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第七章 核酸分解与核苷酸代谢

第七章 核酸分解与核苷酸代谢. Chpert 7 Degradation of nuclic acid & metablism of nucleotides. 第一节 核酸降解. 核酸在生物体内可以被降解； 外源核酸在动物体内的小肠被降解； 胰 nuclease 肠粘膜释放的 phosphodiesterase 降解的产物在小肠内被转化和吸收； 核酸的降解一般不为生物提供能量；. 核酸酶 (Nuclease). 核酸酶是作用于核酸中磷酸二酯键的水解酶，包括核糖核酸酶 (RNase) 和脱氧核糖核酸酶 (DNase)

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第七章 核酸分解与核苷酸代谢

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  1. 第七章 核酸分解与核苷酸代谢 Chpert 7 Degradation of nuclic acid & metablism of nucleotides

  2. 第一节 核酸降解 • 核酸在生物体内可以被降解； • 外源核酸在动物体内的小肠被降解； • 胰nuclease • 肠粘膜释放的phosphodiesterase • 降解的产物在小肠内被转化和吸收； • 核酸的降解一般不为生物提供能量；

  3. 核酸酶(Nuclease) • 核酸酶是作用于核酸中磷酸二酯键的水解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脱氧核糖核酸酶(DNase) • 能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶又称为核酸内切酶(endonuclease) • 从核酸的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶(exonuclease)。

  4. 常见的核酸酶专一性

  5. AP核酸内切酶的作用 AP核酸内切酶能识别去除了碱基的核酸（无嘌呤酸、无嘧啶酸 ）磷酸二酯键，并切除糖基，使核酸链断开。

  6. 限制性核酸内切酶 • 限制性核酸内切酶是一类高度专一性的DNases，它们是顺序专一性，或结构专一性的核酸内切酶。 • 它们不是与DNA降解代谢有关的酶； • 是基因重组用酶，是胞内DNA的“卫士”。它们是分子生物学的工具酶，在分子生物学中占有非常重要的地位。

  7. 第二节 核苷酸、核苷与碱基的分解代谢 N－R－P 2.1 核苷酸的分解 • 肠粘膜细胞中有nucleotidase (phosphomonoesterase)，水解Nt为Ns和Pi。 • 脾、肝等组织中的nucleosidase进一步水解Ns为戊糖和碱基。

  8. N－R－P 2.1.1 核苷酸降解为核苷 核苷酸 ＋ H2O 核苷 ＋ Pi 磷酸酯酶 或核苷酸酶 • 生物体普遍存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可催化2’-, 3’-和5’-核苷酸的水解，而特异性强的磷酸单酯酶只能水解3’-核苷酸或5’-核苷酸，对不同的碱基也有选择性。

  9. 2.1.2 核苷酸中糖苷键的断裂 N－R－P 核苷酸 ＋ H2O 碱基 ＋ 戊糖-Pi • 催化该反应的酶称为核苷酸核苷酶； • 主要在微生物（细菌）中存在；

  10. 2.1.3 核苷酸的脱氨反应与核苷酸转换 • 带氨基的核苷酸在核苷酸脱氨酶的作用下可脱掉氨基而转变成另一种核苷酸。 • 核苷酸的脱氨反应较为普遍； 例： 5’-AMP 5’-IMP + NH3 嘌呤核苷酸循环中

  11. 2.2 核苷的分解代谢 核苷的代谢去路： 核苷-N-转糖苷作用 （主要脱氧核苷) 脱氨反应

  12. Ns hydrolase 2.2.1 核苷的水解作用： 核苷 + H2O Pu or Py + pentose • Ns hydrolase主要存在于植物和微生物，只对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷无作用。 • 2.2.2 核苷的磷酸解作用： • 核苷 + Pi Pu or Py + pentose-1-P • Ns phosphorylase存在广泛，反应可逆，糖的 构型由β-型转变为α-型； Ns phosphorylase

  13. 嘌呤互换 嘧啶互换 2.2.3 核苷的相互转换 • 核苷-N-转糖苷作用 主要发生在脱氧核苷中 • 脱氨反应 带氨基的核苷在核苷脱氨酶的作用下脱掉氨基而转变成另一种核苷 2.2.4 核苷的排泄 主要为修饰核苷酸，不被分解，也不被利用

