10核酸酶促降解和核苷酸代谢
核酸的降解和核苷酸代谢
A-腺嘌呤
PHi O 2次黄2嘌呤
核糖
次腺黄苷苷
嘧啶的分解
HOHHβHH-氨OOO基OHO异HβHH-O丁丙H酸OOO氨HCHHNHHH酸OHOHOH2HO2N2ONHH+NH2NHON2ONHN3HCCHC3H乙CCCCHHH2H酸HOHHH3排代323HN3出谢22HNHA体。AHHDNHH乙β+外D-CNP酸H氨或OPHNA胸胞+基3尿2H进3++AD223腺异N嘧N嘧+H入DPHHC嘧丁NC啶有+H啶3P3+啶O酸HO2H机+C2H32酸+O+2
O
O P O CH2
O
O
PRPP: 5-磷酸核糖焦磷酸
O
O
O P O P O + Gln + H2 O
OH
OH O
O
PRPP
O
O P O CH2
O
O
NH2 + ppi + Glu
OH
OH
(3)5-磷酸核糖胺+Gly+ATP → 甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi
NH2 + Gly + ATP RP
NH2 CH2
黄苷 黄嘌呤
鸟苷酸 鸟苷
尿酸
嘧啶碱的分解
哺乳动物U、T可先还原为对应的二氢衍生 物再破环生成β-Ala及β-氨基异丁酸。
黄嘌呤
尿酸
OONHHH2
HNH
H
H核苷磷酸化酶
H O核糖-1-磷酸 22
脱氨基酶
HO H
H O NN 2 黄嘌呤氧化酶 OO2
NN HH
蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。
第十章 核酸酶促降解和核苷酸代谢详解
第二节 核苷酸的分解代谢
一、嘌呤核苷酸的降解 〈一〉部位：主要在肝、小肠、肾 〈二〉终产物：尿酸。
〈三〉特点：嘌呤环不被打破，产物不易溶于水。
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
NH3
黄嘌呤
H2O+O2
H2O2
黄嘌呤
氧化酶
H2O+O2
（灵长类以外的哺乳动物） 尿酸氧化酶
子物质合成嘧啶核苷酸的过程。 (2)原料：Gln、CO2、Asp、R-5-P（合成
dTMP尚需一碳单位） (3)合成部位：肝为主，胞液。
（4） 大致 过程：
（5）合成特点： 〈1〉先合成嘧啶环，后与R-5-P结合。 〈2〉先合成UMP、再转化生成CTP、dTMP等
〈二〉补救合成
利用嘧啶、嘧啶核苷合成嘧啶核苷酸的 过程。
IMP → → →AMP﹑GMP
合成IMP：十一步反应
IMP转为AMP 和GMP
特点： 〈1〉在R-5-P分子上逐步合成嘌呤核苷酸， 而不是先单独合成嘌呤环再和R-5-P 结合。 〈2〉先合成IMP再转化生成AMP、GMP。
（二） 嘧啶核苷酸的全合成
1、从头合成途径 (1)概念：机体利用AA、CO2、R-5-P等小分
二、核苷酸的半合成
〈一〉嘌呤核苷酸的补救合成 1、定义——某些组织器官利用游离的碱基 或核苷为原料合成核苷酸的途径。 2、简单过程：
ÏÙ àÑ ßÊ + PRPP APRT AMP + PPi
´Î »Æ àÑ ßÊ +PRPPHGPRT IMP+PPi
Äñ àÑ ßÊ +PRPP HGPRT GMP+PPi
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
UMP（CMP） + ADP
（2）磷酸核糖转移酶途径（尿嘧啶）
尿嘧啶 + 5-PRPP
尿嘧啶磷酸核糖转移酶
UMP + PPi
精选课件
脱氧核苷酸的合成
脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而来的。 一、 核糖核苷酸的还原
ADP GDP CDP UDP
dADP dGDP dCDP dUDP
dUMP
dTMP 还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行
