核酸降解和核苷酸代谢 动物生物化学第八章课件

第九章核酸的降解与核苷酸代谢第九章核酸的降解与核苷酸代谢1本章重点与难点重点：了解核酸的酶促降解及核苷酸合成与分解途径特点，掌握嘌呤环、嘧啶环的原子来源；了解核苷酸水解酶类，特别是限制性内切酶作用的特点。难点：嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成途径异同点，不同种类的生物分解嘌呤碱的终产物。本章重点与难点2第一节核酸的酶促降解第一节核酸的酶促降解3食物核蛋白蛋白质核酸(RNA与DNA)胰核酸酶RNA酶DNA酶(磷酸二酯酶)单核苷酸胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶)核苷磷酸核苷酶(水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖碱基核酸的消化排出，很少利用食物核蛋白蛋白质核酸(RNA与DNA)胰核酸酶RNA酶DNA4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磷酸第一节核酸的酶促降解一、核酸酶二、限制性内切酶5一、核酸酶

1、核酸酶的分类（1）根据对底物的专一性分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶（2）根据切割位点分为核酸内切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点一、核酸酶

1、核酸酶的分类（1）根据对底物的6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´端外切蛇毒磷酸二酯酶（3´端外切外切核酸酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpp7单链核酸外切酶：核酸外切酶VII（ExoVII）双链核酸外切酶：核酸外切酶III（ExoIII）,特异性地从3‘端外切双链核酸外切酶：l核酸外切酶（lExo）,特异性地从5‘端外切Bal31核酸酶单链内切双链外切的核酸酶单链核酸外切酶：核酸外切酶VII（ExoVII）双链核酸外切8二、限制性内切酶

细菌细胞内存在的一类能识别一定特异序列并水解外源DNA的一类酶称为限制性内切酶（ristrictionendonuclease）。二、限制性内切酶

细菌细胞内存在的一类能识别一定特异950年代初发现了由寄主控制的限制和修饰现象(B)(K)大肠杆菌B大肠杆菌K114×10—

410—4E.O.P成斑率efficiencyofplating宿主的限制和修饰现象50年代初发现了由寄主控制的限制和修饰现象(B)(K)大10限制—修饰的酶学假说(B)(B)酶切位点不被修饰噬菌体DNA被切割酶切位点被修饰基因组DNA不被切割1968年，Meselson和Yuan发现了I型限制性核酸内切酶；1970年，Smith和Wilcox从流感嗜血杆菌中分离纯化了第一个II型限制性核酸内切酶HindII。限制—修饰的酶学假说(B)(B)酶切位点噬菌体DNA酶切11限制性核酸内切酶的类型首先由M.Meselson和R.Yuan在1968年从大肠杆菌B株和K株分离的。（1）识别位点序列EcoB：TGA(N)8TGCTEcoK：AAC(N)6GTGC1.I型限制性内切酶

如EcoB和EcoK。未甲基化修饰的特异序列。限制性核酸内切酶的类型首先由M.Meselson和R.Y12需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用机理在距离特异性识别位点约1000—1500bp处随机切开一条单链。Recognizesitecut1-1.5kb（2）切割位点需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用机理13首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在1970年从流感嗜血菌中分离出来。

（1）识别位点序列未甲基化修饰的双链DNA上的特殊靶序列（多数是回文序列）。与DNA的来源无关。2.II类限制性内切酶

分离的第一个酶是HindⅡ首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在197014EcoRI5’-GAATTC-3’3’-CTTAAG-5’

PstI5’-CTGCAG-3’3’-GACGTC-5’

产生粘性末端EcoRV5’-GATATC-3’

3’-CTATAG-5’

产生平齐末端（2）切割位点切开双链DNA。形成粘性末端（stickyend）或平齐末端（bluntend）。如：识别位点处。EcoRI5’-GAATTC-3’EcoRV15（3）粘性末端（stickyends，cohensiveends）含有几个核苷酸单链的末端。分两种类型：①5’端凸出（如EcoRI切点）GAATTC

