核酸的降解和核苷酸代谢

合集下载

核酸的酶促降解及核苷酸代谢

BBBBBBBB
5´ p
p
p
p
p
p
p
p
OH 3´
牛脾磷酸二酯酶
（ 5´端外切5得3）
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3´端外切3得5）
内切核酸酶对RNA的水解位点示意图
Py Pu Py Py G A C U G A
1´
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
OH
5´
3´
RNAase I RNAase I RNAase T1
RNAase T1
-CH=NH
H-CO-CH2OH -CH= -CH2-CH3
亚氨甲基甲酰基甲醇基次甲基亚甲基
甲基
一碳基团转移酶的辅酶Leabharlann BaiduFH4 一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名
叶酸和四氢叶酸（FH4）
叶酸
四
氢
H
叶
10
酸
5
H
CHOCH2
N5N，5-NC1H0-OC-HF2H-F4 H4
一碳基团的 S-腺苷蛋氨酸来源与转变
核酸的酶促降解
核酸酶
核苷酸酶核苷酸磷酸化酶
核酸核苷酸
核苷
碱基+戊糖
磷酸
一、核酸酶
二、限制性内切酶
核酸酶

第16章核酸的降解和核苷酸代谢

核苷经核苷酶作用分解为嘌呤碱或嘧啶碱和戊糖。分解核苷的酶有两类。一类是核苷磷酸化酶；另一类是核苷水解酶。前者分解核苷生成含氮碱和戊糖的磷酸酯，后者生成含氮碱和戊糖：
核苷磷酸化酶存在比较广泛，其所催化的反应是可逆的。核苷水解酶主要是在植物和微生物体内，并且只能对核糖核苷作用，对脱氧核糖核苷没有作用，反应是不可逆的。它们对作用底物常具有一定的特异性。核苷酸的降解产物嘌呤碱和嘧啶碱还可以继续分解。
尿囊素是除人及猿类以外其他哺乳类嘌呤代谢的排泄物。也就是说，它们分解尿酸到尿囊素为止。其他多数种类生物则含有尿囊素酶，能水解尿囊素生成尿囊酸：
尿囊酸是某些硬骨鱼的嘌呤碱代谢排泄物。尿囊酸在尿囊酸酶作用下水解生成尿素和乙醛酸：尿素是多数鱼类及两栖类的嘌呤碱代谢排泄物。然而，某些低等动物还能将尿素分解成氨和二氧化碳再排出体外。植物和微生物体内嘌呤碱代谢的途径大致与动物相似。植物体内广泛存在着尿囊素酶、尿囊酸酶和脲酶等；嘌呤碱代谢的中间产物，如尿囊素和尿囊酸等也在多种植物中大量存在。微生物一般能分解嘌呤碱类物质，生成氨、二氧化碳以及一些有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸等。
四、嘧啶碱的分解核苷酸的分解产物嘧啶碱可以在生物体内进一步被分解。不同种类生物对嘧啶碱的分解过程也不完全一样。一般具有氨基的嘧啶需要先水解脱去氨基，如胞嘧啶脱氨生成尿嘧啶：
在人和某些动物体内其脱氨过程也可能是在核苷或核苷酸的水平上进行的。尿嘧啶经还原生成二氢尿嘧啶，并水解使环开裂，然后水解生成二氧化碳、氨和β—丙氨酸；

核酸的降解和核苷酸代谢

Ser + THFA
Ser羟甲基转移酶
Gly+ N5,N10-亚甲基THFA+H2O
四氢叶酸是一碳的载体，参与嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。
氨基嘌呤、氨甲蝶呤是叶酸类似物，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，阻止 FH4的生成，从而抑制FH4参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。
精选课件
精选课件
3、脱氧核苷酸的补救途径（脱氧核苷激酶途径）
精选课件
食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。
吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。
人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。
核酸的分解代谢：
核酸的降解和核苷酸代谢核酸的降解
各种功能
核酸
核苷酸核苷+磷酸
核糖+碱基
核苷酸的生物功能 ①合成核酸 ②是多种生物合成的活性中间物
糖原合成，UDP-Glc。磷脂合成，CDP-乙醇胺，CDP-二脂酰甘油。
③生物能量的载体ATP、GTP ④腺苷酸是三种重要辅酶的组分 NAD、FAD、CoA ⑤信号分子cAMP、cGMP
核苷二磷酸激酶／Mg2+
UTP + ADP

