1、第十章 核酸的降解與核苷酸代謝,一、核酸的降解,第一節(jié) 核酸的降解與核酸酶類,1、核酸酶的定義及分類 核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯鍵的酶 依據(jù)底物不同分類 DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)： 專一降解DNA RNA酶 (ribonuclease, RNase)： 專一降解RNA,二、核酸酶（Nuclease）,依據(jù)切割部位不同 核酸內(nèi)切酶：分為限制性核酸內(nèi)切酶和非特異性限制性核酸內(nèi)切酶。 限制性內(nèi)切酶：在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識(shí)別并水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶，可用于特異切割DNA，常作為工具酶。 核酸外切酶：53或35核酸外切酶,參與DNA的合成與修復(fù)及RNA

2、合成后的剪接等重要基因復(fù)制和基因表達(dá)過(guò)程 負(fù)責(zé)清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，同時(shí)也可以清除侵入細(xì)胞的外源性核酸 在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶,生物體內(nèi)的核酸酶負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)外催化核酸的降解,2、核酸酶的功能,一、核苷酸代謝的動(dòng)態(tài),單核苷酸庫(kù),氨基酸 葡萄糖 磷酸,核苷酸的從頭合成,核酸的降解,核苷酸的降解 產(chǎn)物的再利用,核苷酸的降解,核酸的合成,第二節(jié) 核苷酸的代謝,嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu),GMP,AMP,二、嘌呤核苷酸的代謝,（一）嘌呤核苷酸的合成代謝,從頭合成途徑(de novo synthesis pathway) 利用氨基酸等作為原料合成 補(bǔ)救合成途徑

3、(salvage synthesis pathway) 利用體內(nèi)游離的堿基或核苷合成,嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。,肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無(wú)法進(jìn)行此合成途徑。,1、嘌呤核苷酸的從頭合成,定義,合成部位,嘌呤堿合成的元素來(lái)源,CO2,天冬氨酸,甲?；?（一碳單位）,甘氨酸,甲?；?（一碳單位）,谷氨酰胺 （酰胺基）,嘌呤堿合成的元素來(lái)源,合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基團(tuán)、CO2、磷酸核糖。 合成特點(diǎn)：磷酸核糖為起始物，逐步加原料合成嘌呤環(huán)

4、，形成重要中間產(chǎn)物 IMP（次黃嘌呤核苷酸），再由它轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMP。,過(guò)程,1. IMP的合成,2. AMP和GMP的生成,R-5-P （5-磷酸核糖）,PP-1-R-5-P （5-磷酸核糖-1-焦磷酸） PRPP,在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下,IMP,H2N-1-R-5-P （5-磷酸核糖胺）,甘氨酰胺核苷酸,二、核苷酸的生物合成,（一）嘌呤核糖核苷酸的合成,1 次黃嘌呤核苷酸（IMP）的合成,谷胺酰胺磷酸核糖焦磷酸酰胺轉(zhuǎn)移酶,5-磷酸核糖胺,甘氨酰胺核糖核苷酸合成酶,甲酰甘氨酰胺核糖核苷酸,甲酰甘氨脒核糖核苷酸,甘氨酰胺核苷酸,甘氨酰胺核糖核苷酸轉(zhuǎn)甲酰

5、基酶,甲酰甘氨酰胺核糖核苷酸,甲酰甘氨脒核糖核苷酸合成酶,5-氨基咪唑核糖核苷酸,N5-羧基氨基咪唑核苷酸,甲酰甘氨脒核糖核苷酸,氨基咪唑核糖核苷酸合成酶,5-氨基咪唑核糖核苷酸,N5-羧基氨基咪唑核苷酸合成酶,5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸,N-琥珀酰-5-氨基咪唑-4-羧酰胺核糖核苷酸,N5-羧基氨基咪唑核糖核苷酸,N5-羧基氨基咪唑核糖核苷酸變位酶,N-琥珀酰-5-氨基咪唑-4-酰胺核糖核苷酸合成酶,5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸,N-甲酰氨基咪唑-4-羧酰胺 核糖核苷酸,次黃嘌呤核苷酸IMP,N-琥珀酰-5-氨基咪唑-4-羧酰胺核糖核苷酸,N-琥珀酰-5-氨基咪唑 -4-酰胺核糖核苷 酸

