【生物化学】核酸的降解和核苷酸代谢2011
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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；
生物化学第十一章
氨甲酰磷酸
嘧啶核苷酸合成途径
2.胞苷酸的合成：
3.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成：
嘧啶核苷酸的补救合成途径：
补救合成途径： 由分解代谢产生的嘧啶/ 嘧啶核苷转变为嘧啶核苷酸的过程称为补 救合成途径(salvage pathway)。以 嘧啶核苷的补救合成途径较重要。
嘧啶核苷酸补救合成途径
尿嘧啶+PRPP UMP+PPi
二、嘌呤类似物和嘧啶类似物
1、嘌呤类似物主要有6-巯基嘌呤（6-MP）、2， 6-二氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤等。 2、嘧啶类似物主要有5-氟尿嘧啶（5-FU）和6氮尿嘧啶（6-AU）等。
6-巯基嘌呤（6-MP）的作用机理是什么？
6-MP其结构与次黄嘌呤类似（C6上巯基取代了羟 基），它可进入体内竞争性地抑制次黄嘌呤-鸟 嘌呤磷酸核糖转移酶，抑制了IMP 和GMP 的补 救合成。 6-MP还可经磷酸核糖化而转变为6-巯基嘌呤核苷 酸，从而抑制IMP 转变成AMP 和GMP。 6-巯基嘌呤核苷酸还可反馈抑制嘌呤核苷酸从头 合成的调节酶（磷酸核糖酰胺转移酶），使 PRA合成受阻，从而干扰IMP、AMP 和GMP 的合成。
限制性核酸内切酶：分为3种类型
（1）Ⅰ类：由3种不同亚基构成，兼具修饰酶活 性和依赖于ATP 的限制性内切酶活性，需要 Mg2+、S-腺苷甲硫氨酸及ATP的参与。复杂的 多功能酶，在基因工程上的应用价值不大。 （2）Ⅱ类：相对分子量较小，能识别双链DNA 上特异的核苷酸序列，底物作用的专一性强， 且识别序列与切断序列相一致，在分子生物学 中应用最广。 （3）Ⅲ类：只由一条肽链构成，仅需Mg2+，切 割DNA 特异性最强。
Recognize site
1-1.5kb
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
生物化学 第十二章 核酸降解及核苷酸代谢
的过程
利用磷酸核糖、
氨基酸、甲酸 盐及CO2等简 单物质为原料，
经过一系列酶
促反应，合成
核糖核苷酸的 途径
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
AMP
GMP
嘌呤碱合成的元素来源
CO2
Gly
Asp
甲酰基 （一碳单位）
甲酰基 （一碳单位）
Gln （酰胺基）
合成过程
1. 在PRPP基础上逐步合成嘌呤环， 首先合成IMP（IMP合成）；
核酸酶内切酶
核糖核酸酶（RNase）
RNase：作用于RNA内部的磷酸二酯键，主要有RNaseA； 产物：5′-OH末端和3′-磷酸基末端的寡核苷酸片段。
Py Pu Py Py G A C U G A
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
OH
5´
3´
RNase A
A A RNase T1
A A T1
RNase对RNA的水解位点示意图 （Pu：嘌呤 Py：嘧啶）
酶
Alu I Bam H I Bgl I EcoR I Hind Ⅲ Sal I Sma I
常用的DNA限制性内切酶的专一性
辨认的序列和切口
说明
‥ ‥A G C T ‥‥ ‥ ‥T C G A ‥ ‥
四核苷酸，平端切口
‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥
六核苷酸，粘端切口
GMP
嘌呤核苷酸从头合成特点
Ø嘌呤核苷酸是在5-磷酸核糖基础上进行的； Ø由IMP转化产生AMP或GMP； ØIMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键； ØAMP或GMP的合成又需1个GTP或ATP。
利用磷酸核糖、
氨基酸、甲酸 盐及CO2等简 单物质为原料，
经过一系列酶
促反应，合成
核糖核苷酸的 途径
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
AMP
GMP
嘌呤碱合成的元素来源
CO2
Gly
Asp
甲酰基 （一碳单位）
甲酰基 （一碳单位）
Gln （酰胺基）
合成过程
1. 在PRPP基础上逐步合成嘌呤环， 首先合成IMP（IMP合成）；
核酸酶内切酶
核糖核酸酶（RNase）
RNase：作用于RNA内部的磷酸二酯键，主要有RNaseA； 产物：5′-OH末端和3′-磷酸基末端的寡核苷酸片段。
Py Pu Py Py G A C U G A
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
OH
5´
3´
RNase A
A A RNase T1
A A T1
RNase对RNA的水解位点示意图 （Pu：嘌呤 Py：嘧啶）
酶
Alu I Bam H I Bgl I EcoR I Hind Ⅲ Sal I Sma I
常用的DNA限制性内切酶的专一性
辨认的序列和切口
说明
‥ ‥A G C T ‥‥ ‥ ‥T C G A ‥ ‥
四核苷酸，平端切口
‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥
六核苷酸，粘端切口
GMP
嘌呤核苷酸从头合成特点
Ø嘌呤核苷酸是在5-磷酸核糖基础上进行的； Ø由IMP转化产生AMP或GMP； ØIMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键； ØAMP或GMP的合成又需1个GTP或ATP。
生物化学_09 核酸降解和核苷酸的代谢
IMP转变为GMP和 转变为GMP （3）IMP转变为GMP和AMP
2、 补救途径
(利用已有的碱基和核苷合成核苷酸) (1) 磷酸核糖转移酶途径（重要途径）
核苷磷酸化酶
嘌呤核苷 + 磷酸 腺嘌呤 + 5-PRPP
次黄嘌呤(鸟嘌呤) 磷酸核糖转移酶
嘌呤碱 + 戊糖-1-磷酸 AMP + PPi
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
基因组DNA 基因组 不被切割
限制—修饰的酶学假说 限制 修饰的酶学假说 1968年，Meselson 和Yuan发现了 型限制性核酸内切酶 年 发现了I型限制性核酸内切酶 发现了 1970年，Smith和Wilcox从流感嗜血杆菌中分离纯化了 年 和 从流感嗜血杆菌中分离纯化了 第一个II型限制性核酸内切酶 第一个 型限制性核酸内切酶Hind II 型限制性核酸内切酶
（2）尿嘧啶核苷酸的合成 ）
天冬氨酸转氨甲酰酶 二氢乳清酸酶
乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+ 二氢乳清酸脱氢酶
乳清苷酸脱羧酶
（3） 胞嘧啶核苷酸的合成
尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln（动物） 细菌） 尿嘧啶核苷三磷酸可直接与 （动物） 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。
二、脱氧核糖核酸酶
只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 DNA磷酸二酯键的酶 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ） 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ）： 可切割双链和单链DNA 降解产物为3 DNA， 可切割双链和单链 DNA， 降解产物为 3’ - 磷酸 为末端的寡核苷酸。 为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶： 限制性核酸内切酶： 细菌产生的、能识别并特异切割外源DNA DNA特定 细菌产生的 、 能识别并特异切割外源 DNA 特定 中的磷酸二脂键( 序列中的磷酸二脂键 对碱基序列专一） 序列中的磷酸二脂键(对碱基序列专一）的核酸内 切酶。 切酶。
生物化学下-第33章 核酸的降解与核苷酸代谢
腺苷酸琥珀酸 合成酶
磷酸核糖焦磷 酸激酶 转酰胺酶
次黄嘌呤核苷 酸脱氢酶
➢ 嘌呤核苷酸合成的抗代谢物
抗代谢物的概念:在化学结构上与正常代谢物（底物 或辅酶）结构相似，具有竞争性拮抗正常代谢的 物质。
机制:竞争性抑制或“以假乱真”方式干扰或阻断核 苷酸的合成代谢，进而阻止核酸及蛋白质的生物 合成。
尿囊酸酶
尿囊素酶
尿囊酸 （硬骨鱼类）
小 AMP 结
GMP
嘌呤碱的最终 代谢产物
I
H 黄嘌呤氧化酶
X
G
黄嘌呤氧化酶
OH
N
N
OH
HO
N
N H
尿 酸 (uric acid)
3、代谢产物
•排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类 •排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类 •排尿囊酸动物：硬骨鱼类 •排尿素动物：大多数鱼类、两栖类 •某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。 •植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物 （尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。 •微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲 酸、乙酸、乳酸、等）。
Lesch-Nyhan综合症（莱-尼综合症）：也称为自毁容貌 症，是由于次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的遗传缺陷 引起的。缺乏该酶使得次黄嘌呤和鸟嘌呤不能转换为 IMP和GMP，而是降解为尿酸，过量尿酸将导致LeschNyhan综合症。手舞足蹈，咬指咬唇强迫自残。
