II第十章核酸的降解与核苷酸代谢.

第十章核酸的酶促降解和核苷酸代谢本章重点讨论核酸酶的类别和特点，对核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。第一节核酸的酶促降解第三节核苷酸的合成代谢第二节核苷酸的分解代谢核蛋白核苷酸（nucleotide）核苷中戊糖的羟基被磷酸酯化，即为核苷酸。核苷酸的主要生理功能：①合成DNA、RNA的原料，这是体内核苷酸最重要的功能。②生物体的直接供能物质：ATP、GTP、UTP、CTP等。主要为ATP。③某些核苷酸的衍生物是多种生物合成过程的活性中间物质:UDP—葡萄糖是糖原合成的活性中间物质．CDP—甘油二酯是甘油磷酸酯合成的中间活性物质等。④环核苷酸cAMP与cGMP作为信息分子，参加物质代谢和生理过程的调节。⑤AMP是某些辅酶(NAD+、NADP+、FAD、辅酶A)的组成成分。概述核蛋白（NuclearProtein），是指在细胞质内合成,然后运输到核内起作用的一类蛋白质。如各种组蛋白、DNA合成酶类、RNA转录和加工的酶类、各种起调控作用的蛋白因子等。核蛋白一般都含有特殊的氨基酸信号序列,起蛋白质定向、定位作用。第一节核酸的降解与核酸酶类一、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DNARNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA二、核酸酶（Nuclease）2.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。核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶。作用于核酸链的一端，逐个水解下核苷酸，它们是非特异性的水解磷酸二脂键的酶。外切核酸酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpppp3´BBBBBBB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5´ppppOHPyPuPyPy1´pppGACUpppGA3´RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶核酸内切酶：分为非特异性限制性核酸内切酶和限制性核酸内切酶。1.非特异性内切酶1）核酸酶：小球菌核酸酶存在于葡萄球菌的培养物中，它把DNA降解为核苷3’-磷酸和具有3’-磷酸末端的寡核苷酸的混合物。2）核糖核酸酶：从链孢霉菌分生孢子中分离提纯的链孢霉菌核糖核酸酶可作用于DNA或者RNA而产生具有5’–磷酸末端的寡核苷酸。3）脱氧核糖核酸酶：DNaseⅠ、DNaseⅡ等仅分解DNA的酶，产物是5’–磷酸单脂。*限制性内切酶(Restrictionendonuclease)：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切核酸酶，可用于特异切割DNA，其特点是具有极高的专一性，能识别DNA双链上的特定位点。常作为工具酶。2.限制性内切酶30多年前，当人们在对噬菌体（细菌病毒）的宿主特异性的限制-修饰现象。2.限制性内切酶粘性末端：环状或者线状的双链DNA分子经过限制酶作用后都形成线状双链DNA，每条单链的一端带有识别顺序中的几个互补碱基，这样的末端称为粘性末端。常用的DNA限制性内切酶的专一性酶辨认的序列和切口说明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口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。生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解。*核酸酶的功能限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：EcoRI，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、进行DNA序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。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核苷酸的降解核酸的合成第二节核苷酸的分解代谢核苷酸的代谢动态核苷酸食物核酸生物合成组织核酸NTP组织核酸某些辅酶活性中间物质cAMP与cGMP二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷碱基+（脱氧）戊糖-1-P磷酸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嘌呤核苷酸的结构GMP（鸟甘酸）AMP（腺苷酸）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嘌呤的分解尿囊酸尿囊酸酶尿素尿酶4NH3+C2O1.人类和灵长类2.大多数鱼类3.海洋无脊椎动物正常人：血尿酸119-357μmol/L（2-6mg/dl）男267.7μmol/L（4.5mg/dl）女208.2μmol/L（3.5mg/dl）血尿酸8mg/dl结晶沉积组织痛风（gout）植物：当植物进入衰老期，体内的核酸会发生降解，产生的嘌呤碱进一步分解为尿囊酸，然后从叶子内运输到贮藏器官，而不是排出体外，可见，植物有保存和同化氨的能力。微生物：一般能将嘌呤类物质分解为氨、二氧化碳及有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸等。（二）嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATCA肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATCA糖异生嘧啶的分解嘧啶的分解第三节核苷酸的合成代谢从头合成途径(denovosynthesispathway)利用氨基酸等作为原料合成,经过一系列酶促反应（复杂过程），合成核苷酸。补救合成途径(salvagesynthesispathway)利用体内游离的碱基或核苷合成（现成原料），经过比较简单的反应过程，合成核苷酸。嘌呤核苷酸的结构GMP（鸟甘酸）AMP（腺苷酸）一、嘌呤核苷酸的合成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•嘌呤碱合成的元素来源CO2(Asp)天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸(Gly)甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺(Gln)（酰胺基）【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。•过程1.IMP（次黄嘌呤核苷酸）的合成2.AMP和GMP的生成R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶5-磷酸核糖焦磷酸PRPP5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFAIMP的生物合成IMP转变为GMP和AMP活性磷酸核糖形式：磷酸核糖焦磷酸（PRPP）两个阶段：首先合成IMP，再由IMP转变成AMP与GMP。IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP。嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。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。•嘌呤核苷酸从头合成特点磷酸核糖酰胺转移酶催化的反应是嘌呤核苷酸合成的托管步骤（committedstep，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R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++调节方式：反馈调节和交叉调节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1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)3.腺苷激酶(adenosinekinase)•参与补救合成的酶腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+PRPPHGPRTGMP+PPi•合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP•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。自毁容貌症：完全缺少次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）3、嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3嘧啶核苷酸的结构三、嘧啶核苷酸的代谢尿甘酸胞甘酸脱氧胸甘酸从头合成途径补救合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢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•嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸213456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•合成过程（1）UMP(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+氨基甲酰磷酸碳酸氢根离子CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中氨N-乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）谷氨酰胺无分布氮源变构激活剂功能尿素合成嘧啶合成CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中氨N-乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）谷氨酰胺无分布氮源变构激活剂功能尿素合成嘧啶合成氨基甲酰磷酸合成酶I、II的区别（2）UDP(胞嘧啶核苷酸)的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTP尿甘三磷酸CTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi胞嘧啶三磷酸（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dUDPCTPCDPdCDPdCMP①两个阶段：首先合成UMP，再由UMP转变成CTP与dTMP。②胞嘧啶核苷酸的生成发生在三磷酸水平，由UTP转变为CTP。③先合成嘧啶环，再合成嘧啶核苷酸。④调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶（PRPP合成酶）、氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（CPSⅡ，位于细胞液中）。*嘧啶核苷酸的从头合成的特点：---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸U