生物化学--核酸分解代谢d11[1]课件.ppt

1、l第一节第一节 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢l第二节第二节 核苷酸生物合成核苷酸生物合成 生物体普遍存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可生物体普遍存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可催化核苷酸的水解，而特异性强的磷酸单酯酶催化核苷酸的水解，而特异性强的磷酸单酯酶只能水解只能水解3-Nt或或5-Nt。 催化核苷水解的酶有催化核苷水解的酶有2类，即核苷磷酸化酶和类，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶核苷水解酶 Ns phosphorylaseNs+PiPu or Py+pentose-1-P Ns hydrolaseNs+H2OPu or Py+pentoseNs phosphorylase存在广泛，反应可逆存在广泛

2、，反应可逆Ns hydrolase主要存在于植物和微生物，只对主要存在于植物和微生物，只对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷无作用。核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷无作用。 核酸酶核酸酶(Nuclease) 核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水解酶，包括：解酶，包括：1、核糖核酸酶、核糖核酸酶(RNase)，2、脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶(DNase)，其中能水解核，其中能水解核酸分子内磷酸二酯键的酶又称为核酸内酸分子内磷酸二酯键的酶又称为核酸内切酶切酶(endonuclease)，从核酸的一端逐个，从核酸的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶水解下核苷酸的酶称为核酸

3、外切酶(exonuclease)。 食物核酸与蛋白结合为核蛋白体食物核酸与蛋白结合为核蛋白体（Nucleoproteins）的形式，在胃中受胃）的形式，在胃中受胃酸作用水解为酸作用水解为NAs和和Proteins，NA在小肠在小肠被胰被胰nuclease（包括（包括DNase、RNase）降解）降解为为Pu-Nt、Py-Nt和和Oligonucleotide。肠黏。肠黏膜释放的膜释放的phosphodiesterase并协同胰核酸并协同胰核酸酶进行消化，水解为单核苷酸肠黏膜细胞酶进行消化，水解为单核苷酸肠黏膜细胞中还有中还有nucleotidase (phosphomonoesterase)，

4、水解，水解Nt为为Ns和和Pi。脾、肝等组织中的脾、肝等组织中的nucleosidase进一步水进一步水解解Ns为戊糖和碱基。为戊糖和碱基。 不同生物嘌呤碱的分解能力不同，代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）嘌的动物（鸟类、某些爬行类和昆虫）嘌呤的代谢产物为尿酸。呤的代谢产物为尿酸。 嘌呤碱的分解首先在各种脱氨酶的作嘌呤碱的分解首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨作用也可以在核苷用下水解脱氨，脱氨作用也可以在核苷或核苷酸的水平上进行。动物组织腺嘌或核苷酸的水平上进行。动物组织腺嘌呤脱氨酶含量极少

5、，而腺嘌呤核苷脱氨呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷脱氨酶及腺嘌呤核苷酸脱氨酶的活性较高，酶及腺嘌呤核苷酸脱氨酶的活性较高，因此腺嘌呤的脱氨分解主要在核苷或核因此腺嘌呤的脱氨分解主要在核苷或核苷酸水平上进行。鸟嘌呤脱氨酶分布广，苷酸水平上进行。鸟嘌呤脱氨酶分布广，脱氨分解主要在该酶的作用下进行。脱氨分解主要在该酶的作用下进行。鸟、昆虫、鸟、昆虫、人类人类非灵长类非灵长类哺乳动物哺乳动物 硬骨鱼硬骨鱼鱼、两栖鱼、两栖类类甲壳类、甲壳类、无脊椎无脊椎催化次黄嘌呤和黄嘌呤氧化生产尿酸。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酶为复合黄素酶，由两个相同的亚基组成，分子量成，分子

6、量260,000，每个亚基含一个，每个亚基含一个FAD、一个钼原子和一个、一个钼原子和一个Fe4S4中心。反中心。反应要求分子氧作为电子受体，还原产物应要求分子氧作为电子受体，还原产物是是H2O2，进入尿酸的氧来自水。底物与，进入尿酸的氧来自水。底物与酶结合后，酶结合后，Mo(VI)被还原为被还原为Mo(IV)，电，电子经黄素、铁硫中心等传给子经黄素、铁硫中心等传给O2，与氢离，与氢离子生成子生成H2O2，Mo(IV)氧化为氧化为Mo(VI)。 嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，于其溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于男性的关节部