5、嘌呤核苷酸 生物合成的调节
（二）嘌呤核苷酸的合成
1、 从头合成的概念及部位
①定义
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，经过一系列酶促反应，合成 嘌呤核苷酸的途径。
②合成部位
磷酸核糖焦磷 酸激酶 转酰胺酶
次黄嘌呤核苷 酸脱氢酶
➢ 嘌呤核苷酸合成的抗代谢物
抗代谢物的概念:在化学结构上与正常代谢物（底物 或辅酶）结构相似，具有竞争性拮抗正常代谢的 物质。
机制:竞争性抑制或“以假乱真”方式干扰或阻断核 苷酸的合成代谢，进而阻止核酸及蛋白质的生物 合成。
尿囊酸酶
尿囊素酶
尿囊酸 （硬骨鱼类）
小 AMP 结
GMP
嘌呤碱的最终 代谢产物
I
H 黄嘌呤氧化酶
X
G
黄嘌呤氧化酶
OH
N
N
OH
HO
N
N H
尿 酸 (uric acid)
3、代谢产物
•排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类 •排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类 •排尿囊酸动物：硬骨鱼类 •排尿素动物：大多数鱼类、两栖类 •某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。 •植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物 （尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。 •微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲 酸、乙酸、乳酸、等）。
Lesch-Nyhan综合症（莱-尼综合症）：也称为自毁容貌 症，是由于次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的遗传缺陷 引起的。缺乏该酶使得次黄嘌呤和鸟嘌呤不能转换为 IMP和GMP，而是降解为尿酸，过量尿酸将导致LeschNyhan综合症。手舞足蹈，咬指咬唇强迫自残。
5、嘌呤核苷酸 生物合成的调节
（二）嘌呤核苷酸的合成
1、 从头合成的概念及部位
①定义
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，经过一系列酶促反应，合成 嘌呤核苷酸的途径。
②合成部位
核酸的降解和核苷酸代谢
甲酰FH4
合成酶
关键酶
18
⑵ IMP → → →AMP﹑GMP
6
2
6
2 19
（二） 嘌呤核苷酸的补救合成
两个酶：① 腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）
② 次黄嘌呤(鸟嘌呤)磷酸核糖转移酶（HGPRT） 反应： 腺嘌呤 ＋ PRPP APRT AMP ＋ PPi
次黄嘌呤 ＋ PRPP HGPRT IMP ＋ PPi
2. 补救合成途径（salvage pathway）: 利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，
合成嘌呤核苷酸的过程。 （脑﹑骨髓等只能进行此途径）
14
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
组织：肝﹑小肠粘膜及胸腺 细胞内定位：细胞液 嘌呤环中各 碳、氮原子的来源： 甲酸盐
甲酸盐 15
⒈ 合成途径 两个阶段： ⑴ 5-磷酸核糖→ → →次黄嘌呤核苷酸（IMP） ⑵ IMP → → →AMP﹑GMP
源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割 DNA,常作为工具酶。
4
核酸外切酶对核酸的水解位点
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）
DNA/RNA
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3´端外切3得5） DNA/RNA
5
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，产生粘性末端或平末端， 这类酶称为限制性内切酶。
六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
Eco R I Hind Ⅲ
生物化学考研 核酸的降解和核苷酸代谢
• 选择性杀伤淋巴细胞
– 对象是B- 和 T-细胞 – 阻碍免疫反应
• 腺苷脱氨酶缺乏症Adenosine deaminase deficiency (ADA) ：一种严重的免疫缺陷症， 腺苷脱氨酶的缺乏可使T淋巴细胞因代谢 产物的累积而死亡，从而导致严重的联合 性免疫缺陷症（SCID）。通常导致婴儿 出生几个月后死亡。
还开了药物别嘌呤醇.