CTTAA

G

GAATTC

CTTAAG5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

（3）粘性末端（stickyends，cohensive16CTGCAG

②3’端凸出（如PstI切点）GACGTC

5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

CTGCAG

GACGTC

CTGCAG②3’端凸出（如PstI切点）GACG173.III类限制性内切酶

在完全肯定的位点切割DNA，但反应需要ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。用途不大。EcoP1:AGACCEcoP15:CAGCAG3.III类限制性内切酶在完全肯定的位点切割DNA，但反18限制性核酸内切酶的类型主要特性I型II型III型限制修饰多功能单功能双功能蛋白结构异源三聚体同源二聚体异源二聚体辅助因子ATPMg2+SAMATPMg2+SAMMg2+识别序列TGAN8TGCT旋转对称序列GAGCCAACN6GTGCCAGCAG切割位点距识别序列1kb处识别序列内或附近距识别序列下游随机性切割特异性切割24-26bp处限制性核酸内切酶的类型主要特性19限制性核酸内切酶的命名限制性核酸内切酶的命名属名种名株名HindIII

HindIIIHaemophilusinfluenzaed嗜血流感杆菌d株同一菌株中所含的多个不同的限制性核酸内切酶限制酶前面要带上R（Restriction)，修饰酶前面要带上M（Modification）。限制性核酸内切酶的命名限制性核酸内切酶的命名属名20第二节核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷碱基+（脱氧）戊糖-1-P磷酸第二节核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解21嘌呤的分解嘌呤的分解22嘧啶的分解嘧啶的分解23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24一、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)一、核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从251、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”1、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265-磷酸核糖焦磷酸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THFA5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨27IMP转变为GMP和AMPIMP转变为GMP和AMP28嘌呤核苷酸合成补救途径

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP嘌呤核苷酸合成补救途径磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(G)292、嘧啶核苷酸从头合成途径

3、UMP转变为CTPCTPCTP合成酶

ATPGlnH2OUMPUDPUTP

1、嘧啶环上原子的来源2、UMP的从头合成2、嘧啶核苷酸从头合成途径

3、UMP转变为CTPCTPC30嘧啶环上各原子的来源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸嘧啶环上各原子的来源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC6531尿嘧啶核苷酸合成途径尿嘧啶核苷酸合成途径32嘧啶核苷酸补救合成途径尿嘧啶+PRPP尿嘧啶+1-P-核糖尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP嘧啶核苷酸补救合成途径尿嘧啶+PRPP尿嘧啶+1-P-核糖尿33嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1.

合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2.

合成部位对高等动物来说,主要在肝脏3.

都有2种合成途径(从头和补救途径)

4.

都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在此基础上进一步合成核苷酸不同点1.

在5'-P-R基础上合成嘌呤环2.

最先合成的核苷酸是IMP

3.

在IMP基础上完成AMP和GMP的合成1.

先合成嘧啶环再与5'-P-R结合2.

先合成UMP3.

以UMP为基础,完成CTP,TMP的合成

嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1.合成原料基本相同34二、脱氧核苷酸的合成

2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成1、脱氧核苷酸的合成二、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35核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白还原酶FADATP、Mg2+硫氧还蛋白（还原型）SHSH硫氧还蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H36硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶37核苷酸的合成及相互关系核苷酸的合成及相互关系38第九章核酸的降解与核苷酸代谢第九章核酸的降解与核苷酸代谢39本章重点与难点重点：了解核酸的酶促降解及核苷酸合成与分解途径特点，掌握嘌呤环、嘧啶环的原子来源；了解核苷酸水解酶类，特别是限制性内切酶作用的特点。难点：嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成途径异同点，不同种类的生物分解嘌呤碱的终产物。本章重点与难点40第一节核酸的酶促降解第一节核酸的酶促降解41食物核蛋白蛋白质核酸(RNA与DNA)胰核酸酶RNA酶DNA酶(磷酸二酯酶)单核苷酸胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶)核苷磷酸核苷酶(水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖碱基核酸的消化排出，很少利用食物核蛋白蛋白质核酸(RNA与DNA)胰核酸酶RNA酶DNA42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磷酸第一节核酸的酶促降解一、核酸酶二、限制性内切酶43一、核酸酶

1、核酸酶的分类（1）根据对底物的专一性分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶（2）根据切割位点分为核酸内切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点一、核酸酶

1、核酸酶的分类（1）根据对底物的44外切核酸酶对核酸的水解位点5´

p

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pOHB

p

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p3´BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5´端外切蛇毒磷酸二酯酶（3´端外切外切核酸酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpp45单链核酸外切酶：核酸外切酶VII（ExoVII）双链核酸外切酶：核酸外切酶III（ExoIII）,特异性地从3‘端外切双链核酸外切酶：l核酸外切酶（lExo）,特异性地从5‘端外切Bal31核酸酶单链内切双链外切的核酸酶单链核酸外切酶：核酸外切酶VII（ExoVII）双链核酸外切46二、限制性内切酶