核苷二磷酸激酶／Mg2+
UTP + ADP
CTP合成酶
UTP + Gln（NH4+）+ ATP + H2O
CTP + Glu +ADP+ Pi
精选课件
二、 补救途径 （1） 嘧啶核苷激酶途径（重要途径）
核苷磷酸化酶
嘧啶碱 + 1-磷酸核糖
嘧啶核苷 + Pi
尿苷激酶／Mg2+
尿苷（胞苷） + ATP
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
核酸
核酸酶
核苷酸酶
核苷酸
核苷
+
核苷磷酸化酶
磷酸
碱基
+
戊糖-1-磷酸
精选课件
一、 核酸的酶促降解
核酸的降解
第九章核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸在生物体内核酸酶、核苷酸酶、核苷酶等的作用下，分解为氨、尿素、尿囊素、尿囊酸、尿酸等终产物，排泄到体外。
在核酸的分解过程中，产生的核糖可以沿磷酸戊糖途径代谢，产生的核苷酸及其衍生物几乎参与细胞的所有生化过程。
如A TP是生物体内的通用能源；腺苷酸还是几种重要辅酶的组成成分；cAMP和cGMP作为激素作用的第二信使，是生物体内物质代谢的重要调节物质。
第一节核酸的分解代谢动物和异养型微生物可以分泌消化酶来分解食物中的核蛋白和核酸类物质，以获得各种核苷酸、核苷及嘌呤碱、嘧啶碱和戊糖。
植物一般不能消化体外的有机物质。
但所有生物细胞都含有与核酸代谢有关的酶类，能使细胞内的核酸分解，促使核酸更新。
在体内，核酸的分解过程如下：嘌呤碱和嘧啶碱+ 戊糖—1—磷酸。
一、核酸的降解（解聚）在生物体内能催化磷酸二酯键水解而使核酸解聚的酶，称为核酸酶。
其中专一作用于RNA的称为核糖核酸酶（RNase）；专一水解DNA的称为脱氧核糖核酸酶（DNase）。
核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶中，能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶称为核酸内切酶（Endonuclease）；而能从DNA或RNA以及低聚多核苷链的一端逐个水解下单核苷酸的酶称为核酸外切酶（Exonuclease)。
二、核苷酸的降解各种单核苷酸受细胞内磷酸单酯酶或核苷酸酶的作用水解为核苷和磷酸。
核苷在核苷酶的作用下进一步分解。
核苷酶的种类很多，可以分为两大类：一类是核苷磷酸化酶（Nucleoside Phosphorylase），一类是核酸水解酶（Nucleoside hydrolase）。
三、碱基的分解1．嘌呤的分解嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下脱去氨基。
在许多动物体内广泛含有鸟嘌呤脱氨酶，可以催化鸟嘌呤水解脱氨生成黄嘌呤。
但腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性很高。
因此，腺嘌呤的脱氨反应是在腺苷酸和腺苷的水平上进行的。
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。
第十章-核酸的降解与核苷酸的代谢
2、关于嘌呤核苷酸的合成描述正确的是 （ ）
A．利用氨基酸、一碳单位和CO2为原料，首先合成嘌呤环再与 5-磷酸核糖结合而成
B．以一碳单位、CO2、NH3和5—磷酸核糖为原料直接合成 C．5—磷酸核糖为起始物，在酶的催化下与ATP作用生成PRPP， 再与氨基酸、CO2和一碳单位作用，逐步形成嘌呤核苷酸 D．在氨基甲酰磷酸的基础上，逐步合成嘌呤核苷酸
碱基
分解
合成
进入戊糖磷酸途径 或重新合成核酸
一、嘌呤碱的分解代谢
AMP
GMP
（一）嘌呤碱的分解过程 1、代谢场所
•代谢场所：肝脏、小肠及肾脏 •生物体内嘌呤的分解可分别在碱基、核苷、核苷 酸水平上进行，进行的反应有脱氨、氧化等。
