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1、,第十章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢,仲恺农业工程学院化学化工学院,主要内容,核酸在生物体内可以被降解外源核酸在动物体的小肠内被降解胰核酸酶肠粘膜释放的磷酸二酯酶降解产物在小肠内被转化和吸收核酸的降解一般不为生物提供能量,第一节 核酸的酶促降解,一、核酸酶对核酸的降解1、核酸酶核酸是由许多核苷酸通过3，5-磷酸二酯键连接而成的大分子化合物。核酸通过酶促降解可产生分子量大小不同的核苷酸片段及相关产物、单核苷酸。能够降解核酸中磷酸二酯键的酶统称为核酸酶。2、核酸酶种类根据核酸酶对底物专一性的不同，分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶根据对底物的作用方式分为：核酸内切酶、核酸外切酶。其中
2、核酸内切酶还可以分为非特异性核酸内切酶和限制性核酸内切酶。水解酯键 水解3-酯键5-（寡）核苷酸 的方式 水解5-酯键 3-核苷酸,二、核糖核酸酶（RNase）,能对核糖核酸中磷酸二酯键水解作用的酶。包括内切酶和外切酶。1、核酸内切酶（1）种类（2）脱氧核糖核酸酶是一类特异水解DNA的酶类，也作用于磷酸二酯键。常见的内切酶有：,2、核酸外切酶常见的核酸外切酶有蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶。对核糖核酸和脱氧核糖核酸都能分解，专一性不高。蛇毒磷酸二酯酶：从核酸3端开始逐个水解下5-核苷酸牛脾磷酸二酯酶：从游离5端开始逐个水解下3-核苷酸外切核酸酶对核酸的水解位点,p,脱嘌呤/脱嘧啶（AP）核酸内
3、切酶的作用能识别去除了碱基的核酸（无嘌呤酸、无嘧啶酸）磷酸二酯键，并切除糖基，使核酸链断开。,3、限制性内切酶限制性核酸内切酶又称限制性酶，可识别DNA分子中内部特异性的碱基序列，并在该部位切断DNA双链。具有很强的专一性：顺序专一性或结构专一性对底物DNA有特异的识别位点（又称识别序列），这些位点的长度一般在48个碱基对范围内，而且通常有一个二重对称轴，即53方向的残基序列在两条链上是一样的，这样的序列叫回文结构，切割后形成黏性末端或平齐末端。核酸链经酶切割后形成错开的切口，使每条单链的一端带有识别顺序中的几个互补碱基，这样的末端称为黏性末端。环状或线状的双链DNA分子经限制性内切酶作用后都
4、形成线状双链DNA。这类酶主要在细菌中产生。因为这类酶自身DNA酶切位点往往经甲基化修饰受到保护，因此其主要功能在于降解外面入侵的DNA，而不降解自身细胞中的DNA。是基因重组用酶，是胞内DNA的“卫士”。,返回,DNA,外切酶,内切酶,特定部位的限制性内切酶,第二节 核苷酸的分解代谢,一、核苷酸的降解 核苷酸酶广泛分布于生物体内,核苷酸降解为核苷生物体内普遍存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可催化2-，3-和5-核苷酸的水解；特异性强的磷酸单酯酶只能水解3-核苷酸和5-核苷酸，对不同的碱基也有选择性。核苷酸中糖苷键的断裂催化该反应的酶称为核苷酸核苷酶，主要在微生物（细菌）中存在核苷酸的脱氨反应与核苷
5、酸转换带氨基的核苷酸在核苷酸脱氨酶的作用下可脱掉氨基 而转变成另一种核苷酸。,核苷的分解代谢核苷的代谢去路核苷的水解：核苷水解酶主要存在于植物和微生物中，只对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷无作用核苷的磷酸解作用：反应可逆，反应过程中糖构型由-型转变为-型核苷的相互转换核苷的排泄：主要为修饰核苷酸，不被分解，也不被利用,核苷酸三级水平的降解脱氨作用主要发生在核苷酸和核苷水平,二、嘌呤的分解,嘌呤类化合物的分解代谢可以在核苷酸、核苷和碱基三个水平上进行（腺嘌呤核苷脱氢酶和腺嘌呤核苷酸脱氢酶活性较高）,嘌呤碱最终代谢产物：人类、灵长类、鸟类、爬行类、大多数昆虫：直接排出尿酸大多数生物：尿酸在尿酸氧化
6、酶作用下被氧化脱羧生成尿囊素、CO2、H2O2除人和猿类外的哺乳动物：直接排出尿囊素其他多数种类的生物：尿囊素经尿囊素酶水解成尿囊酸（一些硬骨鱼的嘌呤代谢排泄物）大多数鱼类及两栖类：尿素、乙醛酸（尿囊酸酶）甲壳类、海洋无脊椎动物：NH3和CO2（脲酶）,腺嘌呤核苷酸首先生成次黄嘌呤核苷其中脱氨可发生在核苷/核苷酸水平,次黄嘌呤核苷在核苷磷酸化酶作用下生成次黄嘌呤，再经次黄嘌呤氧化酶催化氧化成黄嘌呤。黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下氧化成尿酸。,次,鸟嘌呤核苷酸经脱氨基生成黄嘌呤，再在黄嘌呤氧化酶催化下生成尿酸,痛风：嘌呤代谢紊乱疾病。嘌呤代谢产生过多的尿酸，由于其溶解度很差，易在关节、软组织、软骨、
7、肾等处形成尿酸钠晶体并沉积引起灼痛。如果发生HGPRT的缺陷，不能以补救途径合成嘌呤核苷酸，吸收或合成的嘌呤碱不完全降解，导致大量尿酸积累，也引起肾结石和痛风。HGPRT：次黄嘌呤鸟嘌呤转磷酸核糖酶,痛风治疗可采用别嘌呤醇，抑制黄嘌呤氧化酶的活性，从而逐步减少尿和血中的尿酸含量。正常人血清中尿酸含量为0.120.36mmol/L，含量超过0.47mmol/L时就会导致痛风症的发生。,三、嘧啶的分解,包括脱氨基、氧化、还原、水解和脱羧基作用等。有氨基的嘧啶先水解脱氨基。哺乳动物体内，主要在肝脏进行。人和某些动物：核苷酸或核苷水平也可进行,嘧啶分解的还原途径,胞嘧啶 尿嘧啶二氢尿嘧啶-脲基丙酸-丙
