核酸分解与核苷酸代谢
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第三节 核苷酸的生物合成 Biosynthesis of nucleotides
3.1 核苷酸合成的基本途径 可以通过两条完全不同的途径进行:
• 由非核苷和碱基的前体小分子化合物从头 合成——De novo Synthesis ;
• 由现成的Pu, Py, Pentose及Pi在酶的作用下 直接合成核苷酸——“补救合成途径 Salvage Pathway ” 。
2.1.1 核苷酸降解为核苷
N-R-P
核苷酸
+
磷酸酯酶
H2O 或核苷酸酶
核苷
+
Pi
•生物体普遍存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可 催化2’-, 3’-和5’-核苷酸的水解,而特异性强的 磷酸单酯酶只能水解3’-核苷酸或5’-核苷酸, 对不同的碱基也有选择性。
2.1.2 核苷酸中糖苷键的断裂
N-R-P
核苷酸 + H2O
酸
的
痛风(Gout)
嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸,由于其 溶解性很差,易形成尿酸钠结晶,沉积于关 节部位,引起疼痛或灼痛—痛风。如果发生 HGPRT的缺陷,不能以补救途径合成嘌呤核 苷酸,吸收或合成的嘌呤碱不完全降解,导 致大量尿酸积累,也引起肾结石和痛风。 HGPRT:次黄嘌呤鸟嘌呤转磷酸核糖酶
构型由β-型转变为α-型;
2.2.3 核苷的相互转换
• 核苷-N-转糖苷作用
嘌呤互换
主要发生在脱氧核苷中 嘧啶互换
• 脱氨反应
带氨基的核苷在核苷脱氨酶的作用下脱掉氨
基而转变成另一种核苷
2.2.4 核苷的排泄 主要为修饰核苷酸,不被分解,也不被利用
2.3 核苷酸三级水平的降解
脱氨作用主要发生在核苷酸和核苷水平
碱基 + 戊糖-Pi
• 催化该反应的酶称为核苷酸核苷酶; • 主要在微生物(细菌)中存在;
2.1.3 核苷酸的脱氨反应与核苷酸转换
• 带氨基的核苷酸在核苷酸脱氨酶的作用 下可脱掉氨基而转变成另一种核苷酸。
• 核苷酸的脱氨反应较为普遍;
例: 5’-AMP
5’-IMP + NH3
嘌呤核苷酸循环中
2.2 核苷的分解代谢
• 催化次黄嘌呤和黄嘌呤氧化产生尿酸。
• 该酶为复合黄素酶,由两个相同的亚基组成, 每个亚基含一个FAD、一个钼原子[Mo(IV) ↔Mo(VI)]和一个Fe4S4中心。
• 反应要求分子氧作为电子受体,还原产物是 H2O2,进入尿酸的氧来自水。
不
同
尿囊素 尿囊酸
分 解 产 物 不 同
生 物 中 嘌 呤 核 苷
2.4 碱基的分解代谢
2.4.1 嘌呤碱的分解:
不同生物嘌呤碱的 分解能力不同,代 谢产物也不同,人 和猿类及一些排尿 酸的动物(鸟类、 某些爬行类和昆虫) 嘌呤的代谢产物为 尿酸。
鸟嘌呤脱氨主要在碱 基水平下进行
O2 + H2O H2O2 尿酸
嘌 呤 核 苷 酸 的 分 解
黄嘌呤氧化酶 (Xanthine Oxidase)
常见的核酸酶专一性
AP核酸内切酶的作用
AP核酸内切酶能识别去除了碱基的核酸 (无嘌呤酸、无嘧啶酸 )磷酸二酯键,并 切除糖基,使核酸链断开。
限制性核酸内切酶
• 限制性核酸内切酶是一类高度专一性的 DNases,它们是顺序专一性,或结构专一性 的核酸内切酶。
• 它们不是与DNA降解代谢有关的酶; • 是基因重组用酶,是胞内DNA的“卫士”。
第七章 核酸分解与核苷酸代谢
Chpert 7 Degradation of nuclic acid &
metablism of nucleotides
第一节 核酸降解
• 核酸在生物体内可以被降解; • 外源核酸在动物体内的小肠被降解;
– 胰nuclease – 肠粘膜释放的phosphodiesterase
2.4.2 嘧啶碱基的分解
• 不同生物对嘧啶碱的分解过程不一样; • 一般情况下含氨基的嘧啶要先水解脱去
氨基,脱氨基也可以在核苷或核苷酸水 平上进行。
2.4.2 嘧啶碱基的分解
CMP
UMP
dTMP
Байду номын сангаасCR
UR
dTR
C
U
T
只在微生 物中发现
还原分解
氧化分解
2.4.2.1 嘧啶碱基分解的还原途径
2.4.2.2 嘧啶碱基分解的氧化途径
核苷的代谢去路:
核苷-N-转糖苷作用 (主要脱氧核苷)
脱氨反应
2.2.1 核苷的水解作用:
Ns hydrolase
核苷 + H2O
Pu or Py + pentose
• Ns hydrolase主要存在于植物和微生物,只对
核糖核苷起作用,对脱氧核糖核苷无作用。
2.2.2 核苷的磷酸解作用:
核苷 + Pi Ns phosphorylase Pu or Py + pentose-1-P • Ns phosphorylase存在广泛,反应可逆,糖的
甘氨酰胺 核苷酸转 氨甲酰酶
合 成 ( 反 应 3 )
嘌 呤 核 苷 酸 的 全 程
甲酰甘氨 脒核苷酸 合成酶
合 成 ( 反 应 4 )
嘌 呤 核 苷 酸 的 全 程
氨基咪唑 核苷酸合 成酶
合 成 ( 反 应 5 )
嘌 呤 核 苷 酸 的 全 程
嘌呤核苷酸的全程合成(反应6)
• 降解的产物在小肠内被转化和吸收; • 核酸的降解一般不为生物提供能量;
核酸酶(Nuclease)
• 核酸酶是作用于核酸中磷酸二酯键的水解酶, 包括核糖核酸酶(RNase)和脱氧核糖核酸酶 (DNase)
– 能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶又称为核 酸内切酶(endonuclease)
– 从核酸的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸 外切酶(exonuclease)。
它们是分子生物学的工具酶,在分子生物学 中占有非常重要的地位。
第二节 核苷酸、核苷与碱基的分解代谢
2.1 核苷酸的分解
N-R-P
• 肠 粘 膜 细 胞 中 有 nucleotidase (phosphomonoesterase) , 水 解 Nt 为 Ns 和 Pi。
• 脾、肝等组织中的nucleosidase进一步水 解Ns为戊糖和碱基。
3.2 嘌呤核苷酸的从头生物合成
嘌呤环元素的来源:
1
嘌 呤 合核 成苷 总酸 图的 全 程
磷
(
酸 核
PRPP
糖
基
)
焦 磷
酸
PRPP转 酰胺酶
构象由α–构型 转变为β –构型
合 成 ( 反 应 1 )
嘌 呤 核 苷 酸 的 全 程
甘氨酰胺 核苷酸合 成酶
合 成 ( 反 应 2 )
嘌 呤 核 苷 酸 的 全 程