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1、第十一章 核酸代谢,主要内容核酸消化与吸收核酸的分解代谢核酸的分解，核苷酸的降解代谢核酸的合成代谢 核苷酸的生物合成，核酸的生物合成,第一节核酸的消化与吸收,（核糖核酸酶，脱氧核糖核酸酶）（磷酸二酯酶）,（磷酸单酯酶）,1、核酸酶的定义及分类核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶 依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解DNARNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA非特异性核酸酶依据切割部位不同 核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶
2、，可用于特异切割DNA，常作为工具酶。核酸外切酶：53或35核酸外切酶,一、核酸酶（Nuclease）,2、核酸酶的功能生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程 负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸 在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 体外重组DNA技术中的重要工具酶,外切核酸酶对核酸的水解位点,5,OH,B,3,B,B,B,B,B,B,B,牛脾磷酸二酯酶（5端外切5得3）,蛇毒磷酸二酯酶（3端外切3得5）,内切核酸酶对RNA的水解位点示意图,RNAase I,RNAase I,RNAa
3、se T1,RNAase T1,Pu：嘌呤 Py：嘧啶,二、核苷酸的生物学功能,是构成核酸的基本单位,储存能量（ATP）ATP-主要形式；GTP-蛋白质合成UTP-糖原合成；CTP-磷脂合成,参与代谢和生理调节（cAMP，cGMP）,组成辅酶（NAD+、FAD，NADP+,HS-CoA，）,活化中间代谢物-UDPG,CDP-DAG,SAM,第二节 核酸的分解代谢,核酸的分解核苷酸的降解代谢,核苷酸代谢动态,一、核苷酸的降解代谢1、核苷酸的降解,生物体普遍存在的核苷酸酶可催化核苷酸的水解（2,3,5）。特异性强的核苷酸酶只能水解3-核苷 酸或5-核苷酸。催化核苷水解的酶有2类，即核苷磷酸化酶和核
4、 苷水解酶：Ns phosphorylase核苷+Pi Pu or Py+pentose-1-P（广泛）Ns hydrolase核苷+H2 O Pu or Py+pentose(植物和微生物 中，只对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷不作用）,核苷酸及核苷分解,嘌呤的分解,1、分解代谢不同生物嘌呤碱的分解能力不同，代谢产 物也不同，人和猿类及一些排尿酸的动物（鸟类、某些爬行类和昆虫）嘌呤的代谢 产物为尿酸。而其他生物可以分解嘌呤为 多种不同产物。嘌呤碱的分解首先是在脱氨酶的作用下 脱去氨基。脱氨作用可以在核苷酸或核苷水平上进行。动物组织中腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷 脱氨酶及腺嘌呤核苷酸脱氨
5、酶的活性较高。鸟嘌呤脱 氨酶分布广，脱氨分解主要在该酶的 作用下进行。Ade和Gua脱氨基后分别生成次黄嘌呤 和黄嘌呤，进一步代谢生成尿酸。最终产物：尿酸 关键酶：黄嘌呤氧化酶代谢抑制剂别嘌呤醇。,嘌呤的分解,2、嘌呤代谢障碍导致的相关疾病痛风 痛风的机理：尿酸生成过量或尿酸排出过少。如：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）不完全缺乏促使嘌呤核苷酸过度生成 别嘌呤醇治疗痛风的机理：次黄嘌呤类似物，竞争性抑制黄嘌呤氧化酶；或转变为别嘌呤醇核苷酸，抑制嘌呤核苷酸从头合成,2、嘌呤的降解,尿素和乙醛酸,尿囊酸,尿囊素和CO2,尿酸,黄嘌呤,嘌呤,核苷酸三级水平的降解,尿 酸 Uric Aci
6、d 合成,嘌呤核苷酸的分解代谢主要在肝脏、小肠及 肾脏中进行。生理情况下嘌呤合成与分解处于相 对平衡状态，尿酸的生成与排泄也较恒定。正常 人血浆中尿酸含量约0.12-0.36 mM2-6 mg/dL，男性平均0.27mM4.5mg/dL，女性平均0.21 mM3.5 mg/dL。体内核酸大量分解白血病、恶 性肿瘤等或食入高嘌呤食物时，血中尿酸水平升 高，超过0.48 mM8 mg/dL时，尿酸盐形成结 晶，沉积于关节、软组织、软骨及肾等处导致关 节炎、尿路结石及肾疾患-痛风症。黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤和黄嘌呤氧化生产尿酸。酶为复合黄素酶，由两个相同的亚基组 成，分子量260,000，每个亚基含