8、氨酸-丙氨酸经转氨基作用去氨基后还可以进一步参加有机酸代谢胸腺嘧啶代谢与其类似，生成-氨基异丁酸,胞嘧啶脱氨酶,还原,脲基丙酸酶,二氢尿嘧啶酶,嘧啶碱基分解的氧化途径,返回,第三节 核苷酸的生物合成,一、核糖核苷酸的生物合成 合成代谢的两条途径：从头合成途径：以氨基酸和某些小分子物质为原料，经一系列酶促反应逐渐掺入到原子合成核苷酸，这是从无到有的合成过程。是体内核苷酸合成的主要途径。（肝组织）补救途径或重新利用途径：以细胞内现存的碱基和核苷为原料，经过简单反应合成核苷酸的过程。（脑、骨髓）,核苷酸合成的基本途径,1、嘌呤核苷酸的生物合成,嘌呤环中各原子来源,（1）从头合成途径ATP+核糖-5-
9、磷酸5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）次黄嘌呤核苷酸（IMP）其他嘌呤核苷无机磷酸和Mg2+是PRPP合成酶的激活剂，ADP、AMP、GMP、IMP和2,3-二磷酸甘油是它的抑制剂。5-磷酸核糖的活化,酶促反应,PRPP合成酶,酶促反应分五元环和六元环两个阶段1）五元环合成PRPP+谷氨酰胺5-磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸-N-甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸5-氨基咪唑核苷酸（五元环）PRPP+谷氨酰胺5-磷酸核糖胺,5-磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸-N-甲酰甘氨酰胺核苷酸,-N-甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸5-氨基咪唑核苷酸,2）六元环合成（形成次黄苷酸）5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧
10、酸核苷酸5-氨基咪唑-4-N-琥珀酸氨甲酰核苷酸 5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸次黄嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸+鸟嘌呤核苷酸）,5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸,5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸5-氨基咪唑-4-N-琥珀酸氨甲酰核苷酸,5-氨基咪唑-4-N-琥珀酸氨甲酰核苷酸 5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸,5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸次黄嘌呤核苷酸,由IMP合成AMP和GMP,（2）补救途径1）由碱基和1-磷酸核糖在核苷磷酸化酶催化下合成核苷，然后再由核苷磷酸激酶催化磷酸化形成核苷酸2）嘌呤直接接受5-磷酸核糖焦磷酸的磷酸核糖，接合成嘌呤核苷酸。嘌呤核苷酸合成补救途径,2、嘧啶核苷
11、酸的生物合成,嘌呤环中各原子来源,（1）从头合成途径（细胞液中）嘧啶核苷酸先形成嘧啶环，然后再与磷酸核糖结合。先形成尿嘧啶核苷酸，再由尿嘧啶核苷酸转变为其他嘧啶核苷酸。,氨甲酰磷酸的合成游离氨+二氧化碳氨甲酰磷酸谷氨酰胺+二氧化碳氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶不需要生物素,氨甲酰磷酸+天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸乳清酸,乳清酸乳清核苷酸尿嘧啶核苷酸,尿嘧啶核苷酸尿苷二磷酸 尿嘧啶核苷三磷酸胞嘧啶核苷三磷酸,（2）补救途径可以由磷酸核糖转移酶催化，也可以通过磷酸化酶作用进行补救。胞嘧啶不能直接与PRPP反应生成CMP，而尿苷激酶能催化胞苷磷酸化形成,二、脱氧核糖核苷酸的生物合成,脱氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸还原形成的还原反应通常发生在核苷二磷酸水平上。核苷酸 激酶核苷二磷酸 核苷二磷酸还原酶脱氧核苷酸,核糖核苷酸还原酶催化核糖核苷酸还原为脱氧核糖核酸,脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）的生物合成途径主要有两种：1）以dUMP为原料，以N5，N10-亚甲基四氢叶酸为一碳基团的供体，形成dTMP和二氢叶酸2）由胸腺嘧啶通过胸苷磷酸化酶催化生成脱氧胸苷，然后通过胸苷激酶催化消耗一分子ATP形成脱氧胸苷酸，这条途径又称补救途径。,脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,核苷酸的合成及相互关系,
