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
?
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