核酸的酶促降解和核苷酸代谢 课件

第八章核酸的酶促降解

和核苷酸代谢第一节核酸的酶促降解第二节核苷酸的降解第三节核苷酸的合成代谢第八章核酸的酶促降解

和核1核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖碱基水解核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶何处去？进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸？分解合成第一节核酸的酶促降解核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖碱基水核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶2DNARNA外切酶内切酶特定部位的—限制性内切酶核酸酶

（一）按底物分：DNA酶，RNA酶，有的酶可作用于DNA和RNA

（二）按作用方式分：

DNARNA外切酶内切酶特定部位的—限制性内切酶核酸酶（33’-核酸外切E：如蛇毒磷酸二酯E

从3’－OH端开始，生成5’-核苷酸5’-核酸外切E：如牛脾磷酸二酯E

从5’－OH端开始，生成3’-核苷酸

1、核酸外切E：从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶（非特异性的）3’-核酸外切E：如蛇毒磷酸二酯E1、核酸4外切核酸酶对核酸的水解位点5´

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3´BBBBBBB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）外切核酸酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpp5

2、核酸内切酶：特异水解DNA或RNA分子内的磷酸二酯键的酶(特异性强)。如：牛胰核糖核酸酶：切嘧啶核苷3’－磷酸与相邻核苷酸的3’，5’－磷酸二酯键，生成３’－嘧啶核苷酸

ＲＮaseT1水解鸟苷酸二酯键，生成３’－ＧＭＰ2、核酸内切酶：特异水解DNA或RNA分子内的磷酸二酯6BBPyBGBBBHOPPPPPPPOH牛脾磷酸二酯E蛇毒磷酸二酯E牛胰核酸E(RNaseI)RNaseT1BBPyBGB7内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´

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pOHPyPuPyPy1´

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pGACU

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pGA3´RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶RNAaseT1专一性强内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´ppppOHP8限制性内切酶

定义：细菌内存在的一类能识别水解外源双链DNA的核酸内切酶。这些酶主要是从细菌中分离得到，能识别特定的核苷酸顺序，但在细菌本身的DNA中，这些顺序已被甲基化，因而不被水解，也就是说这些酶仅限于水解外源DNA以保护自身，故称限制性酶。

限制酶都以内切方式水解DNA产物：5’为P，3’为OH限制性内切酶定义：细菌内存在的一类能识别水解外源双链D9

限制酶的作用特点：

①专一性很强；(对特定核苷酸顺序专一性，而非对一种或几种碱基专一），②对底物DNA有特异的识别位点; ③这些位点的长度一般在4-8碱基对范围;④底物通常具有回纹结构;⑤切割后形成粘性末端或平末端。限制酶的作用特点：10

回文结构：DNA局部双螺旋以某一对称轴旋转180。后，与另一侧的互补片段的顺序完全相同的DNA结构

粘性末端：双链DNA分子经限制性酶作用后，每条单链的一端带有识别顺序中几个互补碱基，这样的末端称～。5’…pGAATTCp…3’EcoRI5’…pGAATTCp…3’3’…pCTTAAGp…5’3’…pCTTAAGp…5’回文结构：DNA局部双螺旋以某一对称轴旋转180。后113、核酸内切兼外切酶：例：核酸酶P1，先内切再外切3、核酸内切兼外切酶：例：核酸酶P1，先内切再外切12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‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口常用的DNA限制性内切酶的专一性酶辨认的序列和切口说明‥‥13限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：EcoRI，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。限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：E14第二节核苷酸的降解一、核苷酸的降解

核苷酸酶

核苷酸核苷

H2OPi

核苷磷酸化酶核苷水解酶

碱基+戊糖-1-P碱基+戊糖

（所有生物体）（植物、微生物，且只对核糖核苷作用）第二节核苷酸的降解一、核苷酸的降解核15二、嘌呤的降解腺嘌呤脱氨酶

次黄嘌呤黄嘌呤氧化酶鸟嘌呤脱氨酶

黄嘌呤黄嘌呤氧化酶尿囊素尿酸(哺乳动物）（人类、灵长目）尿囊酸尿素CO2+NH3二、嘌呤的降解腺嘌呤脱氨酶次黄嘌16三、嘧啶的降解尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶

二氢尿嘧啶β-脲基丙酸二氢胸腺嘧啶

β-丙氨酸β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸CO2+NH3

三、嘧啶的降解尿嘧啶胞嘧啶17主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺乏，影响细胞生长。“从头合成”途径（通常情况下占95%）核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi核糖核苷酸辅酶RNA脱氧核糖核苷酸DNA“补救”途径(脑和骨髓)内外源核酸分解核苷碱基、Pi脱氧核苷核酸类补品原理所在可提高康复速度第三节核苷酸的合成代谢主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺18嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸小分子化合物小分子化合物PRPP

