第十一章核酸的降解和核苷酸代谢 核酸的生物功能DNA、RNA 核苷酸的生物功能 ①合成核酸 ②是多种生物合成的活性中间物 糖原合成, UDP-Glc。磷脂合成,CDP乙醇胺,CDP二脂酰甘油。 ③生物能量的载体AIP、GIP ④腺苷酸是三种重要辅酶的组分 NAD、FAD、COA ⑤信号分子cAMP、cGMP 食物中的核酸,经肠道酶系降解成各种核苷酸,再在相关酶作用下,分解产生嘌呤令、嘧啶、核糖、脱氧 核糖和磷酸,然后被吸收。 吸收到体内的嘌呤和嘧啶,大部分被分解,少部分可再利用,合成核苷酸。 人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物,只要食物中有足够的磷酸盐,、糖和蛋白质,核酸就能在体内 正常合成。 核酸的分解代谢: 核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶 核酸—核苷酸——核苷+磷酸· 碱基+戊糖-1-磷酸 第一节核酸和核苷酸的分解代谢 核酸的酶促降解 核酸是核苷酸以3丶、5-磷酸二酯键连成的髙聚物,核酸分解代谢的第_步就是分解为核苷酸,作用于磷 酸二酯键的酶称核酸酶(实质是磷酸_脂酶)。 根据对底物的专一性可分为:核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。 根据酶的作用方式分:内切酶、外切酶 1、核糖核酸酶 只水解RNA磷酸二酯键的酶( RNase),不同的RNas专性不同。 牛胰核糖核酸酶(RNasⅠ,作用位点是嘧啶核苷-3-磷酸与其它核苷酸间的连接键。 核糖核酸酶T1(R№aseT1),作用位点是3-鸟苷酸与其它核苷酸的5’OH间的键。 图 2、脱氧核糖核酸酶
１ 第十一章 核酸的降解和核苷酸代谢 核酸的生物功能 DNA、RNA 核苷酸的生物功能 ①合成核酸 ②是多种生物合成的活性中间物 糖原合成，UDP-Glc。磷脂合成，CDP-乙醇胺，CDP-二脂酰甘油。 ③生物能量的载体ATP、GTP ④腺苷酸是三种重要辅酶的组分 NAD、FAD、CoA ⑤信号分子cAMP、cGMP 食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧 核糖和磷酸，然后被吸收。 吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。 人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内 正常合成。 核酸的分解代谢： 第一节 核酸和核苷酸的分解代谢 一、 核酸的酶促降解 核酸是核苷酸以 3’、5’-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷 酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶）。 根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。 根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。 1、 核糖核酸酶 只水解 RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的RNase 专一性不同。 牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。 核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3’ -鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。 图 2、 脱氧核糖核酸酶 核酸 核酸酶 核苷酸 核苷酸酶 核苷 + 磷酸 核苷磷酸化酶 碱基 + 戊糖-1-磷酸
只能水解DNA磷酸二酯键的酶。DNa牛胰脱氧核糖核酸酶ΦDNas)可切割双链和单链DNA。产物 是以5-磷酸为末端的寡核苷酸。 牛胰脱氧核糖核酸酶(D№∞Ⅰ),降解产物为3-磷酸为末端的寡核苷酸 限制性核酸内切酶:细菌体内能识别并水解外源双源DNA的核酸内切酶,产生3′-OH和5ˆ-P。 图 PstⅠ切割后,戒成3′OH单链粘性末端。 EcoRⅠ切割后,戒成5′-P单链粘性末端。 3、非特异性核酶 既可水解RNA,又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶 小球菌核酸酶是内切酶,可作用于RNA或变性的DNA,产生3-核苷酸或寡核苷酸。 蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。 蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3-OH逐个水解,生成5-核苷酸。 牛脾磷酸二脂酶从游离的5’OH开始逐个水解,生成3’核苷酸。 二、核苷酸的降解 1、核苷酸酶(磷酸单脂酶) 水解核苷酸,产生核苷和磷酸。 非特异性磷酸单酯酶:不论磷酸基在戊糖的2’、3'、5’,都能水解下来。 特异性磷酸单酯酶: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 两种: ①核苷磷酸化酶:广泛存在,反应可逆。 核苷磷酸化酶 核苷+磷酸 碱基+戊糖-1-磷酸 ②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 核苷水解酶 核糖核苷+H2O 碱基+核糖 、嘌呤碱的分解 P301图182嘌呤碱的分解 首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨,脱氨反应可发生在嘌呤令碱、核苷及核苷酸水平上
