核酸的降解与核苷酸的代谢

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1、第十章核酸的降解与核苷酸的代谢学习要求：通过本章学习，熟悉核酸的降解过程，掌握核酸酶的分类及其作用方式；了解核苷酸分解过程及不同生物嘌呤核苷酸分解代谢的区别；了解核苷酸从头合成途径的过程，掌握合成原料及嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸的合成特点，重点掌握核苷酸合成途径的调节，熟悉补救合成途径的过程和意义；熟悉核苷酸代谢与氨基酸代谢及糖代谢的相互关系；了解核苷酸代谢的有关理论对医药及生产实践的指导意义。动物、植物和微生物都能合成各种核苷酸，因此核苷酸与氨基酸不同，不属于营养必需物质。细胞内存在多种游离的核苷酸，它们具有多种重要的生理作用：①作为合成核

2、酸的原料。②ATP在生物体内能量的贮存和利用中处于中心地位，是最重要的高能化合物。此外，GTP在能量利用方面也有一定作用。③参与代谢和代谢调节。某些核苷酸或其衍生物是重要的信息物质，如cAMP是多种激素作用的第二信使；cGMP也与代谢调节有关。④组成辅酶。腺苷酸是辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ、辅酶A和FAD四种辅酶的组成成分。⑤活化中间代谢物。UTP和CTP可使代谢物NDP（核苷二磷酸）化，成为活性代谢物直接用作合成原料，如UDP-葡萄糖称为“活性葡萄糖”，是合成糖原、糖蛋白的活性原料；CDP-甘油二酯是合成磷脂的活性原料。ATP使蛋氨酸腺苷化生成的S

3、-腺苷蛋氨酸（SAM）作为甲基的直接供体，是合成肾上腺素、肌酸等物质的活性原料。第一节核酸的酶促降解一、核酸的降解生物组织中的核酸往往以核蛋白的形式存在，动物和异养型微生物可分泌消化酶类分解食物或体外的核蛋白和核酸。核蛋白可分解成核酸与蛋白质，核酸由各种水解酶催化逐步水解，生成核苷酸、核苷、戊糖和碱基等，这些水解产物均可被吸收，但动物体较少利用这些外源性物质作为核酸合成的原料，进入小肠粘膜细胞的核苷酸、核苷绝大部分进一步被分解。植物一般不能消化体外的有机物。所有生物细胞都含有核酸代谢的酶类，能分解细胞内的各种核酸促进其更新。核酸降解产生的

4、1-磷酸核糖可由磷酸核糖变位酶催化转变为5-磷酸核糖进入核苷酸合成代谢或糖代谢，碱基可进入核苷酸补救合成途径或分解排出体外。细胞内核酸的降解过程如下：二、核酸酶催化核酸水解的酶称为核酸酶（nuclease）。核酸酶催化核酸分子中3´,5´-磷酸二酯键的水解断裂，属于磷酸二酯酶（phosphodiesterase）。根据其作用底物可分为脱氧核糖核酸酶（DNase，deoxyribonuclease）和核糖核酸酶（RNase,ribonuclease）；按其作用位置又可分为核酸外切酶（exonuclease）和核酸内切酶（endonuclea

5、se）。(一)核酸外切酶从核酸链一端逐个水解产生单核苷酸的酶称为核酸外切酶。核酸外切酶有多种，有的作用于DNA，有的作用于RNA，有的对二者都有催化作用。核酸外切酶有两种作用方式，一种是从核酸链的3´端开始逐个水解生成5´-核苷酸，具有3´→5´外切活性，如蛇毒磷酸二酯酶（VPD）；另一种则是从核酸链的5´端开始逐个水解生成3´-核苷酸，具有5´→3´外切活性，如牛脾磷酸二酯酶（SPD）。如图10-1。图10-1核酸外切酶的水解位置（B代表碱基）VDP和SDP对DNA和RNA都有催化作用，分别用VPD和SPD水解核酸可得到5´-单核苷酸的

6、混合物和3´-单核苷酸的混合物，用离子交换法可将混合物分离得到各种单核苷酸。这些单核苷酸在医药和科研上都具有重要应用价值。（二）核糖核酸内切酶核酸内切酶特异地水解多核苷酸链内部的酯键，对碱基和磷酸二酯键的位置都具有选择性，是专一性很强的磷酸二酯酶。为方便地说明核酸酶的水解位点，3´,5´-磷酸二酯键中的3´-磷酯键用a表示，5´-磷酯键用b表示（图10-2)。如牛胰核糖核酸酶（RNaseⅠ）特异地作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键的b位，生成3´-嘧啶核苷酸或未端为3´-嘧啶核苷酸的寡核苷酸；RNaseT1专一性水解鸟苷酸的磷酸二酯键的b位，生

7、成3´-GMP或末端为3´-GMP的寡核苷酸。因RNaseⅠ和RNaseT1都在b位切断磷酸二酯键，水解产物均带有3´-磷酸。牛胰RNase是最早分离纯化并结晶的RNase，由124个氨基酸残基组成，分子中的4个二硫键极大地稳定了它的结构，温度达100℃时仍可表现出催化活性。图10-2RNase作用的专一性（三）脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶专一性催化单股或双股DNA链的水解，包括外切酶和内切酶。外切酶有5´→3´外切和3´→5´外切两种作用方式。内切酶可在链内磷酸二酯键a位或b位切断DNA，如牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割双链或

8、单链DNA，作用于磷酸二酯键的a位，产物为带有5´磷酸末端的寡核苷酸；而牛脾脱氧核糖核酸酶（DNaseII）作用于磷酸二酯键的b位，降解产物是带有3´磷酸末端的寡核苷酸。有些DNA内切酶具有序