生物化学第十章核酸的酶促降解和

一、嘌呤核苷酸的合成代谢
1、嘌呤核苷酸的从头合成
•定义
嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、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。
•嘌呤碱合成 的元素来源
外切核酸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）
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3´端外切3得5）
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
1´
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
OH
5´
3´
RNAase I RNAase I RNAase T1
限制性内切酶的命名和意义
三字母： 属名＋种名＋株名
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
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。
dNMP+Pi
脱氧核苷酸的具体生成过程
核糖核苷酸还原酶,Mg2+
NDP
Biblioteka Baidu
dNDP
还原型硫氧化 还原蛋白-(SH)2
氧化型硫氧化 还原蛋白 S
S
NADP+
NADPH+H+
硫氧化还原蛋白还原酶 (FAD)
脱氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP或TMP)的合成
dUDP
O
O
C Pi HN CH
dTMP合成酶
C
HN
C-CH3
RNAase T1
Pu ：嘌呤
Py：嘧啶
限制性内切酶
具有识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并由此切割DNA 双链的核酸内切酶统称限制性内切酶（ristriction endonuclease）。
这些酶主要是从细菌中分离得到，能识别特定的核苷酸 顺序，但在细菌本身的DNA 中，这些顺序已被（甲基化酶） 甲基化，因而不被水解，也就是说这些酶仅限于水解外源 DNA 以保护自身，故称为“限制性”酶。限制酶都以内切方 式水解DNA，产物5ˊ为p，3ˊ为OH。
AMP
GMP
IMP生成总反应过程
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。 AMP或GMP的合成又需1个ATP。
3、嘌呤核苷酸的相互转变
AMP
腺苷酸代 琥珀酸
NH3
IMP
GMP XMP
二、嘧啶核苷酸的合成代谢
1、嘧啶核苷酸的从头合成 •定义
嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核 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
第十章核酸的酶促降解和 核苷酸代谢
第一节 核酸的酶促降解
食物核蛋白
一、核酸的降解
蛋白质
核酸(RNA与DNA)
(磷酸二酯酶) 胰核酸酶 单核苷酸
RNA酶 DNA酶
(磷酸单酯酶) 胰、肠核苷酸酶
排出，很少 利用
磷酸
核苷
(水解或磷酸解)
核苷酶
碱基
戊糖或磷酸戊糖
二、核酸酶
1、核酸酶的定义及分类 核酸酶是指所有可以水解核酸的酶
CH2
H2O
O
β-丙氨酸
CO2+NH3
H2N-CH2-CH2-COOH
H2O
HO C
H2N
CH2
C O
N H
CH2
O
C HN
C O
N H
NADPH+H+
C-CH3
CH
胸腺嘧啶
CO2+NH3
H2N-CH2-CH-COOH CH3
β-氨基异丁酸
O
NADP+ C
HN CH-CH3
C O
N H
CH2
二氢胸腺嘧啶
三、脱氧核苷酸的合成
1、脱氧核苷酸的合成 2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
O
O
HO P O P O
O 碱基
OH OH H H
HH
NADPH+H+
NDP
OH OH
NADP+ +H2O
O
O
HO P O P O
O 碱基
在核苷二磷酸水平
OH OH H H H H
被还原而成
dNDP
OH H
NDP ADP GDP UDP CDP
核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶
TDP
dNDP dADP dGDP dUDP dCDP
dTDP
dNDP+ATP dADP+ATP dGDP+ATP dUDP+ATP dCDP+ATP
dNDP
激酶 激酶 激酶 激酶 激酶
磷酸酶
? dTTP
dNTP+ADP dATP +ADP dGTP+ADP dUTP+ADP dCTP+ADP
嘧啶核苷酸的结构
三、嘧啶的分解代谢
核苷酸酶
嘧啶核苷酸
核苷
PPi
1-磷酸核糖
核苷磷酸化酶
嘧啶碱
还原反应
开环
脱氨氧化
还原反应
开环
嘧啶核苷酸
核苷酸酶 嘧啶核苷
核苷酶
嘧啶
NH2
C
N
CH
C
CH
O
N H
胞嘧啶
NH3 HN
O NADPH+H+
C
CH
C
CH
O
N H
尿嘧啶
O NADP+
C
HN
CH2
C O
N H
X
G
（黄嘌呤）
黄嘌呤 氧化酶
嘌呤碱的最终 代谢产物
（人、猿、鸟）
（非灵长类哺乳动物） （硬骨鱼）
（鱼类、两栖类） （低等动物）
痛风症
