核酸降解与核苷酸代谢

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。
2.嘧啶碱的分解
NH 2 N
N
O
H
-NH2
β－丙氨酸
O
NH
二氢尿嘧啶
N
O
H
（开环）
H2O
H2O
β－脲基丙酸
嘧啶还原途径的分解
-CH3
嘧啶分解
• 其中二氧化碳经呼吸道排出体外，氨在
AMP激酶
AMP + ATP —— 2ADP
glycolytic enzymes or oxidative phosphorylation
ADP —— ATP
2 .ATP通过核苷单磷酸激酶生成其他NDP
ATP + NMP —— ADP + NDP
3.NTP的生成
核苷二磷酸激酶
XTP + NDP
XDP + NTP
肠黏膜细胞中还有核苷酸酶 (磷酸单 酯酶)，水解核苷酸为核苷和Pi。
脾、肝等组织中的核苷酶进一步水解 核苷为戊糖和碱基。
核酸酶
核酸
核苷酸酶
核苷酸
磷酸
核苷酶
核苷
戊糖
碱基
（嘌呤碱，嘧啶碱）
核酸酶(Nuclease)
核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水 解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脱氧核 糖核酸酶(DNase)，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)。
NH 2 N
N
N H
N
次黄嘌呤
G
NH3
黄嘌呤
NH3+ CO2
（微生物）
尿酸（醇式） 尿素
嘌呤核苷酸三级水平的降解
嘌呤核苷酸分解的三级脱氨
嘌呤分解中的脱氨作用
嘌呤碱的分解首先是水解脱氨，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。
补救途径
从头合成
核苷
核糖、氨基酸、CO2、NH3
碱基
核糖核苷酸
辅酶
RNA
脱氧核苷
脱氧核苷酸
DNA
（一）嘌呤核苷酸的生物合成 嘌呤环元素的来源
N5,N10-次甲基 四氢叶酸
磷酸核糖基焦磷 酸（PRPP）
嘌 呤 合核 成苷 总酸 图的 全 程
由IMP合成AMP和GMP
嘌呤核苷酸的补救途径 Salvage Synthesis of Pu-Nt
嘌呤核苷酸的补救合成
（二）嘧啶核苷酸的生物合成 嘧啶环元素的来源
氨甲酰磷酸
天冬氨酸
氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp
氨甲酰Asp
乳
清
酸
二氢乳清酸
的
合
成
乳清酸
乳清酸合成UMP
乳清酸
乳清苷酸
p397
UMP
嘧
由 乳 清 酸 合 成
啶 核 苷 酸 的 全 程
合
成
：
UTP合成CTP
CTP合成酶
嘧啶核苷酸的补救合成
嘌 呤 的 分 解
尿酸生成
正常人血浆中尿酸含量为20-60mg/L，超
过80mg/L时，尿酸盐晶体会沉积在关节、软
组织、软骨、肾等部位，导致关节炎、尿路
结石以及肾脏疾病，即“痛风症”。
• 摄取大量嘌呤食物或尿酸排泄障碍时易患痛 风症。
• 临床上用“别嘌呤醇”治疗痛风症，机理： 别嘌呤醇的结构与次黄嘌呤相似，是黄嘌呤 氧化酶的竞争性抑制剂。
（四）脱氧核糖核苷酸的合成
以核糖核苷酸为原料，通过核糖核苷 酸还原酶 将核糖分子还原为脱氧核糖。 核糖核苷酸必须先行转化为二磷酸核苷 酸(NDP)水平，再还原为脱氧核苷二磷酸.
