1、最新資料推薦最新資料推薦 / 10生物化學(xué)教案第九章 核酸的降解與核苷酸代謝（中職教育）第九章第九章核酸的降解與核苷酸代謝核酸的降解與核苷酸代謝 一、 核苷酸的生物功能一、核苷酸的生物功能合成核酸是多種生物合成的活性中間物糖原合成，UDP-Glc。磷脂合成，CDP-乙醇胺，CDP-二脂酰甘油。生物能量的載體ATP、 GTP 腺苷酸是三種重要輔酶的組分NAD、 FAD、 CoA 信號分子cAMP、 cGMP 二、核酸和核苷酸的分解代謝二、 核酸和核苷酸的分解代謝食物中的核酸，經(jīng)腸道酶系降解成各種核苷酸，再在相關(guān)酶作用下，分解產(chǎn)生嘌呤、嘧啶、核糖、脫氧核糖和磷酸，然后被吸收。吸收到體內(nèi)的嘌呤和嘧啶

2、，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。人和動物所需的核酸無須直接依賴于食物，只要食物中有足夠的磷酸鹽，、糖和蛋白質(zhì)，核酸就能在體內(nèi)正常合成。因此所謂的核酸保健品不過是一個騙局而已。1 、 核酸的酶促降解核酸是核苷酸以3 、 5-磷酸二酯鍵連成的高聚物，核酸分解代謝的第一步就是分解為核苷酸，作用于磷酸二酯鍵的酶稱核酸酶（實質(zhì)是磷酸二酯酶）。根據(jù)對底物的專一性可分為：核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、非特異性核酸酶。根據(jù)酶的作用方式分：內(nèi)切酶、外切酶。） 核糖核酸酶只水解 RNA 磷酸二酯鍵的酶（RNase），不同的 RNase 專一性不同。如：牛胰核糖核酸酶（RNaseI） ，作用位點是嘧啶核苷

3、-3- 磷酸與其它核苷酸間的連接鍵。核糖核酸酶T1 （ RNaseT1） ，作用位點是3 - 鳥苷酸與其它核苷酸的 5-OH 間的鍵。） 脫氧核糖核酸酶只能水解DNA 磷酸二酯鍵的酶。DNase 牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割雙鏈和單鏈DNA。產(chǎn)物是以5 - 磷酸為末端的寡核苷酸。如：牛胰脫氧核糖核酸酶（ DNase），降解產(chǎn)物為3- 磷酸為末端的寡核苷酸。限制性核酸內(nèi)切酶：細菌體內(nèi)能識別并水解外源雙源DNA 的核酸內(nèi)切酶，產(chǎn)生3 -OH和5 -P。Pst 切割后，形成3 -OH 單鏈粘性末端。EcoR切割后，形成5 -P 單鏈粘性末端。） 非特異性核酸酶既可水解RNA，又可水解DN

4、A 磷酸二酯鍵的核酸酶。小球菌核酸酶是內(nèi)切酶，可作用于RNA 或變性的DNA， 產(chǎn)生3-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶屬于外切酶。蛇毒磷酸二酯酶能從RNA 或 DNA 鏈的游離的3-OH 逐個水解，生成5- 核苷酸。牛脾磷酸二脂酶從游離的5-OH 開始逐個水解，生成 3 核苷酸。2 、 核苷酸的降解1 ） 核苷酸酶（磷酸單脂酶）水解核苷酸，產(chǎn)生核苷和磷酸。非特異性磷酸單酯酶：不論磷酸基在戊糖的2 、 3 、 5 ，都能水解下來。特異性磷酸單酯酶：只能水解3 核苷酸或5 核苷酸 （ 3 核苷酸酶、5 核苷酸酶）2 ）核苷酶 核苷磷酸化酶：廣泛存在，反應(yīng)可逆。 核苷水解酶：主要存

5、在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆3 、 嘌呤堿的分解首先在各種脫氨酶的作用下水解脫氨，脫氨反應(yīng)可發(fā)生在嘌呤堿、核苷及核苷酸水平上。不同種類的生物分解嘌呤堿的能力不同，因此，終產(chǎn)物也不同。排尿酸動物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類排尿囊素動物：哺乳動物（靈長類除外）、腹足類排尿囊酸動物：硬骨魚類排尿素動物：大多數(shù)魚類、兩棲類某些低等動物能將尿素進一步分解成NH3和 CO2 排出。植物分解嘌呤的途徑與動物相似，產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤類物質(zhì)，生成NH3、 CO2及有機酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。4 、 嘧啶堿的分解人和某些動物體內(nèi)脫氨基過程有的發(fā)

