核酸的降解和核苷酸代謝()

核苷酸的生物合成和降解

BiosynthesisandDegradationofNucleotides生命科學(xué)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系白娟生物化學(xué)當(dāng)前第1頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)核酸的酶促降解核苷酸的分解代謝核苷酸的生物合成當(dāng)前第2頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)核苷核酸酶核苷酸酶核苷酶嘌呤分解嘧啶分解核酸核苷酸戊糖

堿基磷酸當(dāng)前第3頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)1核酸的酶促降解核酸酶對底物的作用位點(diǎn)：核酸外切酶核酸內(nèi)切酶對底物的選擇性：核糖核酸酶脫氧核糖核酸酶限制性內(nèi)切酶(具有位點(diǎn)專一性)當(dāng)前第4頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)1.1核酸酶

1.外切核酸酶對核酸的水解位點(diǎn)5′

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pOHB

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p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶(5端外切5得3’-核苷酸)蛇毒磷酸二酯酶(3端外切3得5’-核苷酸)5′3′當(dāng)前第5頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)5′

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pOHPyPuPyPy1′

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pGACU

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pGA3′RNaseIRNaseIRNaseT1RNaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶

2.內(nèi)切核酸酶當(dāng)前第6頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)1.2核糖核酸酶(RNase)只能水解RNA磷酸二酯鍵的酶。當(dāng)前第7頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)1.3脫氧核糖核酸酶(DNase)脫氧核糖核酸酶：專一水解DNA。牛胰脫氧核糖核酸酶(DNaseⅠ)：切割ds/ssDNA，產(chǎn)物為以5-磷酸為末端的寡核苷酸。牛脾脫氧核糖核酸酶(DNaseⅡ)：降解dsDNA，產(chǎn)物為以3-磷酸為末端的寡核苷酸。尚未發(fā)現(xiàn)有堿基專一性的DNase，但有序列專一性，即限制性內(nèi)切酶(restrictionendonuclease)。當(dāng)前第8頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)1.4限制性內(nèi)切酶1979年，W.Arber、H.Smith和D.Nathans等發(fā)現(xiàn)某些細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在一類能識別一定序列并水解外源dsDNA的內(nèi)切核酸酶。限制性內(nèi)切酶能識別dsDNA分子上特定的位點(diǎn)，將兩條鏈切斷，形成粘性末端或平齊末端，稱為限制性內(nèi)切酶(restrictionendonuclease)或限制酶(restrictionenzyme)。當(dāng)前第9頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)大腸桿菌EcoRI對DNA的識別順序和酶作用產(chǎn)物的粘性末端：當(dāng)前第10頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第11頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第12頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)限制性內(nèi)切酶的命名(以EcoRI為例)當(dāng)前第13頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)DNA重組當(dāng)前第14頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第15頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)PCR(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))PCR：polymerasechainreaction擴(kuò)增特異的DNA片段。當(dāng)前第16頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第17頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第18頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第19頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第20頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)核苷酸代謝

NucleotideMetabolism核苷酸在人體內(nèi)廣泛分布，具有多種生物學(xué)功能：①構(gòu)成核酸的基本單位--最主要功能;②儲存能量,三磷酸核苷酸尤其是ATP是細(xì)胞的主要能量形式，一些活化的中間產(chǎn)物，如UDP葡萄糖，亦含有核苷酸成分;③參與代謝和生理調(diào)節(jié)：許多代謝過程受到體內(nèi)ATP、ADP或AMP水平的調(diào)節(jié),cAMP(或cGMP)是多種細(xì)胞膜激素受體的調(diào)節(jié)作用的第二信使;④組成輔酶,如腺苷酸可作為NAD＋、NADP＋、FMN、FAD及CoA等的組成成分;⑤活化中間代謝物,作為多種活化中間代謝物的載體.如UDP-Glc是合成糖原糖蛋白的活性原料;CDP-膽堿與CDP-二?；视投际呛铣闪字幕钚栽?S-腺苷甲硫氨酸是活性甲基的載體等.當(dāng)前第21頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)2核苷酸的分解代謝核苷酸(nucleotide)是構(gòu)成核酸(nucleicacid)的基本單位。人體所需的核苷酸都是由機(jī)體自身合成的。食物中的核酸或核苷酸類物質(zhì)基本上不能被人體直接利用，需水解生成核苷、或核糖、磷酸、堿基才能進(jìn)一步被細(xì)胞所利用。當(dāng)前第22頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)核苷酸的降解當(dāng)前第23頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)磷酸化酶水解酶存在廣泛

