1、11第十章第十章 核酸酶促降解与核苷酸代谢核酸酶促降解与核苷酸代谢 核酸怎样分解成核苷酸核酸怎样分解成核苷酸 核苷酸又怎样进一步分解核苷酸又怎样进一步分解 生物怎样合成核苷酸生物怎样合成核苷酸 主要内容22核酸中的含氮碱基核酸中的含氮碱基3 食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。后被吸收。 吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利 用，合成核苷酸。用，合成核
2、苷酸。 人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。够的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解44二、二、限制性内切酶限制性内切酶 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+戊糖戊糖-1-P磷酸磷酸第一节第一节 核酸酶和核酸的降解核酸酶和核酸的降解 5566核核 酸酸 酶酶(磷酸二酯酶）磷酸二酯酶） 1 1、核酸酶的分类、核酸酶的分类（2 2）根据切割位点分为）根据切割位点分为
3、核糖核酸酶核糖核酸酶(RNase)(RNase)脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶(DNase)(DNase)非特异性核酸酶非特异性核酸酶核酸内切酶核酸内切酶75 p p p pOHB p p p p3 BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（ 5 5 端外切端外切5 5得得3 3）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（ 3 3 端外切端外切3 3得得5 5）88原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源DNADNA双螺双螺旋中旋中4-84-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的对称性的回文序列回文序列，并在此序列的某位点水解，并在此序列的某位点
4、水解DNADNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（称为限制性内切酶（ristrictionristriction endonucleaseendonuclease）。）。限制性内切酶限制性内切酶9910限制酶的命名：E.coR I第一位：第一位： 属名属名E（大写）（大写）第二、三位：种名的头两个字母小写第二、三位：种名的头两个字母小写co第四位：第四位： 菌株菌株R第五位：第五位： 从该细菌中分离出来的这一类酶的编号从该细菌中分离出来的这一类酶的编号1111酶酶辨认的序列和切口辨认的序列和切口说明说明 A G C T T C G A
5、 G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C T G C C C G G G G G G C C C Bam H IAlu IBgl IEco R IHind Sal ISma I四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口六核苷酸，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
6、口六核苷酸，粘端切口常用的常用的DNA限制性内切酶的专一性限制性内切酶的专一性121313 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+（脱氧）戊糖（脱氧）戊糖-1-P磷酸磷酸1414核苷酸的降解过程核苷酸的降解过程1515一、嘌呤碱的分解代谢一、嘌呤碱的分解代谢 嘌呤（鸟嘌呤和腺嘌呤）均经嘌呤（鸟嘌呤和腺嘌呤）均经脱氨氧化脱氨氧化转变转变为为黄嘌呤黄嘌呤再进行降解。由于不同种类的生物的再进行降解。由于不同种类的生物的降解酶系不一样，因而降解的终产物也不同：降解酶系不一样，因而降解的终产物也不同： 尿酸尿酸(uric acid) ：人类、灵长类、鸟类、：人类、灵
7、长类、鸟类、爬行动物和大多数昆虫；爬行动物和大多数昆虫； 尿囊素：非灵长目哺乳动物、腹足类；尿囊素：非灵长目哺乳动物、腹足类； 尿囊酸：某些硬骨鱼；尿囊酸：某些硬骨鱼； 尿酸和乙醛酸：大多数鱼类、两栖类；尿酸和乙醛酸：大多数鱼类、两栖类； 氨和二氧化碳：海洋腔肠动物和甲壳动物。氨和二氧化碳：海洋腔肠动物和甲壳动物。 161717l 尿酸是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的终产尿酸是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的终产物。物。l 痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血中尿酸水平升高，以尿酸钠晶体常，可致血中尿酸水平升高，以尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及
8、肾脏，临床上沉积于软骨、关节、软组织及肾脏，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。表现为皮下结节，关节疼痛等。 18 胞苷脱氢酶胞苷脱氢酶 尿苷酶尿苷酶 胞苷胞苷 尿苷尿苷 尿嘧啶尿嘧啶 脱氧胸苷酶脱氧胸苷酶 脱氧胸苷脱氧胸苷 胸腺嘧啶胸腺嘧啶NH3核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖192020第二节第二节 核苷酸的生物合成代谢核苷酸的生物合成代谢 211 1、嘌呤核苷酸的生物合成、嘌呤核苷酸的生物合成(1) 从头合成途径(2) 补救途径2 2、嘧啶核苷酸的生物合成、嘧啶核苷酸的生物合成(1) 从头合成途径(2) 补救合成途径补救合成途径22(1) (1) 从头合成途径从头合成途径由5-磷酸核糖-1-焦磷酸