• 几天以后，情况已解决并且已经停止服用嘌呤 醇了。重新测定尿酸水平（7.1毫克/升）。医生 给他一些关于改变生活方式的建议。
痛风
尿酸排泄的削弱与过量产生导致发病 尿酸结晶沉淀在关节（痛风性关节炎），肾脏， 输尿管（结石） 黄嘌呤氧化酶抑制剂可以抑制尿酸产生, 用来治 疗痛风药物治疗–次黄嘌呤类似物结合黄嘌呤氧 化酶降低尿酸的生成
次黄嘌呤
黄嘌呤
H2O+O2 H2O2 黄嘌 H2O+O2
尿囊素
呤氧
尿酸氧化酶 H2O化2酶 尿酸
H2O 尿囊 CO2+H2O2 2H2O+O2
素酶
尿囊酸
尿囊酸尿酶素 + 乙醛酸
H2O
脲酶
4NH3 + 2CO2
嘌呤的分解代谢
NH2
N
N
N H
N
Adenine
+H2O 腺嘌呤脱氨酶
O
N
NH
N H
N
NH2
核苷
•把一个嘌呤或嘧啶基与糖通过N-糖苷键的产物
• 嘌呤的N9原子与糖的C1形成糖苷键 • 嘧啶的 N1原子与糖的C1 形成糖苷键
磷酸基团 • 单-，二-或三磷酸
磷酸基团可接合到糖的C3或C5原子
核苷酸
• 一个或更多的磷酸基团通过酯化反应结合的核苷在 分子的5′端的产物
– 对象是B- 和 T-细胞 – 阻碍免疫反应
• 腺苷脱氨酶缺乏症Adenosine deaminase deficiency (ADA) ：一种严重的免疫缺陷症， 腺苷脱氨酶的缺乏可使T淋巴细胞因代谢 产物的累积而死亡，从而导致严重的联合 性免疫缺陷症（SCID）。通常导致婴儿 出生几个月后死亡。
还开了药物别嘌呤醇.
• 几天以后，情况已解决并且已经停止服用嘌呤 醇了。重新测定尿酸水平（7.1毫克/升）。医生 给他一些关于改变生活方式的建议。
痛风
尿酸排泄的削弱与过量产生导致发病 尿酸结晶沉淀在关节（痛风性关节炎），肾脏， 输尿管（结石） 黄嘌呤氧化酶抑制剂可以抑制尿酸产生, 用来治 疗痛风药物治疗–次黄嘌呤类似物结合黄嘌呤氧 化酶降低尿酸的生成
次黄嘌呤
黄嘌呤
H2O+O2 H2O2 黄嘌 H2O+O2
尿囊素
呤氧
尿酸氧化酶 H2O化2酶 尿酸
H2O 尿囊 CO2+H2O2 2H2O+O2
素酶
尿囊酸
尿囊酸尿酶素 + 乙醛酸
H2O
脲酶
4NH3 + 2CO2
嘌呤的分解代谢
NH2
N
N
N H
N
Adenine
+H2O 腺嘌呤脱氨酶
O
N
NH
N H
N
NH2
核苷
•把一个嘌呤或嘧啶基与糖通过N-糖苷键的产物
• 嘌呤的N9原子与糖的C1形成糖苷键 • 嘧啶的 N1原子与糖的C1 形成糖苷键
磷酸基团 • 单-，二-或三磷酸
磷酸基团可接合到糖的C3或C5原子
核苷酸
• 一个或更多的磷酸基团通过酯化反应结合的核苷在 分子的5′端的产物
第十章 核酸的降解及核苷酸代谢(与“核苷酸”相关文档)共11张PPT
尿酸（醇式）
尿素
NH 2 N
N
O
H
NH2
O NH
还原
二氢尿嘧啶
N
O
H
（开环）
H2O
Β－丙AA
H2O
Β－脲基丙酸
第7页，共11页。
三、核苷酸的生物合成
三字母： 属名＋种名＋株名
核酸外切酶 磷酸单酯酶
RNA: RNase(酶稳定、耐高温)
概述： 补救途径
从头合成
Hale Waihona Puke 三字母： 属名＋种名＋株名
三字母： 属名＋种名＋株名
第10页，共11页。
2. 嘧啶核苷酸的合成
Gln CO2
Asp
第11页，共11页。
1952， Smith Human 用T4 phage 感染E.