7、一个FAD、一个钼原子和一个Fe4 S4 中心。反应要求分 子氧作为电子受体，还原产物是H2 O2，进 入尿酸的氧来自水。底物与酶结合后，Mo(VI)被还原为Mo(IV)，电子经黄素、铁硫中心等传给O2，与氢离子生成H2 O2，Mo(IV)氧化为Mo(VI)。,痛风的尿酸钠晶体,痛风的治疗,治疗痛风的原则是：合理的饮食控制；充足的水分摄入；规律的生活制度；适 当的体育活动；有效的药物治疗；定期 的健康检查。西医对痛风病的治疗，较为常用的抗痛 风药物：秋水仙碱、别嘌呤醇、丙磺舒、苯溴马隆、消炎痛、布络芬、扶他林等。中医对痛风的治疗。饮食治疗每日嘌呤摄入量不超过150mg,常见食物的嘌呤含量范围,
8、一、每100克食物嘌呤含量小于50毫克为低嘌呤的有：五谷类：米、麦、高梁、玉米、马铃薯、甘薯、面条、通心 粉；蛋 类：鸡蛋、鸭蛋、皮蛋；奶 类：牛奶、乳酪、冰琪琳；饮 料：汽水、巧克力、可可、咖啡、麦乳精、果汁、茶、蜂蜜、果冻；以及各种水果、蔬菜和油脂 等。二、每100克食物中含50毫克150毫克嘌呤的为中嘌呤：肉 类：鸡肉、猪肉、牛肉、羊肉、鱼、虾、螃蟹；豆 类：黑豆、绿豆、红豆、花豆、碗豆、菜豆、豆干、豆腐以 及笋干、金针、银耳、花生、腰果、芝麻等。三、每100克食物中含150毫克-500毫克嘌呤的食物为高嘌呤：豆苗、黄豆芽、芦笋、菜花、紫菜、香菇、乌鱼、鲨鱼、鳕鱼、海鳗、动物肝、肾、肠等
9、、蚌蛤、干贝带鱼、扁鱼干、沙丁 鱼、蛤蜊、牡蛎、链鱼、鸡汤、肉汤等。四、每100克食物中大于500毫克嘌呤：小鱼干、乌鱼皮、酵母 粉等。,不同生物嘌呤核苷酸 的分解产物不同,3、嘧啶的降解,最终产物：氨基酸、CO2、NH3 U、C-Ala、CO2、NH3 T-氨基丁酸、CO2、NH3,不同生物嘧啶碱的分解过程 也不一样，一般情况下含氨基 的嘧啶要先水解脱去氨基，脱 氨基也可以在核苷或核苷酸水平上进行。,嘧啶的分解,第三节 核酸的合成代谢,核苷酸的生物合成核酸的生物合成,核苷酸的代谢动态,一、核苷酸的生物合成(一)核糖的来源与PRPP的生成(二)嘌呤核苷酸的生物合成(三)嘧啶核苷酸的生物合成（四
10、）脱氧核糖核苷酸的合成,核苷酸合成的基本途径,从头途径（de novo synthesis)利用核糖磷酸，某些氨基酸、CO2和NH3等简单物质为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸的途径，又称“从无到有途径”。主要发生在肝脏、小肠、胸腺。,补救途径(或重新利用，salvage pathway)利用体内游离的碱基或核苷经过比较简单的反应过程，合成核苷酸的途径。主要发生在脑和骨髓里,（一）、核糖的来源与PRPP的生成,活性磷酸核糖形式：磷酸核糖焦磷酸（PRPP）,(二)嘌呤核苷酸的从头合成,14C标记的HCOOH和15N标记的不同氨基酸与鸽肝匀浆物共培养，得到 Pu环各元素的来源，1950s由J.Bu
11、chanan和G.Robert Greenberg提出 Hypoxanthine de novo synthesis假说，并证明Hypoxanthine Nt是Ade-Nt及 Gua-Nt合成的前体。,(二)嘌呤核苷酸的从头合成,嘌呤核苷酸的从头合成途径是是体内嘌呤核苷酸合成的主要途径.合成部位肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。合成发生在细胞质中原料：磷酸核糖、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2及一碳单位 合成特点：磷酸核糖为起始物，逐步加原料合成嘌呤环，形成重要中间产物 IMP（次黄嘌呤核苷酸），再由它转变为AMP和GMP。,(二)嘌呤核
12、苷酸的从头合成 1、反应式2、嘌呤中原子的来源,【记忆】“竹竿”（Gly）立中央，“谷子”(Gln)下面长，二氧化碳“天”(Asp)上飘，“假仙”（甲酰）在两旁,嘌呤核苷酸的合成是在磷酸核糖基础上逐步合成嘌呤核苷酸。两个阶段：首先合成IMP，再由IMP转变成AMP与GMP。嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的，在合成嘌呤核苷酸的过程中逐步合成嘌呤环。调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基转移酶,3、嘌呤核苷酸从头合成过程(AMP,GMP),嘌呤核苷酸从头合成特点：1.嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成合成嘌呤环的。2.IMP的合成需6个ATP，7个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个A
13、TP3.嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的，调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基转移酶4.磷酸核糖酰胺转移酶催化的反应是嘌呤核苷酸合成的关键步骤，AMP与GMP能够协同抑制此酶的活性,从头合成的调节调节方式：反馈调节和交叉调节,（三）嘌呤核苷酸的补救合成途径,利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径，脑、骨髓等只能进行补救合成。,1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guanine phosphorib