存在于植物/微生物催化可逆的反應(yīng)

反應(yīng)不可逆作用于核糖或脫氧核糖核苷

作用于核糖核苷當(dāng)前第24頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤的降解次黃嘌呤黃嘌呤腺苷酸鳥苷酸鳥苷酸脫氨酶腺苷酸脫氨酶次黃嘌呤核苷尿酸黃嘌呤氧化酶核苷酶當(dāng)前第25頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)脫氨可發(fā)生在核苷/核苷酸水平次黃嘌呤核苷腺嘌呤核苷當(dāng)前第26頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)黃嘌呤氧化酶(XanthineOxidase)牛黃嘌呤氧化酶的單體結(jié)構(gòu)FADFeSMo一種復(fù)合黃素酶次黃嘌呤黃嘌呤尿酸當(dāng)前第27頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤核苷酸的分解代謝主要在肝臟、小腸及腎臟中進(jìn)行。生理情況下嘌呤合成與分解處于相對平衡狀態(tài)，尿酸的生成與排泄也較恒定。正常人血漿中尿酸含量約0.12-0.36mmol/L(2-6mg/dl)，男性平均0.27mmol/L(4.5mg/dl)，女性平均0.21mmol/L(3.5mg/dl)。當(dāng)前第28頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)體內(nèi)核酸大量分解(白血病、惡性腫瘤等)或食入高嘌呤食物時，血中尿酸水平升高，超過0.48mmol/L(8mg/dl)時，尿酸鹽過飽和形成結(jié)晶，沉積于關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨及腎等處，而導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石及腎疾患，稱為痛風(fēng)癥。痛風(fēng)的尿酸鈉結(jié)晶當(dāng)前第29頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)痛風(fēng)的藥物治療：別嘌呤醇別嘌呤醇別黃嘌呤次黃嘌呤當(dāng)前第30頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤氧化酶黃嘌呤尿酸黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇（自殺底物）痛風(fēng)癥的治療機(jī)制當(dāng)前第31頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)食物中的嘌呤含量第一類含嘌呤高的食物(每100g食物含嘌呤100～1000mg)肝、腎、胰、心、腦、肉餡、肉汁、沙丁魚、魚卵、小蝦第二類含嘌呤中等的食物(每100g食物含嘌呤75～100mg)鯉魚、貝殼類、鰻魚、熏火退、豬肉、小牛肉；鴨、鵪鶉、火雞第三類含嘌呤較少的食品(每100g食物含嘌呤<75mg)龍蝦、蟹；火腿、羊肉、雞；麥片、面包、粗糧；蘆筍、四季豆、菜豆、菠菜、蘑菇、干豆類、豆腐第四類含嘌呤很少的食物大米、小麥、小米、薺麥、玉米面；面條、面包、饅頭；白菜、胡蘿卜、芹菜、黃瓜、茄子、甘藍(lán)、萵筍、刀豆、南瓜、西葫蘆、蕃茄、土豆、泡菜、咸菜；各種水果。蛋、乳類；汽水、茶、咖啡、可可、巧克力、干果等。當(dāng)前第32頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)尿囊素尿囊酸人、猿、靈長類、鳥類、某些陸生爬行類、昆蟲類其他哺乳類硬骨魚類兩棲類、軟骨魚類無脊椎；海洋生物尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶尿素酶尿素尿酸當(dāng)前第33頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤的分解還可在核苷或核苷酸水平上進(jìn)行當(dāng)前第34頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘧啶的降解二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧啶酶β-脲基丙酸酶二氫尿嘧啶β-脲基丙酸

