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1、第九章 核酸的降解与核苷酸代谢生物化学核酸的降解与核苷酸代谢一、核酸的降解食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶第一节 核酸的降解与核酸酶类生物化学核酸的降解与核苷酸代谢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u 依据底物不同分类vDNA酶(deoxyribonuclease, DNase)： 专一降解DNAvRNA酶 (ribonuclease, RNase)： 专一降解RNA二、核酸酶（Nuclease）生物化学核酸的降解与核苷酸代谢u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
2、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，可用于特异切割DNA，常作为工具酶。 核酸外切酶：53或35核酸外切酶生物化学核酸的降解与核苷酸代谢u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 u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 u在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 u体外重组DNA技术中的重要工具酶 生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解 2、核酸酶的功能 生物化学核酸的降解与核苷酸代谢一、核苷酸代谢的动态单核苷酸库 氨基酸 葡萄糖 磷酸 核苷酸的从头合成 核酸的降解 核苷酸的降解 产物的再利用
3、核苷酸的降解 核酸的合成第二节 核苷酸的代谢生物化学核酸的降解与核苷酸代谢l嘌呤核苷酸的结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代谢生物化学核酸的降解与核苷酸代谢（一）嘌呤核苷酸的合成代谢l从头合成途径(de novo synthesis pathway) 利用氨基酸等作为原料合成l补救合成途径(salvage synthesis pathway) 利用体内游离的碱基或核苷合成生物化学核酸的降解与核苷酸代谢嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、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，合成嘌呤核苷酸的途径。 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
4、髓则无法进行此合成途径。1、嘌呤核苷酸的从头合成定义合成部位生物化学核酸的降解与核苷酸代谢嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）生物化学核酸的降解与核苷酸代谢生物化学核酸的降解与核苷酸代谢 合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。 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。生物化学核酸的降解与核苷酸代谢过程1. IMP的合成2. AMP和GMP的生成生物化学核酸的降解与核苷酸代谢R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP
5、合成酶合成酶PP-1-R-5-P（5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸）焦磷酸）PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、一在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下氨酸的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶生物化学核酸的降解与核苷酸代谢AMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶生物化学核酸的降解与核苷酸代谢 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个ATP，6个高能磷酸键。 AMP或G
6、MP的合成又需1个ATP嘌呤核苷酸从头合成特点生物化学核酸的降解与核苷酸代谢从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMP ADPATPXMPGMPGDP GTP+_IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+调节方式：反馈调节和交叉调节生物化学核酸的降解与核苷酸代谢 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。2、嘌呤核苷酸的补救合成途径定义生物化学核酸的降解与核苷酸代谢1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine
7、phosphoribosyl transferase, APRT)2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)3.腺苷激酶(adenosine kinase)参与补救合成的酶生物化学核酸的降解与核苷酸代谢腺嘌呤腺嘌呤 + + PRPPAMP + PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 + + PRPPIMP + PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 + + PRPPHGPRTGMP + PPi合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP生物化学核酸的降解与核苷酸代谢补救合成的生理意义l补救
8、合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。l体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。生物化学核酸的降解与核苷酸代谢3、嘌呤核苷酸的相互转变IMPIMPAMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPXMPGMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+ NADP+NH3生物化学核酸的降解与核苷酸代谢4、脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）生物化学核酸的降解与核苷酸代谢dNDP + ATP 激酶dNTP + ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+
9、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SS硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成生物化学核酸的降解与核苷酸代谢（二）嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖生物化学核酸的降解与核苷酸代谢嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶生物化学核酸的降解与核苷酸代谢l 嘧啶核苷酸的结构三、嘧啶核苷酸的代谢生物化学核酸的降解与核苷酸代谢l从头合成途径l补救合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢生物化学核酸的降解与核苷酸代谢1、嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用
10、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。 定义合成部位生物化学核酸的降解与核苷酸代谢嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸生物化学核酸的降解与核苷酸代谢 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生物化学核酸的降解与核苷酸代谢合成过程（1） 尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺 + HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸生物化学核酸的降解与核苷酸代谢生物化学核酸的降解与核苷酸代谢（2）胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核
11、苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi生物化学核酸的降解与核苷酸代谢（3） dTMP或TMP的生成TMP合酶N5, N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP生物化学核酸的降解与核苷酸代谢- - - -ATP + CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-从头合成的调节生物化学核酸的降解与核苷酸
12、代谢2、 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶嘧啶 + + PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 + + PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + + ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP +ADP胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 + + ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP +ADP生物化学核酸的降解与核苷酸代谢3、嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物嘧啶类似物胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)生物化学核酸的降解与核苷酸代谢某些改变了核糖结构的核苷类似物某些改变了核糖结构的核苷类似物生物化学核酸的降解与核苷酸代谢l能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物，通过对酶的竞争性
13、抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。l主要的抗代谢药物是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。 生物化学核酸的降解与核苷酸代谢UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸阿糖胞苷阿糖胞苷氨甲碟呤氨甲碟呤氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸生物化学核酸的降解与核苷酸代谢（二）嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶生物化学核酸的降解与核苷酸代谢胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸H2O丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATCA肝肝尿素尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATCA糖异生糖异生生物化学核酸的降解与核苷酸代谢
