1、第十一章 核酸的降解和核苷酸代謝 核酸： DNA、RNA 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,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，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。 核酸的分解代謝

2、：,第一節(jié) 核酸和核苷酸的分解代謝 一、 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)是磷酸二脂酶）。 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。,1、 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。 牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位點是嘧啶核苷-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。 圖,2、 脫氧核糖核酸酶 只能水

3、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。 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。 圖 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。,3、 非特異性核酸酶 既可水解RNA，又可水解DNA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RN

4、A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。,二、 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：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆,三、 嘌呤堿的分解 P301 圖18-2嘌呤堿的分解 首先在各自的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。 P 299

5、反應(yīng)式,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）。,四、 嘧啶堿的分解 P302 圖18-3 嘧啶堿的分解 人和某些動物體內(nèi)脫氨基過程有的發(fā)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。,第二節(jié) 嘌呤核苷酸的合成 一

6、、 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 P303 圖18-4 嘌呤環(huán)的元素來源及摻入順序 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、 次黃嘌呤核苷酸的合成（IMP） P306圖18-5,（1）、 磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰胺酶（轉(zhuǎn)氨） 5-磷酸核糖焦

7、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 （3）、 甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)甲?；?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。,（4）、 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-正亮氨酸不可逆抑制，這兩種抗菌素與Gln有類似結(jié)構(gòu)。 P 304 結(jié)構(gòu)式：重

8、氮絲氨酸、6-重氮-5-氧-正亮氨酸 （5）、 氨基咪唑核苷酸合成酶 甲酰甘氨脒核苷酸 + ATP 5-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 （9）、 氨基咪唑氨甲酰核苷酸轉(zhuǎn)甲酰基酶 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-

9、甲酰FH4 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4 （10）、 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： 5-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） P306圖18-5,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的結(jié)構(gòu)類似物羽田殺菌

10、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 （P307）,3、 IMP + NAD + +H2O IMP脫氫酶 黃嘌呤核苷酸 + NADH + H+ 鳥嘌呤核苷酸的合成 （P307結(jié)構(gòu)式）,4、 AMP、GMP生物合成的調(diào)節(jié) P309圖18-6 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A

11、MP。 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)。 氨基蝶呤、氨甲蝶呤 結(jié)構(gòu)P314 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)。,二、 補救途徑 利用已有的堿基和核苷合成核苷酸 1、 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。Le

12、sch-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。,第三節(jié) 嘧啶核苷酸的合成 一、 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 （P309圖18-7嘧啶環(huán)的元素來源）,1、 尿嘧啶核苷酸的合成 P310 圖18-8,氨甲酰磷酸的合成：,2、 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。,3、 嘧啶核苷酸生物合成的調(diào)節(jié)（大腸桿菌）

13、P 311 圖18-9大腸桿菌嘧啶核苷酸生物合成的調(diào)節(jié) 氨甲酰磷酸合成酶： 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。,二、 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

14、途徑（胞嘧啶不行）,第四節(jié) 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。,一、 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

15、（賴氏乳菌桿菌）在核苷三磷酸水平上還原（NTP）。,1、 核苷酸還原酶系 P312 圖示 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量還可來自谷胱甘肽。 圖 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 圖 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

16、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） 催化機理 自由基催化轉(zhuǎn)換模型。,3、脫氧核苷酸的補救途徑（脫氧核苷激酶途徑） 脫氧核苷酸也能利用已有的堿基或核苷進行合成（補救途徑），但只有脫氧核苷激酶途徑，不存在類似的磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑,二、 胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成 由尿嘧啶脫氧核苷酸（dUMP）經(jīng)甲基化生成。 Ser提供甲基，NADPH提供還原當量。,四氫葉酸是一碳的載體，參與嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成。 氨基嘌呤、氨甲蝶呤是葉酸的類似物，能與二氫葉酸還原酶不可逆結(jié)合，阻止FH4的生成，從而抑制FH4參與的一碳單位的轉(zhuǎn)移?？捎糜诳鼓[瘤。,三、 核苷酸合成總結(jié) P314圖18-10,第五節(jié) 輔酶核苷酸的生物合成 NAD、NADP、 FMN、 FAD、 CoA 一、 煙酰胺核苷酸的合成（NAD 、NADP） NAD、NADP是脫氫輔酶，在生物氧化還原系統(tǒng)中傳遞氫。 合成途