生物化學(xué)與分子生物學(xué):第四節(jié)　脫氧核糖核苷酸的生成

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DNA與RNA有兩方面不同：(1)其核苷酸中戊糖為2脫氧核糖而非核糖。(2)含有胸腺嘧啶堿基，不含尿嘧啶堿基。圖8－11　大腸桿菌硫氧化還原蛋白的320殘基亞單位結(jié)構(gòu)圖(一)脫氧核糖的生成：脫氧核糖核苷酸是通過(guò)相應(yīng)核糖核苷酸還原，以H取代其核糖分子中C2上的羥基而生成，而…

DNA與RNA有兩方面不同：(1)其核苷酸中戊糖為2脫氧核糖而非核糖。(2)含有胸腺嘧啶堿基，不含尿嘧啶堿基。

圖8－11　大腸桿菌硫氧化還原

蛋白的320殘基亞單位結(jié)構(gòu)圖

(一)脫氧核糖的生成：

脫氧核糖核苷酸是通過(guò)相應(yīng)核糖核苷酸還原，以H取代其核糖分子中C2上的羥基而生成，而非從脫氧核糖從頭合成。此還原作用是在二磷酸核苷酸(NDP)水平上進(jìn)行的。(此處N代表A、G、U、C等堿基)。

催化脫氧核糖核苷酸生成的酶是核糖核苷酸還原酶(ribonudeotide reductase)。已發(fā)現(xiàn)有三種不同的核糖核苷酸還原酶，此反應(yīng)過(guò)程較復(fù)雜。核糖核苷酸還原酶催化循環(huán)反應(yīng)的最后一步是酶分子中的二硫鍵還原為具還原活性的巰基的酶再生過(guò)程。硫氧化還原蛋白(thioredoxin)是此酶的一種生理還原劑，由108個(gè)氨基酸組成，分子量約12kD。含有一對(duì)鄰近的半胱氨酸殘基(圖811)。所含硫基在核糖核苷酸還原酶作用下氧化為二硫鍵，后者再在在硫氧化還原蛋白還原酶(thioredoxinreductase)催化，由NADPH供氫重新還原為還原型的硫氧化還原蛋白。因此，NADPH是NDP還原為dNDP的最終還原劑。(圖8－12)

核糖核苷酸還原酶是一種變構(gòu)酶，包括B1、Bm.f1411.cn/jianyan/2兩個(gè)亞基，只有B1與B2結(jié)合時(shí)。才具有酶活性。在DNA合成旺盛、分裂速度快的細(xì)胞中，核糖核苷酸還原酶系活性較強(qiáng)。

圖8－12　大腸桿菌硫氧化還原蛋白的X線衍射結(jié)構(gòu)

(二)脫氧核糖核苷酸合成的調(diào)節(jié)

四種dNTP的合成水平受到反饋調(diào)節(jié)，同時(shí)保持dNTP的適當(dāng)比例也是細(xì)胞正常生長(zhǎng)所必需的。實(shí)際上，缺少任一種dNTP都是致命的，而一種dNTP過(guò)多也可致突變，因?yàn)檫^(guò)多的dNTP可錯(cuò)誤摻入DNA鏈中。核糖核苷酸還原酶的活性對(duì)脫氧核糖核苷酸的水平起著決定作用。各種dNTP通過(guò)變構(gòu)效應(yīng)調(diào)節(jié)不同脫氧核糖核苷酸生成。因?yàn)�，某一種特定NDP經(jīng)還原酶作用生成dNDP時(shí)，需要特定NTP的促進(jìn)，同時(shí)受到另一些NTP的抑制(表82)。通過(guò)調(diào)節(jié)使4種dNTP保持適當(dāng)?shù)谋壤?/p>

表8－2　核糖核苷酸還原酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)

作用物	主要促進(jìn)劑	主要抑制劑
CDP	ATP	dATP、dGTP、dTTP
UDP	ATP	dATP、dGTP
ADP	dGTP	dATP、ATP
GDP	dTTP	dATP

例如，當(dāng)存在混合的NDP底物時(shí)，由ATP促使CDP和UDP還原生成dUDP和dCDP。經(jīng)dUDP轉(zhuǎn)變?yōu)閐TTP(后述)，dTTP則反饋抑制CDP和UDP還原，同時(shí)促進(jìn)dGDP的生成，dGDP磷酸化生成dGTP則抑制GDP、CDP和UDP的還原，而促進(jìn)ADP的還原生成dADP。當(dāng)dATP升高與酶

圖8-13　脫氧核苷酸合成調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)

活性位點(diǎn)結(jié)合，則抑制所有NDP的還原反應(yīng)(圖8-13)。細(xì)胞內(nèi)dCTP和dTTP的適當(dāng)比例并非由核糖核苷酸還原酶調(diào)節(jié)，而是通過(guò)脫氧胞嘧啶脫氨酶(deoxycytidinedeaminase)決定。此酶催化dUMP的生成，dUMP則是dTTP的前體。此酶受dCTP激活，受dTTP抑制。

dNTP由dNDP磷酸化生成：