第三十三章 核酸的降解和核苷酸代谢

第三十三章 核酸的降解和核苷酸代谢

（一）核酸的解聚

核酸

磷酸

核苷酸

核苷

水

解

核酸酶

核苷酸酶

一、核酸和核苷酸的分解代谢

DNARNARNA

外切酶外切酶内切酶内切酶

特定部位的—特定部位的—限制性内切酶限制性内切酶

外切核酸酶对核酸的水解位点

5´ p p p p OH

B

p p p p3´

B B B B B B B

牛脾磷酸二酯酶 5´端外切得：

3’核苷酸

蛇毒磷酸二酯酶3´端外切得：

5’核苷酸

限制性内切酶：主要降解外源 DNA具有严格的碱基序列专一性

EcoRⅠ第一个字母为大肠杆菌 E.coli 属名；co 为种名的头两个字母；第四个字母 R表示大肠杆菌的菌株；最后一个罗马数字表示该细菌中已分离出的这一类酶的编号。

（二）核苷酸的分解

磷酸 - 戊糖 碱基

核苷

核苷磷酸化酶

分解

合成？

进入磷酸戊糖途径

或重新合成核酸

戊糖 碱基

核苷

核苷水解酶

磷酸化酶 水解酶存在广泛 存在于植物 /微生

物催化可逆的反应 反应不可逆

作用于核糖或脱氧核糖核苷

作用于核糖核苷

（三）嘌呤的分解

嘌呤碱包括： A-腺嘌呤、 G-鸟嘌呤嘌呤的分解代谢终产物

人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸

其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素

硬骨鱼类：尿囊酸

大多数鱼类、两栖类：尿素

尿酸酶尿囊素酶

人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸

其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素

硬骨鱼类：尿囊酸

大多数鱼类、两栖类：尿素 尿囊酸酶

尿酸

尿囊素

尿囊酸

尿素

嘌呤的分解

脱氨可发生在核苷 /核苷酸水平

N

NN

N

NH2

核糖

N

NN

N

OH脱氨基酶

OH HOHNHHH

A- 腺嘌呤

腺苷次黄苷

核苷磷酸化酶Pi

H核糖 -1- 磷酸

N

NN

N

OH

H 次黄嘌呤H

黄嘌呤氧化酶

H2O

O2N

NN

N

OH

HOH H2O2

黄嘌呤氧化酶H2O

O2

黄嘌呤黄嘌呤

H2O2

N

NN

N

OH

OH

O

H

尿酸

（四）嘧啶的分解

N

NH

O

NH2

胞嘧啶胞嘧啶

N

NH

O

O

HNH3

NH3

尿嘧啶尿嘧啶

NADPH+H+

NADPH+

N

NH

O

OH

H

HH

H

OH HOH H

N

NH

O

OH

H

HH

OH

2HOH H

OH H2

CO2

NH2

CH2

CH2

OOH

β-β- 丙氨酸丙氨酸

O2

NH3

CH3

CO2

乙酸乙酸

乙酸 +3NH3+2CO2

NH

NH

O

O CH3

胸腺嘧啶胸腺嘧啶NADPH+H+

NADP

NH

NH

O

OCH3

HH

H

OH H

OH H

OH H

N

OCH3

HH

H

OH

H2

CO2+NH3

β-β- 氨基异丁酸氨基异丁酸

β- 氨基异丁酸+CO2+NH3

排出体外或进入有机酸代谢。

CO223

嘧啶的分解

代谢支路

琥珀酰 CoA

二、 核苷酸生物合成

（一） 嘌呤核苷酸的合成途径

天冬氨酸天冬氨酸

一碳基团一碳基团（甲酸盐）（甲酸盐）

谷氨酰胺谷氨酰胺

甘氨酸甘氨酸

一碳基团一碳基团（甲酸盐）（甲酸盐）

1 、次黄嘌呤核苷酸的从头合成

5- 磷酸核糖 + ATP

5- 磷酸核糖焦磷酸 + AMP

磷酸核糖焦磷酸激酶

MgMg2+2+

磷酸核糖焦磷酸激酶

转酰胺酶

5-磷酸核糖胺

5- 磷酸核糖胺

甘氨酰胺核苷酸

合成酶

甘氨酰胺核苷酸

甲酰甘氨酰胺核苷酸

转甲酰基酶 来自甲酸（盐）

甲酰甘氨酰胺核苷酸

甲酰甘氨脒核苷酸

合成酶

甲酰甘氨脒核苷酸

5-氨基 -咪唑核苷酸

合成酶

N5- 羧基氨基咪唑核苷酸

5-氨基 -咪唑核苷酸

氨基咪唑核苷酸羧化酶

5- 氨基 -咪唑 -4- 羧酸核苷酸

N5- 羧基氨基咪唑核苷酸

5- 氨基 -咪唑 -4- 羧酸核苷酸

N-琥珀 -5- 氨基咪唑-4- 氨甲酰核苷酸

5- 氨基咪唑 -4 （ N- 琥珀基）甲酰胺核苷酸

5-氨基咪唑-4- 氨甲酰核苷酸

延胡索酸延胡索酸