6、生在核苷或核苷酸上。脫下的 NH3 可進一步轉(zhuǎn)化成尿素排出。三、嘌呤核苷酸的合成三、嘌呤核苷酸的合成1 、 、 從頭合成從頭合成由 5- 磷酸核糖 -1- 焦磷酸（5-PRPP）開始，先合成次黃嘌呤核苷酸，然后由次黃嘌呤核苷酸（IMP）轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷酸和鳥嘌呤核苷酸。嘌呤環(huán)合成的前體：CO2 、甲酸鹽、Gln、 Asp、 Gly A. Gln 提供-NH2：N 9 B. Gly ：C4 、 C5、 N7 C. 5.10- 甲川FHFA：C8 D. Gln 提供-NH2：N3 閉環(huán) E CO2 ：C 6 F. Asp 提供-NH2：N 1 G 10- 甲酰THFA：C 2 1 ） 次黃嘌呤核苷

7、酸的合成（IMP）（ 1） 、 磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰胺酶（轉(zhuǎn)氨）5- 磷酸核糖焦磷酸+ Gln 5- 磷酸核糖胺+ Glu + ppi 使原來 -構(gòu)型的核糖轉(zhuǎn)化成構(gòu)型（ 2） 、 甘氨酰胺核苷酸合成酶5- 磷酸核糖胺+Gly+ATP 甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi、 甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)甲酰基酶甘氨酰胺核苷酸+ N 5 N 10-甲川 FH4 + H2O 甲酰甘氨酰胺核苷酸+ FH4 甲川基可由甲酸或氨基酸供給。、 甲酰甘氨脒核苷酸合成酶甲酰甘氨酰胺核苷酸+ Gln+ ATP + H2O 甲酰甘氨脒核苷酸+ Glu + ADP + pi 此步反應(yīng)受重氮絲氨酸和6- 重氮 -5- 氧 - 正亮氨酸不可逆

8、抑制，這兩種抗菌素與Gln 有類似結(jié)構(gòu)。、 氨基咪唑核苷酸合成酶甲酰甘氨脒核苷酸+ ATP5-氨基咪唑核苷酸+ ADP + Pi （ 1） （ 5）第一階段，合成第一個環(huán) （ 6） 、 氨基咪唑核苷酸羧化酶5- 氨基咪唑核苷酸+CO2 5-氨基咪唑 -4 羧酸核苷酸（ 7）、 氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶 5- 氨基咪唑 -4- 羧酸核苷酸+Asp+ATP 5-氨基咪唑4- （ N-琥珀基）氨甲酰核苷酸（ 8）、 腺苷酸琥珀酸裂解酶5- 氨基咪唑-4（ N-琥珀基） 氨甲酰核苷酸5- 氨基咪唑 -4- 氨甲酰核苷酸+延胡索酸、 氨基咪唑氨甲酰核苷酸轉(zhuǎn)甲?；?- 氨基咪唑 -4- 氨甲酰核

9、苷酸+N10-甲酰FH4 5- 甲酰胺基咪唑-4- 氨甲酰核苷酸+FH4、 次黃嘌呤核苷酸環(huán)水解酶5- 甲酰胺基咪唑-4- 氨甲酰核苷酸 次黃嘌呤核苷酸+H2O 總反應(yīng)式：磷酸核糖+ CO2 + 甲川 THFA + 甲酰 THFA + 2Gln + Gly +Asp + 5ATP IMP + 2THFA + 2Glu + 延胡索酸+ 4ADP + 1AMP + 4Pi+ PPi 2 ） 腺嘌呤核苷酸的合成（AMP）從頭合成：CO2 、 2 個甲酸鹽、2 個 Gln 、 1 個 Gly 、 （ 1+1） 個 Asp、 （ 6+1）個 ATP，產(chǎn)生2 個 Glu 、 （ 1+1）個延胡索酸。Asp

10、 的結(jié)構(gòu)類似物羽田殺菌素，可強烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP 生成。羽田殺菌素：N- 羥基 -N- 甲酰 -Gly 3 ） 鳥嘌呤核苷酸的合成4 ） AMP、GMP生物合成的調(diào)節(jié)5- 磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰胺酶是關(guān)鍵酶，可被終產(chǎn)物AMP、 GMP反饋抑制。AMP 過量可反饋抑制自身的合成。GMP 過量可反饋抑制自身的合成。5 ） 藥物對嘌呤核苷酸合成的影響篩選抗腫瘤藥物，腫瘤細胞核酸合成速度快，藥物能抑制。羽田殺菌素：與 Asp 競爭腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黃嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)化成AMP。重氮乙酰絲氨酸、6- 重氮 -5- 氧正亮氨酸，是 Gln 的結(jié)構(gòu)類似物，抑制 Gln 參與的反應(yīng)。氨