14、osyl transferase,HGPRT)3.腺苷激酶(adenosine kinase),参与补救合成的酶,合成过程,APRT：腺嘌呤磷酸核糖转移酶HGPRT：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶,补救合成的生理意义,补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。,嘌呤核苷酸的相互转变,(四)嘧啶核苷酸的生物合成 1、嘧啶环的从头合成途径,原料：磷酸核糖、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2 部位：肝细胞胞液合成特点：用原料先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸,嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，
15、经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。,2、嘧啶核苷酸的从头合成,嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。,定义,合成部位 主要是肝细胞胞液合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。合成特点：用原料先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸,2、嘧啶核苷酸的从头合成途径(UMP),CTP的合成,嘧啶从头合成的特点,两个阶段：首先合成UMP，再由UMP转变成CTP与dTMP 胞嘧啶核苷酸的生成发生在三磷酸水平，由UTP转变为CTP先合成嘧啶环，再合成嘧啶核苷酸调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶（PRPP合
16、成酶）、氨甲酰磷酸合成酶（CPS，位于细胞液中）,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,从头合成的调节,3、嘧啶核苷酸的补救合成,(五)脱氧核糖核苷酸的合成,原料：NDP（dTMP的直接原料为dUMP）脱氧（还原）过程发生在二磷酸水平dTMP的生成发生在一磷酸水平，但脱氧（还原）过程仍然发生在二磷酸水平,二磷酸脱氧核苷,NDP,dNDP,二磷酸核糖核苷,NADP+,NADPH+H+,核糖核苷酸还原酶，Mg2+,还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2,氧化型硫氧化还原蛋白,硫氧化还原蛋白还原酶
17、（FAD）,脱氧核苷酸的生成,dTMP的合成,(六）、核苷酸的抗代谢物,嘌呤核苷酸抗代谢物主要是一些嘌 呤、氨基酸或叶酸等的类似物。采用竞争性抑制或“以假乱真”等方 式抑制合成代谢中的酶，干扰和阻断 核苷酸的合成,从而进一步阻止核酸 以及蛋白质的生物合成。肿瘤细胞的核酸与蛋白质代谢旺盛,因此抗代谢物可用于肿瘤的化疗。,1、6巯基嘌呤（6MP）：次黄嘌呤（I）的类似物，抑制HGPRT及嘌呤核苷酸的补救合成。在体内可转变为6巯基嘌呤核苷酸，抑制嘌呤核苷酸的从头合成。2、5氟尿嘧啶（5FU）：胸腺嘧啶的类似物，抑制胸腺嘧啶核苷酸的合成。3、阿糖胞苷：胞苷的类似物，抑制dCDP的生成。4、氨甲蝶呤（M
18、TX）：叶酸类似物，抑制四氢叶酸的合成，从而同时抑制嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸的从头合成5、氮杂丝氨酸：Gln类似物，同时抑制嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的从头合成,核苷酸的抗代谢物,嘧啶类似物,胸腺嘧啶(T),5-氟尿嘧啶(5-FU),改变了核糖结构的核苷类似物,氨基酸类似 物：抑制有谷氨 酰胺参与的反应,干扰全程合成。,叶酸类似物：抑制有一碳单位参与的反应,1复述核苷酸的生理功能。2记住核苷酸有两条合成途径，核苷酸从头合成途径中嘌呤、嘧啶环各元素或组件的材料来源。熟记核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸的生成方式。3.写出与核苷酸补救合成有关的酶名称、功能、酶缺陷相关的疾病。4熟记核苷酸抗代谢药物的作用机理及临床意义。5记住核苷酸体内分解代谢终产物。6.说明别嘌呤醇治疗痛风的原理。7重要概念：从头合成(de novo synthesis)、补救合成(或重新利用，salvage pathway),
