1、核酸消化与吸收核酸的分解代谢核酸的分解，核苷酸的降解代谢核酸的合成代谢 核苷酸的生物合成，核酸的生物合成第一节核酸的消化与吸收（核糖核酸酶，脱氧核糖核酸酶）（核糖核酸酶，脱氧核糖核酸酶）（磷酸二酯酶）（磷酸二酯酶）（磷酸单酯酶）（磷酸单酯酶）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u 依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)： 专一降解DNARNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA非特异性核酸酶u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。限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识
2、别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割DNA，常作为工具酶。核酸外切酶：53或35核酸外切酶一、核酸酶（Nuclease） 2、核酸酶的功能 生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解 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外切核酸酶对核酸的水解位点外切核酸酶对核酸的水解位点5 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
3、二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（ 3 3 端外切端外切3 3得得5 5）内切核酸酶对内切核酸酶对RNA的水解位点示意图的水解位点示意图5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3 RNAase IRNAase IRNAase T1RNAase T1Pu ：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶 二、二、核苷酸的生物学功能核苷酸的生物学功能 是构成核酸的是构成核酸的基本单位基本单位 储存储存能量能量（ATP）ATP-主要形式；GTP-蛋白质合成UTP-糖原合成；CTP-磷脂合成 参与代谢和生理参与代谢和生理调节调节（cAMP，cGMP） 组成组成辅酶辅酶（NAD+、FAD，NADP
4、+, HS-CoA，） 活化中间代谢物活化中间代谢物- UDPG, CDP-DAG, SAM核酸的分解核苷酸的降解代谢核苷酸代谢动态1、核苷酸的降解 +H2O核苷酸核苷酸酶戊糖+碱基核苷Pi+碱基+戊糖-1-磷酸核苷酶核苷磷酸化酶+H2O生物体普遍存在的核苷酸酶可催化核苷酸的水解 （2, 3, 5）。特异性强的核苷酸酶只能水解3-核苷 酸或5-核苷酸。催化核苷水解的酶有2类，即核苷磷酸化酶和核 苷水解酶：Ns phosphorylase核苷+ Pi Pu or Py + pentose-1-P（广泛）Ns hydrolase核苷+ H2 O Pu or Py + pentose(植物和微生物
5、中，只对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷不作用）核苷酸及核苷分解核苷酸及核苷分解 嘌呤的分解1、分解代谢、分解代谢 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的动物 （鸟类、某些爬行类和昆虫）嘌呤的代谢 产物为尿酸。而其他生物可以分解嘌呤为 多种不同产物。 嘌呤碱的分解首先是在脱氨酶脱氨酶的作用下 脱去氨基 。脱氨作用可以在核苷酸或核苷水平上进行。动物组织中腺嘌呤脱腺嘌呤脱氨酶含量极少氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷 脱氨酶及腺嘌呤核苷酸脱氨酶的活性较高。鸟嘌呤脱 氨酶分布广，脱氨分解主要在该酶的 作用下进行。Ade和Gua脱氨基后脱氨基后分别生成次黄嘌呤 和黄嘌呤，进一步代
6、谢生成尿酸。 最终产物：尿酸 关键酶：黄嘌呤氧化酶 代谢抑制剂别嘌呤醇。嘌呤的分解2、嘌呤代谢障碍导致的相关疾病痛风 痛风的机理：尿酸生成过量或尿酸排出过少。如：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）不完全缺乏促使嘌呤核苷酸过度生成 别嘌呤醇治疗痛风的机理：次黄嘌呤类似物，竞争性抑制黄嘌呤氧化酶；或转变为别嘌呤醇核苷酸，抑制嘌呤核苷酸从头合成 2、嘌呤的降解尿素和乙醛酸尿素和乙醛酸尿囊酸尿囊酸 尿囊素和尿囊素和CO2尿酸尿酸黄嘌呤黄嘌呤嘌呤嘌呤核苷酸三级水平的降解核苷酸三级水平的降解 尿 酸 Uric Acid 合成 嘌呤核苷酸的分解代谢主要在肝脏、小肠及 肾脏中进行。生理情况下嘌呤合成
7、与分解处于相 对平衡状态，尿酸的生成与排泄也较恒定。正常 人血浆中尿酸含量约0.12-0.36 mM2-6 mg/dL， 男性平均0.27mM4.5mg/dL，女性平均0.21 mM3.5 mg/dL。体内核酸大量分解白血病、恶 性肿瘤等或食入高嘌呤食物时，血中尿酸水平升 高，超过0.48 mM8 mg/dL时，尿酸盐形成结 晶，沉积于关节、软组织、软骨及肾等处导致关 节炎、尿路结石及肾疾患-痛风症。 黄嘌呤氧化酶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 成，分子量260,000，每个亚基含一个FAD、 一个钼原子和一个Fe4 S4 中心。反应要求分 子氧作为电子
8、受体，还原产物是H2 O2 ，进 入尿酸的氧来自水。底物与酶结合后， Mo(VI)被还原为Mo(IV)，电子经黄素、 铁硫中心等传给O2 ，与氢离子生成H2 O2 ， Mo(IV)氧化为Mo(VI)。痛风的尿酸钠晶体 痛风的治疗 治疗痛风的原则是：合理的饮食控制； 充足的水分摄入；规律的生活制度；适 当的体育活动；有效的药物治疗；定期 的健康检查。 西医对痛风病的治疗，较为常用的抗痛 风药物：秋水仙碱、别嘌呤醇、丙磺舒、 苯溴马隆、消炎痛、布络芬、扶他林等。 中医对痛风的治疗。 饮食治疗每日嘌呤摄入量不超过150mg常见食物的嘌呤含量范围 一、每100克食物嘌呤含量小于50毫克为低嘌呤的有：
9、五谷类：米、麦、高梁、玉米、马铃薯、甘薯、面条、通心 粉； 蛋 类：鸡蛋、鸭蛋、皮蛋； 奶 类：牛奶、乳酪、冰琪琳； 饮 料：汽水、巧克力、可可、咖啡、麦乳精、果汁、茶、蜂蜜、 果冻；以及各种水果、蔬菜和油脂 等。 二、每100克食物中含50毫克150毫克嘌呤的为中嘌呤： 肉 类：鸡肉、猪肉、牛肉、羊肉、鱼、虾、螃蟹； 豆 类：黑豆、绿豆、红豆、花豆、碗豆、菜豆、豆干、豆腐以 及笋干、金针、银耳、花生、腰果、芝麻等。 三、每100克食物中含150毫克-500毫克嘌呤的食物为高嘌呤： 豆苗、黄豆芽、芦笋、菜花、紫菜、香菇、乌鱼、鲨鱼、鳕鱼、 海鳗、动物肝、肾、肠等、蚌蛤、干贝带鱼、扁鱼干、沙丁
10、鱼、蛤蜊、牡蛎、链鱼、鸡汤、肉汤等。 四、每100克食物中大于500毫克嘌呤：小鱼干、乌鱼皮、酵母 粉等。不同不同生物生物嘌呤嘌呤核苷核苷酸酸 的分的分解产解产物不物不同同 3、嘧啶的降解NH3、CO2和和-丙氨酸丙氨酸-脲基丙酸脲基丙酸 二氢胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸NH3，CO2和和-氨基异丁酸氨基异丁酸最终产物：氨基酸、CO2、NH3 U、C -Ala、CO2、NH3 T -氨基丁酸、CO2、NH3 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氨基，脱 氨基也可以在核苷或核苷酸水平上进
11、行。嘧啶的分解嘧啶的分解核苷酸的生物合成核酸的生物合成核苷酸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 核苷酸的代谢动态核苷酸的代谢动态(一)核糖的来源与PRPP的生成(二)嘌呤核苷酸的生物合成(三)嘧啶核苷酸的生物合成（四）脱氧核糖核苷酸的合成uu 核苷酸合成的基本途径核苷酸合成的基本途径从头途径（从头途径（ de novo synthesis )利用利用核糖磷酸核糖磷酸，某些某些氨基酸氨基酸、CO2和和NH3等简单物质为原料，经一系列等简单物质为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸的途径，又称酶促反应合成核苷酸的途径，又称 “从无到有途径从无到有途径
12、” 。主要发生在主要发生在肝脏、小肠、胸腺。补救途径补救途径 (或重新利用，salvage pathway) 利用利用体内游离的体内游离的碱基碱基或或核苷核苷经过比较简单的反应过程，合成合成核苷酸的途径。核苷酸的途径。 主要发生在主要发生在脑和骨髓脑和骨髓里里（一）、核糖的来源与PRPP的生成活性磷酸核糖形式：磷酸核糖焦磷酸（PRPP）(二)嘌呤核苷酸的从头合成 14C标记的HCOOH和15N标记的不同氨基酸与鸽肝匀浆物共培养，得到 Pu环各元素的来源，1950s由J. Buchanan和G. Robert Greenberg提出 Hypoxanthine de novo synthesis假
13、说， 并证明Hypoxanthine Nt是Ade-Nt及 Gua-Nt合成的前体。(二)嘌呤核苷酸的从头合成 嘌呤核苷酸的从头合成途径是是体内嘌呤核苷酸合成的主要途径. 合成部位合成部位 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。合成发生在细胞质中v原料：磷酸核糖、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2及一碳单位 v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。(二)嘌呤核苷酸的从头合成 1、反应式2、嘌呤中原子的来源 +2甲酸2NH3+CO2+甘氨酸+天冬氨酸+核糖-5-磷
14、酸IMP+延胡索酸+9H2OCO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）【记忆】【记忆】“竹竿竹竿”（GlyGly）立中央，）立中央，“谷子谷子”(Gln(Gln) )下面长，二氧化碳下面长，二氧化碳“天天”(Asp)(Asp)上飘，上飘，“假仙假仙”（甲（甲酰）在两旁酰）在两旁AMP + ATP 2 ADP腺苷激酶腺苷激酶GMP + ATP GDP + ADP鸟苷激酶鸟苷激酶ATP + GDP ADP + GTP鸟苷二磷酸激酶鸟苷二磷酸激酶磷酸核糖磷酸核糖 IMP GMPAMP 嘌呤核苷酸的合成是在嘌呤核苷酸的合成是在磷酸核糖磷酸核糖基础上逐步合成嘌呤核苷酸。基