核酸的降解和核苷酸代谢(1)

3.1.2 嘧啶核苷酸的生物合成
嘧啶合成的元素来源
C4
Gln→ N3
C5
氨甲酰磷酸
|
‖
CO2→ C2
C6
N1
←Asp
细菌的CPS
Gln
CO2
ADP
N-氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸
乳清酸 (乳清酸尿症) 乳清酸核苷酸
乳清酸核苷酸尿嘧啶核苷酸
(细菌直接与氨作用)
嘧啶碱的直接利用
• 尿嘧啶磷酸核糖转移酶催化尿嘧啶转变成尿苷酸，目前尚未发现胞嘧啶磷酸核糖转移酶。
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过程：
– 先由PRPP合成次黄嘌呤核苷酸(IMP) – 再由IMP生成AMP和GMP
嘌呤碱合成的元素来源
CO2 甘氨酸
天冬氨酸
甲酰基（N10-CHO FH4）
甲酰基（N5,N10-CH=FH4）
谷氨酰胺（酰胺基）
核糖核苷酸还原的自由基机制
胸腺嘧啶核苷酸的合成
尿嘧啶脱氧核苷三磷酸酶胸腺嘧啶核苷酸合酶
胸腺嘧啶核苷酸合酶
丝氨酸羟甲基转移酶
二氢叶酸还原酶
胸腺嘧啶核苷酸合成的调节
5-氟尿嘧啶
甲氧苄啶
氨甲蝶呤
氟脱氧尿苷酸
物可的设靶计位药
氨甲喋呤氨基蝶呤甲氧苄啶

核酸的降解与核苷酸代谢

u 参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程
u 负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸
u 在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 u 体外重组DNA技术中的重要工具酶
第二节核苷酸的代谢
一、核苷酸代谢的动态
氨基酸葡萄糖磷酸核酸的降解
嘌呤核苷酸的抗代谢物
1. 嘌呤类似物:
OH
N
N
SH
次黄嘌呤 N
N
NN H
SH
N
N
H2N N N H
6-巯基鸟嘌呤
NN H
OH
N
N
N
NN H
6-巯基嘌呤（6-MP）
8-氮杂鸟嘌呤
= =
= =
PRPP
谷氨酰胺（Gln）
=
6-MP
PRA 氮杂丝氨酸
6-MP
PRPP PPi
次黄嘌呤
=
IMP
（H）
MTX
NN H
次黄嘌呤核苷
O2+H2O 次黄嘌呤
OH
N
N
2H++O_.2
黄嘌呤氧化酶
2H++O_.2 OH
O2+H2O N
N
HO N N H
尿酸
O 黄嘌呤氧化酶 HO

生物化学第33章核酸降解和核苷酸代谢

DNA
二、核苷酸的生物合成（二）嘧啶核糖核苷酸的合成
1、从头合成
以氨甲酰磷酸和Asp作为合成嘧啶环的前体，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，然后生成尿嘧啶核苷酸。其它嘧啶核苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成。
嘧啶碱
天冬氨酸
C
-O O C
NH3
N
C
CH2
CO2 C
C
N
CH
+H3N
C O O-
② IMP
AMP
GMP
共同的Hale Waihona Puke Baidu间产物
（3）AMP和GMP的生成
（黄嘌呤核苷酸）
从头合成的调节
*嘌呤核苷酸的合成要点*
1. 原子的来源
PRPP为5-磷酸核糖的供体
2. 起始原料，先合成PRPP，再合成嘌呤环骨架。
3. 合成PRPP为关键反应，PRPP合成酶为关键酶。
4. 共同中间代谢产物为IMP。
两种需要掌握的非特异的磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶：从游离的3‘-羟基端逐个解下5‘-核苷酸牛脾磷酸二酯酶：从游离的5‘-羟基端逐个解下3‘-核苷酸
一、核酸和核苷酸的分解代谢
（二）核苷酸的降解
核苷酸在核苷酸酶作用下水解成核苷和磷酸，核苷在核苷磷酸化酶和核苷水解酶（植物和微生物）进一步降解。
核苷磷酸化酶

