核酸的降解和核苷酸代谢 (2)

第33章核酸的降解和核苷酸代谢第33章核酸的降解和核苷酸代谢核酸和核苷酸的降解代谢核苷酸的生物合成辅酶核苷酸的生物合成一、核酸和核苷酸的降解核酸核苷酸核酸酶（磷酸二酯酶）核苷+磷酸核苷酸酶（磷酸单酯酶）戌糖-1-磷酸+碱基（嘌呤或嘧啶碱）核苷磷酸化酶一、核酸和核苷酸的降解1、核酸的解聚磷酸二酯酶（核酸酶）核糖核酸酶核酸内切酶脱氧核糖酸酶核酸外切酶磷酸二酯酶（核酸酶）也有非特异性的磷酸二酯酶，如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶（均为核酸外切酶），对核糖核酸和脱氧核糖核酸均能水解，但前者是从核苷酸链的3‘-端开始，逐个水解下来5’-核苷酸，后者从核苷酸链的5‘-端开始，逐个水解下来3’-核苷酸。一、核酸和核苷酸的降解1、核酸的解聚蛇毒磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶一、核酸和核苷酸的降解1、核酸的解聚蛇毒磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶5‘3’一、核酸和核苷酸的降解2、核苷酸的降解磷酸单酯酶（核苷磷酸化酶）3‘-核苷酸酶也有非特异性的磷酸单酯酶，对一切核苷酸均能作用，无论磷酸基在2’、3‘或5’位置均可被水解下来。5‘-核苷酸酶核苷+磷酸核苷+H2O碱基+戌糖-1-磷酸碱基+戌糖核苷磷酸化酶核苷水解酶（对脱氧核糖核苷不起作用）一、核酸和核苷酸的降解3、嘌呤碱的分解嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨基。腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷腺嘌呤次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸酶核苷磷酸化酶腺嘌呤核苷酸脱氨酶腺嘌呤核苷脱氨酶腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤脱氨酶一、核酸和核苷酸的降解3、嘌呤碱的分解黄嘌呤和次黄嘌呤可继续被分解。黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶次黄嘌呤黄嘌呤尿酸（排尿酸动物）黄嘌呤氧化酶尿囊素（除人猿外的哺乳动物）尿囊酸（硬骨鱼类）尿囊素酶尿素+乙醛酸（鱼类、两栖类）尿囊酸酶氨+二氧化碳（低等动物）一、核酸和核苷酸的降解4、嘧啶碱的分解胞嘧啶需要先脱氨生成尿嘧啶后才继续被分解。胞嘧啶脱氨生成尿嘧啶，后者经还原生成二氢嘧啶（DHU）最后环开裂生成-脲基丙酸，水解后生成-丙氨酸。一、核酸和核苷酸的降解4、嘧啶碱的分解胸腺嘧啶分解与尿嘧啶相似，先还原成二氢胸腺嘧啶，再环裂解生成-脲基异丁酸，后者水解生成-氨基异丁酸。二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成嘌呤环的元素来源二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成生物体是从5-磷酸核糖焦磷酸开始，经一系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸，再转变成其它嘌呤核苷酸。起始步骤：5-磷酸核糖5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）焦磷酸激酶二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step1：5-磷酸核糖胺PRPP磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step2：5-磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step3：甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step4：甲酰甘氨脒核苷酸合成酶甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step5：氨基咪唑核苷酸合成酶5-氨基咪唑核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step6：氨基咪唑核苷酸羧化酶5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step7：氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step8：腺苷酸琥珀酸裂解酶5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step9：氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成Step10：次黄嘌呤核苷酸合酶5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成生物体内由次黄嘌呤核苷酸经氨基化或氧化分别生成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成生物体内除了能以简单前体物质“从头合成”（denovosyn-thesis）核苷酸外，还能由预先形成的碱基与核苷合成核苷酸，此称为“补救”途径（salvage）。核苷+磷酸碱基+戌糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷+ATP核苷磷酸激酶核苷酸+ADP腺嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖转移酶核苷酸+PPi二、核苷酸的生物合成1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的从头合成受其二个终产物腺苷酸和鸟苷酸的反馈控制。