核酸降解和核苷酸代谢

1、核酸降解和核苷酸代谢p 糖苷键、磷酸酯键均可酸水解糖苷键、磷酸酯键均可酸水解p 最不稳定为嘌啉与脱氧核糖间的糖苷键最不稳定为嘌啉与脱氧核糖间的糖苷键p RNA的磷酸酯键易碱解，的磷酸酯键易碱解，DNA耐受耐受p 碱浓度碱浓度0.3-1M,371824h完成完成n 外源核酸在小肠发生有限的消化吸收外源核酸在小肠发生有限的消化吸收n 核酸在核酸酶的作用下，水解为寡核苷酸或单核苷酸核酸在核酸酶的作用下，水解为寡核苷酸或单核苷酸n 单核苷酸可进一步降解为碱基、戊糖和磷酸。单核苷酸可进一步降解为碱基、戊糖和磷酸。n 根据核酸酶作用的位置不同，又可将核酸酶分为核酸外根据核酸酶作用的位置不同，又可将核酸酶分

2、为核酸外切酶（切酶（exonuclease）和核酸内切酶）和核酸内切酶（endonuclease）。）。n 有些核酸酶能从有些核酸酶能从DNA或或RNA链的一端逐个水解下单核苷链的一端逐个水解下单核苷酸，所以称为核酸外切酶。酸，所以称为核酸外切酶。n 核酸内切酶催化水解多核苷酸内部的磷酸二酯键。核酸内切酶催化水解多核苷酸内部的磷酸二酯键。 20世纪世纪70年代，在细菌中陆续发现了一类核酸内切酶，能识别双年代，在细菌中陆续发现了一类核酸内切酶，能识别双链链DNA分子中特定核苷酸序列，并在识别序列内或附近特异切割分子中特定核苷酸序列，并在识别序列内或附近特异切割双链双链DNA的核酸内切酶。称为限制

3、性核酸内切酶（的核酸内切酶。称为限制性核酸内切酶（restriction endonuclease）n1953年，年，Arber研究噬菌体与细菌的关系，发现限制现象。研究噬菌体与细菌的关系，发现限制现象。n1962年，年，Arber发现大肠杆菌对外来侵入的发现大肠杆菌对外来侵入的DNA有限制作用。预言了有限制作用。预言了DNA限制性内切酶的存在。限制性内切酶的存在。n1968年，年，HOSmith分离出第一个内切酶。分离出第一个内切酶。n1971年，年，DNathans应用内切酶切割应用内切酶切割SV-40病毒的病毒的DNA，获得了第一，获得了第一个个DNA的内切图谱的内切图谱 n限制性内切酶

4、的发现启动了基因工程时代限制性内切酶的发现启动了基因工程时代n三人共享了三人共享了1978年的诺贝尔奖年的诺贝尔奖 限制酶天然存在于细菌体内，与相伴存在的甲基化酶限制酶天然存在于细菌体内，与相伴存在的甲基化酶共同构成细菌的限制共同构成细菌的限制-修饰系统。修饰系统。n 修饰和限制现象是修饰和限制现象是50年代初发现的一种细菌自卫的方式。年代初发现的一种细菌自卫的方式。n 细菌内两种不同功能的酶：限制性内切酶；甲基化酶。细菌内两种不同功能的酶：限制性内切酶；甲基化酶。n 甲基化酶能识别限制性内切酶所识别的碱基顺序，并把其中某些碱基甲基化酶能识别限制性内切酶所识别的碱基顺序，并把其中某些碱基甲基化