第具十有章 识别核双酸链的D降N解A分和子核中苷特酸定代核谢苷酸序列，并由此切割DNA双链的核酸内切酶统称为限制性核酸内切酶辅酶
三字母： 属名＋种名＋株名
碱基 限制性核酸内切酶 （Restriction endonuclease）
核糖核苷酸
从头合成 提出了限制与修饰现象。
第十章 核酸的降解和核苷酸代谢
ATP
限制性核酸内切酶
基本途径 （Restriction endonuclease）
三字母： 属名＋种名＋株名
（CO2/NH3/AA/戊糖）
1952， Smith Human 用T4 phage 感染E.
核苷酸
核酸内切酶 磷酸二酯酶 Ⅲ类：切割方式基本同Ⅱ类 半合成（补救合成）
第十章 核酸的降解和核苷酸代谢
• 核酸的酶促降解 • 核苷酸的分解代谢 • 核苷酸的生物合成
第1页，共11页。
尿素
NH 2 N
N
O
H
NH2
O NH
还原
二氢尿嘧啶
N
O
H
（开环）
H2O
Β－丙AA
H2O
Β－脲基丙酸
第7页，共11页。
三、核苷酸的生物合成
三字母： 属名＋种名＋株名
核酸外切酶 磷酸单酯酶
RNA: RNase(酶稳定、耐高温)
概述： 补救途径
从头合成
Hale Waihona Puke 三字母： 属名＋种名＋株名
三字母： 属名＋种名＋株名
第10页，共11页。
2. 嘧啶核苷酸的合成
Gln CO2
Asp
第11页，共11页。
1952， Smith Human 用T4 phage 感染E.
第具十有章 识别核双酸链的D降N解A分和子核中苷特酸定代核谢苷酸序列，并由此切割DNA双链的核酸内切酶统称为限制性核酸内切酶辅酶
三字母： 属名＋种名＋株名
碱基 限制性核酸内切酶 （Restriction endonuclease）
核糖核苷酸
从头合成 提出了限制与修饰现象。
第十章 核酸的降解和核苷酸代谢
ATP
限制性核酸内切酶
基本途径 （Restriction endonuclease）
三字母： 属名＋种名＋株名
（CO2/NH3/AA/戊糖）
1952， Smith Human 用T4 phage 感染E.
核苷酸
核酸内切酶 磷酸二酯酶 Ⅲ类：切割方式基本同Ⅱ类 半合成（补救合成）
第十章 核酸的降解和核苷酸代谢
• 核酸的酶促降解 • 核苷酸的分解代谢 • 核苷酸的生物合成
第1页，共11页。
生物化学-生化知识点_第八章 核酸的降解和核苷酸的代谢
第八章核酸的降解和核苷酸的代谢下册 P3878-1 核酸和核苷酸的分解代谢核酸在核酸酶（磷酸二酯酶）作用下降解成核苷酸，核苷酸在核苷酸酶（磷酸单酯酶）作用下分解成核苷与磷酸，然后再在核苷磷酸化酶作用下可逆生成碱基（嘌呤和嘧啶）和戊糖-1-磷酸。
一一一嘌呤碱的分解代谢： P390 图33-2首先在各种脱氨酶作用下水解脱去氨基（脱氨也可以在核苷或核苷酸的水平上进行），腺嘌呤脱氨生成次黄嘌呤(I)，鸟嘌呤脱氨生成黄嘌呤(X)，I和X在黄嘌呤氧化酶作用下氧化生成尿酸。
人和猿及鸟类等为排尿酸动物，以尿酸作为嘌呤碱代谢最终产物；其他生物还能进一步分解尿酸形成尿囊素、尿囊酸、尿素及氨等不同代谢产物。
尿酸过多是痛风病起因，病人血尿酸 > 7mg%，为嘌呤代谢紊乱引起的疾病。
可服用别嘌呤醇，结构见P389，与次黄嘌呤相似。
别嘌呤醇在体内先被黄嘌呤氧化酶氧化成别黄嘌呤，别黄嘌呤与酶活性中心的Mo（Ⅳ）牢固结合，使Mo（Ⅳ）不易转变成Mo(Ⅵ)，黄嘌呤氧化酶失活，使I和X不能生成尿酸，血尿酸含量下降。
一一一嘧啶碱的分解代谢：见P391 图33-3C：胞嘧啶先脱氨成尿嘧啶U，U再还原成二氢尿嘧啶后水解成β-丙氨酸。
T：胸腺嘧啶还原成二氢胸腺嘧啶后水解成β-氨基异丁酸。
8-2 核苷酸的生物合成一一一核糖核苷酸的生物合成一1一从头合成：从一些简单的非碱基前体物质合成核苷酸。
1.嘌呤核苷酸：从5-磷酸核糖焦磷酸（5-PRPP）开始在一系列酶催化下先合成五元环，后合成六元环，共十步生成次黄嘌呤核苷酸。
然后再生成A、G等嘌呤核苷酸。
2.嘧啶核苷酸：先合成嘧啶环（乳清酸），再与5-PRPP（含核糖、磷酸部分）反应生成乳清苷酸，失羧生成尿嘧啶核苷酸（UMP），再转变成其他嘧啶核苷酸。
一2一补救途径：利用已有的碱基、核苷合成核苷酸，更经济，可利用已有成分。
特别在从头合成受阻时（遗传缺陷或药物中毒）更为重要。
外源或降解产生的碱基和核苷可通过补救途径被生物体重新利用。
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。
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
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。
生物化学核酸的降解与核苷酸代谢ppt课件
