wú)力、抵抗力低下者用法用量：每日兩次，每次2～3粒，溫開(kāi)水吞服，適加飲水量，以利代謝。不適宜人群：痛風(fēng)，尿酸高者6核苷酸是構(gòu)成核酸的基本單位，食物中的核酸或核苷酸類(lèi)物質(zhì)基本上不能被人體所利用，人體所需的核苷酸都是由機(jī)體自身合成的。食物中的核酸通常以核蛋白的形式存在。核蛋白在胃中受胃酸作用，分解為核酸和蛋白質(zhì)。核酸在小腸內(nèi)受胰液和腸液中各種水解酶的作用逐步水解成核苷酸，核苷酸水解成磷酸、核苷，核苷再水解或磷酸解成堿基和戊糖（或磷酸戊糖）。降解的產(chǎn)物在小腸內(nèi)被轉(zhuǎn)化和吸收：只有戊糖和磷酸被吸收后參加體內(nèi)的代謝，而大部分堿基被分解成尿酸等物質(zhì)排出體外，少部分可被利用合成核苷酸。一、食物核酸在消化道內(nèi)消化成核苷酸及更小的分子核苷酸是構(gòu)成核酸的基本單位，食物中的核酸或核苷7吸收及吸收后的去向①吸收單核苷酸、核苷、P、R、B均可在小腸吸收。單核苷酸、核苷吸收進(jìn)入腸粘膜細(xì)胞后可再繼續(xù)水解。②吸收后的去向

P、R可被機(jī)體利用

B很少利用、分解后排出。吸收及吸收后的去向8根據(jù)對(duì)底物的專(zhuān)一性核糖核酸酶（RNase）脫氧核糖核酸酶（DNase）根據(jù)切割位點(diǎn)核酸內(nèi)切酶（endonnuclease）核酸外切酶（exonuclease）（一）核酸的降解核酸酶－作用于核酸的磷酸二酯鍵的酶稱(chēng)為核酸酶根據(jù)對(duì)底物的專(zhuān)一性核糖核酸酶（RNase）脫氧核糖核酸酶（D9食物中核酸的消化與吸收食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶堿基戊糖核苷酶食物中核酸的消化與吸收食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）10（二）核苷酸及核苷的降解1、核苷酸酶（或稱(chēng)磷酸單脂酶）水解核苷酸，產(chǎn)生核苷和磷酸。非特異性磷酸單酯酶：不論磷酸基在戊糖的2′、3′或5′位置都能被水解下來(lái)。特異性磷酸單酯酶：只能水解3′或5′核苷酸（分別稱(chēng)為3′-核苷酸酶或5′-核苷酸酶）2、核苷酶①核苷磷酸化酶：廣泛存在，反應(yīng)可逆，水解核糖核苷與脫氧核糖核苷.②核苷水解酶：主要存在于植物和微生物體內(nèi)，反應(yīng)不可逆，只水解核糖核苷，對(duì)脫氧核糖核苷不起作用。（二）核苷酸及核苷的降解11核酸胰核酸酶核苷酸磷酸單脂酶核苷嘧啶（嘌呤）戊糖（植、微）核苷水解酶核苷磷酸化酶（主）嘧啶（嘌呤）戊糖-1-磷酸脫氧戊糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途徑醛縮酶乙醛甘油醛-3-磷酸磷酸二脂酶胰、腸核苷酸酶H2OH3PO4核酸胰核酸酶核苷酸磷酸單脂酶核苷嘧啶（嘌呤）戊糖（植、微）核12二、細(xì)胞中核酸/核苷酸的降解產(chǎn)物可繼續(xù)分解或參與合成代謝細(xì)胞內(nèi)核酸降解為核苷酸，以及核苷酸的進(jìn)一步分解，均類(lèi)似于上述食物中核酸的消化過(guò)程。細(xì)胞內(nèi)核苷酸代謝包括分解代謝和合成代謝，二者在體內(nèi)存在著精確的調(diào)節(jié)機(jī)制。二、細(xì)胞中核酸/核苷酸的降解產(chǎn)物可繼續(xù)分解或參與合成代謝細(xì)13第二節(jié)核苷酸的分解代謝實(shí)際上就是堿基的分解代謝

