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第9章 核酸代谢 第1节 核酸的分解代谢 核酸酶——水解核酸的酶 核酸内切酶：将核酸分解成较小的核苷酸链，很多核酸内切酶无选择性。但在某些细菌和蓝藻中，存在一类特殊的核酸内切酶，称为限制性核酸内切酶。这类酶在双链DNA上能识别特殊的核苷酸序列。 外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯酶从多核苷酸链的3′端开始逐个水解核苷酸链，产物为5′-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶从多核苷酸链的5′端开始逐个水解核苷酸链，产物为3′-核苷酸。 核苷酸酶 生物体中核苷酸酶广泛存在，其中多数是非特异性的核苷酸酶，它们可催化所有的核苷酸水解。 生物体中也存在特异性核苷酸酶，如3′-核苷酸酶只能催化3′-核苷酸水解，5′-核苷酸酶只能催化5′-核苷酸水解。 核苷酶 二、 嘌呤的降解 嘌呤碱基的分解途径和分解产物随物种的不同而不同。 人、灵长类动物、鸟及某些爬虫类可将嘌呤碱氧化成尿酸排除体外，在氧化的过程中经历次黄嘌呤和黄嘌呤等中间产物。 痛风与核酸代谢 嘧啶核苷酸的结构 动物体内的嘧啶分解与嘌呤不同，嘧啶环可以被打开生成易溶于水的二氧化碳、氨、β-丙氨酸和β-氨基异丁酸。 在分解中胞嘧啶先脱去氨基生成尿嘧啶，尿嘧啶还原成二氢尿嘧啶，再水解开环形成β-脲基丙酸 ，最终水解生成二氧化碳、氨和β-丙氨酸。 胸腺嘧啶的水解过程与尿嘧啶相似，还原成二氢胸腺嘧啶后，水解开环形成 β-脲基异丁酸，最终水解生成二氧化碳、氨和β-氨基异丁酸。 从头合成途径： 生物体用从头合成途径合成核苷酸，不是先合成碱基再与核糖和磷酸结合成核苷酸，而是直接合成核苷酸，游离碱基不是合成的中间产物。 不同生物体，如酵母、鸽子和人都有完全相同的嘌呤碱的合成途径。 生物体利用天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位和二氧化碳为原料合成嘌呤环。 嘌呤核苷酸合成的起始物质是5’-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）。 它是由磷酸戊糖途径的产物5-磷酸核糖转化而成的，催化此反应的酶是5’-磷酸核糖-1-焦磷酸激酶。 5-磷酸核糖-1-焦磷酸参与各种核苷酸的合成，此反应需要消耗ATP，是合成核苷酸的关键反应之一。 合成次黄嘌呤核苷酸（IMP） 由5’-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）开始合成次黄嘌呤核苷酸 （也称肌苷酸，IMP），经过10步反应，反应可分为两个阶段。 第一阶段: 由5’-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）与谷氨酰胺反应(转氨基)生成5’-磷酸核糖胺（PRA），再与甘氨酸（甘氨酰化）结合，经N10-甲酰四氢叶酸甲酰化和再次与谷氨酰胺反应（转氨基） ，然后脱水闭环生成5-氨基咪唑核苷酸（AIR）。 第一阶段 第二阶段 b. AMP和GMP 的合成 (2)补救途径 补救合成的生理意义 补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。 体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。 (1) 嘧啶核苷酸的从头合成 （2 ）嘧啶核苷酸的补救合成 脱氧核糖核苷酸是构成DNA的组成成分，它由相应的核苷酸还原得到。还原反应发生在二磷酸核苷的水平上（NDP），ADP、GDP、CDP和UDP被分别还原为dADP、dGDP、dCDP和dUDP。 一是由尿嘧啶核苷二磷酸还原成尿嘧啶脱氧核苷二磷酸，再转化成尿嘧啶脱氧核苷一磷酸。 另一种途径是由胞嘧啶脱氧核苷三磷酸转化成尿嘧啶脱氧核苷一磷酸。 dUMP向dTMP的转化由胸苷酸合酶催化，需要的甲基由N5，N10-亚甲基四氢叶酸提供，反应中N5，N10-亚甲基四氢叶酸被氧化成二氢叶酸。 DNA聚合酶 1. 5′至3′的聚合活性 催化四种脱氧核苷三磷酸（dNTP）一个一个地接到DNA链末端3′-羟基上，形成3′，5′-磷酸二酯键，同时脱氧核苷三磷酸脱下焦磷酸。焦磷酸水解放出能量，促进DNA复制反应的进行。 DNA一级结构的表示法： 5′-磷酸核苷酸的基本结构 聚合反应机理： 聚合反应的特点： (1) 以单链DNA为模板 (2) 以dNTP为原料 (3) 引物提供3′-OH (4) 聚合方向为5′→3′ 2.核酸外切酶活性 原核生物的DNA聚合酶 解螺旋酶 (helicase) : 　 解螺旋酶是最早发现的与复制有关的蛋 白质，当时称为rep蛋白。作用是利用ATP供 能，解开DNA双链。 DNA拓扑异构酶 螺旋状DNA解旋后会产生应力，超螺旋结构也需要解开，这主要由DNA拓扑异构酶来完成，拓扑异构酶通过切开DNA双螺旋链