第十一章核酸的降解和核苷酸代謝

第一節(jié)核酸的酶促降解核酸的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸，后者是一類在代謝上極為重要的物質(zhì)，參與眾多生化過程：（1）核苷酸是核酸生物合成的前體；（2）其衍生物是多種生物合成的中間物；（3）ATP是最重要的高能化合物；（4）AMP是某些輔酶的組分；（5）某些核苷酸的衍生物是代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)。第一頁，共三十五頁。

核酸作為生物大分子不能被生物體直接吸收利用，必須在核酸酶的作用下分解成核苷酸，后者可進(jìn)一步分解成核苷、堿基、戊糖、磷酸，這些核苷酸以及核苷酸進(jìn)一步分解的產(chǎn)物可被生物體吸收利用。第二頁，共三十五頁。降解核酸的酶磷酸二酯酶(又稱核酸酶)核糖核酸酶 脫氧核糖核酸酶磷酸單酯酶作用于多核苷酸鏈兩端的磷酸基

核酸酶

核酸內(nèi)切酶水解核酸分子內(nèi)部的磷酸二酯鍵非特異性的 特異性的從特定的位點(diǎn)水解DNA分子， 即DNA限制性內(nèi)切酶。核酸外切酶從核酸鏈的一端逐個(gè)水解下核苷酸第三頁，共三十五頁。核酸內(nèi)切酶1、核糖核酸酶(RNase)

作用于RNA內(nèi)部的磷酸二酯鍵。產(chǎn)物：含有5′-OH末端和3′-磷酸基末端的寡核苷酸片段或游離的3′-核苷酸。來源：胰臟------主要是RNaseA，它是特異性的，作用于RNA中的C和U位點(diǎn)。 米曲霉------RNaseT1，作用于RNA的G位點(diǎn)； RNaseT2，作用于RNA的A位點(diǎn)。第四頁，共三十五頁。第五頁，共三十五頁。

2、脫氧核糖核酸酶(DNase)

此類酶中最主要的有DnaseⅠ及DnaseⅡ

和限制性DNA內(nèi)切酶。

DnaseⅠ∶來源于牛胰臟，水解雙鏈或單鏈DNA的3′-酯鍵，產(chǎn)物為5′-磷酸末端和3′-OH末端的寡核苷酸片段的混合物。

DnaseⅡ：存在于脾和胸腺中，作用于磷酸二酯鍵的5′-酯鍵，產(chǎn)物是以5′-OH和3′-磷酸為末端的低聚脫氧核苷酸。第六頁，共三十五頁。第七頁，共三十五頁。限制性DNA內(nèi)切酶∶存在于細(xì)菌，往往與修飾化甲基化酶成對產(chǎn)生,是基因工程中重要的工具酶。特征：1.具高度專一性，能專一性識別并切割DNA上特定堿基順序；（往往具旋轉(zhuǎn)對稱性）2.水解3′-酯鍵，末端5′-P，3′-OH；3.切口處，非雙鍵雙鏈的局部，稱為粘性末端第八頁，共三十五頁。嗜血流感桿菌中的限制酶大腸桿菌一種限制ECORI第九頁，共三十五頁。第十頁，共三十五頁。核酸外切酶它們是一些非特異性的磷酸二酯酶，對RNA和DNA都能分解。如：蛇毒磷酸二酯酶(VPDase)

從多核苷酸鏈的游離3′-OH端開始逐個(gè)水解下5′-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶(SPDase)

從多核苷酸鏈的游離5′-OH端開始逐個(gè)水解下3′-核苷酸。

第十一頁，共三十五頁。第十二頁，共三十五頁。磷酸單酯酶專門切斷核苷酸鏈末端的磷酸基，產(chǎn)生無機(jī)磷酸。非特異性：可水解3′-末端和5′-末端的磷酸基。如：大腸桿菌及哺乳動物腸粘膜提取的堿性磷酸單酯酶。特異性：對3′-末端和5′-末端有專一性。第十三頁，共三十五頁。第二節(jié)核苷酸的分解代謝核苷酸的水解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸磷酸+核苷堿基+1-P-戊糖