9、（5-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。嘌呤环合成的前体：CO2 、甲酸盐、Gln、Asp、Gly嘌呤环的元素来源及掺入顺序A. Gln提供-NH2：N 9B. Gly：C4、C5、N7C. 5.10-甲川FHFA：C8D. Gln提供-NH2：N3闭环E CO2：C 6F. Asp提供-NH2：N 1G 10-甲酰THFA：C 2 23来自谷氨酰胺的酰胺氮来自谷氨酰胺的酰胺氮来自来自“甲酸盐甲酸盐”来自天冬氨酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自甘氨酸来自来自CO2来自来自“甲酸盐甲酸盐”24 IMP合成概况：合成概况： R-5-P5
10、-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑环，氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑环，第一阶段第一阶段: 5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸IMP，在，在5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸分子上形成另一个环状结构（嘧啶环），形成分子上形成另一个环状结构（嘧啶环），形成IMP。 第二阶段第二阶段:255-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀琥珀基基- -甲酰胺核苷酸甲酰胺
11、核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑- -4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP）甲酰甲酰THFATHFA延胡索酸延胡索酸甲酰甲酰THFATHFAFH4FH4CHO2627（2）补救途径（）补救途径（salvage pathway） 利用已有的碱基和核苷合成核苷酸利用已有的碱基和核苷合成核苷酸 磷酸核糖转移酶途径（重要途径）磷酸核糖转移酶途径（重要途径）嘌呤碱和5-PRPP在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸 phosphoribosyl transferase 28APRTAPRTAMP+
12、PPiAMP+PPi腺嘌呤+PRPP腺嘌呤+PRPP腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶IMP+PPiIMP+PPi次黄嘌呤+PRPP次黄嘌呤+PRPP次黄嘌呤-鸟嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)磷酸核糖转移酶(HGPRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)磷酸核糖转移酶(HGPRT)鸟嘌呤+PRPP鸟嘌呤+PRPPGMP+PPiGMP+PPi(adenine phosohoribosyl transferase)(hypoxanthine-guanine phosohoribosyl transferase)嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在
13、平衡。嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan综合症就是由于次黄嘌呤：综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，AMP合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。 29核苷激酶途径核苷激酶途径腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与用下与ATP反应，生成腺嘌呤核苷酸。反应，生成腺嘌呤核苷酸。 碱基 + 核糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷核苷 + Pi腺苷腺苷 + ATP腺苷激酶腺苷激酶腺苷酸腺苷酸 +
14、 ADP30节约节约能量和一些氨基酸的消耗。能量和一些氨基酸的消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。进行嘌呤核苷酸的补救合成。 HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症。完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义嘌呤核苷酸补救合成的生理意义31先合成嘧啶环先合成嘧啶环，然后再和，然后再和PRPP作用形成核苷酸。作用形成核苷酸。 相同处相同处：都有从头合成途径和补救途径。：都有从头合成途径和补救途径。 UMP CMPTMP与嘌呤核苷酸合成的与嘌呤核苷酸合成的显著不同处显著不
15、同处：32天冬氨酸天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成前体：合成前体：氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸、Asp 33（1） 尿苷酸（尿苷酸（UMP）的合成：）的合成： 从头合成途径（从头合成途径（De novo synthesis） 第一阶段：合成氨甲酰磷酸第一阶段：合成氨甲酰磷酸 第二阶段第二阶段: 嘧啶核的形成嘧啶核的形成第三阶段：形成尿苷酸第三阶段：形成尿苷酸, 3435 补救途径（补救途径（salvage pathway） 尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶UraR-1-PPiU（尿苷）（尿苷）尿苷激酶尿苷激酶UMPATPADP 尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶磷酸