细菌细胞内存在的一类能识别一定特异序列并水解外源DNA的一类酶称为限制性内切酶（ristrictionendonuclease）。二、限制性内切酶

细菌细胞内存在的一类能识别一定特异4750年代初发现了由寄主控制的限制和修饰现象(B)(K)大肠杆菌B大肠杆菌K114×10—

410—4E.O.P成斑率efficiencyofplating宿主的限制和修饰现象50年代初发现了由寄主控制的限制和修饰现象(B)(K)大48限制—修饰的酶学假说(B)(B)酶切位点不被修饰噬菌体DNA被切割酶切位点被修饰基因组DNA不被切割1968年，Meselson和Yuan发现了I型限制性核酸内切酶；1970年，Smith和Wilcox从流感嗜血杆菌中分离纯化了第一个II型限制性核酸内切酶HindII。限制—修饰的酶学假说(B)(B)酶切位点噬菌体DNA酶切49限制性核酸内切酶的类型首先由M.Meselson和R.Yuan在1968年从大肠杆菌B株和K株分离的。（1）识别位点序列EcoB：TGA(N)8TGCTEcoK：AAC(N)6GTGC1.I型限制性内切酶

如EcoB和EcoK。未甲基化修饰的特异序列。限制性核酸内切酶的类型首先由M.Meselson和R.Y50需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用机理在距离特异性识别位点约1000—1500bp处随机切开一条单链。Recognizesitecut1-1.5kb（2）切割位点需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用机理51首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在1970年从流感嗜血菌中分离出来。

（1）识别位点序列未甲基化修饰的双链DNA上的特殊靶序列（多数是回文序列）。与DNA的来源无关。2.II类限制性内切酶

分离的第一个酶是HindⅡ首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在197052EcoRI5’-GAATTC-3’3’-CTTAAG-5’

PstI5’-CTGCAG-3’3’-GACGTC-5’

产生粘性末端EcoRV5’-GATATC-3’

3’-CTATAG-5’

产生平齐末端（2）切割位点切开双链DNA。形成粘性末端（stickyend）或平齐末端（bluntend）。如：识别位点处。EcoRI5’-GAATTC-3’EcoRV53（3）粘性末端（stickyends，cohensiveends）含有几个核苷酸单链的末端。分两种类型：①5’端凸出（如EcoRI切点）GAATTC

CTTAA

G

GAATTC

CTTAAG5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

（3）粘性末端（stickyends，cohensive54CTGCAG

②3’端凸出（如PstI切点）GACGTC

5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

CTGCAG

GACGTC

CTGCAG②3’端凸出（如PstI切点）GACG553.III类限制性内切酶

在完全肯定的位点切割DNA，但反应需要ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。用途不大。EcoP1:AGACCEcoP15:CAGCAG3.III类限制性内切酶在完全肯定的位点切割DNA，但反56限制性核酸内切酶的类型主要特性I型II型III型限制修饰多功能单功能双功能蛋白结构异源三聚体同源二聚体异源二聚体辅助因子ATPMg2+SAMATPMg2+SAMMg2+识别序列TGAN8TGCT旋转对称序列GAGCCAACN6GTGCCAGCAG切割位点距识别序列1kb处识别序列内或附近距识别序列下游随机性切割特异性切割24-26bp处限制性核酸内切酶的类型主要特性57限制性核酸内切酶的命名限制性核酸内切酶的命名属名种名株名HindIII

HindIIIHaemophilusinfluenzaed嗜血流感杆菌d株同一菌株中所含的多个不同的限制性核酸内切酶限制酶前面要带上R（Restriction)，修饰酶前面要带上M（Modification）。限制性核酸内切酶的命名限制性核酸内切酶的命名属名58第二节核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷碱基+（脱氧）戊糖-1-P磷酸第二节核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解59嘌呤的分解嘌呤的分解60嘧啶的分解嘧啶的分解61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62一、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)一、核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从631、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”1、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645-磷酸核糖焦磷酸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THFA5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨65IMP转变为GMP和AMPIMP转变为GMP和AMP66嘌呤核苷酸合成补救途径

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP嘌呤核苷酸合成补救途径磷酸核糖转移