11、基蝶呤、氨甲蝶呤：葉酸的結(jié)構(gòu)類似物，能與二氫葉酸還原酶發(fā)生不可逆結(jié)合，阻 止FH4 的生成，從而抑制FH4 參與的各種一碳單位轉(zhuǎn)移反應(yīng)。、 、 補救途徑補救途徑利用已有的堿基和核苷合成核苷酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（重要途徑）嘌呤堿和5-PRPP 在特異的磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的作用下生成嘌呤核苷酸2 、 核苷激酶途徑（但在生物體內(nèi)只發(fā)現(xiàn)有腺苷激酶）腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下與ATP 反應(yīng)，生成腺嘌呤核苷酸。嘌呤核苷酸的從頭合成與補救途徑之間存在平衡。Lesch-Nyan 綜合癥就是由于次黃嘌呤：鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺陷，AMP合成增加，大量積累尿酸，腎結(jié)石和痛風(fēng)

12、。四、四、嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成1 、 、 從頭合成從頭合成與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸時，首先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖結(jié)合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)化為胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。合成前體：氨甲酰磷酸、Asp 1 ） 尿嘧啶核苷酸的合成氨甲酰磷酸的合成所需的酶：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ 2） 二氫乳清酸酶（ 3） 二氫乳清酸脫氫酶（輔基：FAD 、 FMN） （ 4） 乳清苷酸焦磷酸化酶（ 5） 乳清苷酸脫羧酶胞嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷三磷酸可直接與NH3（細菌）或 Gln （植物）反應(yīng)，生成胞嘧啶核苷三磷酸。） 嘧啶核苷酸生物合成的調(diào)節(jié)（大腸桿菌）氨甲

13、酰磷酸合成酶：受 UMP 反饋抑制天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶：受 CTP 反饋抑制CTP 合成酶：受 CTP 反饋抑制4 ） 藥物對嘧啶核苷酸合成的影響有多種嘧啶類似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。5- 氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成。5- 氟尿嘧啶在人體內(nèi)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的核苷酸，再轉(zhuǎn)變成脫氧核苷酸， 可抑制脫氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干擾尿嘧啶脫氧核苷酸經(jīng)甲基化生成脫氧胸苷的過程，DNA 合成受阻。2、 、 補救途徑補救途徑（ 1） 嘧啶核苷激酶途徑（重要途徑） 嘧啶堿與1- 磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP 和 CMP。（ 2） 磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（胞嘧啶不行）五、脫氧核苷酸的

14、合成五、脫氧核苷酸的合成脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸衍生而來的。1）腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經(jīng)還原，將核糖第二 位碳原子的氧脫去，即成為相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸。（ 2）胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸還原形成尿嘧啶脫氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再經(jīng)甲基化轉(zhuǎn)變成胸腺嘧啶。1 、 核糖核苷酸的還原ADP、 GDP、 CDP、 UDP 均可分別被還原成相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸：dADP 、 dGDP、 dCDP、 dUDP等，其中dUDP 甲基化，生成dTDP。還原反應(yīng)一般在核苷二磷酸（NDP）水平上進行，ATP、 dATP、dTTP、 dGTP 是還原酶的變構(gòu)效應(yīng)物，個別微生物（賴

15、氏乳菌桿菌）在核苷三磷酸水平上還原（NTP） 。1 ） 核苷酸還原酶系由硫氧還蛋白、硫氧還蛋白還原酶和核苷酸還原酶（B1、 B2）三部分組成。B1 、 B2 亞基結(jié)合后，才具有催化活性。B1 上的巰基和B2 上的酪氨酸殘基是活性中心的催化基因。另外核苷酸還原酶所需的還原當(dāng)量還可來自谷胱甘肽。硫氧還蛋白- SH 硫氧還蛋白還原酶、輔酶FAD 谷胱甘肽氧還蛋白（酶）谷胱甘肽還原酶- SH 核苷酸還原酶（RR）-SH 2） 核苷酸還原酶結(jié)構(gòu)模型及催化機理（ 1 ） 、 結(jié)構(gòu)模型B1 亞基上有兩個調(diào)節(jié)部位，一個影響整個酶的活性（一級調(diào)節(jié)部位），另一個調(diào)節(jié)對底物的專一性（底物結(jié)合部位）一級調(diào)節(jié)部位：ATP 是生物合成的信號分子，而dATP 是核苷酸被還原的信號。底物調(diào)節(jié)部位：. 與 ATP 結(jié)合， 可促進嘧啶類的UDP、 CDP 還原成dUDP、 dCDP；與 dTTP 或 dGTP 結(jié)合，可促使GDP（ ADP）還原成dGDP（ dADP）（ 2）、 催化機理自由基催化