核酸的降解和核苷酸代谢K

核苷三磷酸生物合成(ATP存在，特异性激酶催化，核苷三磷酸dTMP，一系列激酶催化，转变为dTTP（dTMP→dTDP→dTTP）每一步
骤AD为P一、单GD独P激、酶CD所P、催U化D)活。P 性。而作为底物的PRPP激活谷氨酰胺:PRPP 脱氧核糖核酸外切酶：只氨作基转移酶的活性，从而直接启动了嘌呤核苷
尿嘧啶
二氢尿嘧啶 H2O
β-丙氨酸丙二酸单酰CoA
乙酰CoA
TCA
胸腺嘧啶
β-脲基异丁酸 H2O
CO2 + NH3
肝
尿素
β-氨基异丁酸甲基丙二酸单酰CoA
琥珀酰CoA
TCA
糖异生
2 核苷酸的生物合成
2.1 嘌呤核糖核苷酸的合成从头合成途径（de novo synthesis pathway）原料：氨基酸、甲酸盐、CO2 等补救合成途径（salvage synthesis pathway）利用体内游离的碱基或核苷合成
核苷酸的生理生化作用
①合成核酸的原料： RNA合成：ATP，GTP，CTP，UTP
DNA合成：dATP，dGTP，dCTP，
② 能量的贮存和供应形d式TT：P ATP，GTP，UTP， CTP等
③ 参与代谢或生理活动的调节 cAMP、cGMP：激素第二信使
④ 参与构成酶的辅酶或辅基 NAD+，NADP+，FAD， FMN，CoA

核酸的降解与核苷酸代谢

嘧啶核苷酸
核苷
PPi
1-磷酸核糖
核苷磷酸化酶
嘧啶碱
胞嘧啶 NH3
尿嘧啶
胸腺嘧啶
二氢尿嘧啶 H2O
β-脲基异丁酸 H2O
β-丙氨酸丙二酸单酰CoA 乙酰CoA TCA
CO2 + NH3
β-氨基异丁酸
肝尿素
甲基丙二酸单酰CoA
琥珀酰CoA
TCA
糖异生
• 定义
利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。
•参与补救合成的酶
1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 3.腺苷激酶(adenosine kinase)
RNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA
依据切割部位不同
核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。
限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割DNA，常作为工具酶。
核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶
谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸

核酸的降解与核苷酸的代谢

第十章核酸的降解与核苷酸的代谢

学习要求：通过本章学习，熟悉核酸的降解过程，掌握核酸酶的分类及其作用方式；了解核苷酸分解过程及不同生物嘌呤核苷酸分解代谢的区别；了解核苷酸从头合成途径的过程，掌握合成原料及嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸的合成特点，重点掌握核苷酸合成途径的调节，熟悉补救合成途径的过程和意义；熟悉核苷酸代谢与氨基酸代谢及糖代谢的相互关系；了解核苷酸代谢的有关理论对医药及生产实践的指导意义。

动物、植物和微生物都能合成各种核苷酸，因此核苷酸与氨基酸不同，不属于营养必需物质。细胞内存在多种游离的核苷酸，它们具有多种重要的生理作用：①作为合成核酸的原料。②ATP 在生物体内能量的贮存和利用中处于中心地位，是最重要的高能化合物。此外，GTP 在能量利用方面也有一定作用。③参与代谢和代谢调节。某些核苷酸或其衍生物是重要的信息物质，如 cAMP 是多种激素作用的第二信使；cGMP 也与代谢调节有关。④组成辅酶。腺苷酸是辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ、辅酶A 和FAD 四种辅酶的组成成分。⑤活化中间代谢物。UTP 和CTP 可使代谢物NDP （核苷二磷酸）化，成为活性代谢物直接用作合成原料，如UDP-葡萄糖称为“活性葡萄糖”，是合成糖原、糖蛋白的活性原料；CDP-甘油二酯是合成磷脂的活性原料。ATP 使蛋氨酸腺苷化生成的S-腺苷蛋氨酸（SAM ）作为甲基的直接供体，是合成肾上腺素、肌酸等物质的活性原料。

