核酸降解和核苷酸代谢

Biochemistry生物化学Biochemistry第七章核酸降解和核苷酸代谢第一节核酸的酶促降解一、核酸外切酶二、核酸内切酶第二节核苷酸的酶促降解一、核苷酸的降解二、嘌呤的降解三、嘧啶的降解第三节核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物合成二、嘧啶核苷酸的生物合成Biochemistry第一节核酸的酶促降解在胃中核蛋白酸水解为核酸和蛋白质，核酸在小肠被胰核酸酶（包括DNase、RNase）降解为嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸和寡核苷酸。磷酸二酯酶协同胰核酸酶进行消化，水解为单核苷酸。肠黏膜细胞中还有核苷酸酶(磷酸单酯酶)，水解核苷酸为核苷和Pi。脾、肝等组织中的核苷酶进一步水解核苷为戊糖和碱基。Biochemistry第一节核酸的酶促降解

核酸核苷酸磷酸核苷戊糖碱基（嘌呤碱，嘧啶碱）

核酸酶核苷酸酶核苷酶

Biochemistry核酸酶(Nuclease)核酸酶（磷酸二酯酶）：生物体内有许多磷酸二酯酶可以催化核酸的解聚作用，作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶。核酸酶的分类，根据其作用的位置不同：A.核酸内切酶：能够水解核酸分子内磷酸二酯键的酶又称为核酸内切酶。B.核酸外切酶：从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶。核酸酶的分类，根据底物不同：A.DNA酶B.RNA酶Biochemistry一、核酸外切酶概念：从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶。特点：非特异性的磷酸二酯酶，即可以作用于脱氧核糖核酸和核糖核酸。举例：A.蛇毒磷酸二酯酶：从3′端开始逐个水解核苷酸，是一种3′→5′外切酶，水解产物为5′核苷酸；B.牛脾磷酸二酯酶：从5′端开始逐个水解核苷酸，是一种5′→3′外切酶，水解产物为3′核苷酸。Biochemistry核酸外切酶OHOHOH5´3´5´3´Biochemistry二、核酸内切酶概念：能够水解核酸分子内磷酸二酯键的酶。特点：特异性较强的磷酸二酯酶。分类：核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶。了解：还有一些核酸内切酶对磷酸酯键一侧的碱基有专一要求，例如胰脏核糖核酸酶即是一种高度专一性核酸内切酶，它作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，产物为3′嘧啶单核苷酸或以3′嘧啶核苷酸结尾的低聚核苷酸。Biochemistry特殊的内切酶限制性内切酶：能专一性地识别并水解外源双链DNA上的特异核苷酸顺序的酶。识别序列：即限制性内切酶在双链DNA上能够识别的特殊核苷酸序列。甲基化酶（修饰酶）：与限制性内切酶相伴的一种酶，能使自身DNA中的核苷酸甲基化而不被限制酶降解。限制酶的生物学功能：它是分析DNA的解剖刀，是DNA体外重组技术和进行大分子DNA分析的重要工具，它们的发现大大地促进了基因工程的研究，降解外源侵入的DNA，但不降解自身细胞中的DNA，因为自身DNA的酶切位点经修饰甲基化而受到保护，从而保护自身遗传稳定性。Biochemistry第二节核苷酸的酶促降解一、核苷酸的降解二、嘌呤的降解三、嘧啶的降解Biochemistry一、核苷酸的降解核苷酸酶（磷酸单脂酶）：水解核苷酸，产生核苷和磷酸。核苷酸酶的分类：A.非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2’、3’、5’，都能水解下来。B.特异性磷酸单酯酶：只能水解3’核苷酸或5’核苷酸（3’核苷酸酶、5’核苷酸酶）

核苷酸+H2O核苷+Pi核苷酸酶Biochemistry核苷酶分类：A.核苷磷酸化酶：广泛存在，分解产物为含氮碱基和戊糖的磷酸酯。B.核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，分解产物为含氮碱基和戊糖。核苷+Pi

