第十一章核酸的降解和核甘酸代谢

嘌呤核苷酸的抗代谢物
嘌呤核苷酸的抗代谢物主要有嘌呤类似物、 谷氨酰胺类似物、叶酸类似物三类。
嘌呤类似物：6-巯基嘌呤 谷氨酰胺类似物：重氮丝氨酸、 6-重氮-5-
氧代正亮氨酸 叶酸类似物：氨基蝶呤、氨甲蝶呤
二、嘧啶核苷酸的生物合成 从头合成途径 补救合成途径
（一）嘧啶核苷酸的从头合成
AMP或GMP的合成又需1个ATP。
（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径
•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
腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 腺苷激酶(adenosine kinase)
H
胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP）的合成
dUDP + H2O 酯酶 dUMP + Pi dCMP + H2O 脱氨酶 dUMP + Pi
氨基蝶呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物，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。
dUMP
胸腺嘧啶核苷酸合酶
1、核酸酶的分类
（1）根据对底物
的
专一
性分为
核糖核酸酶(RNase) 脱氧核糖核酸酶
(非D特N异as性e)核酸酶
（2）根据切割位点分为 核酸内切酶 核酸外切酶
2、核酸酶的作用特点
核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3端
或5端），逐个水解下核苷酸； 脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA 核糖核酸外切酶:只作用于RNA；
•嘌呤碱合成的元素来源
CO2
甘氨酸
天冬氨酸
甲酰基 （一碳单位）
甲酰基 （一碳单位）
谷氨酰胺 （酰胺基）
•过程 1. IMP的合成 2. AMP和GMP的生成
PP-1-R-5-P
AMP ATP
R-5-P
（磷酸核糖焦磷酸） PRPP合成酶 （5-磷酸核糖）
谷氨酰胺 酰胺转移酶
谷氨酸
拮抗物: 重氮丝氨酸
NH3
黄嘌呤
H2O+O2
H2O2 黄嘌呤
H2O+O2
氧化酶
（灵长类以外的哺乳动物）
尿囊素
尿酸氧化酶
H2O2
尿酸 （人类和灵长类动物、
（植物）H2O
尿囊 素酶
尿囊酸
CO2+H2O2 2H2O+O2
爬虫、鸟类）
尿囊酸酶
（鱼类、两栖类）
尿素 + 乙醛酸
(硬骨鱼)
H2O
2H2O
脲酶
脱氨 氧化 水解
4NH3 + 2CO2
三、脱氧核苷酸的生物合成（大肠杆菌、动物、植物）
（1）核糖核苷酸的还原反应
NADP+
SH 硫氧还蛋白 （还原型） SH
硫氧还蛋白 还原酶
FAD
NADPH+H+
S 硫氧还蛋白 （氧化型） S
腺嘌呤、鸟嘌呤 和胞嘧啶核糖核 苷酸经还原，将 核糖第二位碳原 子的氧脱去，即 成为相应的脱氧 核糖核苷酸。 还原反应一般在 核苷二磷酸 （NDP）水平上 进行
dTMP
甲基化
N5,10亚甲基四氢叶酸
二氢叶酸
Ser
核酸内切酶: 从核酸分子内部切断3,5 -磷
酸二酯键。
2、核酸酶的作用特点
外切核酸酶对核酸的水解位点
ACGT AT GC
5´ p
p
p
p
p
p
p
p
OH 3´
牛脾磷酸二酯酶 （5´端外切）
蛇毒磷酸二酯酶 （3´端外切）
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
P-P-CH2
O
N
ATP 、Mg2+
核糖核苷酸还原酶 （B1和B2）
P-P-CH2
O
N
+ H2O
OH OH 核糖核苷二磷酸 ADP、GDP、CDP、UDP
OH H 脱氧核糖核苷二磷酸
（2）胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成
由尿嘧啶脱氧核苷酸（dUMP）经甲基化生 成。Ser提供甲基，NADPH提供还原当量。
（海洋无脊椎动物）
痛风症的治疗机制
鸟嘌呤 次黄嘌呤
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤
尿酸
别嘌呤醇
三、嘧啶的降解：
胞嘧啶胞嘧啶脱氨酶 尿嘧啶 二氢尿嘧啶脱氢酶
二氢尿嘧啶
H2O NH3
NAD(P)H+H+ NAD(P)+
H2O二氢嘧
NH3+CO2+ β-丙氨酸
脲基丙酸酶
H2O
啶酶
β-脲基丙酸
胸腺嘧啶 二氢尿嘧啶脱氢酶
第一节 核酸的酶促降解
核酸
核酸酶（磷酸二酯酶）
核苷酸
核苷酸酶（磷酸单酯酶）
核苷
核苷磷酸化酶
磷酸
嘌呤或嘧啶
戊糖-1-磷酸
一、核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶 称为核酸酶；
二、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。
一、核酸酶
2ATP 2ADP+Pi
谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸
氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别
CPS-I
分布 氮源
肝细胞线粒体中 氨
变构激活剂 N-乙酰谷氨酸
功能
尿素合成
CPS-II
胞液（所有细胞） 谷氨酰胺 无 嘧啶 合成
2. 胞嘧啶核苷酸的合成
尿苷酸激酶
二磷酸核苷激酶
UDP
ATP ADP
ATP
ADP
H2N-1-R-5´-P
（5´-磷酸核糖胺）
IMP