二、核苷酸的生物合成2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸的嘧啶环由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。与嘌呤核苷酸合成不同的是，它首先形成嘧啶环，再与磷酸核糖结合形成乳清苷酸，然后生成尿嘧啶，其它嘧啶核苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成。二、核苷酸的生物合成2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成氨甲酰磷酸的生成二、核苷酸的生物合成2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成天冬氨酸转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸脱氢酶乳清苷酸焦磷酸化酶乳清苷酸脱羧酶乳清苷酸二、核苷酸的生物合成2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成由尿嘧啶核苷酸转化成胞嘧啶核苷酸是在尿嘧啶核苷三磷酸水平上进行的。即UMP在尿嘧啶核苷酸激酶下磷酸生成UDP，后者在核苷二磷酸激酶下生成UTP。胞嘧啶核苷合成酶二、核苷酸的生物合成2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成生物体也可利用已有的嘧啶碱与核苷合成嘧啶核苷酸。UMP+PPi尿嘧啶+5-磷酸核糖焦磷酸UMP磷酸核糖转移酶尿嘧啶+1-磷酸核糖尿苷磷酸化酶尿嘧啶核苷+Pi尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP二、核苷酸的生物合成2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸生物合成的反馈调节二、核苷酸的生物合成3、脱氧核糖核苷酸的生物合成脱氧核糖核苷酸由相应的核糖核苷酸还原形成。核糖核苷酸还原酶ArthurKornbergwonthe1959NobelPrizeinMedicineforhisdiscoveryofthemechanisminthebiologicalsynthesisofdeoxyribonucleicacid(beforeWatsonandCrickwontheirs!)二、核苷酸的生物合成3、脱氧核糖核苷酸的生物合成核糖核苷酸还原酶由R1和R2二个亚基组成，它们分开时没有酶活性；R1亚基酶活性调节位点影响整个酶活性，ATP结合使酶活化，dATP结合使酶抑制；R1亚基第二个调节位点是底物特异性位点，当ATP和dATP结合有利于UDP和CDP的还原，当dTTP或dGTP结合时分别促进GDP和ADP的还原；R2的二条亚基各有一个酪氨酰基和一个双核铁(Fe3+)辅因子；通常核糖核苷酸是在核苷二磷酸水平上被还原的。二、核苷酸的生物合成3、脱氧核糖核苷酸的生物合成核糖核苷酸还原酶二、核苷酸的生物合成3、脱氧核糖核苷酸的生物合成核糖核苷酸还原需要二个氢，其最终的给体是NADPH硫氧还蛋白谷氧还蛋白二、核苷酸的生物合成3、脱氧核糖核苷酸的生物合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP）由尿嘧啶脱氧核糖核苷酸（dUMP）甲基化而成。三、辅酶核苷酸的生物合成1、烟酰胺核苷酸的生物合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）在生物氧化中起氢传递体的作用。由烟酸合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸需要三步反应。烟酸+5-磷酸核糖焦磷酸烟酸单核苷酸+PPi烟酸单核苷酸焦磷酸化酶烟酸单核苷酸+ATP脱酰胺-NAD+PPi脱酰胺-NAD焦磷酸化酶NAD+Glu+AMP+PPi脱酰胺-NAD+Gln+ATPNAD合成酶三、辅酶核苷酸的生物合成1、烟酰胺核苷酸的生物合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）在生物氧化中起氢传递体的作用。由烟酸合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸需要三步反应。NAD+ATPNADP+ADPNAD激酶三、辅酶核苷酸的生物合成2、黄素核苷酸的生物合成黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）在生物氧化中起氢和电子传递体的作用。核黄素+ATPFMN+ADP黄素激酶Mg2+FMN+ATPFAD+PPiFAD焦磷酸化酶三、辅酶核苷酸的生物合成3、辅酶A的生物合成CoA的四个组成部分：-巯基乙胺泛酸磷酸腺苷酸三、辅酶核苷酸的生物合成3、辅酶A的生物合成CoA的合成步骤：泛酸4‘-磷酸泛酸4‘-磷酸泛酰半胱氨酸4‘-磷酸泛酰巯基乙胺脱磷酸辅酶ACoA三、辅酶核苷酸的生物合成3、辅酶A的生物合成Step1：ATPADP泛酸激酶泛酸4’-磷酸泛酸三、辅酶核苷酸的生物合成3、辅酶A的生物合成Step2：Cys+ATPADP+Pi磷酸泛酰半胱氨酸合成酶4‘-磷酸泛酰半胱氨酸4’-磷酸泛酸三、辅酶核苷酸的生物合成3、辅酶A的生物合成Step3：CO2磷酸泛酰半胱氨酸脱羧酶4‘-磷酸泛酰半胱氨酸4‘-磷酸泛酰巯基乙胺三、辅酶核苷酸的生物合成3、辅酶A的生物合成Step4：PPi焦磷酸化酶脱磷酸辅酶A4‘-磷酸泛酰巯基乙胺ATP三、辅酶核苷酸的生物合成3、辅酶A的生物合成Step4：ADP脱磷酸辅酶A激酶脱磷酸辅酶AATP辅酶A