核酸降解與核苷酸代謝

1、第六章 核酸降解與核苷酸代謝,一．核酸酶促降解二．核苷酸的分解代謝三．核苷酸的生物合成,一、核酸降解,在胃中核蛋白酸水解為核酸和蛋白質(zhì)，核酸在小腸被胰核酸酶（包括DNase、RNase）降解為嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸和寡核苷酸。磷酸二酯酶協(xié)同胰核酸酶進(jìn)行消化，水解為單核苷酸。腸黏膜細(xì)胞中還有核苷酸酶 (磷酸單酯酶)，水解核苷酸為核苷和Pi。脾、肝等組織中的核苷酶進(jìn)一步水解核苷為戊糖和堿基。,,,核酸,核苷酸,磷酸,核苷

2、,戊糖,堿基,（嘌呤堿，嘧啶堿）,核酸酶,核苷酸酶,核苷酶,,核酸酶(Nuclease),核酸酶是作用于核酸磷酸二酯鍵的水解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脫氧核糖核酸酶(DNase)，其中能水解核酸分子內(nèi)磷酸二酯鍵的酶又稱為核酸內(nèi)切酶(endonuclease)，從核酸的一端逐個(gè)水解下核苷酸的酶稱為核酸外切酶(exonuclease)。,核酸酶(Nuclease),RNA: RNase(酶穩(wěn)定、耐高溫)DNA:

3、 DNase(種類多、工具酶),,,,核酸內(nèi)切酶 磷酸二酯酶 核酸外切酶 磷酸單酯酶,非特異性特異性,,,作用類別：,二、核苷酸的分解代謝,磷酸單酯酶或核苷酸酶可催化核苷酸的水解，而特異性強(qiáng)的磷酸單酯酶只能水解3’-核苷酸或5’-核苷酸。 催化核苷水解的酶有兩類，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶 （核苷磷酸化酶）核苷 + Pi ? 嘌呤或嘧啶 + 戊糖-1-P

4、 （核苷水解酶）核苷 + H2O 嘌呤或嘧啶 + 戊糖核苷磷酸化酶存在廣泛，反應(yīng)可逆核苷磷酸化酶主要存在于植物和微生物，只對(duì)核糖核苷起作用，對(duì)脫氧核糖核苷無作用。,,核苷酸分解,1.嘌呤堿的分解,,次黃嘌呤,,黃嘌呤,,尿酸（醇式）,G,,NH3,,尿素,,NH3+ CO2,（微生物）,嘌呤核苷酸三級(jí)水平的降解,嘌呤核苷酸分解的三級(jí)脫氨,嘌呤分解中的脫氨作用,嘌呤堿的分解首先是水解脫氨

5、，脫氨作用也可以在核苷或核苷酸的水平上進(jìn)行。動(dòng)物組織腺嘌呤脫氨酶含量極少，而腺嘌呤核苷脫氨酶及腺嘌呤核苷酸脫氨酶的活性較高，因此腺嘌呤的脫氨分解主要在核苷或核苷酸水平上進(jìn)行。鳥嘌呤脫氨酶分布廣，脫氨分解主要在該酶的作用下進(jìn)行。,嘌呤的分解,尿酸生成,正常人血漿中尿酸含量為20-60mg/L，超過80mg/L時(shí)，尿酸鹽晶體會(huì)沉積在關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨、腎等部位，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石以及腎臟疾病，即“痛風(fēng)癥”。攝取大量嘌呤食物或尿酸排泄障礙

6、時(shí)易患痛風(fēng)癥。臨床上用“別嘌呤醇”治療痛風(fēng)癥，機(jī)理：別嘌呤醇的結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，是黃嘌呤氧化酶的競爭性抑制劑。,嘧啶堿的分解,不同生物嘧啶堿的分解過程也不一樣，一般情況下含氨基的嘧啶要先水解脫去氨基，脫氨基也可以在核苷或核苷酸水平上進(jìn)行。,2.嘧啶堿的分解,,-NH2,,,二氫尿嘧啶,,β－脲基丙酸,,β－丙氨酸,H2O,H2O,,,（開環(huán)）,嘧啶還原途徑的分解,-CH3,嘧啶分解,其中二氧化碳經(jīng)呼吸道排出體外，氨在肝臟合成尿素經(jīng)腎

7、臟排出，β-丙氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨、氧化以及脫羧作用生成乙酰CoA進(jìn)入TCA循環(huán)。一部分β-氨基異丁酸經(jīng)腎臟排出，另一部分經(jīng)轉(zhuǎn)氨、氧化等作用生成琥珀酰CoA進(jìn)入TCA循環(huán).,三、核苷酸生物合成,,基本途徑,從頭合成,半合成（補(bǔ)救合成）,,（CO2/NH3/AA/戊糖） 核苷酸 dNTP,分解的現(xiàn)成嘌呤、嘧啶,,,,核苷酸合成的兩條途徑,補(bǔ)救途徑 從頭合成,核苷,堿基,脫氧核苷,,核糖、氨基酸