2、代谢过程
1） 在碱基水平上
嘌 呤 的 分 解
2）在核苷酸水平上
FH4
NADPH+H+
UTP
CTP合成酶 丝氨酸
NADP
谷 AT氨P酰胺胸胸前前““谷 A一D氨P一酸+滩Pi滩屎屎” N”ADP
dUDP
H2O
O
O
Pi
dUMP的C5甲基化而来
HN
thymidylate synthase
HN
CH3
NH3
H2O
dCMP
ON dR 5'
dUMdPUMdP
P N5,A尿NT胸苷P10苷酸-激C酸酶HA合D2成P-F酶HUD4P
O
二磷酸核苷激酶
N
AFTPH2
dR 5' P
ADP
N5,N10-CH2-FHF4Hr2e还d原uF酶cHFtHa22NsAeDPH+H+NA+DHP+H dTMP
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。
所有生物细胞都含有核酸代谢的酶类，能分解细胞内的各种核酸促进其更新。
生物化学第33章核酸的降解和核苷酸代谢
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药物治疗
针对核酸降解和核苷酸代谢异 常的疾病，可采用药物治疗， 如使用核酸酶抑制剂、核苷酸 类似物等。
基因治疗
对于由基因突变引起的核酸降 解和核苷酸代谢异常疾病，基 因治疗是一种潜在的治疗方法 ，如通过基因编辑技术修复突 变基因。
饮食调整
饮食调整可帮助改善核苷酸代 谢异常，如减少高嘌呤食物的 摄入以降低血尿酸水平。
调节代谢
核酸降解产生的核苷酸及其代谢产物可以调节细胞 内核苷酸代谢相关酶的活性，从而影响核苷酸代谢 的速率和方向。
维持平衡
核酸降解与核苷酸代谢之间的动态平衡对于维持细 胞内核苷酸稳态至关重要，核酸降解的异常可能导 致核苷酸代谢紊乱。
核苷酸代谢对核酸降解的反馈作用
80%
产物反馈
核苷酸代谢产生的某些产物可以 反馈抑制核酸降解相关酶的活性 ，从而调节核酸降解的速率。
嘧啶核苷酸的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谢
嘧啶核苷酸的合成
先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连生 成嘧啶核苷酸。合成的部位主要在肝 和小肠黏膜中。
嘧啶核苷酸的分解
嘧啶碱基分解代谢是先去除环外氨基生 成嘧啶，再氧化开环，最终生成CO2、 β-丙氨酸及β-氨基异丁酸等。
核苷酸代谢的调控与意义
核苷酸代谢的调控
核苷酸代谢受到多种因素的调控，包括底物浓度、酶活性、基因表达等。此外， 核苷酸代谢还与细胞周期、细胞增殖和分化等生理过程密切相关。
核苷酸代谢的意义
核苷酸是生物体内重要的组成成分，参与遗传信息的传递和表达。同时，核苷 酸也是多种生物活性物质的合成前体，如辅酶、激素等。因此，核苷酸代谢对 于维持生物体的正常生理功能具有重要意义。
核酸的酶促降解
①生成乳清苷酸
②由乳清苷酸转化成其它化合物
↗CO2 乳清苷酸→UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶
UDP+ADP UDP+ATP核苷二磷酸激酶UTP+ADP UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP合成酶 →CTP+谷氨酸+ADP+Pi (2)补救途径与嘌呤核苷酸补救途径相 似
AMP-S
AMP
XMP
GMP
Gln
（2）补救合成途径 嘌呤碱和PRPP在特异的磷酸核糖转 移酶作用下生成嘌呤核苷酸
腺嘌呤+PRPP腺嘌呤磷酸核糖转移酶 →AMP+PPi
鸟嘌呤+PRPP次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 →GMP+PPi
2、嘧啶核苷酸的生物合成