5、。甲基化。n 被修饰酶甲基化了的被修饰酶甲基化了的DNA就不能被限制性内切酶降解就不能被限制性内切酶降解n 类型类型：多亚基双功能酶，甲基化和切割由同一酶完成。识别位点：多亚基双功能酶，甲基化和切割由同一酶完成。识别位点和切割位点不一致，没有固定切割位点和切割位点不一致，没有固定切割位点n 类型类型：修饰和限制由两个分开的酶完成。能识别双链：修饰和限制由两个分开的酶完成。能识别双链DNA的的特殊序列，并可特异切割特殊序列，并可特异切割DNAn 类型类型：双亚基双功能酶，切割位点在识别位点下游：双亚基双功能酶，切割位点在识别位点下游24-26bp处。处。Hind前三个字母来自于菌种名称前三个字母

6、来自于菌种名称H. influenzae，“”表表示菌系为型血清型；示菌系为型血清型；“”表示分离到的第三个限制酶。表示分离到的第三个限制酶。EcoRIEscherichia coli RI HindHaemophilus influensae d SacI (II)Streptomyces achromagenes I () 限制酶由三部分构成，即菌种名（斜写）、菌系编号、分离限制酶由三部分构成，即菌种名（斜写）、菌系编号、分离顺序。顺序。n 识别长度为识别长度为4-8个核苷酸的特异序列；个核苷酸的特异序列；n 许多识别序列具回文结构，如许多识别序列具回文结构，如Hind 的识别序列：的识别

7、序列： 5 AAGCTT 3 3 TTCGAA 5n 切割产生的末端有粘端切割产生的末端有粘端 (cohesive/sticky end) 如如BamH I (GGATCC) 和平端和平端 (blunt end) 如如Sma I (CCC GGG)n 来源不同但能识别和切割同一位点的酶称为同功异源来源不同但能识别和切割同一位点的酶称为同功异源酶酶 (isoschizomer), 有时也称同裂酶；有时也称同裂酶；n 有些限制酶识别序列不同，但是产生相同的粘性末端，有些限制酶识别序列不同，但是产生相同的粘性末端，这些酶称为同尾酶（这些酶称为同尾酶（isocaudamer)酶酶主要用途主要用途限制性

8、核酸内切酶限制性核酸内切酶识别识别DNA特定序列，切割特定序列，切割DNA分子分子DNA连接酶连接酶连接两个连接两个DNA分子或片段分子或片段大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶 或或Klenow酶酶制作制作DNA探针；合成探针；合成cDNA第二链；第二链； 填补双链填补双链DNA 3凹端；凹端； DNA测序。测序。Taq DNA 聚合酶聚合酶聚合酶链式反应（聚合酶链式反应（PCR）多核苷酸激酶多核苷酸激酶多核苷酸多核苷酸5-OH磷酸化，制末端标记探针磷酸化，制末端标记探针末端转移酶末端转移酶使使3-末端加同聚物尾末端加同聚物尾S1核酸酶核酸酶降解单链降解单链DNA或或RNADNA酶酶在双链在双

9、链DNA上产生随机切口上产生随机切口RNA酶酶A降解降解RNA逆转录酶逆转录酶补平反应，合成补平反应，合成cDNA或制探针或制探针碱性磷酸酶碱性磷酸酶切除核酸末端磷酸基切除核酸末端磷酸基核苷酸核苷酸H2OPi5-Pi-戊糖戊糖+碱基碱基核苷核苷+ Pi仅在仅在E.Coli和棕和棕色固氮菌中发现色固氮菌中发现H2O碱基碱基1-Pi-戊糖戊糖H2O碱基戊糖碱基戊糖仅对植物和微生仅对植物和微生物的核糖核苷酸物的核糖核苷酸 核苷酸水解，产生磷酸和核苷。核苷可在核苷酶的作用下核苷酸水解，产生磷酸和核苷。核苷可在核苷酶的作用下进一步分解为戊糖和碱基。进一步分解为戊糖和碱基。 不同种类生物降解嘌呤碱基的能力