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

5- 甲酰氨基咪唑-4- 氨甲酰核苷酸

次黄嘌呤核苷酸

H

次黄嘌呤核苷酸

腺苷酸

黄嘌呤核苷酸 鸟苷酸

腺苷酸代琥珀酸

腺苷酸代琥珀酸

次黄嘌呤核苷酸

2 、腺嘌呤核苷酸的合成

腺苷酸代琥珀酸 腺苷酸

黄嘌呤核苷酸

次黄嘌呤核苷酸

3 、鸟嘌呤核苷酸的合成

黄嘌呤核苷酸 鸟苷酸

细菌直接以氨作为氨基供体

主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺乏，影响细胞生长。

“ 从头合成”途径（通常情况下占 95% ）

核糖、氨基酸、核糖、氨基酸、 COCO22 、、 NHNH33 、、 PiPi

核糖核苷酸

辅酶辅酶

RNARNA

脱氧核糖核苷酸

DNADNA

“ 补救”途径( 脑和骨髓 )

内外源

核酸分解核苷核苷

碱基、碱基、 PiPi

脱氧核苷脱氧核苷

核酸类补品原理所在

可提高康复速度

4 、由嘌呤碱和核苷合成核苷酸

嘌呤核苷酸合成补救途径

磷酸核糖转移酶嘌呤 +PRPP A(G)MP+PPi

嘌呤 +1-P- 核糖 嘌呤核苷

AMP

ATP

ADP

核苷磷酸化酶

腺苷激酶

5 、嘌呤核苷酸生物合成的调节

磷酸核糖焦磷酸激酶

转酰胺酶

腺苷酸琥珀酸

合成酶

次黄嘌呤核苷酸脱氢酶

“ 从头合成”中碱基各原子来源通过放射性同位素法推断

N

NN

N

C

CC

C

C

嘌嘌呤呤碱碱

1

342

56

78

9

天冬氨酸天冬氨酸

谷氨酰胺谷氨酰胺

甘氨酸甘氨酸

甲酸甲酸甲酸甲酸

磷酸核糖 C1 上逐个安插成嘌呤碱成分，形成 A(G)MP 。

CO2

（二）嘧啶核苷酸的合成途径1 、尿嘧啶核苷酸的从头合成

细菌的 CPS

Gln

ADP

CO2

天冬氨酸

氨甲酰磷酸

氨甲酰天冬氨酸

二氢乳清酸

二氢乳清酸酶

二氢乳清酸

乳清酸

乳清酸

乳清苷酸

乳清苷酸

尿苷酸

尿苷酸

三磷酸胞苷

2 、胞嘧啶核苷的合成

细菌直接与氨作用

3 、补救途径

4 、嘧啶核苷酸生物合成的调节

天门冬氨酸氨甲酰转移酶的别构调节

嘧啶碱

N

N

CC

CC

COOCH

H3N-

CH2

OOC-

+

天冬氨酸天冬氨酸

NHNH33

COCO22

嘧啶环合成后嘧啶环合成后 + 磷酸核糖 C(U)MPC(U)MP

( 三）脱氧核糖核苷酸的合成1 、在核苷二磷酸水平被还原

2 、胸腺嘧啶核苷的合成

脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶

NADPH+H++SerNADP++Gly

N5 、 N10 亚甲基 FH4 FH2

二氢叶酸还原酶

Ser 羟甲基转移酶

O N

HN

O

dR-P

CH3

O N

HN

O

dR-P

核苷酸的合成及相互关系

3 、

核糖核苷酸的还原反应NADP+ NADPH+H+

硫氧还蛋白还原酶FAD

核糖核苷酸还原酶

ATP 、 Mg2+

硫氧还蛋白（还原型）

SH

SH硫氧还蛋白（氧化型）

S

S

OP-P-CH2 N

OH OH核糖核苷二磷酸

OP-P-CH2 N

OH H

+ H2O

脱氧核糖核苷二磷酸

硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系 硫氧还蛋白还原酶

核糖核苷酸还原酶

核糖核苷酸的还原反应

FAD

核糖核苷酸还原酶ATP 、 Mg2+

硫氧还蛋白SH

SH硫氧还蛋白

S

S

硫氧还蛋白还原酶

核糖核苷二磷酸

+ H2O

脱氧核糖核苷二磷酸

FADH2

谷氧还蛋白S

S谷氧还蛋白

SH

SH

NADP+NADPH+H+

谷氧还蛋白还原酶

OP-P-CH2 N

OH OH

OP-P-CH2 N

OH H

GSSG 2GSH谷胱甘肽

还原酶

核糖核苷酸还原酶示意图底物特异性

调节位点

酶 活 性调节位点

活性位点

R1 亚基

R2 亚基

使其活化使酶抑制

有利于 UDP和 CDP还原促进 ADP和 GDP还原

R2亚基结构

XMPXMP

2H2H HH22OO

(dUMP(dUMP++-CH-CH33--→→dTMP)dTMP)

dXMPdXMP

X-A.C.U.G X-A.C.T.G

2ADP2ADP

(d)X(d)XMPMP (d)X(d)XTPTPDNADNA

RNARNA?2ATP2ATP

?

四氢叶酸载运

还原酶

?