２ 只能水解DNA磷酸二酯键的酶。DNase 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割双链和单链 DNA。产物 是以 5’-磷酸为末端的寡核苷酸。 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源DNA 的核酸内切酶，产生3ˊ-OH 和5ˊ-P。 图 PstⅠ切割后，形成3ˊ-OH 单链粘性末端。 EcoRⅠ切割后，形成5ˊ-P 单链粘性末端。 3、 非特异性核酸酶 既可水解 RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。 小球菌核酸酶是内切酶，可作用于RNA或变性的DNA，产生3’-核苷酸或寡核苷酸。 蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。 蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH 逐个水解，生成5’-核苷酸。 牛脾磷酸二脂酶从游离的5’-OH开始逐个水解，生成3’核苷酸。 二、 核苷酸的降解 1、 核苷酸酶 （磷酸单脂酶） 水解核苷酸，产生核苷和磷酸。 非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2’、3’、5’，都能水解下来。 特异性磷酸单酯酶： 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 两种： ① 核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。 ② 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、 嘌呤碱的分解 P301 图 18-2 嘌呤碱的分解 首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。 核糖核苷+ H2O 核苷水解酶 碱基 + 核糖 核苷 + 磷酸 核苷磷酸化酶 碱基 + 戊糖-1-磷酸
P299反应式 不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同,因此,终产物也不同 排尿酸动物:灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类 排尿囊素动物:哺乳动物(灵长类除外)、腹足类 排尿囊酸动物:硬骨鱼类 排尿素动物:大多数鱼类、两栖类 某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO排出 植物分解嘌呤的途径与动物相似,产生各种中间产物(尿囊素、尿囊酸、尿素、N3) 微生物分解嘌呤类物质,生成№、CO及有机酸(甲酸、乙酸、乳酸、等)。 四、嘧啶碱的分解 P302图18-3嘧啶碱的分解 人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的N3可进一步转化成尿素排出。 第二节嘌呤核苷酸的合成 从头合成 由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸(5-PRP)开始,先合成次黄嘌呤核苷酸,然后由次黄嘌呤核苷酸(IM) 转化为腺嘌呤令核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。 嘌呤环合成的前体:CO2、甲酸盐、Gn、As、Gl P303图184嘌呤环的元素来源及掺入顺序 A.Gln提供NH2:N9 C.5.10甲川HHFA:C8 D.Gln提供NH2:N3 闭环 E CO2 Asp提供NH:N1 G10-甲酰THFA:C2 1、次黄嘌呤核苷酸的合成(IMP)P306图185
３ P 299 反应式 不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同。 排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类 排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类 排尿囊酸动物：硬骨鱼类 排尿素动物：大多数鱼类、两栖类 某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。 植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。 微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。 四、 嘧啶碱的分解 P302 图 18-3 嘧啶碱的分解 人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的NH3可进一步转化成尿素排出。 第二节 嘌呤核苷酸的合成 一、 从头合成 由 5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP） 转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。 嘌呤环合成的前体：CO2 、甲酸盐、Gln、Asp、Gly P303 图 18-4 嘌呤环的元素来源及掺入顺序 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 闭环 E CO2：C6 F. Asp 提供-NH2：N1 G 10-甲酰THFA：C2 1、 次黄嘌呤核苷酸的合成（IMP） P306 图18-5
磷酸核糖焦磷酸激酶 5-磷酸核糖+ATP 5-PRPP AMP (1)、磷酸核糖焦磷酸转酰勝(转氨) 5-磷酸核糖焦磷酸+Gln 磷酸核糖胺+Glu+ppl 使原来α-构型的核糖转化成β构型 (2)、甘氨酰胺核苷较合成酶 5-磷酸核糖胺+Gly+ATP→甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi (3)、甘氨酰胺核苷较转甲酰基酶 甘氨酰胺核苷酸+N5N甲川HH4+H2O→甲酰甘氨酰胺核苷酸+FH4 甲川基可由甲酸或氨基酸供给 (4)、甲酰甘氨眯核苷酸合成酶 甲酰甘氨酰胺核苷酸+Gh+AP+H→甲酰甘氨脒核苷酸+Glu+ADP+pi 此步反应受重氮丝氨酸和6重氮5-氧正亮氨酸不可逆抑制,这两种抗菌素与Gh有类似结构。 P304结构式:重氮丝氨酸、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)第阶段,合成第一个环 (6)、氨基咪唑核苷较羧化酶 5-氨基咪唑核苷酸℃O→5-氨基咪唑4羧酸核苷酸 (7)、氨基咪唑號珀基氨甲酰核苷酸合成 5-氨基咪唑4-羧酸核苷酸+AφAP→5-氨基咪唑4-(N琥珀基)氨甲酰核苷酸 8)、腺苷酸琥酸裂解醇 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)、氨基咪唑氨甲跣核苷酸转甲酰基酶 5-氨基咪唑4氨甲酰核苷酸N甲酰HH4→5-甲酰胲基咪唑4氨甲酰核苷酸+HH4 (10)、次黄嘌呤核苷酸环水解酶 5-甲酰胺基咪唑4氨甲酰核苷酸亠次黄嘌呤核苷酸+HO 总反应式