碱基

+戊糖-1-P核苷+H2O碱基+戊糖核苷磷酸化酶核苷水解酶Biochemistry核苷酸的酶促降解Biochemistry二、嘌呤的降解黄嘌呤尿酸GNH3尿素NH3+CO2尿囊素尿囊酸次黄嘌呤Biochemistry二、嘌呤的降解Biochemistry二、嘌呤的降解不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此终产物也不同：排尿酸生物：灵长类、鸟类、昆虫、爬虫类排尿囊素生物：哺乳类（灵长类除外）、腹足类排尿囊酸生物：硬骨鱼类排尿素生物：大多数鱼类、两栖类某些低等动物：能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出植物：分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）微生物：分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸等）。Biochemistry二、嘧啶碱的分解-NH2二氢尿嘧啶β－脲基丙酸β－丙氨酸H2OH2O（开环）Biochemistry二、嘧啶碱的分解Biochemistry二、嘧啶碱的分解Biochemistry知识点1.核酸酶2.限制性内切酶3.DNA和RNA水解的产物有哪些？4.核苷酶的分类及其降解产物有什么不同。5.试讲嘌呤碱的降解过程。6.试讲不同的生物嘌呤碱的降解产物。Biochemistry第三节核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物和合成二、嘧啶核苷酸的生物合成基本途径从头合成：即由一些小分子化合物为原料进行合成，如CO2、甲酸、AA、戊糖。半合成（补救合成）：即预先形成的碱基或核苷合成核苷酸，如嘌呤、嘧啶。Biochemistry一、嘌呤核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的从头合成途径（一）嘌呤环上原子的来源（二）IMP的合成（三）IMP转变为AMP和GMPBiochemistry（一）嘌呤环上原子的来源N3N9N7N1C2C6C4C5C8来自谷氨酰胺的酰胺氮来自甲酸来自甲酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自CO2Biochemistry（二）IMP的合成特点：不是由游离的核糖和磷酸结合形成；而是由5′-P-核糖经过一系列酶促反应首先合成IMP，进而合成AMP和GMP。Biochemistry在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下IMPAMP

GMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PRPP（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）（二）IMP的合成Biochemistry（三）IMP转变为AMP和GMPBiochemistry二、嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸的从头合成途径（一）嘧啶环上原子的来源（二）UMP的合成（三）UMP转变为CMP特点：先闭合形成含有嘧啶环的乳清酸，然后生成UMP，其他嘧啶核苷酸再由UMP转变而成。Biochemistry（一）嘧啶环上原子的来源来自天冬氨酸来自CO2来自NH3NNCCCC654321Biochemistry（二）UMP的合成Biochemistry（三）UMP转变为CMP特点：胞嘧啶核苷酸的合成是在尿嘧啶核苷三磷酸的水平上进行的。原因：因为尿嘧啶核苷酸、尿嘧啶核苷和鸟嘧啶都不能直接氨基化生成相应的胞嘧啶化合物，只有进一步磷酸化形成尿嘧啶核苷三磷酸才能氨基化生成胞嘧啶核苷三磷酸。Biochemistry（三）UMP转变为CMPUMP+

ATP

UDP+ADP（尿嘧啶核苷酸激酶）

UDP+ATPUTP+ADP（核苷二磷酸激酶）

UTP+谷氨酰胺/氨气+ATP+H2OCTP+谷氨酸+ADP+Pi（CTP合成酶）胞嘧啶核苷+ATPCMP+ADP（尿苷激酶）

Biochemistry（四）脱氧核糖核苷酸的生物合成特点：DNA的合成需要三磷酸脱氧核糖核苷酸；三磷酸脱氧核苷酸是在二磷酸脱氧脱氧核糖核苷酸磷酸化的基础上进行的；二磷酸脱氧核糖核苷酸（dADP、dGDP、dCDP和dUDP）是由ADP、GDP、CDP和U