（1）从头合成。 特点：A、先合 成嘧啶环，再与PRPP作用生成 嘧啶核苷酸；B、初产物为乳清
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）。
IMP
Asp NAD+
根据核酸酶对底物的专一性将其分为 三类：核糖核酸酶；脱氧核糖酸 酶；非特异性核酸酶。
脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶专一水解DNA而不作用 于RNA。分为内切酶和外切酶。
内切酶中的限制性内切酶是一种重要 的工具酶。它作用于特定的核苷酸序列， 有极高的专一性，切割后形成平齐末端 和粘性末端。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
NADP++Gly
NADPH+H++Ser
核苷酸合成前体类似物与抗癌、抗菌药物
根据酶的抑制原理，在癌症的化学治疗或抗菌治疗中，往 往选用一些底物类似物（抗代谢物）抑制胸苷酸合成酶或二氢 叶酸合成酶的合成，使胸苷酸不能合成，例如：
1、氨基蝶呤、氨甲蝶呤、三甲氧苄氨嘧啶为叶酸类似物， 是二氢叶酸还原酶抑制剂，可抑制癌细胞和细菌生长；
为胸腺嘧啶合 成提供甲基
NAD+ NDAH+H+
N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶
组氨酸 苷氨酸
FH4
N5， N10 = CH-FH4
参与嘌呤合成
HCOOH FH4
H2O 环水化酶
H+
N10 -CHO-FH4
参与嘌呤合成
核 苷 酸 的 合 成 及 相 互 关 系
磷酸核糖转移酶
嘌呤+PRPP
A(G)MP+PPi
嘌呤+1-P-核糖
嘌呤核苷 ATP
ADP A(G)MP
嘧啶核苷酸从头合成途径
a、嘧啶环上原子的来源 b、UMP的从头合成
c、UMP转变为CTP
CTP合成酶
UMP UDP UTP
CTP
ATP Gln H2O
嘧啶环上各原子的来源
H2N-CO- P
氨甲酰磷酸
（属名） （种名）
Hind
（株系）
I— 特异性甲基化酶 II—GTPyPuAC III— AAGCTT
限制性内切酶的意义
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。
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人类和灵长类
G
脱氨酶
尿酸氧化酶 其它哺乳动物
尿囊素
尿囊素酶
尿囊酸
尿素酸酶
植物
尿素+ 乙醛酸
脲酶
大多鱼类
NH3+ CO2
海洋无脊椎动物或微生物
人类和灵长类 哺乳动物
大多鱼类 植物 海洋无脊椎动物或微生物
三、嘧啶的降解
一般具有氨基的嘧啶碱需要水解脱去氨基，如 胞嘧啶生成尿嘧啶，尿嘧啶或胸腺嘧啶经还原生成 二氢尿嘧啶或二氢胸腺嘧啶。DHU经水解使环裂开， 生成-脲基丙酸,再水解生成CO2 、NH3 和-丙氨酸。 DHT也发生类似水解反应，先生成-脲基异丁酸， 后者水解生成CO2、NH3和-氨基异丁酸。
谷氨酰氨 氨甲酰磷酸
N3 C2
C5
天冬氨酸
C6
N1
尿嘧啶核苷酸（UMP）的合成
• 由氨甲酰磷酸与天冬氨酸合成氨甲酰天 冬氨酸，闭环并被氧化成乳清酸。乳清 酸与PRPP作用生成乳清酸核苷酸，乳清 酸核苷酸脱羧后就成为尿嘧啶核苷酸。 • UMP合成过程可概括为： 1）由氨甲酰磷酸与天冬氨酸反应，然后脱 氢生成乳清酸。 2）乳清酸与5’－磷酸核糖焦磷酸结合经脱 羧后就成为尿嘧啶核苷酸（UMP）。
核苷酸在核苷酸酶的作用下水解为磷酸和核苷。核苷酸酶 有两类：一类是非特异核苷酸酶，对2’,3’或5’核苷酸均可水解， 另一类是特异性强的核苷酸酶，有3’-核苷酸酶，5’-核苷酸酶。 核苷经核苷酶作用后，产生嘌呤、嘧啶和核糖。这类酶也 有两类:一类是核苷磷酸化酶，它催化核苷水解产生碱基和磷酸 核糖;另一类是核苷水解酶，它分解核苷产生碱基和核糖。