第一节核酸的酶促降解

一、核酸的降解

生物组织中的核酸往往以核蛋白的形式存在，动物和异养型微生物可分泌消化酶类分解食物或体外的核蛋白和核酸。核蛋白可分解成核酸与蛋白质，核酸由各种水解酶催化逐步水解，生成核苷酸、核苷、戊糖和碱基等，这些水解产物均可被吸收，但动物体较少利用这些外源性物质作为核酸合成的原料，进入小肠粘膜细胞的核苷酸、核苷绝大部分进一步被分解。植物一般不能消化体外的有机物。

生物化学考研核酸的降解和核苷酸代谢

牛脾磷酸二酯酶
（ 5´端外切得3’－核苷酸）
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3´端外切得5’－核苷酸）
限制性内切酶
原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链的酶分子，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（restriction endonuclease）。
半合成（补救合成）
核糖核苷酸
分解的现成嘌呤、嘧啶
核苷酸合成的两条途径
补救途径
从头合成
核苷碱基
核糖、氨基酸、CO2、NH3 核糖核苷酸
辅酶
脱氧核苷
脱氧核苷酸
RNA
DNA
嘌呤核糖核苷酸的合成 ➢嘌呤核苷酸环上原子来源
次黄嘌呤核苷酸的合成
各种嘌呤核苷酸的合成是先合成次黄嘌呤核苷酸，再转变成各种嘌呤核苷酸。此途径叫嘌呤核苷酸的从头合成途径（de novo synthesis pathway）。
尿嘧啶
二氢尿嘧啶
β-脲基丙酸 β-丙氨酸
胞嘧啶
Hale Waihona Puke Baidu
胞嘧啶和尿嘧啶的分解代谢
胸腺嘧啶的分解代谢
胸腺嘧啶
二氢胸腺嘧啶
β-脲基异丁酸
β-氨基异丁酸
胞嘧啶 NH3
尿嘧啶
胸腺嘧啶

核酸的降解和核苷酸的代谢

嘌呤碱物包括学：A研-腺嘌究呤、所G-用鸟嘌的呤限制性内切酶均为此类。
“从头合成”途径（通常情况下占95%）
1952识， S别mi与th 切Hum割an位点用T统4 p一hage 感染E.
内切核酸酶对RNA的水解位点示意图
ⅡI型：识别位点为5-7bp的非对称序列，切割位点在顺序之外离识别序列5-10bp，切割双链，个别也切割单链。
把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。
是限制与修饰相多功能酶.切割方式基本同Ⅱ类
限制性内切酶的命名和意义
例：Eco R I，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶
Eco R I
属名种名株名序号
限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、进行DNA序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。
二、核苷酸的生物降解
1、嘌呤的分解
嘌呤碱包括：A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤
不同动物嘌呤代谢的最终产物也不同人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸
其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素
硬骨鱼类：尿囊酸
尿囊素酶
尿酸酶
大多数鱼类、两栖类：尿素尿囊酸酶
• 某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和 CO2排出。
渐加上去。 5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸

核酸的降解和核苷酸代谢

核酸的酶促降解及核苷酸代谢

第16章 核酸的降解和核苷酸代谢

核酸的降解和核苷酸代谢

核酸的降解和核苷酸代谢(1)

核酸的降解与核苷酸代谢

生物化学 第33章 核酸降解和核苷酸代谢

核酸的降解和核苷酸代谢K

核酸的降解与核苷酸代谢

核酸的降解与核苷酸的代谢

生物化学考研 核酸的降解和核苷酸代谢

核酸的降解和核苷酸的代谢

第16章核酸的降解和核苷酸代谢

生物化学第33章核酸降解和核苷酸代谢

生物化学考研核酸的降解和核苷酸代谢