４ （1）、 磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨） 5-磷酸核糖焦磷酸 + Gln → 5-磷酸核糖胺 + Glu + ppi 使原来α-构型的核糖转化成β构型 （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）、 甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶 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给。 （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 此步反应受重氮丝氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制，这两种抗菌素与Gln 有类似结构。 P 304 结构式：重氮丝氨酸、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）第一阶段，合成第一个环 （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转甲酰基酶 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10 -甲酰FH4 → 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4 （10）、 次黄嘌呤核苷酸环水解酶 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸 → 次黄嘌呤核苷酸+H2O 总反应式： 5-磷酸核糖 + ATP 磷酸核糖焦磷酸激酶 5`-PRPP + AMP
5-磷酸核糖+CO+甲川THFA+甲酰THFA+2Gh+Gly+As+5AIP→ IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPi 腺嘌呤核苷酸的合成(AMP)P306图18-5 腺苷酸琥珀酸合成酶 IMP+Asp+GTP 腺苷酸琥珀酸+GDP+Pi 腺苷酸琥珀酸裂解酶 AMP 延胡索酸 从头合成:CO2、2个甲酸盐、2个Gh、1个小、(1+1)个Asp、(6+1)个AP,产生2个G、(1+1) 个延胡索酸。 Asp的结构类似物羽田杀菌素,可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性,阻止AMP生成。 羽田杀菌素:N-羟基N甲酰G(P307) 3、鸟嘌呤核苷酸的合成(P307结构式) IMP脱氢酶 IMP+ NAD++HO 黄嘌呤核苷酸+NADH+H GMP合成酶 黄嘌呤核苷酸+Ghn(或NH)+ATP+HO GMP+ Glu+ AMP+ PPi 4、AMP、GMP生物合成的调节P309图186 5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶,可被终产物AMP、GM反馈抑制。 AMP过量可反馈抑制自身的合成 GMP过量可反馈抑制自身的合成 5、药物对嘌呤核苷酸合成的影响 筛选抗肿瘤药物,肿瘤细胞核酸合成速度快,药物能抑制。 ①羽田杀菌素 与Aφ竞争腺苷酸琥珀酸合成酶,阻止次黄嘌呤核苷酸转专化成AMF ②重氮乙酰丝氨酸、6-重氮5-氧正亮氨酸,是Gn的结构类似物,抑制Gh参与的反应。 ③氨基蝶呤、氨甲蝶呤 结构P314
５ 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 图18-5 从头合成：CO2 、2 个甲酸盐、2个Gln、1 个 Gly、（1+1）个Asp、（6+1）个 ATP，产生 2个 Glu、（1+1） 个延胡索酸。 Asp 的结构类似物羽田杀菌素，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP 生成。 羽田杀菌素： N-羟基-N-甲酰-Gly （P307） 3、 鸟嘌呤核苷酸的合成 （P307结构式） 4、 AMP、GMP生物合成的调节 P309图18-6 5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶，可被终产物 AMP、GMP 反馈抑制。 AMP 过量可反馈抑制自身的合成。 GMP 过量可反馈抑制自身的合成。 5、 药物对嘌呤核苷酸合成的影响 筛选抗肿瘤药物，肿瘤细胞核酸合成速度快，药物能抑制。 ①羽田杀菌素 与 Asp 竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP。 ②重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln 的结构类似物，抑制Gln 参与的反应。 ③氨基蝶呤、氨甲蝶呤 结构 P314 IMP + Asp + GTP AMP + 延胡索酸 腺苷酸琥珀酸合成酶 腺苷酸琥珀酸 +GDP + Pi 腺苷酸琥珀酸裂解酶 IMP + NAD+ +H2O IMP 脱氢酶 黄嘌呤核苷酸 + NADH + H+ 黄嘌呤核苷酸 + Gln（或NH4 +） + ATP + H2O GMP 合成酶 GMP + Glu + AMP + PPi