第二十八章核酸的降解和核苷酸的代谢
核酸降解和核苷酸代谢
R-5'-P
R-5'-P
5-氨基咪唑-4-羧酸 核苷酸（CAIR）
5-氨基咪唑核苷酸 （AIR）
甲酰甘氨咪核苷酸 （FGAM）
O
C
HO
C
C H2N
N Asp
H2O
ATP
CH
N
合成酶
R-5'-PFra bibliotekCOOH OC
HC N C H
CH2
C
H2N COOH
延胡索酸 N
CH
N
裂解酶
R-5'-P
O
C
H2N
C
C H2N
二、嘌呤核苷酸的降解
AMP
GMP
嘌呤核苷酸的结构
AMP GMP
H(I) 黄嘌呤氧化酶
（次黄嘌呤）
X
G
（黄嘌呤）
黄嘌呤 氧化酶
嘌呤碱的最终 代谢产物
腺嘌呤脱氨酶含量极少 腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性较高
腺嘌呤脱氨基主要在 核苷和核苷酸水平
鸟嘌呤脱氨酶分布广
鸟嘌呤脱氨基主要 在碱基水平
嘌呤类在核苷酸、核苷和碱基三个水平上的降解
1. 从头合成途径
（1）尿嘧啶核苷酸的合成
2ATP 2ADP+Pi
Gln + HCO3氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ
(CPS-Ⅱ )
H2N C OPO3H2 + Glu
O
氨甲酰磷酸
CO2 + NH3 + H2O
2ATP N-乙酰谷氨酸
2ADP+Pi
氨基甲酰磷酸
Pi
线粒体
鸟氨酸
瓜氨酸
鸟氨酸循环
鸟氨酸
尿素
核酸的降解和核苷酸代谢(1)
大肠杆菌核糖核苷酸还原酶R2亚基
IMP/GMP+PPi PCR(聚合酶链式反应) （5-磷酸核糖-1-焦磷酸） 肝、肾、胰、心、脑、肉馅、肉汁、沙丁鱼、鱼卵、小虾 PCR(聚合酶链式反应) 1 嘌呤核苷酸的生物合成 ④组成辅酶,如腺苷酸可作为NAD＋、NADP＋、FMN、FAD及CoA等的组成成分; 嘌呤核苷酸的补救合成2 第二类 含嘌呤中等的食物 (每100g食物含嘌呤75～100mg) 甲基丙二酸单酰辅酶A→琥珀酸CoA 一些微生物如乳酸杆菌、枯草杆菌等则以核苷三磷酸为还原底物。 （N10-CHO FH4） PCR：polymerase chain reaction 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、CO2等简单物质为原料。 3 脱氧核糖核酸酶(DNase) AMP + PPi IMP/GMP+PPi 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、CO2等简单物质为原料。 利用体内游离的碱基或核苷，反应较简单。 黄嘌呤氧化酶(Xanthine Oxidase)
解 鸟苷酸 27mmol/L (4.
鲤鱼、贝壳类、鳗鱼、熏火退、猪肉、小牛肉； IMP/GMP+PPi
痛风的药物治疗：别嘌呤醇
脱氨酶
通常是在核苷二磷酸水平上发生还原反应；
次黄嘌呤 黄嘌呤
AMP + PPi 一些微生物如乳酸杆菌、枯草杆菌等则以核苷三磷酸为还原底物。
黄嘌呤 第四类 含嘌呤很少的食物
②储存能量,三磷酸核苷酸尤其是ATP是细胞的主要能量形式，一些活化的中间产物，如UDP葡萄糖，亦含有核苷酸成分;
• 第三类 含嘌呤较少的食品(每100g食物含嘌呤<75mg) – 龙虾、蟹 ；火腿、羊肉、鸡；麦片、面包、粗粮 ； – 芦笋、四季豆、菜豆、菠菜、蘑菇、干豆类、豆腐
核酸的代谢
第十一章核酸的代谢第一节核酸降解和核苷酸代谢⏹核酸的基本结构单位是核苷酸，核酸代谢与核苷酸代谢密切相关，细胞内存在多种游离的核苷酸，是代谢中极为重要的物质，几乎参加细胞内所有的生化过程：⏹ 1、核苷酸是核酸生物合成的前体。
⏹ 2、核苷酸衍生物是许多生物合成的中间物。
如：UDP-葡萄糖是糖原合成的中间物。
CDP-二脂酰甘油是磷酸甘油酯合成的中间物。
⏹ 3、ATP是生物能量代谢中通用的高能化合物。
⏹ 4、腺苷酸是三种重要辅酶：烟酰胺核苷酸（NAD NADP)、黄素嘌呤二核苷酸（FAD)和辅酶A的组分。
⏹ 5、某些核苷酸是代谢的调节物质。
⏹ cAMP,cGMP是许多激素引起的胞内信使⏹核酸降解为核苷酸，核苷酸还能进一步分解，在生物体内核苷酸可由其他化合物合成，某些辅酶的合成与核酸的代谢亦有关。
⏹讲授内容：核糖核酸、脱氧核糖核酸的分解与合成。
一. 核酸的解聚和核苷酸的降解⏹核酸降解酶种类⏹核酸外切酶: 催化核酸从3’端或5’端解聚,形成5’-核苷酸和3’-核苷酸。
⏹核酸内切酶: 水解核酸分子内的磷酸二酯键。
⏹限制性内切酶: 专一识别并水解外源双链DNA上特定位点的核酸内切酶。