15、础上逐步合成嘌呤核苷酸。两个阶段：首先合成IMP，再由IMP转变成AMP与GMP。 嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的，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3、嘌呤核苷酸从头合成过程(AMP, GMP) 嘌呤核苷酸从头合成特点：1.1.嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成合成嘌呤合成嘌呤环环的。的。2.IMP2.IMP的合成需的合成需6 6个个ATPATP，7 7个高能磷酸键。个高能磷酸键。 AMPAMP或或GMPGMP的的合成又需合成又需1 1个个ATPATP3.3.嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的，调节
16、酶：磷嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的，调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基转移酶酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基转移酶4.4.磷酸核糖酰胺转移酶催化的反应是嘌呤核苷酸合成磷酸核糖酰胺转移酶催化的反应是嘌呤核苷酸合成的关键步骤，的关键步骤，AMPAMP与与GMPGMP能够协同抑制此酶的活性能够协同抑制此酶的活性 从头合成的调节从头合成的调节 调节方式：调节方式：反馈调节反馈调节和和交叉调节交叉调节R-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMP ADPATPXMPGMPGDP GTP+_IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸X
17、MPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+（三）嘌呤核苷酸的补救合成途径 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，脑、骨髓等只能进行补救合成。 A + PRPP AMP + PPi腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶 G + PRPP GMP + PPi次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 AR + ATP AMP + ADP腺苷激酶腺苷激酶 1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypox
18、anthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)3.腺苷激酶(adenosine kinase)参与补救合成的酶腺嘌呤腺嘌呤 + + PRPPAMP + PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 + + PRPPIMP + PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 + + PRPPHGPRTGMP + PPi合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMPAPRT：腺嘌呤磷酸核糖转移酶：腺嘌呤磷酸核糖转移酶HGPRT：次黄嘌呤：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。l体
19、内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。嘌呤核苷酸的相互转变IMPIMPAMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPXMPGMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+ NADP+NH3(四) 嘧啶核苷酸的生物合成 1、嘧啶环的从头合成途径 原料：磷酸核糖、天冬氨酸、原料：磷酸核糖、天冬氨酸、谷氨酰胺、谷氨酰胺、CO2 CO2 部位：肝细胞胞液部位：肝细胞胞液合成特点：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。2、嘧
20、啶核苷酸的从头合成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 主要是肝细胞胞液合成原料：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2、嘧啶核苷酸的从头合成途径(UMP) O | HN | O N | R5-P NH2 | N | O N | R5-PPPUDPUTP尿苷酸激酶尿苷酸激酶二磷酸核二磷酸核苷激酶苷激酶CTP合成酶合成酶ATP ADPATPADP谷氨酸谷氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺ADP+Pi ATPUMPCTPCTP的合成的合成嘧啶
21、从头合成的特点 两个阶段：首先合成UMP，再由UMP转变成CTP与dTMP 胞嘧啶核苷酸的生成发生在三磷酸水平，由UTP转变为CTP 先合成嘧啶环，再合成嘧啶核苷酸 调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶（PRPP合成酶）、氨甲酰磷酸合成酶（CPS，位于细胞液中） CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布
22、氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别的区别- -ATP + CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-从头合成的调节3、 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶嘧啶 + + PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 + + PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + + ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP +ADP胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 + + ATP
23、胸苷激酶胸苷激酶TMP +ADP(五) 脱氧核糖核苷酸的合成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）原料：NDP（dTMP的直接原料为dUMP）脱氧（还原）过程发生在二磷酸水平dTMP的生成发生在一磷酸水平，但脱氧（还原）过程仍然发生在二磷酸水平 dNDP + ATP 激酶dNTP + ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成dTMP的合成的合成(六）、核苷酸的抗代谢物 嘌呤核苷酸抗代
24、谢物主要是一些嘌 呤、氨基酸或叶酸等的类似物。 采用竞争性抑制或“以假乱真”等方 式抑制合成代谢中的酶，干扰和阻断 核苷酸的合成, 从而进一步阻止核酸 以及蛋白质的生物合成。 肿瘤细胞的核酸与蛋白质代谢旺盛, 因此抗代谢物可用于肿瘤的化疗。 1、6巯基嘌呤（6MP）：次黄嘌呤（I）的类似物，抑制HGPRT及嘌呤核苷酸的补救合成。在体内可转变为6巯基嘌呤核苷酸，抑制嘌呤核苷酸的从头合成。 2、5氟尿嘧啶（5FU）：胸腺嘧啶的类似物，抑制胸腺嘧啶核苷酸的合成。 3、阿糖胞苷：胞苷的类似物，抑制dCDP的生成。 4、氨甲蝶呤（MTX）：叶酸类似物，抑制四氢叶酸的合成，从而同时抑制嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶
25、核苷酸的从头合成 5、氮杂丝氨酸：Gln类似物，同时抑制嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的从头合成 核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物嘧啶类似物胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)改变了核糖结构的核苷类似物改变了核糖结构的核苷类似物氨基酸类似氨基酸类似 物：抑制有谷氨物：抑制有谷氨 酰胺参与的反应酰胺参与的反应, 干扰全程合成。干扰全程合成。叶酸类似物：抑制有一碳单位参与的反应PRPP PRA 甘氨酰胺甘氨酰胺 甲酰甘氨酰甲酰甘氨酰 甲酰甘氨甲酰甘氨谷氨酰胺谷氨酰胺 核苷酸核苷酸 胺核苷酸胺核苷酸 脒核苷酸脒核苷酸 5-氨基咪唑氨基咪唑 5甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑 IMP -4-甲酰胺核苷酸甲
26、酰胺核苷酸 -4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸 AMP 腺嘌呤腺嘌呤 PPi PRPP IMP 次黄嘌呤次黄嘌呤 PPi PRPP GMP 鸟嘌呤鸟嘌呤6MP6MP6MP6MP6MPMTXMTX氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸图图9-9 嘌呤核苷酸抗代谢物的作用嘌呤核苷酸抗代谢物的作用MTX：氨甲蝶呤：氨甲蝶呤 1复述核苷酸的生理功能。 2记住核苷酸有两条合成途径，核苷酸从头合成途径中嘌呤、嘧啶环各元素或组件的材料来源。熟记核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸的生成方式。 3. 写出与核苷酸补救合成有关的酶名称、功能、酶缺陷相关的疾病。 4熟记核苷酸抗代谢药物的作用机理及临床意义。 5记住核苷酸体内分解代谢终产物。 6. 说明别嘌呤醇治疗痛风的原理。 7重要概念：从头合成(de novo synthesis)、补救合成(或重新利用，salvage pathway)
