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1、核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),1,第六章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢,本章讨论核酸酶的类别和特点，对核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。,第一节 核酸的酶促降解,第三节 核苷酸的合成代谢,第二节 核苷酸的分解代谢,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),2,第一节 核酸的酶促降解,一、核酸酶,二、限制性内切酶,核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶 核酸 核苷酸 核苷 碱基+戊糖-1-P,磷酸,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),3,核 酸 酶,1、核酸酶的分类,（1）根据对底物的 专一性分为,（2）根据切割位点分为,2、核酸酶的作用特点,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),4,外切核酸酶对核酸的水解位点
2、,5,OH,B,3,B,B,B,B,B,B,B,牛脾磷酸二酯酶（ 5端外切5得3）,蛇毒磷酸二酯酶（ 3端外切3得5）,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),5,内切核酸酶对RNA的水解位点示意图,RNAase I,RNAase I,RNAase T1,RNAase T1,Pu ：嘌呤 Py：嘧啶,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),6,限制性内切酶, 类型 命名 意义,原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（ristriction endonucleas
3、e）。,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),7,常用的DNA限制性内切酶的专一性,酶,辨认的序列和切口,说明, A G C T T C G A , G G A T C C C C T A G G , A G A T C T T C T A G A , G A A T T C C T T A A G , A A G C T T T T C G A A , G T C G A C C A G C T G , C C C G G G G G G C C C ,Bam H I,Alu I,Bgl I,Eco R I,Hind ,Sal I,Sma I,四核苷酸，平端切口,六核苷酸，平端切口,六核苷酸，粘
4、端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),8,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),9,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),10,限制性内切酶类型,I型：分子量大于105，多亚基，需S-线苷蛋氨酸、ATP和Mg2+ ，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限制与修饰相排斥的多功能酶.,型：分子量小于105，需Mg2+ ，切割位点位于识别 位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物学研究所用的限制性内切酶均为此类。,I型：识别位点为5-7bp的非对称序列 ，切割位点在顺序之外离识别 序列5-10bp，切割双
5、链，个别也切割单链。是限制与修饰相多功能酶.,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),11,限制性内切酶的命名和意义,Eco R I,序号,属名,种名,株名,例：Eco R I，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶,限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、进行DNA序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),12,第二节 核苷酸的降解,二、嘧啶的降解,一、嘌呤的降解Metabolism of purine ucleotide,核苷酸酶 核苷磷酸化酶 核苷酸 核苷 碱基+（脱氧
6、）戊糖-1-P,磷酸,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),13,嘌呤的分解,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),14,嘌呤的降解 嘌呤（鸟嘌呤和腺嘌呤）均经脱氨氧化转变为黄嘌呤再进行降解。由于不同种类的生物的降解酶系不一样，因而降解的终产物也不同： 尿酸(uric acid) ：人类、灵长类、鸟类、爬行动物和大多数昆虫； 尿囊素：非灵长目哺乳动物、腹足类； 尿囊酸：某些硬骨鱼； 尿酸和乙醛酸：大多数鱼类、两栖类； 氨和二氧化碳：海洋腔肠动物和甲壳动物。,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),15,尿酸是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的终产物。 痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血中尿酸水平升高
7、，以尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾脏，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),16,嘧啶的分解,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),17,第三节 核苷酸的合成代谢,一、核糖核苷酸的生物合成,二、脱氧核糖核苷酸的生物合成,三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷 三磷酸（自学）,四、各种核苷酸的相互转变,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),18,核糖核苷酸的生物合成,1、嘌呤核苷酸的生物合成,(1) 从头合成途径,(2) 补救途径(自学),2、嘧啶核苷酸的生物合成,(1) 从头合成途径,(2) 补救合成途径(自学),核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),19,一、嘌呤核苷
8、酸的合成代谢,（一）从头合成途径： 1概念： 通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径(de novo synthesis)。这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),20,嘌呤环上各原子的来源,来自谷氨酰胺的酰胺氮,来自“甲酸盐”,来自天冬氨酸,来自甘氨酸,来自CO2,来自“甲酸盐”,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),21,2合成步骤： 可分为三个阶段： PRPP的合成： 首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶催化下，消耗ATP， 由5-磷酸核糖合成 (5-磷酸核糖- 1-焦磷酸)。 （2）次黄嘌呤核