除需还原酶外，还需另两种氧还蛋白 参与，即硫氧还蛋白和谷氧还蛋白。 产物为dNDP。 进一步在激酶的作用下形成相应的dNTP。
利用现成的腺嘌呤、次黄嘌呤和鸟嘌 呤通过磷酸核糖基转移酶实现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。
嘌呤核苷酸的补救合成
腺嘌呤 + PRPP 次黄嘌呤 + PRPP
AMP + PPi IMP + PPi
鸟嘌呤 + PRPP
GMP + PPi
磷酸核糖基转移酶催化
核酸酶(Nuclease)
RNA: DNA:
RNase(酶稳定、耐高温) DNase(种类多、工具酶)
作用类别： 核酸内切酶 磷酸二酯酶
核酸外切酶 磷酸单酯酶 非特异性 特异性
二、核苷酸的分解代谢
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’-核苷 酸或5’-核苷酸。
催化核苷水解的酶有两类，即核苷磷酸化酶 和核苷水解酶
（核苷磷酸化酶）
核苷 + Pi 嘌呤或嘧啶 + 戊糖-1-P
（核苷水解酶）
核苷 + H2O
嘌呤或嘧啶 + 戊糖
核苷磷酸化酶存在广泛，反应可逆
核苷磷酸化酶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。
核 苷 酸 分 解
1.嘌呤碱的分解
胸苷酸的合成
dTMP的生物合成
全程合成途径以dUMP为原料 N5,N10-亚甲基 THFA为甲基供体，由 dTMP 合酶催化生成。
dNTP的生成
第六章 核酸的酶促降解和核苷酸的代谢
1 核酸的酶促降解 核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、限制性内切酶 2 核苷酸的降解 3 核苷酸的合成代谢 （1）核糖核苷酸的生物合成 嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径 嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径 （2）脱氧核苷酸的生物合成 核糖核苷酸的还原 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
四、辅酶核苷酸的合成 NAD的合成
NAD的合成过程
FMN、FAD的合成
黄素激酶
核黄素 ＋ ATP
FMN + ADP
Mg2+
FAD焦磷酸化酶
FMN + ATP
FAD + PPi
FAD的 合成
CoA 的合 成
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谷胱甘肽还原酶
NADPH+H+
NADP+
核
糖
核
苷
酸
还
氧 核 糖 核 苷 酸
原 酶 催 化 核 糖 核
苷
酸
还
原
为
脱
dTMP的生物合成
存在两种不同途径：补救和全程合成 补救途径以完成的胸腺嘧啶为原料，
先生成dT，再形成dTMP。
胸苷酸磷酸化酶
胸腺嘧啶+脱氧核糖-1-P —— dT
dT kinase
dT+ATP——dTMP+ADP
第六章 核酸降解与核苷酸代谢
一．核酸酶促降解 二．核苷酸的分解代谢 三．核苷酸的生物合成
一、核酸降解
在胃中核蛋白酸水解为核酸和蛋白质， 核 酸 在 小 肠 被 胰 核 酸 酶 （ 包 括 DNase 、 RNase ） 降 解 为 嘌 呤 核 苷 酸 、 嘧 啶 核 苷 酸和寡核苷酸。磷酸二酯酶协同胰核酸 酶进行消化，水解为单核苷酸。
脱氧核苷酸的合成
核CH2
O
N
p399
核糖O核H苷O二H磷酸
核糖核苷酸还原酶
OH H
脱氧核糖核苷二磷酸
硫氧还蛋白
硫氧还蛋白 还原酶
FAD
SH
S
硫氧核还蛋糖白核苷酸谷还氧原还酶蛋白
SH
S
谷氧还蛋白 FADH2 GSSG
S
SH
谷氧还蛋白
S
SH
谷氧还蛋白
还原酶
2GSH
UMP磷酸核糖基转移酶
尿嘧啶 + PRPP —— UMP + PPi
尿嘧啶磷酸化酶
尿嘧啶 + 1-P-R —— 尿嘧啶核苷+ Pi
尿苷激酶
尿嘧啶核苷+ ATP —— UMP + ADP
胞嘧啶不能与PRPP作用。但
尿苷激酶
胞嘧啶核苷＋ ATP
CMP+ADP
（三）磷酸核苷酸的合成
1 .AMP生成ATP
肝脏合成尿素经肾脏排出，β-丙氨酸经
转氨、氧化以及脱羧作用生成乙酰CoA
进入TCA循环。一部分β-氨基异丁酸
经肾脏排出，另一部分经转氨、氧化等 作用生成琥珀酰CoA进入TCA循环.
三、核苷酸生物合成
基本途径
从头合成
（CO2/NH3/AA/戊糖）
核苷酸
半合成（补救合成）
分解的现成嘌呤、嘧啶
dNTP
核苷酸合成的两条途径