GTP和ATP的形成
激酶 激酶 AMP（ GMP）+ ATP ADP（GDP） ATP（GTP）
嘌呤核苷酸合成的要点
①嘌呤核苷酸的合成并不是先形成游离的嘌呤，然后再生 成核苷酸，而是直接形成次黄嘌呤再转变为其他核苷酸。 ②PRPP是核苷酸中磷酸核糖的供体，PRPP是ATP和5-磷 来自甲 酸核糖合成的。 酸盐 来自甲
4~6个碱基对
形成粘性末端或平端
重组DNA分子的操作
基因体外重组
The formation of a recombinant DNA molecule
限制内切酶的命名
限制性内切酶名称的第一个字母取自获得此内
切酶的细菌属名的第一个字母，用大写。
名称的第二、三个字母取自该细菌种名的头二
个字母，用小写字母。
核苷磷酸化酶
嘌呤+1-P-核糖-------------→嘌呤核苷＋Pi
ATP ↓核苷磷酸激酶
嘌呤核苷酸＋ADP
二、嘧啶核苷酸的生物合成
1、从头合成
嘧啶核苷酸的从头合成和嘌呤核苷酸不同。首先 形成的是嘧啶环，然后才与磷酸核糖结合为乳清酸核 苷酸，再生成UMP，后者转变为其它的嘧啶核苷酸。 嘧啶碱上原子的来源 C4
CU DHU -脲基丙酸 -丙氨酸 COA、乙酸 CO2、NH3 T DHT -脲基异丁酸 -氨基异丁酸
第三节
核苷酸的合成代谢
植物、动物和微生物，一般都能够合成各种嘌呤和嘧啶 核苷酸，它们的合成途径大致相同。 通常核苷酸的生物合成有两条主要途径:
从头合成 补救途径
利用简单的原料如氨基酸、甲酸盐和CO2等合 成核苷酸。 利用核酸降解的中间产物或外源的核苷与嘌呤 碱和嘧啶碱直接合成新的核苷酸。
激酶
NMP+ATP
NDP+ADP
1. 核糖核苷酸还原
细菌与动物中，在核苷二磷酸水平上进行。
还原酶系：核糖核苷酸还原酶、 硫氧还蛋白、 硫氧还蛋白还原酶。 供氢体：NADPH
NDP ———————— d NDP 核苷酸还原酶系
2．dTMP的合成
由TMP合成酶催化dUMP经甲基化而生成，甲基供体是 N5，N10－亚甲基四氢叶酸。
IMP的合成途径 ： PRPP经11 Step合成IMP
甘氨酸 甘氨酸
ATP ADP＋Pi ADP＋Pi
PRPP合成酶
酰胺磷酸核糖转移酶
来自甲 酸盐
磷酸核糖甘氨酰胺 来自甲 酸盐 合成酶
CO22 CO
氨基咪唑核苷酸羧化酶
IMP转变为GMP和AMP
IMP的C6 =O 氨基化生成AMP：Asp延胡索酸，留下-NH2； IMP的C2氨基化生成GMP：+H2O，脱HC2=O ，Gln提供 - NH2
六、核苷酸辅酶的合成
• 辅酶有FMN、 FAD、NAD、NADP和CoA。 1. FMN、FAD的合成 核黄素＋ATP FMN＋ATP
黄素激酶
FMN＋ADP
FAD焦磷酸化酶
FAD＋PPi
2. NAD、NADP的合成
3. CoA的合成
复习思考题
1.举例说明降解核酸的酶的作用方式和特异 性。 2.生物体内嘌呤环和嘧啶环是如何合成的？ 有哪些氨基酸直接参与核苷酸的合成？ 3.什么是核苷酸的从头合成途径？什么是其 补救途径？ 4.脱氧核苷酸是如何合成的？
嘌呤环上各原子的来源
来自甲酸盐
来自甲酸盐
次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成途径所需酶
1、PRPP合成酶 2、酰胺磷酸核糖转移酶 3、磷酸核糖甘氨酰胺合成酶 4、磷酸核糖甘氨酰胺转甲酰基酶
5、磷酸核糖甲酰甘氨脒合成酶
6、氨基咪唑核苷酸合成酶 7、氨基咪唑核苷酸羧化酶 8、氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶 9、腺苷酸琥珀酸裂合酶 10、磷酸核糖氨基咪唑甲酰胺转甲酰基酶 11、次黄嘌呤核苷酸环水解酶
根据核酸酶对底物的专一性将其分为三类:
1. 核糖核酸酶 (RNase) 2. 脱氧核糖核酸酶(DNase) DNase只能水解DNA的磷酸二酯键。胰DNase I 可切割双链 和单链DNA，产物为5’-磷酸寡核苷酸、牛脾DNaseII降解 DNA则产生3’-磷酸为未端的寡核苷酸。 3. 非特异性核酸酶 RNA、DNA均可水解。
UMP磷酸核糖转移酶
(1)U+PRPP
UMP+PPi（主要途径）
尿苷激酶
(2) U+1-P-核糖
Mg 2+
尿嘧啶核苷+Pi
ATP
UMP+ADP
三、脱氧核糖核苷酸的生物合成
脱氧核苷酸是由相应的核糖核苷酸还原生成的。 Ａ、G、C这三种核糖核苷酸经还原，以氢代替2’－ 羟基，即成为相应的脱氧核糖核酸。 但dTMP的形成需要两个步骤：首先由UMP还原 成dUMP ，然后尿嘧啶再经甲基化转变成胸腺嘧啶。 ADP、UDP、GDP、CDP的生成是由相应的单核苷 酸激酶催化生成的。
核苷酸合成的两条途径
补救途径
核苷
从头合成
核糖、氨基酸、CO2、NH3
辅酶
碱基
核糖核苷酸 RNA
脱氧核苷
脱氧核苷酸
DNA
一、嘌呤核苷酸的生物合成
1、从头合成
以5’-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)提供核糖,在此基础上逐步 进行嘌呤环的“组装”。首先形成IMP（次黄嘌呤核苷酸）,以 后再转化为其它各种嘌呤核苷酸。
第十章
核酸酶促降解和核苷酸代 谢
核酸酶促降解 核苷酸的分解代谢 核苷酸的合成代谢
第一节 第二节 第三节
第一节 核酸酶促降解
所有的细胞内均含有降解核酸的酶类,它们协同作用可把核 酸彻底分解为嘌呤、嘧啶、戊糖和磷酸。
核酸的降解
水解核酸3’，5’-磷酸二酯键的酶，称为核酸酶。
核酸酶分为核酸内切酶和核酸外切酶： 内切酶；从核酸的内部切断磷酸二酯键。 外切酶：从核苷酸链的3’-未端或5’-未端逐个水解切 下单核苷酸。
NTP＋NDP
ATP
核苷二磷酸激酶
﹀
﹀
核苷酸之间的相互关系
五、核苷酸合成的抑制剂
1）Gln类似物 如重氮乙酰-L-丝氨酸与Gln氨基转移酶形成共价键 (不可逆抑制) 。 2）叶酸及其底物类似物 磺胺 、氨基蝶呤可抑制叶酸的合成。 3）碱基或核苷类似物 5-氟尿嘧啶和5-氟脱氧尿嘧啶抑制胸苷酸合成酶； 6-巯基嘌呤和6-甲基巯基嘌呤核苷抑制核苷酸的合成。
UMP的酶促合成途径
谷氨酰氨＋2ATP＋HCO3－
氨甲酰磷酸合成酶
氨甲酰磷酸＋2ADP＋Pi＋谷氨酸
UMP转变为CTP
UMP＋ATP
尿嘧啶核苷酸激酶
UDP+ADP
ATP 尿苷二磷酸激酶 ADP
CTP
Glu Gln
UTP
嘧啶核苷酸生物合成的调节
2、补救合成途径
对外源和自身代谢产生的嘧啶碱和核苷也可直接利用。
限制性内切酶II
对双链DNA中4-6个bp所组成的特异序列进行专 一识别，并在此序列中按对称顺序同时切断2条DNA 链。 如 E.COR I： 5’ –G|AATTC – 3’ 3’– CTTAA|G –5’
产物： 粘性末端 平齐末端
GG‥CC
CC‥GG
3’
5’
分子刀-DNA限制性内切酶
识别特定的核苷酸序列
例如：小球菌核酸酶是内切酶，可作用RNA或变性DNA，产 生3’-P-核苷酸，而蛇毒磷酸二酯酶则能从RNA链或DNA链的 3’-羟基末端逐个切割核苷酸，生成5’-P-核苷酸。牛胰核酸酶 5’-外切酶产物为3’-P-核苷酸。
限制性内切酶
生物功能:在于防止病毒感染宿主细胞或者用于降解 外面侵入的DNA，但不降解自身细胞中的DNA，因为 在自身DNA的酶切位点上经甲基化修饰受到保护。 分类：限制性内切酶有三种类型——I、II、III。 • I和III型限制性内切酶水解DNA需要消耗ATP。可通 过在碱基上以甲基化对DNA进行化学修饰。 • II型限制性内切酶水解DNA不需要消耗ATP，不以甲 基化对DNA进行化学修饰，能识别DNA的特异核苷酸 序列，并在所识别的特异核苷酸顺序内或附近切割 DNA。