在谷氨酰胺、甘氨酸、一 碳单位、二氧化碳及天冬 氨酸的逐步参与下
AMP
GMP
1. IMP的合成过程
① 磷酸核糖酰胺转移酶 ② GAR合成酶 ③ 转甲酰基酶 ④ FGAM合成酶 ⑤ AIR合成酶
IMP生成总反应过程
叶酸拮抗物: 氨基蝶呤,氨甲蝶呤
•合成过程
腺嘌呤 + PRPP APRT AMP + PPi 次黄嘌呤 + PRPP HGPRT IMP + PPi
鸟嘌呤 + PRPP HGPRT GMP + PPi
腺嘌呤核苷
腺苷激酶
AMP
ATP ADP
•补救合成的生理意义
补救合成节省从头合成时的能量和一些氨 基酸的消耗。
体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进 行补救合成。
•定义
是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位 及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促 反应，合成嘧啶核苷酸的途径。
•合成部位 主要是肝细胞胞液
•嘧啶合成的元素来源(谷氨酰胺、天 冬氨酸、CO2)。
氨基 甲酰磷酸
天冬氨酸
• 合成过程 1. 尿嘧啶核苷酸的合成
谷氨酰胺 + HCO3-
氨基甲酰磷 酸合成酶II
1´
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
OH
5´
3´
RNAase I RNAase T1
Pu ：嘌呤
Py：嘧啶
牛胰核糖核酸酶I (RNaseI) 核糖核酸酶T1（RNaseT1）
二、限制性内切酶
1．常用的DNA限制性内切酶
２．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
二、嘧啶核苷酸的生物合成 从头合成途径 补救合成途径
三、脱氧核苷酸的合成
一、嘌呤核苷酸的生物合成
从头合成途径 补救合成途径
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
•定义
是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二 氧化碳等简单物质为原料，经过一系列复杂的酶 促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。
•合成部位
肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官， 其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此 合成途径。
第
◆熟悉核酸酶的类别和特点; ◆了解嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的过
程以及最初产物; ◆了解核苷酸补救合成途径的重要意义; ◆了解核苷酸降解的过程和终产物，尿酸堆积
引起的疾病和治疗方法。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
第一节 核酸的酶促降解 第二节 核苷酸的分解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢
且只能对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷不 起作用。）
核苷磷酸化酶
核苷+ H3PO4 嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖
（核苷磷酸化酶存在广泛）
二、嘌呤的降解：这是一个氧化降解过 程，不同生物降解的产物不同(肝、小 肠和肾)。
腺嘌呤
H2O 腺嘌呤脱氨酶
鸟嘌呤
H2O 鸟嘌呤脱氨酶
NH3
次黄嘌呤
黄嘌呤氧化酶
二氢胸腺嘧啶
NAD(P)H+H+ NAD(P)+
H2O
二氢嘧啶酶
NH3+CO2+β-氨基异丁酸 脲基丙β酸-酶脲基异丁酸
H2O
NADPH +H+ --------哺乳动物 NADH+H+ ----------细 菌
脱氨
还原
水解
第三节 核苷酸的合成代谢
一、嘌呤核苷酸的生物合成 从头合成途径 补救途径
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。
第二节 核苷酸的分解代谢
一、核苷酸的降解
核苷酸 + H2O 核苷酸酶核苷+Pi 核苷 + H2O 核苷水解嘌酶呤（或嘧啶）+戊糖 （核苷水解酶主要存在于植物和微生物体内，并
UTP
CTP合成酶
谷氨酰胺 ATP
谷氨酸 ADP+Pi
•从头合成的调节
- ATP + CO2+ 谷氨酰胺
氨基甲酰磷酸
天冬氨酸 -
氨基甲酰天冬氨酸
PRPP UMP
- 嘌呤核苷酸
ATP + 5-磷酸核糖
- 嘧啶核苷酸
UTP CTP
（二） 嘧啶核苷酸的补救合成
嘧啶 + PRPP 嘧啶磷酸核糖转移酶 嘧啶核苷 + PPi 尿嘧啶核苷 + ATP 尿苷激酶 UMP +ADP 胸腺嘧啶核苷 + ATP 胸苷激酶 TMP +ADP
2、AMP和GMP的生成
①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ③IMP脱氢酶 ②腺苷酸代琥珀酸裂解酶 ④GMP合成酶
激酶
AMP
激酶
ADP
ATP ADP
ATP ADP
GMP
激酶
激酶
GDP
ATP ADP
ATP ADP
ATP GTP
• 嘌呤核苷酸从头合成特点
• 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 • IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。