❖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
•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)
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
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
ATP
ADP
二磷酸核苷激酶
UDP
ATP
ADP
UTP
CTP合成酶
谷氨酰胺 ATP
谷氨酸 ADP+Pi
（3） dTMP或TMP的生成
脱氧核苷酸还原酶
合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、 CO2、磷酸核糖。
合成特点：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
•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
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
__
_
+
+
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
•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)
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
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
ATP
ADP
二磷酸核苷激酶
UDP
ATP
ADP
UTP
CTP合成酶
谷氨酰胺 ATP
谷氨酸 ADP+Pi
（3） dTMP或TMP的生成
脱氧核苷酸还原酶
合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、 CO2、磷酸核糖。
合成特点：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
•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
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
__
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+
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＊人体内还有腺苷激酶，能使腺嘌呤核苷磷酸化，生成AMP
腺嘌呤核苷
腺苷激酶
AMP
ATP ADP
补救合成的特点：过程简单，耗能少。
补救合成的生理意义：⒈ 减少能量和氨基酸的消耗 ⒉ 弥补某些组织（脑、骨髓）不能 从头合成嘌呤核苷酸的不足。
（三） 嘌呤核苷酸生物合成（从头合成）的调节 5-磷酸核糖焦磷酸 5-磷酸核糖胺
血中尿酸含量升高时，尿酸盐晶体在组织中沉积， 形成痛风症。
受累组织器官：关节﹑软骨﹑肾﹑软组织 病变： 关节炎﹑肾病﹑尿路结石 病因： 高嘌呤饮食﹑核酸大量分解﹑肾病 治疗药物：别嘌呤醇
别嘌呤醇作用的机理：
黄嘌呤氧化酶
别黄嘌呤
别嘌呤醇
别嘌呤醇： 别黄嘌呤 底物类似物经酶 作用后成为酶的 灭活物，称之为 自杀作用物。 自杀性底物
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）
尿囊素
尿酸氧化酶
H2O2
尿酸 （人类和灵长类动物、
(植物、某H些2O
尿囊 素酶
硬骨鱼)
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
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
组织：肝﹑小肠粘膜及胸腺 细胞内定位：细胞液
甲酸盐
嘌呤环中各 碳、氮原子的来源：
甲酸盐
⒈ 合成途径 两个阶段： ⑴ 5-磷酸核糖→ → →次黄嘌呤核苷酸（IMP） ⑵ IMP → → →AMP﹑GMP
⑴ 5-磷酸核糖→ → →次黄嘌呤核苷酸（IMP）
转酰胺酶
甲酰FH4
第33章 核酸的降解和核苷酸代谢
核苷酸的生物学功能：
⒈ 作为核酸合成的原料 ⒉ 体内能量的利用形式（ATP GTP ） ⒊ 参与代谢和生理调节（cAMP cGMP） ⒋ 组成辅酶（NAD FAD NAD+ NADP+ HSCoA） ⒌ 活化中间代谢物（UDPG CDP-胆碱 SAM等）
第一节 核酸和核苷酸的分解代谢
H2O
2H2O
脲酶
4NH3 + 2CO2
（微生物）