第二節(jié)核苷酸的分解代謝實(shí)際上就是堿基的分解代謝14一、嘌呤的分解代謝

（一）嘌呤代謝概況嘌呤堿的降解首先是水解脫氨，脫氨作用可在核苷酸或核苷或堿基的水平上進(jìn)行。在動(dòng)物組織中腺苷酸脫氨酶和腺苷脫氨酶活性很高，而腺嘌呤脫氨酶含量很低，因此腺嘌呤脫氨主要在核苷酸或核苷的水平上進(jìn)行。

鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶分布較廣，因此鳥(niǎo)嘌呤脫氨主要在堿基水平上進(jìn)行。人體內(nèi)嘌呤分解代謝的特點(diǎn)：

1.氧化降解，環(huán)不打破;

2.最終產(chǎn)物:尿酸、NH3

3.嘌呤代謝障礙:高尿酸血癥、痛風(fēng)植物和微生物體內(nèi)的嘌呤代謝的途徑大致與動(dòng)物相似。（二）嘌呤的分解代謝過(guò)程一、嘌呤的分解代謝15腺嘌呤的分解嘌呤堿的分解首先是在各種脫氨酶的作用下水解脫去氨基。腺嘌呤可在不同的水平進(jìn)行降解腺嘌呤的分解嘌呤堿的分解首先是在各種脫氨酶的作用下水解脫去氨16

腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤

H2O

H2O

NH3

NH3

次黃嘌呤黃嘌呤

H2O+O2H2O2H2O+O2

H2O2

尿囊素

尿酸

H2OCO2+H2O22H2O+O2

尿囊酸

尿素

+乙醛酸

H2O2H2O

4NH3+2CO2

（人類(lèi)和靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物、爬蟲(chóng)、鳥(niǎo)類(lèi)）（靈長(zhǎng)類(lèi)以外的哺乳動(dòng)物）（魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)）（海洋無(wú)脊椎動(dòng)物）腺嘌呤脫氨酶鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶硬骨魚(yú)腺嘌呤鳥(niǎo)嘌17嘌呤堿的分解嘌呤堿的分解1809核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件19嘌呤代謝的終產(chǎn)物形式尿酸靈長(zhǎng)類(lèi)，鳥(niǎo)類(lèi)、爬蟲(chóng)類(lèi)、軟體動(dòng)物、海鞘類(lèi)、昆蟲(chóng)類(lèi)尿囊素哺乳動(dòng)物（靈長(zhǎng)類(lèi)除外）、腹足類(lèi)尿囊酸硬骨魚(yú)尿素大多數(shù)魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)、淡水瓣鰓類(lèi)氨甲殼類(lèi)、咸水瓣鰓類(lèi)嘌呤代謝的終產(chǎn)物形式尿酸靈長(zhǎng)類(lèi)，鳥(niǎo)類(lèi)、爬蟲(chóng)類(lèi)、軟體動(dòng)物、海鞘2009核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件21別嘌呤醇治療痛風(fēng)的機(jī)理別嘌呤醇治療痛風(fēng)的機(jī)理22二、嘧啶的分解代謝不同生物對(duì)嘧啶堿的分解過(guò)程也不完全一樣，一般情況下嘧啶要先脫去氨基再進(jìn)行進(jìn)一步分解，脫氨基也可在核苷或核苷酸水平上。嘧啶核苷酸分解特點(diǎn)：1.還原降解，環(huán)被打破2.終產(chǎn)物:NH3、CO2、β-丙氨酸、β-氨基異丁酸

嘧啶堿的降解物易溶于水，因此嘧啶堿代謝異常的疾病較少。二、嘧啶的分解代謝23二氫尿嘧啶脫氫酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧啶酶脲基丙酸酶二氫嘧啶酶脲基丙酸酶胞嘧啶脫氨酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧啶酶脲基丙酸酶二氫嘧啶24