6、裂合酶,5-氨基咪唑-4-羧酰胺核糖核苷酸,N-甲酰氨基咪唑-4-羧酰胺核糖核苷酸,N-甲酰氨 基咪唑-4-羧 酰胺核糖核苷 酸轉(zhuǎn)甲?；?次黃嘌呤 核苷酸合酶,由IMP合成 AMP 和 GMP,腺苷酸琥珀酸,腺苷酸琥珀 酸合成酶,延胡索酸,腺苷酸琥珀 酸裂合酶, 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個(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵。 AMP或GMP的合成又需1個(gè)ATP,嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn),從頭合成的調(diào)節(jié),PRPP,PRA,GTP,+,+,調(diào)節(jié)方式：反饋調(diào)節(jié)和交叉調(diào)節(jié),利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過(guò)程，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。,2、嘌

7、呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑,定義,1.腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 2.次黃嘌呤-鳥(niǎo)嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶 (hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 3.腺苷激酶(adenosine kinase),參與補(bǔ)救合成的酶,合成過(guò)程,補(bǔ)救合成的生理意義,補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。 體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。,3、嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變,4、脫氧核糖核苷酸的生成,二磷酸脫氧核苷,NDP,dNDP,二磷酸核糖核苷,NAD

8、P+,NADPH + H+,核糖核苷酸還原酶，Mg2+,還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2,氧化型硫氧化還原蛋白,硫氧化還原蛋白還原酶 （FAD）,脫氧核苷酸的生成,（二）嘌呤核苷酸的分解代謝,核苷酸,核苷,核苷酸酶,Pi,核苷磷酸化酶,堿基,1-磷酸核糖,嘌呤堿的最終 代謝產(chǎn)物,AMP,GMP,H （次黃嘌呤）,G,X （黃嘌呤）,黃嘌呤氧化酶,黃嘌呤氧化酶,嘧啶核苷酸的結(jié)構(gòu),三、嘧啶核苷酸的代謝,從頭合成途徑 補(bǔ)救合成途徑,（一）嘧啶核苷酸的合成代謝,1、嘧啶核苷酸的從頭合成,主要是肝細(xì)胞胞液,嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)一系列酶促反

9、應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的途徑。,定義,合成部位,嘧啶合成的元素來(lái)源,合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。 合成特點(diǎn)：用原料先合成嘧啶環(huán)，然后再與磷酸核糖連接生成嘧啶核苷酸,合成過(guò)程,（1） 尿嘧啶核苷酸的合成,（2）胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,（3） dTMP或TMP的生成,dUMP,脫氧胸苷一磷酸 dTMP,ATP + CO2+ 谷氨酰胺,氨基甲酰磷酸,UMP,氨基甲酸天冬氨酸,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP + 5-磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,從頭合成的調(diào)節(jié),2、 嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成,3、嘧啶核苷酸的抗代謝物,嘧啶類似物,胸腺嘧啶(T),5-氟尿嘧啶(5-FU),某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物,能夠抑制嘧啶核苷酸合成的抗代謝藥物也是一些嘧啶核苷酸的類似物，通過(guò)對(duì)酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制而干擾或抑制嘧啶核苷酸的合成。 主要的抗代謝藥物是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)镕-dUMP，其結(jié)構(gòu)與dUMP相似，可競(jìng)爭(zhēng)性抑制胸苷酸合成酶的活性，從而抑制胸苷酸的合成。,氮雜絲氨酸,阿糖胞苷,氨甲碟呤,氮雜絲氨酸,（二）嘧啶核苷酸的分解代謝,胞嘧啶,NH3,尿嘧啶,二氫尿嘧啶,H2O,CO2 + NH3,-丙氨酸,胸腺嘧啶,-脲基異丁酸,-氨基