7、位引起疼痛或灼痛沉积于男性的关节部位引起疼痛或灼痛痛风和肾结石。痛风和肾结石。 别嘌呤醇别嘌呤醇别黄嘌呤别黄嘌呤结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇(allopurinol)，在黄嘌呤氧化酶的作用下，在黄嘌呤氧化酶的作用下氧化为别黄嘌呤氧化为别黄嘌呤(alloxanthine)，后者与，后者与酶中心的酶中心的Mo(IV)牢固结合，使牢固结合，使Mo(IV)不不易转变成易转变成Mo(VI)而成为酶的灭活物，这而成为酶的灭活物，这种底物类似物被称为种底物类似物被称为自杀作用（底）物自杀作用（底）物，这种作用被称为这种作用被称为自杀作用自杀作用。 不同生物嘧啶碱的分解过程也不

8、一样，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氨基，脱氨基也可以在核苷或核苷酸水平上进行。平上进行。 返回可以通过两条完全不同的途径进行，可以通过两条完全不同的途径进行，1、从头合成途径：、从头合成途径：由磷酸戊糖先和尚未由磷酸戊糖先和尚未完成的完成的Pu或或Py环结合，在未完成的环上环结合，在未完成的环上添加必要的部分，然后闭合成环。添加必要的部分，然后闭合成环。 2、补救途径：、补救途径：由现成的由现成的Pu,Py,Pentose及及Pi在酶的作用下直接合成核苷酸（在酶的作用下直接合成核苷酸（N

9、tSalvage Pathway）；）；碳碳14标记的标记的HCOOH和氮和氮15标记的氨标记的氨基酸与鸽肝匀浆物共培养，得到基酸与鸽肝匀浆物共培养，得到Pu各元各元素的来源，素的来源，1950s由由J.Buchanan和和G.Robert Greenberg提出提出Hypoxanthine de novo synthesis假说，并证明假说，并证明Hypoxanthine Nt是是Ade-Nt及及Gua-Nt合成合成的前体。的前体。合成所需物质：合成所需物质： -D-ribose-5-P, ATP, Gln, Asp, GTP, N5,N10-methylene THFA, CO2。另需辅助

10、因子：另需辅助因子：Mg2+, Mn2+, NAD+, THFA-CHO合成中先生成合成中先生成IMP，然后转变为，然后转变为AMP和和GMP。5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺甘氨酰胺核甘酸甘氨酰胺核甘酸5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺1甲酰甘氨酰胺核甘酸甲酰甘氨酰胺核甘酸甘氨酰胺核甘酸甘氨酰胺核甘酸甲酰甘氨酰胺核甲酰甘氨酰胺核甘酸甘酸甲酰甘氨咪唑核甲酰甘氨咪唑核甘酸甘酸甲酰甘氨咪唑核甘酸甲酰甘氨咪唑核甘酸5-氨基咪唑核甘酸氨基咪唑核甘酸5-氨基咪唑氨基咪唑4-羧基羧基核甘酸核甘酸 5-氨基咪唑氨基咪唑4-N琥珀酸琥珀酸氨甲酰核甘酸氨甲酰核甘酸 5-氨基咪唑氨基咪唑4-N琥珀酸

11、氨甲酰琥珀酸氨甲酰核甘酸核甘酸11 5-氨基咪唑甲酰胺核甘酸氨基咪唑甲酰胺核甘酸 5-氨基咪唑甲酰胺核甘酸氨基咪唑甲酰胺核甘酸5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核甘酸氨甲酰核甘酸 5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核甘酸氨甲酰核甘酸次黄嘌呤核甘酸次黄嘌呤核甘酸利用现成的嘌呤、嘧啶碱基、核甘通利用现成的嘌呤、嘧啶碱基、核甘通过腺嘌呤磷酸核糖基转移酶（过腺嘌呤磷酸核糖基转移酶（APRT)及及次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶（HGPRT)实现实现AMP、IMP、GMP的补的补救合成。救合成。人体细胞大多为全程合成，但脑中多人体细胞大多为全程合成，但脑中多通过补

