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第十一章核酸的酶促降解和核苷酸代谢

第十一章核酸的酶促降解和核苷酸代谢. ◆ 第一节 核苷酸的分解代谢 ◆ 第二节 核苷酸生物合成. 第十一章、核苷酸代谢. 第一节、核苷酸的分解代谢. 生物体普遍存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可催化核苷酸的水解，而特异性强的磷酸单酯酶只能水解 3’-Nt 或 5’-Nt 。 催化核苷水解的酶有 2 类，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶 Ns phosphorylase Ns+Pi  Pu or Py+pentose-1-P Ns hydrolase Ns+H 2 O  Pu or Py+pentose

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第十一章核酸的酶促降解和核苷酸代谢

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Presentation Transcript

  1. 第十一章核酸的酶促降解和核苷酸代谢 • ◆第一节 核苷酸的分解代谢 • ◆第二节 核苷酸生物合成

  2. 第十一章、核苷酸代谢

  3. 第一节、核苷酸的分解代谢 生物体普遍存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可催化核苷酸的水解，而特异性强的磷酸单酯酶只能水解3’-Nt或5’-Nt。 催化核苷水解的酶有2类，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶 Ns phosphorylase Ns+PiPu or Py+pentose-1-P Ns hydrolase Ns+H2OPu or Py+pentose Ns phosphorylase存在广泛，反应可逆 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。

  4. 核酸酶(Nuclease) 核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水解酶，包括：1、核糖核酸酶(RNase)，2、脱氧核糖核酸酶(DNase)，其中能水解核酸分子内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)。

  5. 食物核酸与蛋白结合为核蛋白体（Nucleoproteins）的形式，在胃中受胃酸作用水解为NAs和Proteins，NA在小肠被胰nuclease（包括DNase、RNase）降解为Pu-Nt、Py-Nt和Oligonucleotide。肠黏膜释放的phosphodiesterase并协同胰核酸酶进行消化，水解为单核苷酸肠黏膜细胞中还有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。

  6. 一、核苷酸分解

  7. 二、核苷酸三级水平的降解

  8. 三、嘌呤核苷酸分解的三级脱氨

  9. （一）、嘌呤碱的分解 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。

  10. 1、嘌呤分解中的脱氨作用 嘌呤碱的分解首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨作用也可以在核苷或核苷酸的水平上进行。动物组织腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷脱氨酶及腺嘌呤核苷酸脱氨酶的活性较高，因此腺嘌呤的脱氨分解主要在核苷或核苷酸水平上进行。鸟嘌呤脱氨酶分布广，脱氨分解主要在该酶的作用下进行。

  11. （1）、鸟嘌呤脱氨

  12. （2）、黄嘌呤的分解

  13. （3）、尿酸生成

  14. （二）、嘌呤核苷酸的分解

  15. 1、不同生物嘌呤核苷酸的分解产物不同 鸟、昆虫、人类 非灵长类哺乳动物 硬骨鱼 鱼、两栖类 甲壳类、无脊椎

  16. 2、黄嘌呤氧化酶(Xanthine Oxidase) 催化次黄嘌呤和黄嘌呤氧化生产尿酸。酶为复合黄素酶，由两个相同的亚基组成，分子量260,000，每个亚基含一个FAD、一个钼原子和一个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。底物与酶结合后，Mo(VI)被还原为Mo(IV)，电子经黄素、铁硫中心等传给O2，与氢离子生成H2O2，Mo(IV)氧化为Mo(VI)。

  17. 3、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，沉积于男性的关节部位引起疼痛或灼痛――痛风和肾结石。

  18. 痛风的尿酸钠晶体

  19. 4、别嘌呤醇与次黄嘌呤

  20. （1）、别嘌呤醇的作用 别嘌呤醇 别黄嘌呤

  21. （2）、别嘌呤醇的作用机理

  22. （3）、自杀底物(Suicide Substrate) 结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇(allopurinol)，在黄嘌呤氧化酶的作用下氧化为别黄嘌呤(alloxanthine)，后者与酶中心的Mo(IV)牢固结合，使Mo(IV)不易转变成Mo(VI)而成为酶的灭活物，这种底物类似物被称为自杀作用（底）物，这种作用被称为自杀作用。

  23. 四、嘧啶碱的分解 不同生物嘧啶碱的分解过程也不一样，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。

  24. （一）、嘧啶还原途径的分解

  25. （二）、嘧啶氧化途径的分解

  26. 1、尿嘧啶、胞嘧啶分解

  27. 2、胸腺嘧啶的分解 返回

  28. 第二节、核苷酸生物合成 可以通过两条完全不同的途径进行，1、从头合成途径：由磷酸戊糖先和尚未完成的Pu或Py环结合，在未完成的环上添加必要的部分，然后闭合成环。 2、补救途径：由现成的Pu,Py,Pentose及Pi在酶的作用下直接合成核苷酸（Nt——Salvage Pathway）；

  29. 一、嘌呤核苷酸的从头合成途径 碳14标记的HCOOH和氮15标记的氨基酸与鸽肝匀浆物共培养，得到Pu各元素的来源，1950s由J.Buchanan和G.Robert Greenberg提出Hypoxanthine de novo synthesis假说，并证明Hypoxanthine Nt是Ade-Nt及Gua-Nt合成的前体。

  30. 一、嘌呤核苷酸的从头合成途径 合成所需物质： -D-ribose-5-P, ATP, Gln, Asp, GTP, N5,N10-methylene THFA, CO2。 另需辅助因子： Mg2+, Mn2+, NAD+, THFA-CHO 合成中先生成IMP，然后转变为AMP和GMP。

  31. 1、嘌呤环元素的来源

  32. 2、嘌呤核苷酸的全程合成总图

  33. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应1） 5-磷酸核糖焦磷酸 5-磷酸核糖胺

  34. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应2） 5-磷酸核糖胺 甘氨酰胺核甘酸

  35. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应3） 甘氨酰胺核甘酸 1 甲酰甘氨酰胺核甘酸

  36. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应4） 甲酰甘氨酰胺核甘酸 甲酰甘氨咪唑核甘酸

  37. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应5） 甲酰甘氨咪唑核甘酸 5-氨基咪唑核甘酸

  38. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应6） 5-氨基咪唑4-羧基 核甘酸 5-氨基咪唑4-N琥珀酸氨甲酰核甘酸

  39. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应7） 5-氨基咪唑4-N琥珀酸氨甲酰核甘酸 11 5-氨基咪唑甲酰胺核甘酸

  40. 嘌呤核苷酸的全程合成(反应8) 5-氨基咪唑甲酰胺核甘酸 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核甘酸

  41. 嘌呤核苷酸的全程合成（反应9） 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核甘酸 次黄嘌呤核甘酸

  42. 3、由IMP合成AMP和GMP

  43. 磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）

  44. 5、嘌呤核苷酸合成的调节

  45. （1）、大肠杆菌腺苷酸和鸟苷酸合成的调节

  46. （2）、氨甲蝶呤

  47. （3）氮丝氨酸等Gln类似物

  48. 二、补救途径 利用现成的嘌呤、嘧啶碱基、核甘通过腺嘌呤磷酸核糖基转移酶（APRT)及次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶（HGPRT)实现AMP、IMP、GMP的补救合成。 人体细胞大多为全程合成，但脑中多通过补救途径合成。

  49. （一）、嘌呤核苷酸的补救合成

  50. （二）、Lesch-Nyhan Syndrome（自毁容貌综合症） HGPRT（次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶）缺陷的男性儿童表现为一种自毁容貌综合症，为先天性遗传疾病（缺乏HGPRT)，行为对立，侵略性强，自咬手指、脚趾、嘴唇等，智力低下。

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