【正文】 核酸的降解和核苷酸代謝 (Degradation of nucleic acid and nucleotides metabolism) 一、核酸和核苷酸的分解代謝 二、核苷酸的生物合成 三、輔酶核苷酸的生物合成 Nitrogenous Bases ? Planar, aromatic, and heterocyclic ? Derived from purine or pyrimidine Structure of Nucleotide Bases Sugars DRibose and 2’Deoxyribose *Lacks a 2‘OH group Nucleosides Result from linking one of the sugars with a purine or pyrimidine base through an Nglycosidic linkage ? Purines bond to the C1’ carbon of the sugar at their N9 atoms ? Pyrimidines bond to the C1’ carbon of the sugar at their N1 atoms Phosphate Groups ? Mono, di or triphosphates Phosphates can be bonded to either C3 or C5 atoms of the sugar Nucleotides ? Result from linking one or more phosphates with a nucleoside onto the 5’ end of the molecule through esterification Nucleotides ? DNA (deoxyribonucleic acid) is a polymer of deoxyribonucleotides ? Both deoxy and ribonucleotides contain Adenine, Guanine and Cytosine – Ribonucleotides contain Uracil – Deoxyribonucleotides contain Thymine ?Monomers for nucleic acid polymers ?Nucleoside Triphosphates are important energy carriers (ATP, GTP) ?Important ponents of coenzymes ?FAD, NAD+ and Coenzyme A Naming Conventions ? Nucleosides: – Purine nucleosides end in “sine” ? Adenosine, Guanosine – Pyrimidine nucleosides end in “dine” ? Thymidine, Cytidine, Uridine ? Nucleotides: – Start with the nucleoside name from above and add “mono”, “di”, or “triphosphate” ? Adenosine Monophosphate, Cytidine Triphosphate, Deoxythymidine Diphosphate 體外實(shí)驗(yàn)資料： ?19091934年 ， 美國(guó)生物化學(xué)家 Owen證明 ， 核酸的分解單位是核苷酸 。 ?1961年 ， 美國(guó)生化學(xué)家 Juan Oro模擬大氣放電 ，在有氰化氫參加的反應(yīng)體系中發(fā)現(xiàn)有氨基酸和腺嘌呤生成 。 ?1963年， Ponnamperuma在類似的實(shí)驗(yàn)中也得到了腺嘌呤。后來(lái)，他又與 Ruth Mariner、 Carl Sagan將腺嘌呤與核糖連接成為腺苷；再連接磷酸，得到了腺苷三磷酸 (ATP)。 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)資料： ?早在演繹核苷酸生物合成前 ， 生物化學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)動(dòng)物會(huì)排泄 3種不同的含氮廢物 ， 即 NH 尿素和尿酸 。尿酸就是嘌呤化合物的代謝產(chǎn)物 。 ?在 1950 年間 ， John 和 Greenberg采用同位素示蹤結(jié)合嘌呤核苷酸降解物 ——尿酸分析證明 ， 嘌呤分子的原子 N1來(lái)自門冬氨酸 ，N3和 N9來(lái)自谷氨酰胺等 ， 完成了嘌呤生物合成過(guò)程的演繹 。 更為重要的是 ， 他們還發(fā)現(xiàn)嘌呤不是以游離含氮堿 ， 而是以核苷酸形式在體內(nèi)合成的 。 1964年 ， 科學(xué)家確定 LeschNyhan綜合征與次黃嘌呤 鳥(niǎo)嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶 （ HGPRT） 缺陷有關(guān) 。 至今已發(fā)現(xiàn) ， 核苷酸的合成和分解代謝障礙與很多遺傳性 、 代謝性疾病有關(guān) 。 模擬核苷酸組成成分 ， 如取代堿基 、 核苷和核苷酸的類似物已發(fā)展為在臨床上常用 、 有效的抗代謝藥物 。 核苷酸的功能 ? 核苷酸是核酸生物合成的前體 ? 核苷酸衍生物是許多生物合成的活性中間物，例如：UDP葡萄糖 和 CDP二酯酰甘油 分別是糖原和磷酸甘油酯合成的中間物 ? ATP是生物能量代謝中通用的高能化合物 ? 腺苷酸 是三種重要輔酶的組分 ? 某些核苷酸是代謝的調(diào)節(jié)物質(zhì)。如： cAMP和 cGMP是許多激素引起的胞內(nèi)信使 1 核酸的酶促降解 核糖核酸酶 、 脫氧核糖核酸酶 、 限制性內(nèi)切酶 2 核苷酸的降解 3 核苷酸的 合成代謝 （ 1）核糖核苷酸的生物合成 嘌呤核苷酸的合成：從頭合成和補(bǔ)救途徑 嘧啶核苷酸的合成：從頭合成和補(bǔ)救途徑 （ 2）脫氧核苷酸的生物合成 核糖核苷酸的還原 脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 核酸的降解和核苷酸代謝 一、核酸和核苷酸的分解代謝 動(dòng)物和異養(yǎng)型微生物可以分泌消化酶類來(lái)分解核蛋白和核酸類物質(zhì)，以獲得各種核苷酸。 ?核酸的酶促降解 核酸 核酸酶 單核苷酸 磷酸單脂酶 核苷 嘧啶 /嘌呤 核糖 /脫氧核糖 核苷酶 核苷磷酸化酶 嘧啶（嘌呤） 核糖 1磷酸 脫氧核糖 1磷酸 核糖 5磷酸 磷酸戊糖途徑 醛縮酶 乙醛 甘油醛 3磷酸 核 酸 酶 核酸酶的分類 （ 1）根據(jù)對(duì)底物的 專一性分為 （ 2）根據(jù)切割位點(diǎn)分為 核糖核酸酶 (RNase) 脫氧核糖核酸酶 (DNase) 非特異性核酸酶 核酸內(nèi)切酶 核酸外切酶 核酸外切酶 ： 作用于核酸鏈的末端（ 3’ 端或 5’ 端），逐個(gè)水解下核苷酸。 ? 脫氧核糖核酸外切酶：只作用 DNA ? 核糖核酸外切酶 :只作用于 RNA 核酸內(nèi)切酶： 從核酸分子內(nèi)部切斷 3’ ,5’ 磷酸二酯鍵。 限制性內(nèi)切酶： 在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識(shí)別并水解外源雙鏈 DNA的核酸內(nèi)切酶，可用于特異切割 DNA,常作為工具酶。 核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶 外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn) 5180。 p p p p OH B p p p p 3180。 B B B B B B B 牛脾磷酸二酯酶 （ 5180。端外切得 3‘－核苷酸） 蛇毒磷酸二酯酶 （ 3180。端外切得 5?－核苷酸） 核酸酶的作用特點(diǎn) 限制性內(nèi)切酶 ? 類型 ? 命名 ? 意義 原核生物中存在著一類能識(shí)別外源 DNA雙螺旋中48個(gè)堿基對(duì)所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的 回文序列 ，并在此序列的某位點(diǎn)水解 DNA雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶 （ ristriction endonuclease） 。 限制性內(nèi)切酶名稱的第一個(gè)字母取自獲得此內(nèi)切酶的細(xì)菌屬名的第一個(gè)字母 ， 用大寫(xiě) 名稱的第二 、 三個(gè)字母取自該細(xì)菌種名的頭二個(gè)字母 ， 用小寫(xiě)字母 如果該細(xì)菌還有不同的株系 ， 則另加第四個(gè)代表株系的字母或數(shù)字；最后是用羅馬字大寫(xiě)的數(shù)字 ，代表同一菌株中不同限制性內(nèi)切酶的編號(hào) 。 限制性內(nèi)切酶的命名和意義 Eco R I 序號(hào) 屬名 種名 株名 例： Eco R I， 這是從大腸桿菌（ Ecoli） R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶 如 Hind Ⅲ 代表從流感噬血桿菌 d株（ haemophilus influenzae）中分離到的第三種內(nèi)切酶。 二 . 核苷酸的降解 嘌呤堿的分解 Purine Catabolism 不同動(dòng)物嘌呤代謝的產(chǎn)物 靈長(zhǎng)類 、 鳥(niǎo)類： 尿酸 其他哺乳動(dòng)物 、 軟體動(dòng)物： 尿囊素 硬骨魚(yú)： 尿囊酸 軟骨魚(yú)和兩棲類： 尿素 大多數(shù)海洋無(wú)脊椎動(dòng)物： 氨和 CO2 （ 如甲殼類動(dòng)物 ） ?All purine degradation leads to uric acid (but it might not stop there) ? 嘌呤堿的分解首先是在各種脫氨酶的作用下水解脫去氨基。 ? 脫氨反應(yīng)也可以在核苷或核苷酸的水平上進(jìn)行，在動(dòng)物組織中腺嘌呤脫氨酶的含量極少，而腺嘌呤核苷脫氨酶和腺嘌呤核苷酸脫氨酶的活性極高。 嘌呤堿基的脫氨 嘌呤的降解 腺嘌呤 鳥(niǎo)嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黃嘌呤 黃嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素 + 乙醛酸 H2O 4NH3 + 2CO2 腺嘌呤脫氨酶 鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶 黃嘌呤氧化酶 黃嘌呤氧化酶 尿酸氧化酶 尿囊 素酶 尿囊酸酶 脲酶 嘌呤的分解代謝 NNNHNN H2N HNNHNON H2A d e n i n e G u a n i n eNNNHNO HNNNHNO HO HH2O H 2 O 2H2O H 2 O 2NNNHNO HO HH ON HNHNHHNOOO次 黃 嘌 呤 黃 嘌 呤尿 酸 ( 稀 醇 式 )次 黃 嘌 呤 氧 化 酶黃 嘌 呤 氧 化 酶鳥(niǎo) 嘌 呤 脫 氨 酶腺 嘌 呤 脫 氨 酶+ H2O+ H2ON H3N H3H2OO2C O2N HNHNHHNOOO尿 酸 ( 酮 式 )黃 嘌 呤 氧 化 酶H2ON H2NHONHHNOO尿 囊 素尿 囊 酸N H2NHCONHN H2OOO H尿 囊 素 酶尿 囊 酸 酶H2N C N H2O2 +C O O HC H O乙 醛 酸尿 素尿酸的進(jìn)一步分解 Adenosine Degradation A CASE STUDY : GOUT ? A 45yearold man awoke from sleep with a painful and swollen right great toe. On the previous night he had eaten a meal of fried liver and onions, after which he met with his poker group and drank a number of beers. ? He saw his doctor that morning, ―gouty arthritis‖ was diagnosed, and some tests were ordered. His serum uric acid lev