12、救途径合成。通过补救途径合成。HGPRT（次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核（次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶）缺陷的男性儿童表现为一糖基转移酶）缺陷的男性儿童表现为一种自毁容貌综合症，为先天性遗传疾病种自毁容貌综合症，为先天性遗传疾病（缺乏（缺乏HGPRT)，行为对立，侵略性强，行为对立，侵略性强，自咬手指、脚趾、嘴唇等，智力低下。自咬手指、脚趾、嘴唇等，智力低下。l从头合成途径从头合成途径 生物有机体利用生物有机体利用CO2、NH3及天冬氨酸合成核苷酸的途径。及天冬氨酸合成核苷酸的途径。l嘧啶核苷酸的合成包括：嘧啶核苷酸的合成包括：l补救途径补救途径 生物有机体利用碱基或核苷生物有机体利用碱基或核苷和磷酸

13、核糖合成核苷酸的途径。和磷酸核糖合成核苷酸的途径。l1、嘧啶环元素的来源、嘧啶环元素的来源细菌嘧啶核苷酸合成速度的调节很大程度细菌嘧啶核苷酸合成速度的调节很大程度受到受到Asp羧甲基转移酶（羧甲基转移酶（ATCase）的调节，产）的调节，产物物CTP对反应为抑制作用。细菌对反应为抑制作用。细菌ATCase分子分子有有6个催化亚基和个催化亚基和6个调节亚基组成，催化亚基个调节亚基组成，催化亚基与底物分子结合，变构调节亚基与变构调节物与底物分子结合，变构调节亚基与变构调节物CTP结合。与亚基一样，整个酶分子有两种构结合。与亚基一样，整个酶分子有两种构象：活性形式和非活性形式，象：活性形式和非活性形

14、式，CTP未与调节亚未与调节亚基结合时，酶的活性最大；基结合时，酶的活性最大；CTP积累并与调节积累并与调节亚基结合时，调节亚基构象改变并带动催化亚亚基结合时，调节亚基构象改变并带动催化亚基构象改变，酶变为无活性形式。基构象改变，酶变为无活性形式。ATP阻止由阻止由CTP所引起改变的改变。所引起改变的改变。 UMP磷酸核糖基转移酶磷酸核糖基转移酶Ura+PRPPUMP+PPi 尿嘧啶磷酸化酶尿嘧啶磷酸化酶Ura+1-P-RUridine+Pi 尿苷激酶尿苷激酶 Uridine+ATPUMP+ADPCytosine不能与不能与PRPP作用。作用。1 .AMP生成生成ATP 核甘酸激酶核甘酸激酶A

15、MP+ATP2ADP glycolytic enzymes or oxidative phosphorylationADPATP2 .ATP通过核苷单磷酸激酶生成其他通过核苷单磷酸激酶生成其他NDPATP+NMPADP+NDP3.NTP的生成的生成 Ns diphosphate kinaseNTPD+NDPANDPD+NTPA以核糖核苷酸为原料，通过以核糖核苷酸为原料，通过NDP还原还原酶将核糖分子还原为脱氧核糖。酶将核糖分子还原为脱氧核糖。核糖核核糖核苷酸必须先行转化为二磷酸核苷酸苷酸必须先行转化为二磷酸核苷酸(NDP)水平，再还原为脱氧核苷二磷酸水平。水平，再还原为脱氧核苷二磷酸水平。除需

16、还原酶外，还需另两种氧还蛋白除需还原酶外，还需另两种氧还蛋白参与，即硫氧还蛋白参与，即硫氧还蛋白(thioredoxin)和谷氧和谷氧还蛋白还蛋白(glutaredoxin)。产物为产物为dNDP。进一步在激酶的作用下形成相应的进一步在激酶的作用下形成相应的dNTP。TyrFe2+存在两种不同途径：补救和全程合成存在两种不同途径：补救和全程合成补救途径以完成的补救途径以完成的Thy为原料，先生为原料，先生成成dT，再形成，再形成dTMP。 全程合成途径以全程合成途径以dUMP为原料为原料N5,N10-methylene THFA为甲基供体，由为甲基供体，由dTMP synthetase 催化生成。催化生成。返回