  14. 2.3 核苷酸三级水平的降解 脱氨作用主要发生在核苷酸和核苷水平

  15. 2.4 碱基的分解代谢 2.4.1 嘌呤碱的分解: 鸟嘌呤脱氨主要在碱基水平下进行 不同生物嘌呤碱的分解能力不同，代谢产物也不同，人和猿类及一些排尿酸的动物（鸟类、某些爬行类和昆虫）嘌呤的代谢产物为尿酸。 O2 + H2O H2O2 尿酸

  16. 嘌呤核苷酸的分解

  17. 黄嘌呤氧化酶(Xanthine Oxidase) • 催化次黄嘌呤和黄嘌呤氧化产生尿酸。 • 该酶为复合黄素酶，由两个相同的亚基组成，每个亚基含一个FAD、一个钼原子［Mo(IV) ↔Mo(VI)］和一个Fe4S4中心。 • 反应要求分子氧作为电子受体，还原产物是H2O2，进入尿酸的氧来自水。

  18. 不同生物中嘌呤核苷酸的分解产物不同 尿囊素 尿囊酸

  19. 痛风(Gout) 嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于关节部位,引起疼痛或灼痛—痛风。如果发生HGPRT的缺陷，不能以补救途径合成嘌呤核苷酸，吸收或合成的嘌呤碱不完全降解，导致大量尿酸积累，也引起肾结石和痛风。 HGPRT：次黄嘌呤鸟嘌呤转磷酸核糖酶

  20. 2.4.2 嘧啶碱基的分解 • 不同生物对嘧啶碱的分解过程不一样； • 一般情况下含氨基的嘧啶要先水解脱去氨基，脱氨基也可以在核苷或核苷酸水平上进行。

  21. 2.4.2 嘧啶碱基的分解 CMP UMP dTMP CR UR dTR C U T 还原分解 氧化分解 只在微生物中发现

  22. 2.4.2.1 嘧啶碱基分解的还原途径

  23. 2.4.2.2 嘧啶碱基分解的氧化途径

  24. 第三节 核苷酸的生物合成Biosynthesis of nucleotides 3.1 核苷酸合成的基本途径 可以通过两条完全不同的途径进行: • 由非核苷和碱基的前体小分子化合物从头合成——De novo Synthesis ； • 由现成的Pu, Py, Pentose及Pi在酶的作用下直接合成核苷酸——“补救合成途径Salvage Pathway ”。

  25. 3.2 嘌呤核苷酸的从头生物合成 嘌呤环元素的来源: 1

  26. 嘌呤核苷酸的全程合成总图

  27. 磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）

  28. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应1） PRPP转酰胺酶 构象由α–构型转变为β –构型

  29. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应2） 甘氨酰胺核苷酸合成酶

  30. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应3） 甘氨酰胺核苷酸转氨甲酰酶

  31. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应4） 甲酰甘氨脒核苷酸合成酶

  32. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应5） 氨基咪唑核苷酸合成酶

  33. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应6） 氨基咪唑核苷酸羧化酶

  34. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应7）

  35. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应8） 氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶

  36. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应9） 腺苷酸琥珀酸裂解酶

  37. 嘌呤核苷酸的全程合成(反应10) 氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶

  38. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应11） 次黄嘌呤核苷酸合酶 嘌呤核苷酸的合成一直是在核苷酸的水平上进行的，不是分解的逆过程。 反应需要5(或6)ATP

  39. 由IMP合成AMP和GMP

  40. 嘌呤核苷酸合成的调节 ATP GTP

  41. 嘧啶环元素的来源： 3.3 嘧啶核苷酸的生物合成 From aspartate

  42. 氨甲酰磷酸的合成

  43. 氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp

  44. 乳清酸的合成 二氢乳清酸脱氢酶的辅酶在不同的生物中是不同的，有的是NAD＋，有的是FMN, FAD，或同时含有黄素辅酶和NAD＋。

  45. 乳清酸合成UMP

  46. 由UMP合成UTP和CTP

  47. 由UMP合成UTP和CTP 在E. coli中也可以以HN3为氮源

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