16、核糖转移酶 UraPRPPPPi36尿嘧啶尿嘧啶+PRPP尿嘧啶尿嘧啶+1-P-核糖核糖尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP37（2） 胞苷酸（胞苷酸（CMP）的合成）的合成UMP CMP + NH3UMPATP ADPUMP激酶UDPATPADPUDP激酶UTP(1)动植物(2)微生物CTPADP ATPCDPCDP激酶CMPADP ATPCMP激酶Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+38补救途径补救途径 Cyt + PRPP CMP + PPi 胞苷激酶胞苷激酶CMPCATPADP ( (胞苷胞苷) )39（3） 脱氧核苷酸的合成脱氧核苷酸的合成
17、核苷二磷酸的还原核苷二磷酸的还原 40核苷二磷酸还原酶核苷二磷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶FADATP 、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白（还原型）（还原型）SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白（氧化型）（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+ H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸41 脱氧胸苷酸（脱氧胸苷酸（dTMP）的合成）的合成 UMPdTMP 要解决二个问题要解决二个问题: 糖基的脱氧糖基的脱氧 碱基的甲基化，先脱氧后甲基化，高等动物中碱基的甲基化，先脱氧后甲基化，高等动物中 在在DP水平上脱氧，在水
18、平上脱氧，在MP水平上甲基化水平上甲基化 UMP UDP dUDP dUMP dTMP -(O)+ CH34243433、嘌呤核苷酸、嘌呤核苷酸合成代谢的调合成代谢的调节节4444核苷酸合成抑制剂4545甘氨酸谷氨酰胺酰胺基谷氨酰胺酰胺基甲酸盐CO2甲酸盐天冬氨酸4646氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸一、选择题1、嘌呤环中第4位和第5位碳原子来自下列哪种化合物？（ ） A、甘氨酸 B、天冬氨酸 C、丙氨酸 D、谷氨酸 2、嘌呤核苷酸的嘌呤核上第1位N原子来自（ ） A、Gly B、Gln C、ASP D、甲酸 3、dTMP合成的直接前体是：（ ）A dUMP B、TMP C、TDP D、
19、dUDP 二、名词解释核苷酸的从头合成和补救途径 4748核苷酸代谢核苷酸代谢1嘌呤核苷酸从头合成时首先合成的前体是（ ）A.CMP B.AMP C.IMPD.XMP E.ADP2下列关于嘌呤核甘酸从头合成的叙述哪项是正确的（ ）A.嘌呤环的氨原子于均来自氨基酸的氨基B.合成过程中不会产生自由嘌呤碱C.氨基甲酰磷酸为嘌呤环提供氨甲酰基D.由IMP合成AMP和GMP均由ATP供能E.次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化IMP转变成CMP48493人体内嘌呤苷酸分解代谢的主要终产物是（ ）A.尿素 B.肌酸 C.肌酸肝D.尿酸 E.-丙氨酸4最直接联系核苷酸合成与糖代谢的物质是（ ）A .葡萄糖 B.
20、6-磷酸葡萄糖 C.1-磷葡萄糖 D.1.6-二磷酸果糖 E.5-磷酸核糖5嘧啶环中的两个氮原子来自（ ）A.谷氨酰胺和氨 B.谷氨酰胺和天冬酰胺C.谷氨胺和谷氨酸 D.谷氨酸和氨基甲酰磷酸E.天冬氨酸和氨基甲酰磷酸49506下列哪种物质不是嘌呤核苷从头合成的直接原料（ ）A.甘氨酸 B.天冬氨酸 C.谷氨酸D.CO2 E.一碳单位7HGPRT（次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶）参与下哪种反应（ ）A.嘌呤核苷酸从头合成 B.嘧啶核苷酸从头合成C.嘌呤核苷酸补救合成 D.嘧啶按苷酸补救合成E.嘌呤核苷酸分解代谢8嘧啶核苷酸合成中，生成氨基甲酰磷酸的部位是（ ）A.线粒体 B.微粒体 C.胞浆D.溶
21、酶体 E.细胞核50519能在全内分解产生-氨基异丁酸的核苷酸是（ ）A.CMP B.AMP C.TMPD.UMP E.IMP10嘧啶核苷酸从头合成的特点是（ ）A.在5-磷酸核糖上合成碱基 B.由FH4提供一碳单位C.先合成氨基甲酰磷酸 D.甘氨酸完整地参入11. 下列哪种物质的合成需要谷氨酰胺分子上的酰胺基（ ）A.TMP上的两个氮原子 B.嘌呤环上的两个氮原子C.UMP上的两个氮原子 D.嘧啶环上的两个氮原子E.腺嘌呤上的氨基51521下列哪些情况可能与痛风症的产生有关（ ）A.嘌呤核苷酸分解增加 B.嘧啶核苷酸合成增加 C.尿酸生成过多 D.尿酸排泄障碍 E.以上说法均正确2嘌呤核苷酸合成和嘧核苷酸合成共同需要的物质是（ ）A.延胡索酸 B.天冬氨酸 C.谷氨酰胺D.5-磷酸核糖 E.以上说法均正确5253问答题：简述核苷酸的生物学功能（1）作为核酸合成的原料。（2）构成能量物质，如ATP、GTP、CTP等。（3）参与代谢和生理调节，如cAMP是体内重要第二信使物质，参与信号转导。（4）组成辅酶,如腺苷是多种辅酶的组成部分。（5）组成活性中间代谢物。核苷酸是多种活性中间代谢物的载体，如：UDP-葡萄糖，CDP-苷油二酯、SAM等。53