25第三節(jié)核苷酸的合成代謝幾乎所有的生物都能自身合成核苷酸，而合成的手段主要包括兩條基本途徑：(1)從頭合成（denovosynthesispathway）指利用簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)，如磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列酶促反應(yīng)，消耗較多的能量合成核苷酸的過(guò)程。合成部位：肝是合成的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓無(wú)法進(jìn)行此合成途徑.(2)補(bǔ)救合成（salvagesynthesispathway）

指核苷酸降解的中間物質(zhì)（包括堿基和核苷）被循環(huán)利用，重新轉(zhuǎn)變成核苷酸的過(guò)程。顯然該途徑涉及的反應(yīng)和能耗較少，又稱(chēng)重新利用途徑。合成部位：腦、骨髓第三節(jié)核苷酸的合成代謝幾乎所有的生物都能自身合26（一）嘌呤核苷酸的“從頭合成”(1)肝臟、小腸粘膜和胸腺的胞液，其中肝是主要器官。(2）嘌呤核苷酸是在5′-磷酸核糖的C-1?上逐步合成的,產(chǎn)物是次黃嘌呤核苷酸（IMP）。從IMP再合成AMP和GMP。（3）前體物質(zhì)包括：PRPP、CO2、Asp、Gly、Gln和N10-甲酰-FH4，反應(yīng)中消耗ATP或GTP，共需要10步反應(yīng)。（4）IMP的合成需消耗5ATP,6個(gè)高能磷酸鍵。IMP轉(zhuǎn)變成AMP或GMP又各消耗1個(gè)GTP和1個(gè)ATP。一、嘌呤核苷酸的合成（一）嘌呤核苷酸的“從頭合成”一、嘌呤核苷酸的合成27

JohnBuchanan和RobertGreenberg各自使用同位素標(biāo)記的小分子喂養(yǎng)鴿子，通過(guò)鴿子糞便中尿酸分子上的同位素的分布，首先確定了嘌呤環(huán)上各原子的來(lái)源。N10-甲?；?FH4N10-甲酰基-FH4JohnBuchanan和RobertGree28合成過(guò)程分為兩個(gè)階段：第一階段：IMP的合成（11步）

第一步由5-磷酸核糖在磷酸核糖焦磷酸激酶或PRPP合成的酶催化下合成PRPP，PRPP是5-磷酸核糖的活化形式。作為底物的5-磷酸核糖主要有兩個(gè)來(lái)源：一是磷酸戊糖途徑；二是核苷酸的降解產(chǎn)物—核糖-1-磷酸的異構(gòu)化。

PRPP是一種極為重要的代謝中間物，參與嘌呤和嘧啶核苷酸的從頭合成和補(bǔ)救合成，還參與某些核苷酸類(lèi)輔酶（輔酶Ⅰ和Ⅱ）和某些氨基酸的（His和Trp）的合成。第二階段：IMP→

AMP、GMP→ATP、GTP

合成過(guò)程分為兩個(gè)階段：291、次黃嘌呤核苷酸(IMP)的從頭合成1、次黃嘌呤核苷酸(IMP)的從頭合成30（PRA）（PRA）3109核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件32

2、由IMP合成AMP

or

GMP2、由IMP合成AMPorGMP33嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。先合成IMP，再轉(zhuǎn)變成AMP或GMP。PRPP是5-磷酸核糖的活性供體。嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn)嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸從頭合成特341、嘌呤堿與PRPP直接合成嘌呤核苷酸（或稱(chēng)為磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑，是主要途徑）①腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)，合成AMP；②次黃嘌呤-鳥(niǎo)嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)：合成IMP和GMP。HGPRT比APRT活性高。90%的嘌呤堿基通過(guò)HGPRT合成。