IMP（具嘌呤环）乳清酸（具嘧啶环）AMPPRPPXMPGMPUMP

(黄嘌呤核苷酸）一、核糖核苷酸的合成嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸一、核糖核苷酸的合成19嘌呤碱天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2（一）嘌呤核苷酸的合成1、“从头合成”途径嘌呤环的元素来源：嘌呤碱天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2（一）嘌呤核苷酸的20CH2OP

O

OH

OHOHCH2OP

O

O-P-P

OHOH5-磷酸核糖（R-5-P）5-磷酸核糖-1-焦磷酸

（PRPP）CH2OP

ONH2

OHOHaβPRPP激酶ATPAMPGln

Glu+PPiCH2OP

O

CH2O21特点：（1）嘌呤核苷酸的合成是直接形成次黄嘌呤核苷酸（IMP，又称肌苷酸），然后才转变为其它嘌呤核苷酸。（2）5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）是核苷酸中核糖磷酸部分的供体。（3）嘌呤的各个原子是在PRPP的C1位置上逐渐加上去的。其关键步骤是从PRPP和Gln形成5-磷酸核糖胺。在这个反应中，C1从a-构型转变为β-构型。特点：（1）嘌呤核苷酸的合成是直接形成次黄嘌呤核苷酸22核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件23核苷酸在细胞内合成有两条途径:⑴从头合成途径：由氨基酸、磷酸戊酸、CO2和NH3这些化合物合成核苷酸，叫做从头合成途径或叫做从无到有途径。⑵补救途径：由预先形成的核苷和碱基合成核苷酸叫做补救途径。核苷酸在细胞内合成有两条途径:242、补救途径AAMPG+PRPP嘌呤磷酸核糖转移E

GMP+PPiIIMP嘌呤核糖磷酸化酶核苷

R-1-PPi

ATP核苷酸激酶

ADP核苷酸2、补救途径A25天冬氨酸NH3CO2嘧啶环合成后+磷酸核糖C(U)MP(二）嘧啶核苷酸的合成1、“从头合成”途径嘧啶环元素来源：天冬氨酸NH3CO2嘧啶环合成后+磷酸核糖C(U)MP(二）26起始反应：Gln+CO2+2ATPH2N-C-O-P+Glu+2ADP+PiO起始反应：Gln+CO2+2ATP272、补救途径U+PRPPUMP磷酸核糖UMP+PPi

转移酶U+R-1-P尿苷磷酸化酶尿苷ATPADPUMP2、补救途径U+PRPPUMP磷酸核糖UMP+28二、脱氧核糖核苷酸的生物合成

1、核糖核苷酸的还原NMP+ATP激酶NDP+ADPNADP+硫氧还蛋白还原ENADPH·H+硫氧还蛋白-（SH）硫氧还蛋白-S-SNDP核糖核苷酸还原EdNDP+H2O二、脱氧核糖核苷酸的生物合成1、核糖核苷酸的还原NADP+292、dTMP的合成dCMPUMPdUMPdTMP脱氧胸苷T+脱氧核糖-1-P2、dTMP的合成dCMPUMP30三、NMP转变为NDP和NTP在生物合成和能量转换中，核苷酸的活泼形式是NDP和NTP。NMP+ATP激酶NDP+ADPNDP+ATP激酶NTP+ADP·三、NMP转变为NDP和NTP在生物合成和能量转换31

各种核苷酸合成的相互关系﹀﹀

﹀﹀32第八章核酸的酶促降解

和核苷酸代谢第一节核酸的酶促降解第二节核苷酸的降解第三节核苷酸的合成代谢第八章核酸的酶促降解

和核33核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖碱基水解核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶何处去？进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸？分解合成第一节核酸的酶促降解核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖碱基水核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶34DNARNA外切酶内切酶特定部位的—限制性内切酶核酸酶

（一）按底物分：DNA酶，RNA酶，有的酶可作用于DNA和RNA

（二）按作用方式分：

DNARNA外切酶内切酶特定部位的—限制性内切酶核酸酶（353’-核酸外切E：如蛇毒磷酸二酯E

从3’－OH端开始，生成5’-核苷酸5’-核酸外切E：如牛脾磷酸二酯E

从5’－OH端开始，生成3’-核苷酸

1、核酸外切E：从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶（非特异性的）3’-核酸外切E：如蛇毒磷酸二酯E1、核酸36外切核酸酶对核酸的水解位点5´

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3´BBBBBBB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）外切核酸酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpp37

2、核酸内切酶：特异水解DNA或RNA分子内的磷酸二酯键的酶(特异性强)。如：牛胰核糖核酸酶：切嘧啶核苷3’－磷酸与相邻核苷酸的3’，5’－磷酸二酯键，生成３’－嘧啶核苷酸

ＲＮaseT1水解鸟苷酸二酯键，生成３’－ＧＭＰ2、核酸内切酶：特异水解DNA或RNA分子内的磷酸二酯38BBPyBGBBBHOPPPPPPPOH牛脾磷酸二酯E蛇毒磷酸二酯E牛胰核酸E(RNaseI)RNaseT1BBPyBGB39内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´