10、不同，代谢产物的形不同种类生物降解嘌呤碱基的能力不同，代谢产物的形式也各不相同。人类、灵长类、鸟类、爬虫类以及大多式也各不相同。人类、灵长类、鸟类、爬虫类以及大多数昆虫体内缺乏尿酸酶，故嘌呤代谢的最终产物是尿酸。数昆虫体内缺乏尿酸酶，故嘌呤代谢的最终产物是尿酸。 嘧啶的降解：嘧啶碱的分解过程比较复杂，包括水解脱氨嘧啶的降解：嘧啶碱的分解过程比较复杂，包括水解脱氨基作用、氨化、还原、水解和脱羧基作用等。基作用、氨化、还原、水解和脱羧基作用等。 氧化降解，环不打破氧化降解，环不打破; 最终产物最终产物:尿酸尿酸; 嘌呤代谢障碍嘌呤代谢障碍: 痛风症痛风症尿尿 酸酸灵长类，鸟类、爬虫类、昆虫等灵长类

11、，鸟类、爬虫类、昆虫等尿囊素尿囊素 哺乳动物（灵长类除外）哺乳动物（灵长类除外）尿囊酸尿囊酸硬骨鱼硬骨鱼尿尿 素素大多数鱼类、两栖类大多数鱼类、两栖类氨氨甲壳类、咸水瓣鳃类甲壳类、咸水瓣鳃类胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶 -脲基丙酸 -脲基异丁酸CO2 + NH3H2OH2OH2N CH2CH2COOH -丙氨酸H2N CH2CHCOOHCH3 -氨基异丁酸生物体内的核苷酸，可以直接利用细胞中自由存在的碱基和核生物体内的核苷酸，可以直接利用细胞中自由存在的碱基和核苷合成苷合成（补救途径），（补救途径），也可以利用氨基酸和某些小分子物质为也可以利用氨基酸和某些小分子物质为原料，经一系列酶促反应从头合成核苷

12、酸原料，经一系列酶促反应从头合成核苷酸（从头合成途径）（从头合成途径）。 NCNCCC123456AspCO2Glnl 合成嘧啶的原料主要是合成嘧啶的原料主要是CO2、NH3和和天冬氨酸。天冬氨酸。l 生物体先利用小分子化合物形成嘧啶生物体先利用小分子化合物形成嘧啶环，形成乳清酸，然后再与核糖磷酸环，形成乳清酸，然后再与核糖磷酸结合形成嘧啶核苷酸。结合形成嘧啶核苷酸。l 首先形成的是尿苷酸，然后再转变为其它首先形成的是尿苷酸，然后再转变为其它嘧啶核苷酸。嘧啶核苷酸。 n 先合成嘧啶环，再与先合成嘧啶环，再与PRPP连接；连接；n 先合成先合成UMP，再转变成其他嘧啶核苷酸。，再转变成其他嘧啶核

13、苷酸。 HNNOOHNNOOCOOHHNNHOOCOOHHNCNHCCH2COOCOOHHNH2CNHCCH2COOCOOHHHONH2CH2NCCH2COOCOOHHHOOP氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸H2O二氢乳清酸酶二氢乳清酸NAD+NADH+H+脱氢酶乳清酸PRPPPPi乳乳清清酸酸核核苷苷酸酸 （O OM MP P）CO2脱羧酶尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸 （U UM MP P）PiR- 5 - P磷酸核糖 转移酶R- 5 - P天冬氨酸氨基甲酰基转移酶 CPS CPS 分布分布 线粒体（肝脏线粒体（肝脏) 胞液胞液(所有细胞所有细胞) 氮源氮源 NH3 Gln 别构激活剂别构激活剂 N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 无无 反馈抑制剂反馈抑制剂 无无 UMP(哺乳类动物哺乳类动物) 功能功能 尿素合成尿素合成 嘧啶合成嘧啶合成 尿嘧啶+ PRPP嘧啶磷酸核糖转移酶UMP + PPi尿嘧啶核苷UMP尿苷激酶ATPADP脱氧胸苷dTMP胸苷激酶ATPADP l 脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸还原形成的。脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸还原形成的。l 在核糖核苷酸还原酶作用下，核糖核苷二磷