8、、CO2、NH3,,核糖核苷酸,,脫氧核苷酸,,,DNA,輔酶,RNA,,,,,嘌呤環(huán)元素的來源,（一）嘌呤核苷酸的生物合成,N5,N10-次甲基四氫葉酸,磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)1）,5－磷酸核糖焦磷酸,5－磷酸核糖胺,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)2）,5－磷酸核糖胺,甘氨酰胺核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)3）,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)4）,甲酰甘氨酰胺

9、核苷酸,甲酰甘氨咪唑核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)5）,甲酰甘氨咪唑核苷酸,5－氨基咪唑核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)6）,5－氨基咪唑核苷酸,5－亞氨基咪唑－4－羧酸核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)7）,5－氨基咪唑－4－羧酸核苷酸,5－亞氨基咪唑－4－羧酸核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)8）,5－氨基咪唑－4－羧酸核苷酸,5－氨基咪唑－4－甲酰胺核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)9）,5－氨基咪唑－4－甲酰胺核苷酸,

10、5－氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成(反應(yīng)10),5－氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸,5－甲酰氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)11）,5－甲酰氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸,次黃嘌呤核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成總圖,由IMP合成AMP和GMP,嘌呤核苷酸的補(bǔ)救途徑Salvage Synthesis of Pu-Nt,利用現(xiàn)成的腺嘌呤、次黃嘌呤和鳥嘌呤通過磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶實(shí)現(xiàn)AMP、IMP、GMP的補(bǔ)

11、救合成。人體細(xì)胞大多為全程合成，但腦中多通過補(bǔ)救途徑合成。,嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成,腺嘌呤 + PRPP AMP + PPi,,次黃嘌呤 + PRPP IMP + PPi,鳥嘌呤 + PRPP GMP + PPi,,,磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶催化,嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成,（二）嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶環(huán)元素的來源,氨甲酰磷酸,天冬氨酸,氨甲酰磷酸合成氨甲

12、酰Asp,乳清酸的合成,氨甲酰Asp,二氫乳清酸,乳清酸,乳清酸合成UMP,乳清酸,乳清苷酸,嘧啶核苷酸的全程合成：由乳清酸合成UMP,p397,UTP合成CTP,CTP合成酶,嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成,UMP磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶 尿嘧啶 + PRPP ——? UMP + PPi 尿嘧啶磷酸化酶尿嘧啶 + 1-P-R ——? 尿嘧啶核苷+ Pi

13、 尿苷激酶 尿嘧啶核苷+ ATP ——? UMP + ADP胞嘧啶不能與PRPP作用。但 尿苷激酶 胞嘧啶核苷＋ ATP CMP+ADP,,,（三）磷酸核苷酸的合成,1

14、 .AMP生成ATP AMP激酶 AMP + ATP ——? 2ADP glycolytic enzymes or oxidative phosphorylationADP ——? ATP2 .ATP通過核苷單磷酸激酶生成其他NDPATP + NMP ——? ADP + NDP3.NTP的生成

15、 核苷二磷酸激酶XTP + NDP XDP + NTP,,,（四）脫氧核糖核苷酸的合成,以核糖核苷酸為原料，通過核糖核苷酸還原酶 將核糖分子還原為脫氧核糖。核糖核苷酸必須先行轉(zhuǎn)化為二磷酸核苷酸(NDP)水平，再還原為脫氧核苷二磷酸.除需還原酶外，還需另兩種氧還蛋白參與，即硫氧還蛋白和谷氧還蛋白。產(chǎn)物為dNDP。進(jìn)一步在激酶的作用下形成相

16、應(yīng)的dNTP。,脫氧核苷酸的合成,核糖核苷酸還原酶,核糖核苷酸還原酶催化核糖核苷酸還原為脫氧核糖核苷酸,p399,核糖核苷酸還原酶,谷氧還蛋白,FAD,FADH2,GSSG,2GSH,NADPH+H+,NADP+,核糖核苷酸還原酶,核糖核苷二磷酸,脫氧核糖核苷二磷酸,硫氧還蛋白還原酶,谷氧還蛋白還原酶,谷胱甘肽還原酶,dTMP的生物合成,存在兩種不同途徑：補(bǔ)救和全程合成補(bǔ)救途徑以完成的胸腺嘧啶為原料，先生成dT，再形成dTMP

17、。 胸苷酸磷酸化酶 胸腺嘧啶+脫氧核糖-1-P ——? dT+pi dT kinase dT+ATP——?dTMP+ADP,胸苷酸的合成,dTMP的生物合成,全程合成途徑以dUMP為原料N5,N10-

18、亞甲基 THFA為甲基供體，由dTMP 合酶催化生成。,dNTP的生成,,,1 核酸的酶促降解 核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、限制性內(nèi)切酶 2 核苷酸的降解 3 核苷酸的合成代謝 （1）核糖核苷酸的生物合成 嘌呤核苷酸的合成：從頭合成和補(bǔ)救途徑 嘧啶核苷酸的合成：從頭合成和補(bǔ)救途徑 （2）脫氧核苷酸的生物合成

19、 核糖核苷酸的還原 脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,第六章 核酸的酶促降解和核苷酸的代謝,,,四、輔酶核苷酸的合成NAD的合成,NAD的合成過程,FMN、FAD的合成,黃素激酶 核黃素 ＋ ATP FMN + ADP Mg2+