Transcript 课件六

第十二章 核酸的降解及核苷酸的代谢
•概述：
核酸是一种高分子化合物，核苷酸是构成核酸的基本单位。它们
是一类在代谢上极为重要的物质，几乎参与细胞的所有生化过程。
•作用：
1、核酸在体内的含量不如蛋白质、糖、脂肪多，但它几乎参与细胞
的所有 生化过程。
2、 DNA分子中蕴藏着遗传信息—所谓的“基因”。
3、RNA则可转录DNA分子中的遗传信息并指导蛋白质的合成（包 括
酶蛋白 的合成）。
4、体内还有各种核苷酸可参与代谢过程。如ATP是体内各种生理活动
的直能源；UDPG→糖原合成；CDP-胆碱（乙醇胺等）→PL合成。
5、腺苷酸是四种重要辅酶（NAD+、NADP+、FAD、CoA）的组分。
6、某些核苷酸是代谢的调节物质。如：cAMP和cGMP是许多种激素
引起生理效应的中间介质。
第一节
核酸的消化与吸收
食物中所含的核酸和蛋白质结合，故消化过程开始之前，核酸先在胃酸
作用下与蛋白质分开：食物中核蛋白 H 蛋白质、核酸（DNA、RNA）
+
一、消化：
（一）部位：小肠
RNA酶：水解核糖核酸
胰液—核酸酶
DNA酶：水解脱氧核糖核酸
（二）参与消化的酶：
小肠液—
（三）消化过程：
多核苷酸酶：
核苷酸酶：
磷酸酶：
嘌呤核苷酶：
核苷酶
嘧啶核苷酶：
核苷磷酸化酶：广泛存在于生物体内，催化的反应可逆。
还可继续分解
核苷可在核苷水解酶作用下分解成嘌呤碱、嘧啶碱和戊糖（可参与戊糖代谢）。
核苷水解酶：主要存在于植物和微生物体内，只水解核糖核苷。
二、吸收：
单核苷酸及其水解产物均可被小肠C吸收。
第二节
嘌呤核苷酸代谢与调节
一、嘌呤核苷酸的分解代谢：
嘌呤核苷酸可分解为磷酸、核糖（或脱氧核糖）、嘌呤碱等。
鸟嘌呤 + H2O
鸟嘌呤脱氨酶
O2 + H2O
NH3
腺嘌呤
次黄嘌呤 + O2 + H2O
黄嘌呤 + NH3
尿酸 + H2O2
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤 + H2O2
正常成人每天排出尿酸约为0.6克，血浆[尿酸]：2~7mg% 如果[血尿酸]＞
8mg%，尿酸沉积于关节、软组织、软骨、肾等处，导致关节炎（痛风症）和
肾结石（肾病）。
①排尿酸药物，如水杨酸、辛可劳、丙磺舒等。可降低肾小管对尿酸的重吸
收， 增加尿酸排出。
（2） 嘌呤氧化酶抑制剂：别嘌呤醇
其结构与次黄嘌呤很相似，可竞争性抑制黄嘌呤氧化酶，以减少尿酸的产生，
故可治疗痛风症（一种继发性嘌呤核苷酸代谢紊乱症，由于尿酸在体内积累所至
）。
二2、嘌呤核苷酸的合成代谢：
用同位素标记的化合物做实验，证明生物体内合成嘌呤环的前体有：
天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、CO2、甲酸盐（N5,N10=CH-FH4、N10-CHOFH4）等
（一）嘌呤核苷酸从头合成途径：
1、部位：肝，其次是小肠粘膜及胸腺。
2、原料：ATP、氨基酸（Gln、Asp、Gly）、CO2、一碳单位、 5- 磷
酸核糖等。
（N10—CHOFH4、N5、N10=CH—FH4）
3、合成特点：嘌呤核苷酸的合成并不是先单独合成嘌呤环，再与磷酸和核
糖结合成嘌呤核苷酸，而是合成开始就从5— —R起沿着合成核苷酸的途径，
经过11步酶促反应，先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），再转变为其它的嘌呤核苷
酸，因此称之为“从头合成途径”。
4、IMP的合成：从5——R→→→IMP十一步反应中，催化第一步反应的
酶是磷酸核糖焦磷酸激酶，第二步反应由磷酸核糖转酰胺酶（氨基转移酶）催化
这二个酶均是可调节酶
第一阶段：
第二阶段：
（P 306 图18-5 IMP合成途径）
5、腺苷酸及鸟苷酸的生成： IMP不直接是核酸的基本构件，那么直接参加组成核酸的
AMP（ 腺嘌呤核苷酸）和GMP（鸟嘌呤核苷酸）如何合成呢？
（1）从IMP合成鸟嘌呤核苷酸（GMP）：
（2）从IMP合成腺嘌呤核苷酸（AMP）：
腺苷酸代琥珀酸
（AMPS）
①
IMP
②
腺苷酸
(AMP)
③
黄嘌呤核苷酸
（XMP）
④
说明： ①：AMPS合成酶、Asp、GTP、Mg2+参加。
②：AMPS裂解酶
③：IMP脱氢酶、NAD+、K+参加。
④：鸟苷酸合成酶、Gln、ATP、Mg2+参加
鸟苷酸
(GMP)
反应要点：
①IMP是合成AMP、GMP的前身物
②AMP合成需要GTP供能；GMP合成需要ATP供能
③AMP合成的实质是Asp提供NH2的过程（即第6位碳上的NH2）；
GMP 的 合 成 的 实 质 是 Gln 提 供 NH2 的 过 程 （ 第 2 位 碳 上 的
NH2）。
腺苷酸代琥珀酸
（AMPS）
①
腺苷酸
(AMP)
②
③
IMP
黄嘌呤核苷酸
（XMP）
④
（二）由嘌呤碱和核苷合成核苷酸（补救合成途径）：
鸟苷酸
(GMP)
自由的嘌呤碱（尤其是腺嘌呤）有一部分被重新利用合成核苷酸及核酸，这与从头合成过程相
比，显然要简单得多，经济得多，可以少消耗ATP。
1． 核苷磷酸化酶与核苷磷酸激酶的作用：
2．重要的补救合成途径：
①部位：脑、脾、骨髓等
②酶：腺嘌呤磷酸核糖转移酶、次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
③合成过程：利用嘌呤核苷酸分解得到的嘌呤碱，再和5-磷酸核糖焦磷酸反应，则合成核苷酸。
可能是因为体内如脾、脑、骨髓等重要组织器官不能从头合成嘌呤核苷酸，而主要通过补
救途径合成嘌呤核苷酸。
（三）嘌呤核苷酸合成代谢的调节：
二个长负反馈： GDP
GMP、GTP
二个短负反馈： GMP
AMP
磷酸核糖焦磷酸激酶
磷酸核糖氨基转移酶
次黄嘌呤核苷酸脱氢酶
腺苷琥珀酸合成酶
ADP
AMP、ATP
结论：
（1）嘌呤核苷酸从头合成受两个终产物AMP、GMP的反馈抑制。而且两个终产物分别对分
枝途径的第一步反应有反馈抑制。
（2）GMP、AMP的过量仅分别抑制其自身的合成，而不影响另一种核苷酸的合成。
（四）嘌呤核苷酸的互变：
AMP
AMPS
GMP
IMP
XMP
第三节
嘧啶核苷酸的代谢与调节
一、尿嘧啶核苷酸的从头合成：
(一) 部位：主要在肝脏、细胞液中进行。
(二) 原料：Gln、CO2、ASP、PRPP
(三) 嘧啶环的合成（从头合成途径）： 嘧啶环的合成开始于氨甲酰磷酸的生成。
催化此反应的酶：氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ
（嘧啶核苷酸合成中的关键酶）
表1：与尿素合成中的氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ比较
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ
存在部位
氮源
能源、碳源
辅助因子
所参予的反应
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ
细胞线粒体内
NH3
2ATP + HCO3
N乙酰谷氨酸（AGA）
氨基甲酰磷酸
鸟氨酸
瓜氨酸……尿素
细胞胞液
Gln
2ATP + HCO3
不需AGA
氨基甲酰磷酸
天冬氨酸
氨甲酰天冬氨酸
嘧啶
（四）尿嘧啶核苷酸（UMP）的合成
共六步反应，包括第一步氨甲酰磷酸的生成
（五）一、二、三磷酸核苷的互变及三磷酸胞苷（CTP）的合成：
1、一、二、三磷酸核苷的互变
2、三磷酸胞苷（CTP）的合成：
(1) UTP的合成:
（2）CTP的合成：
CTP合成酶
（六）嘧啶核苷酸生物合成代谢调节
（七）补救途径：（由嘧啶碱及核苷合成核苷酸）
二、嘧啶碱的分解代谢：（了解）
嘧啶碱的分解终产物：NH3、CO2、β-丙氨酸、β-氨基异丁酸
第三节
一、
脱氧核糖核苷酸的合成
二磷酸脱氧核糖核苷的生成：
即：dADP、dGDP、dCDP、dUDP 需一步完成，dTDP需二步完成。
在生物体内，A、G、C、U四种核糖核苷酸均可被还原成相应的脱氧核糖核
苷酸。通常核糖核苷酸是在核苷二磷酸水平上被还原的。其还原过程如下：
反应要点： 1、反应类型：还原反应
2、反应水平：二磷酸核苷（NDP）水平
3、酶体系：二磷酸核糖核苷还原酶系。它包括四种蛋白质。
4、辅助因子：NADPH+H+（还原剂）
5、别构酶：核糖核苷酸还原酶是别构酶，其蛋白质B1,亚基上存在有能与
作用物结合的部位—催化部位；有能与变构剂结合的部位—调节部位。如果催
化部位上结合CDP还原dCDP；调节部位上结合ATP，则促进这一反应进行，如
调节部位上结合dATP（或dGTP、dTTP）则抑制反应。即ATP、dATP、dTTP、
dGTP是还原酶的变构效应物。
二、脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）的生成：
DNA分子中碱基配对U—T（dTMP），脱氧胸苷酸是如何合成的呢？一般需要
两个步骤：（1）是尿嘧啶脱氧核糖核苷酸（dUMP）的形成；（2）dUMP 经甲
基化生成 dTMP（脱氧胸腺嘧啶核苷酸）。
反应要点：
1、 N5，N10—CH2-FH4 的作用（作为一碳单位的供给者、作为还原剂），
由于叶酸衍生物在细胞里的浓度很低，因此，胸苷酸的合成需要由FH2再生成
N5，N10—CH2-FH4 。这些反应的抑制因素可间接地阻断胸苷酸的合成。
一碳单位转移反应。
问题：
能否直接由： UMP
（不行，必须在核苷二磷酸水平上进行）
核糖核苷
酸还原酶
dUMP ?
2、dUMP 的来源：可能有以下几种途径合成dUMP
一般 UDP
UDP还原酶
dUDP  dUMP
dUTP （更重要）
CDP
CDP还原酶
dCDP
水解
dCMP
dCMP脱氨酶
dUMP
实验证明：dCMP脱氨酶 活性大大于 UDP还原酶 活性。
对dUMP形成的这种迂回方式有两种看法：
（1）
大多数细胞中，核糖核苷酸还原酶只作用于核糖核苷二磷酸水平， 可能因为这才 能 更
好地调节酶的活性。
（2）
细胞为了其他的目的含有一种活力强的脱氧尿嘧啶三磷酸二磷酸水解酶（dUTPase）
，此酶通过dUTP+H2O→dUMP+ppi,这个反应方 式来保持细胞内 dUTP的浓度,以防止
dUTP结合到DNA中去。
三、三磷酸脱氧核苷的生成： ATP+dXDP
dTMP
四、核苷酸合成与分解小结：
（ P 314 图18-10）
dXDP 激酶
~激酶
ATP、ADP
dTDP
ADP+dXTP
~激酶
ATP、ADP
dTTP
第四节
辅酶核苷酸的生物合成