核酸的酶促降解和核苷酸代谢

核酸的酶促降解和核苷酸代谢第1页，共50页，2023年，2月20日，星期五基本要求：

（1）掌握常见核酸酶、核苷酸的合成代谢（2）理解核苷酸的合成的补救途径（3）了解核苷酸的分解代谢教学重点及难点：（1）限制性内切酶（2）核苷酸的合成代谢核酸的酶促降解和核苷酸代谢第2页，共50页，2023年，2月20日，星期五核苷核酸酶核苷酸酶核苷酶嘌呤分解嘧啶分解核酸核苷酸戊糖

碱基磷酸第3页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢1核酸的酶促降解生物体内存在多种降解核酸酶类，统称为核酸酶(nuclease),在核酸降解和周转中起着重要作用。第4页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢外切酶作用于核酸链一端，逐个水解下核苷酸，是非特异性磷酸二酯酶。

蛇毒磷酸二酯酶从DNA或RNA的游离3-羟基端开始，逐个水解下5-核苷酸；牛脾磷酸二酯酶从游离5-羟基端开始，逐个水解下3-核苷酸。1.1核酸酶—核酸外切酶第5页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢内切酶特异地水解多核苷酸内部各键，是特异性强的磷酸二酯酶。牛胰核酸酶作用于嘧啶核苷酸磷酸二酯键，生成嘧啶核苷-3-磷酸或末端为嘧啶核苷-3-磷酸的寡核苷酸。牛胰核酸酶专一作用于RNA，对DNA及其它磷酸二酯化合物不作用或作用活性很低。1.1核酸酶—核酸内切酶第6页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢1957年在曲霉(Aspergillus)中分离提纯出RNaseT1，由105个AA组成。专一水解鸟苷酸二酯键，产生3-GMP或以3-GMP为末端的寡核苷酸。1.1核酸酶—核酸外切酶第7页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢1.2脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶(DNase)：专一水解DNA。内切酶：切断双链或单链。外切酶：有5→3切割或3→5切割。尚未发现有碱基专一性DNase，但有序列专一性，即限制性内切酶(restrictionendonuclease)。第8页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢1.3限制性内切酶(restrictionendonuclease)限制性内切酶，restrictionenzyme，在某些细菌细胞内存在的一类能识别一定序列并水解外源dsDNA的核酸内切酶，并形成粘性末端（"sticky"ends）或平齐末端（“blunt"ends）。第9页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢回文结构“blunt"ends"sticky"ends第10页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢第11页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢限制性内切酶命名

EcoRI：第1个大写E：大肠杆菌属名(Escherichia)第1个字母；第2,3小写co：种名(coli)的头两个字母；第4个大写R：所用大肠杆菌的菌株；第5个罗马字：从该细菌中分离出来这一类酶的编号。第12页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢第13页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢第14页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢2核苷酸的分解代谢核苷酸经核苷酸酶(nucleotidase)催化，水解为核苷及无机磷酸。非特异性的核苷酸酶，能作用于一切核苷酸。特异性强的核苷酸酶只能水解3-核苷酸或5-核苷酸，分

别称为3-核苷酸酶或5-核苷酸酶。第15页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢核苷经核苷酶(nudeosidase)分解为嘌呤或嘧啶和戊糖。核苷水解酶(nucleosidehydrolase)核苷磷酸化酶(nucleosidephosphorylase)2.1核苷酸的水解第16页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢2.2嘌呤的降解腺嘌呤和鸟嘌呤经脱氨氧化转变为黄嘌呤再进行降解。第17页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢xanthineoxidase第18页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢嘌呤代谢与痛风（gout）黄嘌呤氧化酶（Xanthineoxidase）第19页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢次黄嘌呤别嘌呤醇奥昔嘌醇第20页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢2.3嘧啶的降解嘧啶分解时有氨基的首先水解脱氨基。胞嘧啶首先水解脱氨基，转化为尿嘧啶。尿嘧啶和胸腺嘧啶经还原打破环内双键，水解开环成链状化合物，再水解成CO2,NH3,-丙氨酸，-氨基异丁酸，-氨基异丁酸脱氨基后进入有机酸代谢或直接排出体外。第21页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢3核苷酸的生物合成利用核酸降解或进食等从外界补充的含氮碱基或核苷合成新的核苷酸。从头合成(denovosynthesis)利用氨基酸、磷酸戊糖、CO2和NH3等简单的化合物合成核苷酸。

救补途径(salvagepathway)合成途径第22页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢核苷酸的生物合成与癌症治疗北宋（1170年）东轩居士著《卫济宝书》：“痈疽五发，一曰癌……”。第23页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢第24页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢3.1嘌呤核苷酸的从头生物合成先合成次黄嘌呤核苷酸(IMP,inosinemonophosphate)，再由IMP生成AMP和GMP。第25页，共50页，2023年，2月20日，星期五IMP合成第26页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PhosphoribosylpyrophosphatePRPP）PRPP是嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的重要中间产物，也参与嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的补救合成。它是由PPP代谢途径中的重要物质5-磷酸核糖经PRPP焦磷酸激酶催化与ATP反应而生成的，是核苷酸合成的极其重要的前体。