當(dāng)前第35頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)胸腺嘧啶的降解★胸腺嘧啶甲基丙二酸半醛→β-氨基異丁酸

二氫胸腺嘧啶甲基丙二酸單酰輔酶A→琥珀酸CoAβ-脲基異丁酸

二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧啶酶β-脲基丙酸酶當(dāng)前第36頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘧啶的降解當(dāng)前第37頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)3核苷酸的生物合成從頭合成途徑：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位、CO2等簡單物質(zhì)為原料。補(bǔ)救途徑：利用體內(nèi)游離的堿基或核苷，反應(yīng)較簡單。當(dāng)前第38頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)3.1核糖核苷酸的合成3.1.1嘌呤核苷酸的生物合成生物中合成嘌呤核苷酸的過程：先由PRPP合成次黃嘌呤核苷酸(IMP)再由IMP生成AMP和GMP當(dāng)前第39頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤堿合成的元素來源CO2甲?；∟5,N10-CH=FH4）甲酰基（N10-CHOFH4）天冬氨酸谷氨酰胺（酰胺基）甘氨酸當(dāng)前第40頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的參與下，逐步合成IMPR-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸）1)IMP的生物合成當(dāng)前第41頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第42頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)2)GMP和AMP的合成腺苷酸琥珀酸黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷酸當(dāng)前第43頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)黃嘌呤核苷酸鳥苷酸細(xì)菌直接以氨作為氨基供體NH4+當(dāng)前第44頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤核苷酸循環(huán)腺苷酸琥珀酸脫氨(基)酶延胡索酸當(dāng)前第45頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)反饋抑制當(dāng)前第46頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成1嘌呤堿基+1-磷酸核糖核苷+Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸激酶核苷+ATP核苷酸+ADP在生物體內(nèi)，除腺苷激酶外，缺乏其他嘌呤核苷的激酶。當(dāng)前第47頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成2A+PRPPAMP+PPi腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶I/G+PRPPIMP/GMP+PPiHGPRT當(dāng)前第48頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第49頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成的生理意義可以減少從頭合成時能量和一些氨基酸的消耗體內(nèi)有些組織器官，例如，腦、骨髓等由于缺乏有關(guān)的酶，不能從頭合成嘌呤核苷酸，它們只能利用從肝運(yùn)送來的游離嘌呤堿及腺嘌呤核苷補(bǔ)救合成嘌呤核苷酸。當(dāng)前第50頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘧啶合成的元素來源氨甲酰磷酸Gln→CO2→←AspC5C4N3C2C6N1‖|

3.1.2嘧啶核苷酸的生物合成當(dāng)前第51頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第52頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第53頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)細(xì)菌的CPSGlnADPCO2當(dāng)前第54頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)二氫乳清酸乳清酸核苷酸乳清酸(乳清酸尿癥)N-氨甲酰天冬氨酸當(dāng)前第55頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)乳清酸核苷酸尿嘧啶核苷酸(細(xì)菌直接與氨作用)當(dāng)前第56頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘧啶堿的直接利用尿嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化尿嘧啶轉(zhuǎn)變成尿苷酸，目前尚未發(fā)現(xiàn)胞嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶。當(dāng)前第57頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)核苷的直接利用尿嘧啶+1-磷酸核糖尿嘧啶核苷+Pi尿苷磷酸化酶尿苷激酶尿苷/胞苷+ATPUMP/CMP

+ADP當(dāng)前第58頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)當(dāng)前第59頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶(ATCase)的別構(gòu)調(diào)節(jié)大腸桿菌當(dāng)前第60頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)當(dāng)前第61頁\共有76頁\編于星期五\10點(diǎn)3.2脫氧核苷酸的合成2-脫氧核糖核苷酸是DNA合成的前體，由相應(yīng)的核苷酸通過以氫代替2-OH基團(tuán)還原得來。通常是在核苷二磷酸水平上發(fā)生還原反應(yīng)；一些微生物如乳酸桿菌、枯草桿菌等則以核苷三磷酸為還原底物。當(dāng)前第62頁\共有76