⏹核苷酸降解酶：⏹核苷酸酶:核苷酸水解为核苷和磷酸。
⏹核苷酸 + H2O 核苷+Pi⏹核苷磷酸化酶: 水解核苷为碱基和戊糖-1-磷酸。
核苷 + 磷酸核苷磷酸化酶碱基 + 戊糖-1-磷酸⏹核苷水解酶: 水解核苷为碱基和戊糖。
⏹存在于植物和微生物中。
核糖核苷 + H2O 核苷水解酶碱基 + 戊糖只对核糖核苷作用，反应不可逆。
二. 碱基降解⏹㈠. 嘌呤碱的分解⏹⒈ 脱氨⏹动物组织腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷酸脱氨酶和腺嘌呤核苷脱氨酶的活性高，腺嘌呤的脱氨可在其核苷和核苷酸水平上进行。
⏹鸟嘌呤脱氨在鸟嘌呤水平上。
⏹鸟嘌呤核苷鸟嘌呤黄嘌呤尿酸⏹⒉ 转变为尿酸⏹鸟嘌呤 + H2O 鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤 + NH3⏹次黄嘌呤 + O2 + H2O 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤 + H2O2⏹黄嘌呤 + O2 + H2 O 黄嘌呤氧化酶尿酸 + H2O2痛风：嘌呤代谢障碍有关,正常血液：2-6mg /100ml, 大于8mg/100ml,尿酸钾盐或钠盐沉积于软组织、软骨及关节等处,形成尿酸结石及关节炎,沉积于肾脏为肾结石,基本特征为高尿酸血症。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸是构成生物体遗传物质的重要分子之一、它们在生物体内起着关键的功能，包括存储遗传信息、传递遗传信息和参与生物体的代谢过程。
然而，核酸分子并不是永久存在的，它们会经历酶促降解和核苷酸代谢过程。
酶促降解是一种通过酶催化反应将核酸分子分解为较小的碎片的过程。
这一过程在细胞中起着至关重要的作用，因为它能够控制细胞内的核酸浓度，并对细胞进行修复和调控。
具体而言，核酸的酶促降解主要通过核酸酶参与。
核酸酶可以识别特定的核酸分子，切割磷酸二酯键并将其分解成较小的碎片。
酶促降解的过程是高度调控的，这意味着细胞可以根据需要来降解核酸分子。
核酸酶的酶促降解反应可以发生在DNA和RNA分子上。
在DNA分子中，核酸酶可以通过识别特定的序列或结构来切割DNA链。
这些酶可以在DNA复制、修复和重组过程中发挥重要的作用。
在RNA分子中，核酸酶则可以通过识别特定的次级结构来切割RNA链。
这些酶在RNA降解和剪接等过程中起着关键作用。
核苷酸的合成通常发生在两个方向上。
一方面，细胞通过核苷酸合成途径将脱氧核苷酸和核苷酸合成为DNA和RNA的单体。
这些途径包括脱氧核苷酸合成途径和核苷酸合成途径。
另一方面，细胞还可以通过核苷酸分解途径将核苷酸分解为核苷和磷酸。
这些途径包括核苷酸降解途径和氨基酸代谢途径。
核酸酶和核苷酸代谢的失调会导致DNA和RNA的不稳定和降解，影响细胞的正常功能。
此外，核苷酸代谢紊乱还与多种人类疾病的发生和发展密切相关。
因此，研究核酸的酶促降解和核苷酸代谢机制对于理解生物体的正常功能和疾病的发生具有重要意义。
核酸的降解和核苷酸的代谢
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。
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
Pu ：嘌呤
Py：嘧啶
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，作用点在核酸内部，产 物是寡核苷酸链。 核酸外切酶： 磷酸单酯酶，作用于核酸两端，产物 是单核苷酸。
甘油醛-3-磷酸
1.核酸酶
核酸酶的分类
核糖核酸酶(RNase)：只水解RNA磷酸
根据对底物的 专一性分为
二酯键的酶（RNase）
脱氧核糖核酸酶(DNase)：只能水解
DNA磷酸二酯键的酶。
非特异性核酸酶：既可水解RNA，又
可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶
核酸内切酶 根据切割位点分为
核酸外切酶
内切核酸酶对RNA的水解位点示意图
来自NH3 氨甲酰磷酸
来自CO2
4
C
N3
C5
C2
C6
1
N
来自天冬氨酸
核酸的降解与核苷酸代谢上课课件
51
(三)脱氧核糖核苷酸的合成
脱氢一般通过核糖核苷酸还原酶★实现
多在二磷酸核苷★的水平上发生，有些原核生 物在三磷酸核苷水平进行
学校类
52
核糖核苷酸的还原反应
NADP+
硫氧还蛋白
NADPH+H +
还原酶
FAD
硫氧还蛋
白（还原
型）
P-P-CH2