痛风症患者由于体内嘌呤 核苷酸分解代谢异常，可致血 中尿酸水平升高，以尿酸钠晶 体沉积于软骨、关节、软组织 及肾脏，临床上表现为皮下结 节，关节疼痛等。
三、嘧啶的分解代谢
2、嘌呤核苷酸的补救合成途径
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(hypoxanthineguanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 腺苷激酶(adenosine kinase)
C Gln N 3 4 5 C CO2 C 2 1 6 C
N
HOOC H2C HC NH2
HOOC
Asp
天冬氨酸列右边 谷氨酰胺左上边
剩下一个CO2
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
二、核酸酶
2、核酸酶的功能
生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核 酸的降解
参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因 复制和基因表达过程
负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可 以清除侵入细胞的外源性核酸
在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 体外重组DNA技术中的重要工具酶
NH3
C O
N CH dR-5'-P
O N5,N10-甲烯FH4
FH2
FH4 FH2还原酶
C
N CH dR-5'-P
NADP+ NADPH+H+
dCMP
dUMP
dTMP
dTMP
激酶
dTDP
激酶
dTTP
ATP
ADP
ATP
ADP
核 苷 酸 的 合 成 及 相 互 关 系
嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较
嘌呤核苷酸
嘧啶核苷酸
1. 合成原料基本相同
相
2. 合成部位对高等动物来说,主要在肝脏
同 点
3. 都有2种合成途径(从头和补救途径) 4. 都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在此基础上进
一步合成核苷酸
1. 在5'-P -R基础上合成嘌呤环 1. 先合成嘧啶环再与 5'-P-R
不 同
2. 最先合成的核苷酸是 IMP
H2O
O
H2O
HO H2N
C
CH-CH3
C O
N H
CH2
β-脲基异丁酸
嘧啶核苷酸与嘌呤核苷酸分解代谢最大 的不同是嘧啶环的裂解，最后生成β-氨基酸
嘧啶碱的降解产物易溶于水，故嘧啶代 谢异常的疾病较少。
第三节 核苷酸的生物合成
核苷酸在细胞内合成有两条基本途径： 1、从头合成或从无到有途径：由AA、磷酸 戊糖、CO2 和NH3 等简单的化合物合成核苷酸 2、补救途径：由预先形成的碱基或核苷合成 核苷酸。
•过程 1. IMP的合成 2. AMP和GMP的生成
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）
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
•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。
结合 2. 先合成UMP
点
3. 在IMP基础上完成AMP和 GMP的合成
3. 以UMP为基础, 完成CTP, dTMP的合成
第二节 核苷酸的降解
一、核苷酸的降解
核苷酸酶
核苷磷酸化酶 碱基 + 戊糖-1-磷酸
核苷酸
核苷
（生物体内广泛存在）
磷酸
核苷水解酶
碱基 + 戊糖（植物和微 生物）
1、嘌呤的降解 2、嘧啶的降解
二、嘌呤的分解代谢
嘌呤核苷酸的结构
AMP
GMP
二、嘌呤的分解代谢
AMP GMP
H 黄嘌呤氧化酶
（次黄嘌呤）
依据底物不同分类
DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解DNA RNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA。 非特异性核酸酶
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。 核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶。
Asp
N1
甲酰基
C2
(一碳单位)
CO2
甘氨酸
C
N
7
6C
5
4 C 3 N
C 甲炔基
8
(一碳单位)
N9
N5,N10-次甲基四氢叶酸
Gln(酰胺基) 甘氨当中站, 谷氮坐两边,
左上天冬氨, 头顶CO2 还剩下一个一碳单位
合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、 一碳基团、CO2、磷酸核糖。
合成特点：磷酸核糖为起始物，逐步加原料 合成嘌呤环，形成重要中间产物 IMP（次黄嘌 呤核苷酸），再由它转变为AMP和GMP。
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
2） 胞嘧啶核苷酸的合成
尿苷酸激酶
UDP
ATP ADP
二磷酸核苷激酶
ATP
ADP
UTP
CTP合成酶
谷氨酰胺 ATP
谷氨酸 ADP+Pi
2、 嘧啶核苷酸的补救合成
嘧啶 + PRPP 嘧啶磷酸核糖转移酶 磷酸嘧啶核苷 + 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