9、苷酸的合成： 再经过大约10步反应，合成第一个嘌呤核苷酸 -次黄苷酸（IMP）。 磷酸核糖焦磷酸合成酶 5-磷酸核糖 PRPPIMP ATP,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),22,（3）腺苷酸及鸟苷酸的合成： IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生AMP；IMP也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸（XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。 AMP-S AMP IMP XMP GMP,Asp,NAD+,Gln,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),23,5-磷酸核糖焦磷
10、酸PRPP,5-磷酸核糖胺,甘氨酸,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨咪核苷酸,5-氨基咪唑核苷酸,5-氨基咪唑-4-羧核苷酸,IMP的 生物合成,5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,次黄嘌呤核苷酸（IMP）,甲酰THFA,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),24,IMP转变为GMP和AMP,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),25,嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）,磷酸核糖转移酶,嘌呤+PRPP,A(G)MP+PPi,嘌呤+1-P-核糖,嘌呤核苷,A(G)MP,ATP ADP,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),26,
11、嘧啶核苷酸从头合成途径,c、UMP转变为CTP,a、嘧啶环上原子的来源,b、UMP的从头合成,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),27,一、嘧啶核苷酸的合成代谢 （一）从头合成途径： 从头合成途径（de novo synthesis)是指利用一些简单的前体物逐步合成嘧啶核苷酸的过程。该过程主要在肝脏的胞液中进行。,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),28,嘧啶核苷酸的主要合成步骤为： 1尿苷酸（uridine monophosphate)的合成： 在氨基甲酰磷酸合成酶的催化下，以Gln，CO2，ATP为原料合成氨基甲酰磷酸。后者在天冬氨酸转氨甲酰酶的催化下，转移一分子天冬氨酸，从而合成氨甲酰天冬氨
12、酸，然后再经脱氢、脱羧、环化等反应，合成第一个嘧啶核苷酸，即UMP。 Gln+CO2+2ATP 氨基甲酰磷酸 氨甲酰天冬氨酸 乳清酸 UMP,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),29,嘧啶环上各原子的来源,天冬氨酸,CO2,NH3,N,N,C,C,C,C,6,5,4,3,2,1,氨甲酰磷酸,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),30,尿嘧啶核苷酸合成途径,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),31,2胞苷酸的合成：,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),32,3脱氧嘧啶核苷酸的合成：,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),33,嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）,尿嘧啶+PRPP,尿嘧啶+1-P-核糖,尿嘧啶核苷+
13、ATP,UMP+PPi,尿嘧啶核苷+Pi,UMP+ADP,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),34,脱氧核苷酸的合成,2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,1、脱氧核苷酸的合成,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),35,核糖核苷酸的还原反应,核糖核苷酸还原酶,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),36,核糖核苷酸的还原反应,FAD,核糖核苷酸还原酶,ATP 、Mg2+,硫氧还蛋白还原酶,核糖核苷二磷酸,+ H2O,脱氧核糖核苷二磷酸,FADH2,NADP+,NADPH+H+,谷氧还蛋白还原酶,GSSG,2GSH,谷胱甘肽还原酶,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),37,核糖核苷酸还原酶示意图,底物特异性调节位点
14、,酶 活 性调节位点,活性位点,R1亚基,R2亚基,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),38,脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,胸腺嘧啶核苷酸合成酶,NADPH+H+Ser,NADP+Gly,N5、N10CH2 FH4 FH2,二氢叶酸还原酶,Ser羟甲基转移酶,O,N,HN,O,dR-P,CH3,O,N,HN,O,dR-P,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),39,叶酸和 四氢叶酸（FH4）,叶酸,N5，N10-CH2-FH4,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),40,一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH2-FH4,N5 N10 - CH2-FH4,N5， N10 = CH-FH4,N10 -
15、CHO-FH4,N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶,N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶,环水化酶,丝氨酸,组氨酸苷氨酸,参与 甲基化反应,为胸腺嘧啶合成提供甲基,参与嘌呤合成,FH4,FH4,FH4,HCOOH,H2O,NAD+,NDAH+H+,NAD+,NDAH+H+,H+,参与嘌呤合成,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),41,核苷酸的合成及相互关系,核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2),42,七、核酸的酶促降解和核苷酸的代谢,1 核酸的酶促降解 核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、限制性内切酶 2 核苷酸的降解 3 核苷酸的合成代谢 （1）核糖核苷酸的生物合成 嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径 嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径 （2）脱氧核苷酸的生物合成 核糖核苷酸的还原 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,