腺嘌呤核苷酸核苷酸酶腺嘌呤核苷核苷磷酸化酶 腺嘌呤
腺嘌呤核苷 酸脱氨酶
H2O
H2O
-NH3
Pi
腺嘌呤核 苷脱氨酶
Pi
H2O
-NH3
R-1-P
腺嘌呤 脱氨酶
H2O
-NH3
核苷酸酶
核苷磷酸化酶
次黄嘌呤核苷酸
次黄嘌呤核苷
次黄嘌呤
H2O
Pi
H2O
Pi
尿酸与痛风症的关系
分解
合成
何处去？
进入磷酸戊糖途径
或重新合成核酸
一、核酸的解聚作用
核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶. 按其作用位置分为: 1.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 2.核酸内切酶:从核酸分子内部切断3’，5’-磷酸二酯键。 3.限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外
IMP
AMP
GMP
二﹑嘧啶核苷酸的合成
（一）嘧啶核苷酸的从头合成
嘧啶环由氨甲酰磷酸和
天冬氨酸合成的
4
C
H2N-CO- P
氨甲酰磷酸
NH3 CO2
N3
C5
C2
C6
1
N
天冬氨酸
⒈ 从头合成途径 ⑴ 尿嘧啶核苷酸(UMP)的合成
常用的DNA限制性内切酶的专一性
酶
辨认的序列和切口
说明
Alu I
‥ ‥A G C T ‥‥ ‥ ‥T C G A ‥ ‥
四核苷酸，平端切口
Bam H I
‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥
六核苷酸，粘端切口
Bgl I
‥ ‥A G A T C T ‥‥ ‥ ‥T C T A G A ‥‥
2. 嘧啶碱的分解代谢
胞嘧啶脱氨酶
胞嘧啶
尿嘧啶
二氢尿嘧啶脱氢酶
二氢尿嘧啶
H2O NH3
NAD(P)H+H+ NAD(P)&3; β -丙氨酸
脲基丙酸酶
啶酶
β -脲基丙酸
H2O
胸腺嘧啶 二氢尿嘧啶脱氢酶
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 脲基丙酸酶 β -脲基异丁酸
源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割 DNA,常作为工具酶。
核酸外切酶对核酸的水解位点
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）
DNA/RNA
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3´端外切3得5）
DNA/RNA
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，产生粘性末端或平末端， 这类酶称为限制性内切酶。
六核苷酸，粘端切口
Sma I
‥ ‥C C C G G G ‥‥ ‥ ‥G G G C C C ‥‥
六核苷酸，平端切口
二、核苷酸的降解
核苷酸酶 核苷磷酸化酶 （广泛存在）
核苷酸
核苷
碱基+戊糖-1-P
磷酸
核苷水解酶（主只要对存核在糖于核植苷物起、作微用生）物，
碱基+核糖
1. 嘌呤碱的分解代谢
腺嘌呤
H2O 腺嘌呤脱氨酶
H2O
第二节、核苷酸的生物合成
一﹑嘌呤核苷酸的合成代谢
两条途径：
1. 从头合成途径（de novo synthesis）:
不以现成的碱基为原料，而是以磷酸核糖﹑氨基酸﹑ 一碳单位﹑CO2等简单物质为原料，经过一系列酶 促反应，合成嘌呤核苷酸的过程。 （主要合成途径，肝组织进行此途径）
2. 补救合成途径（salvage pathway）: 利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程， 合成嘌呤核苷酸的过程。 （脑﹑骨髓等只能进行此途径）
合成酶
关键酶
⑵ IMP → → →AMP﹑GMP
6 6
2 2
（二） 嘌呤核苷酸的补救合成
两个酶：① 腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）
② 次黄嘌呤(鸟嘌呤)磷酸核糖转移酶（HGPRT）
反应： 腺嘌呤 ＋ PRPP APRT 次黄嘌呤 ＋ PRPP HGPRT
AMP ＋ PPi IMP ＋ PPi
鸟嘌呤 ＋ PRPP HGPRT GMP ＋ PPi
六核苷酸，粘端切口
Eco R I Hind Ⅲ
‥ ‥G A A T T C ‥‥ ‥ ‥C T T A A G ‥‥
‥ ‥A A G C T T‥‥ ‥ ‥T T C G A A ‥‥
六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
Sal I
‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