第27页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢AMP和GMP合成天冬氨酸腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶延胡索酸次黄嘌呤脱氢酶黄嘌呤鸟苷酸腺苷酸黄嘌呤-谷氨酰胺氨基转移酶（GMP合成酶）第28页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢3.2嘌呤核苷酸合成的调控RegulatorymechanismsinthebiosynthesisofadenineandguaninenucleotidesinE.coli.

Regulationofthesepathwaysdiffersinotherorganisms.第29页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢3.3嘧啶核苷酸的合成Pyrimidinenucleotidesaremadefromaspartate,PRPP,andcarbamoylphosphate.第30页，共50页，2023年，2月20日，星期五尿嘧啶的生物合成第31页，共50页，2023年，2月20日，星期五尿嘧啶核苷酸转变为胞嘧啶核苷酸是在核苷三磷酸的水平上进行的。在细菌中UTP直接与NH3作用产生CTP。动物组织中由Gln提供NH3，反应要有ATP供能，由CTP合成酶催化反应。核酸的酶促降解和核苷酸代谢胞嘧啶的生物合成第32页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢胸腺嘧啶核苷酸的合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸，由dUMP在dTMP合成酶催化下甲基化生成,叶酸衍生物作为一碳单位供体和还原剂。第33页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢胸腺嘧啶核苷酸的合成与肿瘤抑制氟尿嘧啶重氮丝氨酸甲氨蝶呤阿西维辛第34页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢第35页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢3.4核苷酸合成的救补途径(salvagepathway)

哺乳动物和微生物中，存在许多催化嘌呤和嘧啶合成单核苷酸的酶，使核酸降解产物或外源补充的碱基得到直接利用。用放射性同位素标记的碱基和核苷，常常用于研究核酸合成，其原理就是依据“补救途径”。第36页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢嘌呤碱的直接利用哺乳动物和微生物中，存在许多催化嘌呤和嘧啶合成单核苷酸的酶，使核酸降解产物或外源补充的碱基得到直接利用。第37页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢嘧啶碱的直接利用尿嘧啶磷酸核糖转移酶催化尿嘧啶转变成尿苷酸，目前尚未发现胞嘧啶磷酸核糖转移酶。在UMP的生物合成途径中，有乳清酸磷酸核糖转移酶催化乳清酸生成乳苷酸的反应。第38页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢核苷的直接利用第39页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成生物体内核苷酸常以核苷二磷酸(d)NDP，核苷三磷酸(d)NTP形式参与合成反应。是在(d)NMP水平上，ATP提供Pi，由相应专一激酶催化合成的。第40页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢核苷二磷酸激酶(nucleosidediphosphoatekinase)使核苷二磷酸和核苷三磷酸相互转变。核苷二磷酸激酶特异性很低，所有核苷二磷酸和核苷三磷酸都可以作为磷酸根的受体和供体。核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成第41页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢2-脱氧核糖核苷酸是DNA合成前体,由相应的核苷还原酸通过以氢代替2-OH基团还原得来。通常是在核苷二磷酸水平上发生还原反应;一些微生物如乳酸杆菌,枯草杆菌等则以核苷三磷酸为还原底物。3.5脱氧核苷酸的合成第一类酶在自然界广泛分布并存在于哺乳动物细胞中.由一种以上多肽链组成,含有非正铁血红素,对核苷二磷酸的还原作用有专一性。

第二类酶在某些微生物中，只含有一种多肽链，需要钴胺素(VB12)作为辅酶,不含非正铁血红素,是在核苷二磷酸还是三磷酸水平上的还原则取决于酶的来源。催化核糖环还原的核糖核酸还原酶有两种类型第42页，共50页，2023年，2月20日，星期五核酸的酶促降解和核苷酸代谢3.5脱氧核苷酸的合成大肠杆菌的I型酶系：含有四种蛋白硫氧还蛋白(thioredoxin)：是小分子电子传递蛋白，分子中有两个Cys

残基。硫氧还蛋白还原酶(thforedoxinreductase)：催化下，硫氧还蛋白分子中的

两个Cys残基,在氧化型硫氧还蛋白中Cys之间形成二硫键，由NADPH供给氢，而被还原为两个-SH，作为核糖核苷酸还原反应

中还原性底物。蛋白质B1和B2：蛋白质B1和B2是核糖核酸还原酶的不同亚基，B1上有

底物结合部位和变构部位，B2上有催化部位。B1和B2只有合在

一起并且有镁离