(二)補(bǔ)救合成（腦、骨髓中）有兩條合成途徑1、嘌呤堿與PRPP直接合成嘌呤核苷酸（或稱(chēng)為磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶352、腺嘌呤與1-磷酸核糖生成腺苷,再生成腺嘌呤核苷酸堿基與1-磷酸核糖通過(guò)核苷磷酸化酶轉(zhuǎn)變?yōu)楹塑?，核苷通過(guò)核苷激酶生成核苷酸。但在生物體內(nèi)只發(fā)現(xiàn)有腺苷激酶,缺乏其他嘌呤核苷的激酶。③腺苷激酶(adenosinekinase)2、腺嘌呤與1-磷酸核糖生成腺苷,再生成腺嘌呤核苷酸36腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥(niǎo)嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi3、合成過(guò)程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤+1-磷酸核糖腺苷+Pi核苷磷酸化酶腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+374、補(bǔ)救合成的意義一方面可以節(jié)省“從頭合成”時(shí)能量、氨基酸等原料的消耗；另一方面，腦、骨髓等器官由于缺乏從頭合成嘌呤核苷酸的酶系，只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。4、補(bǔ)救合成的意義一方面可以節(jié)省“從頭合成”時(shí)能量38二、嘧啶核苷酸的合成代謝（一）“從頭合成”途徑的特點(diǎn)（1）它與嘌呤核苷酸從頭合成至少有兩個(gè)顯著的差別：一是嘌呤核苷酸是先形成β-N糖苷鍵，然后再逐步形成嘌呤環(huán)，而嘧啶核苷酸是先形成嘧啶環(huán)，然后再與PRPP形成β-N糖苷鍵；二是嘌呤核苷酸合成的所有反應(yīng)都發(fā)生在細(xì)胞液內(nèi)，而嘧啶核苷酸的合成有些反應(yīng)是線粒體內(nèi)發(fā)生的.先合成UMP，再轉(zhuǎn)變成dTMP和CTP。（2）合成部位：肝的胞液和線粒體（3）關(guān)鍵中間產(chǎn)物：乳清酸（4）前體物質(zhì)：PRPP、CO2、Asp、Gln二、嘧啶核苷酸的合成代謝（一）“從頭合成”途徑的特點(diǎn)39嘧啶合成的元素來(lái)源氨基甲酰磷酸嘧啶合成的元素來(lái)源氨基甲酰磷酸401、UMP的合成(發(fā)生在胞液)UMP的從頭合成共有6步反應(yīng)。其中氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（CPSⅡ）是嘧啶核苷酸從頭合成的限速步驟。它與CPSⅠ區(qū)別主要有三點(diǎn)?，F(xiàn)已明確，哺乳動(dòng)物細(xì)胞催化前三步反應(yīng)的酶，即CPSⅡ、ATC和二氫乳清酸酶（CAD）位于同一條大小為243KD的多肽鏈上，是一種多功能酶。而催化后兩步的酶即乳清酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶和OMP脫羧酶也位于同一條多肽鏈上。1、UMP的合成(發(fā)生在胞液)4109核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件42

43UMPUDPUTP尿苷酸激酶ATPADPATPADP核苷二磷酸激酶CTPCTP合成酶谷氨酸谷氨酰胺ADP+PiATP

2、由UMP

UTPCTP

是在三磷酸水平上進(jìn)行的。UMPUDP443、dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMPdTMPUDP核糖核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP主要方式

是在一磷酸水平上進(jìn)行的3、dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯F45嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)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+ADPT/U/OA，C不可以（二）嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成（腦、脊髓中）

參與嘧啶核苷酸補(bǔ)救合成的酶主要有核苷磷酸化酶和核苷激酶（如胸苷激酶），為主要方式。嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶也可催化合成補(bǔ)救合成尿嘧啶+1-磷酸核糖尿苷磷酸化酶尿嘧啶核苷

+Pi嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶4609核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件47三、核苷二磷酸（NDP）和核苷三磷酸（NTP）的合成（d）NMP+ATP（d）NDP+ADP（d）NDP+ATP（d）NTP+ADP核苷單磷酸激