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pOHPyPuPyPy1´

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pGA3´RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶RNAaseT1专一性强内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´ppppOHP40限制性内切酶

定义：细菌内存在的一类能识别水解外源双链DNA的核酸内切酶。这些酶主要是从细菌中分离得到，能识别特定的核苷酸顺序，但在细菌本身的DNA中，这些顺序已被甲基化，因而不被水解，也就是说这些酶仅限于水解外源DNA以保护自身，故称限制性酶。

限制酶都以内切方式水解DNA产物：5’为P，3’为OH限制性内切酶定义：细菌内存在的一类能识别水解外源双链D41

限制酶的作用特点：

①专一性很强；(对特定核苷酸顺序专一性，而非对一种或几种碱基专一），②对底物DNA有特异的识别位点; ③这些位点的长度一般在4-8碱基对范围;④底物通常具有回纹结构;⑤切割后形成粘性末端或平末端。限制酶的作用特点：42

回文结构：DNA局部双螺旋以某一对称轴旋转180。后，与另一侧的互补片段的顺序完全相同的DNA结构

粘性末端：双链DNA分子经限制性酶作用后，每条单链的一端带有识别顺序中几个互补碱基，这样的末端称～。5’…pGAATTCp…3’EcoRI5’…pGAATTCp…3’3’…pCTTAAGp…5’3’…pCTTAAGp…5’回文结构：DNA局部双螺旋以某一对称轴旋转180。后433、核酸内切兼外切酶：例：核酸酶P1，先内切再外切3、核酸内切兼外切酶：例：核酸酶P1，先内切再外切44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‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口常用的DNA限制性内切酶的专一性酶辨认的序列和切口说明‥‥45限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：EcoRI，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。限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：E46第二节核苷酸的降解一、核苷酸的降解

核苷酸酶

核苷酸核苷

H2OPi

核苷磷酸化酶核苷水解酶

碱基+戊糖-1-P碱基+戊糖

（所有生物体）（植物、微生物，且只对核糖核苷作用）第二节核苷酸的降解一、核苷酸的降解核47二、嘌呤的降解腺嘌呤脱氨酶

次黄嘌呤黄嘌呤氧化酶鸟嘌呤脱氨酶

黄嘌呤黄嘌呤氧化酶尿囊素尿酸(哺乳动物）（人类、灵长目）尿囊酸尿素CO2+NH3二、嘌呤的降解腺嘌呤脱氨酶次黄嘌48三、嘧啶的降解尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶

二氢尿嘧啶β-脲基丙酸二氢胸腺嘧啶

β-丙氨酸β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸CO2+NH3

三、嘧啶的降解尿嘧啶胞嘧啶49主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺乏，影响细胞生长。“从头合成”途径（通常情况下占95%）核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi核糖核苷酸辅酶RNA脱氧核糖核苷酸DNA“补救”途径(脑和骨髓)内外源核酸分解核苷碱基、Pi脱氧核苷核酸类补品原理所在可提高康复速度第三节核苷酸的合成代谢主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺50嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸小分子化合物小分子化合物PRPP

IMP（具嘌呤环）乳清酸（具嘧啶环）AMPPRPPXMPGMPUMP

(黄嘌呤核苷酸）一、核糖核苷酸的合成嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸一、核糖核苷酸的合成51嘌呤碱天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2（一）嘌呤核苷酸的合成1、“从头合成”途径嘌呤环的元素来源：嘌呤碱天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2（一）嘌呤核苷酸的52CH2OP

O

OH

OHOHCH2OP

O

O-P-P

OHOH5-磷酸核糖（R-5-P）5-磷酸核糖-1-焦磷酸

（PRPP）CH2OP

ONH2

OHOHaβPRPP激酶ATPAMPGln

Glu+PPiCH2OP

O

CH2O53特点：（1）嘌呤核苷酸的合成是直接形成次黄嘌呤核苷酸（IMP，又称肌苷酸），然后才转变为其它嘌呤核苷酸。（2）5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）是核苷酸中核糖磷酸部分的供体。（3）嘌呤的各个原子是在PRPP的C1位置上逐渐加上去的。其关键步骤是从PRPP和Gln形成5-磷酸核糖胺。在这个反应中，C1从a-构型转变为β-构型。特点：（1）嘌呤核苷酸的合成是直接形成次黄嘌呤核苷酸54核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件55核苷酸在细胞内合成有两条途径:⑴从头合成途径：由氨基酸、磷酸戊酸、CO2和NH3这些化合物合成核苷酸，叫做从头合成途径或叫做从无到有途径。⑵补救途径：由预先形成的核苷和碱基合成核苷酸叫做补救途径。核苷酸在细胞内合成有两条途径:562、补救途径AAMPG+PRPP嘌呤磷酸核糖转移E

GMP+PPiI