O
N
SH
硫氧还蛋 S
SH
白（氧化 S
ATP 、Mg2+ 型） 核糖核苷酸还原酶
基团、CO2、磷酸核糖。
学校类
22
•过程
1. IMP的合成 2. AMP和GMP的生成
学校类
23
PP-1-R-5-P
AMP ATP
（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸） PRPP合成酶
PRPP
谷氨酰胺
酰胺转移酶 谷氨酸
R-5-P
（5-磷酸核糖）
H2N-1-R-5´-P
（5´-磷酸核糖胺）
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
P-P-CH2 N
O
+ H2O
OH H
脱氧核糖核苷二磷酸
SH 硫氧还蛋白
SH
S 硫氧还蛋白
S
硫氧还蛋白 还原酶
S 谷氧还蛋白
S
SH 谷氧还蛋白
SH
谷氧还蛋白 还原酶
FAD
FADH2
GSSG
谷胱甘肽 还原酶
合成特点：1 用原料先合成嘧啶环，
然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷
酸; 2 先合成UMP，再转变成其它嘧啶
核苷酸。
学校类
41
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
④ 参与构成酶的辅酶或辅基：如在NAD+， NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的 成分。 ⑤ 作为代谢中间物的载体：如用UDP携带糖基， 用CDP携带胆碱，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷 携带蛋氨酸（形成SAM）等。
第一节 嘌呤核苷酸的代谢
Section 1 Metabolism of Purine Nucleotides
2. 氨基酸类似物： • 临床上应用较多的氨基酸类似物包括氮杂丝氨
酸（azaserine）和6-重氮-5-氧正亮氨酸 （diazonorleucine）。 • 这些氨基酸类似物的分子结构与谷氨酰胺类似， 因而可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作 用，抑制嘌呤核苷酸的合成。
3. 叶酸类似物： • 临床上应用较多的叶酸类似物包括氨蝶呤
（6-mercaptopurine，6-MP）、6-巯基鸟嘌呤、 8-氮杂鸟嘌呤等。 • 6-MP的化学结构与次黄嘌呤类似，因而可以 抑制IMP转变为AMP或GMP，从而干扰嘌呤 核苷酸的合成。
6-巯基嘌呤的分子结构
次黄嘌呤 (hypoxanthine, H )
6-巯基嘌呤 (6-mercaptopurine, 6-MP)
+GMP
ADP GDP
ATP GTP
（二）嘌呤核苷酸的补救合成：
• 又称再利用合成途径(salvage pathway)。 指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱合成 嘌呤核苷酸的过程。
• 这一途径可在大多数组织细胞中进行。
嘌呤核苷酸的补救合成过程
A + PRPP
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
AMP + PPi
次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
天冬氨酸
甲酰基 （N10-CHO FH4）
CO2 甘氨酸
甲酰基 （N5,N10-CH=FH4）
谷氨酰胺 （酰胺基）
1．从头合成途径：
⑴ 次黄苷酸的合成： • 首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗
ATP，由5-磷酸核糖合成PRPP(1-焦磷酸-5-磷酸 核糖)。 • PRPP再经过大约10步反应，合成第一个嘌呤核 苷酸——次黄苷酸（IMP）。
次黄苷酸（IMP）的合成
ATP
AMP
R-5-P
PRPP
（5-磷酸核糖） PRPP合成酶 （5-磷酸核糖-1-焦磷酸）
在谷氨酰胺、甘氨酸、 一碳单位、二氧化碳 及天冬氨酸的参与下， 逐步合成
IMP
⑵ 腺苷酸及鸟苷酸的合成： • IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天
冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMPS），然后裂解产生腺苷酸（AMP）。 • IMP也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为受 氢体，脱氢氧化为黄苷酸（XMP），后者再在 鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合 成鸟苷酸（GMP）。
一、核酸和核苷 酸的分解代谢 （一）核酸的水解
核酸的碱水解
核酸的酶水解
食物中核酸的消化
胃 核蛋白
HCl
蛋白质
小肠
小肠
核酸
单核苷酸
胰核酸酶
核苷酸酶
磷酸 小肠
核苷 核苷酶
戊糖 含氮碱
• 核苷酸类物质在人体具有多方面的生理功用： ① 作为合成核酸的原料：如ATP，GTP，CTP， UTP用于合成RNA，dATP，dGTP，dCTP， dTTP用于合成DNA。 ② 作为能量的贮存和供应形式：除ATP之外， 还有GTP，UTP，CTP等。 ③ 参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸 cAMP和cGMP作为激素的第二信使。
还原型硫氧 SH 化还原蛋白 SH
氧化型硫氧 S 化还原蛋白 S
NADP+ 硫氧化还原蛋白还原酶 NADPH + H+
(FAD)
2. 从头合成的调节：
调节方式：反馈调节和交叉调节
5-磷酸核糖
IMP AMP、ADP GMP、GDP
+
-
PRPP合成酶
PRPP +
IMP AMP GMP
-
PRPP酰胺转移酶
I/G+PRPP
IMP/GMP+PPi
（三）抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制： • 能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代谢药物， 通常是属于嘌呤、氨基酸或叶酸的类似物，主 要通过对代谢酶的竞争性抑制作用，来干扰或 抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗肿瘤治疗 作用。
1. 嘌呤类似物： • 临床上应用较多的嘌呤类似物包括6-巯基嘌呤
第二十八章 核苷酸代谢
Chapter 28 Metabolism of nucleotides
• 核苷酸(nucleotide)是构成核酸(nucleic acid)的 基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体自身 合成的。
• 食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人 体所利用。 在核酸类物质的水解产物中，只有 磷酸和戊糖可被吸收利用。
腺苷酸（AMP）与鸟苷酸（GMP）的合 成
GDP + Pi
Asp + GTP
IMP
腺苷酸代琥 珀酸合成酶
IMP脱氢酶
H2O + NAD+
NADH + H+
AMP-S
延胡索酸
腺苷酸代琥 珀酸裂解酶
AMP
XMP
鸟苷酸合成酶
GMP
Gln + ATP
Glu + AMP + PPi
⑶ 三磷酸嘌呤核苷的合成：
核苷单磷酸激酶
核苷二磷酸激酶
AMP/GMP
ADP/GDP
ATP/GTP
ATP
ADP
ATP
ADP
NADPH+H+ 核糖核苷酸还原酶
合成RNA
NADP++H2O
核苷二磷酸激酶
dADP/dGDP
dATP/dGTP
ATP
ADP
合成DNA
核糖核苷酸还原酶的作用机 制
NDP
核糖核苷酸还原酶
dNDP + H2O
GTP +
AMP -
腺苷酸代琥珀酸合成酶
GMP -
IБайду номын сангаасP脱氢酶
ATP +
GMP合成酶
从头合成的调节
__ +
+
R-5-P PRPP合成酶
酰胺转移酶
PRPP
_PRA
ATP
_
_
腺苷酸代 琥珀酸
AMP ADP ATP
IMP
XMP GMP GDP GTP
_
腺苷酸代
AMP
IMP
琥珀酸
GTP
+
XMP _ATP
（aminopterin）及甲氨蝶呤（methotrexate， MTX）。 • 能竞争性抑制二氢叶酸还原酶，减少体内四氢 叶酸的生成，使嘌呤核苷酸合成过程中所需一 碳单位的供应受阻而抑制其合成。
一、嘌呤核苷酸的合成代谢
（一）嘌呤核苷酸的从头合成：
• 通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨 基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸 的过程称为从头合成途径(de novo synthesis)。
• 这一途径主要见于肝，其次为小肠和胸腺。 所 有合成反应在胞液中进行。
嘌呤碱合成的元素来源