核苷酶

（進(jìn)入糖代謝） 堿基+戊糖 第十四頁，共三十五頁。

一、戊糖的去路

核糖進(jìn)入HMP途徑繼續(xù)降解脫氧核糖裂解

CHOCH2醛縮酶

CHO

CHOHCH3CHO+CHOHCHOHCH20PCH20P第十五頁，共三十五頁。二、嘌呤的分解代謝

嘌呤的分解首先在相應(yīng)的脫氨酶的作用下水解脫去氨基，腺嘌呤和鳥嘌呤分別生成次黃嘌呤（I）和黃嘌呤（X）。次黃嘌呤和黃嘌呤再經(jīng)黃嘌呤氧化酶的作用轉(zhuǎn)變成尿酸。 不同的生物分解嘌呤的能力不同，因而代謝產(chǎn)物各不相同。第十六頁，共三十五頁。第十七頁，共三十五頁。嘌呤的脫氨反應(yīng)也可以在核苷酸或核苷水平上發(fā)生：腺苷酸次黃苷酸黃苷酸鳥苷酸腺苷次黃苷黃苷鳥苷腺嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤鳥嘌呤尿酸腺苷酸脫氨酶腺苷脫氨酶腺嘌呤脫氨酶核苷酸酶核苷磷酸化酶鳥苷酸脫氨酶鳥苷脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶核苷酸酶核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶次黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶第十八頁，共三十五頁。

三、嘧啶的分解代謝胞嘧啶首先胞嘧啶脫氨酶催化下脫氨轉(zhuǎn)變成尿嘧啶。尿嘧啶經(jīng)還原、開環(huán)水解，最后生成氨、CO2和β-丙氨酸，β-丙氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用脫去氨基后可參加有機(jī)酸代謝。胸腺嘧啶的分解與尿嘧啶類似。第十九頁，共三十五頁。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第二十頁，共三十五頁。一、嘌呤核苷酸的合成嘌呤環(huán)中各元素的來源

嘌呤核苷酸的合成的原料：Asp、Gly、Gln、CO2、甲酰THFA、5-P-Rib第三節(jié)核苷酸的合成代謝第二十一頁，共三十五頁。

1、肌苷酸的生物合成------嘌呤核苷酸的全合成途徑 肌苷酸的生物合成是由5-P-核糖開始的，經(jīng)一系列酶催化反應(yīng)生成肌苷酸(IMP)。 (1)α-D-5-P-核糖的活化，生成核糖的活化形式5-P-核糖焦磷酸(PRPP)

(2)由PRPP到次黃嘌呤核苷酸的合成，由10種酶催化經(jīng)過10步反應(yīng)。第二十二頁，共三十五頁。磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰胺酶甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)甲酰基酶甲酰甘氨脒核苷酸合成酶第二十三頁，共三十五頁。氨基咪唑核苷酸合成酶氨基咪唑核苷酸羧化酶合成酶裂解酶轉(zhuǎn)甲酰基酶環(huán)水解酶第二十四頁，共三十五頁。2、其它嘌呤核苷酸的生物合成第二十五頁，共三十五頁。第二十六頁，共三十五頁。3、利用現(xiàn)有的嘌呤和磷酸核糖合成嘌呤核苷酸 ------半合成途徑(補(bǔ)救途徑)

在人體細(xì)胞中的嘌呤核苷酸大多數(shù)是通過全合成途徑合成的，但腦細(xì)胞內(nèi)的嘌呤核苷酸則主要是通過補(bǔ)救途徑合成的。第二十七頁，共三十五頁。二、嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸合成有兩條途徑：

全合成途徑 利用現(xiàn)有嘧啶的半合成途徑嘧啶環(huán)各元素的來源：第二十八頁，共三十五頁。1、嘧啶核苷酸的全合成途徑合成尿嘧啶核苷酸的原料：

CO2、NH3、Asp、5′-PRPP尿苷酸是合成胞苷酸(CMP)和胸苷酸(TMP)前體。特點(diǎn):與嘌呤核苷酸的全合成不同，它不是從5′-PRPP開始的，而是先合成一個(gè)含嘧啶環(huán)的乳清酸，乳清酸再與5-PRPP結(jié)合生成乳清苷酸，最后生成尿苷酸(UMP)。其它嘧啶核苷酸的合成則由UMP轉(zhuǎn)變而來。第二十九頁，共三十五頁。轉(zhuǎn)氨甲酰酶二氫乳清酸酶二氫乳清酸脫氫酶焦磷酸化酶乳清苷酸脫羧酶第三十頁，共三十五頁。2、嘧啶核苷酸的半合成途徑(補(bǔ)救途徑)CMP的合成

有兩條合成途徑：①UMP→UDP→UTP→CTP→CDP→CMP②由胞嘧啶通過補(bǔ)救途徑合成CMP第三十一頁，共三十五頁。

尿嘧啶核苷酸激酶尿苷二磷酸激酶

UMPUDPUTP

NH3

CTP合成酶

CMPCDPCTP

Pi