核酸降解和核苷酸的代谢

核酸降解和核苷酸的代谢第1页/共52页核酸酶实质是磷酸二脂酶。根据酶对底物的专一性分为：核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶非特异性核酸酶根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。第一节核酸的酶促降解

核酸酶

核酸核苷酸第2页/共52页一、核糖核酸酶（RNase）只水解RNA磷酸二酯键的酶牛胰核糖核酸酶I（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。（内切核酸酶）核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3’-鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。（内切核酸酶）5´

p

p

p

pOHPyPuPyPu1´

p

p

pGACU

p

p

pGA3´RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1第3页/共52页牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ）：可切割双链和单链DNA，降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。限制性核酸内切酶：细菌产生的、能识别并特异切割外源DNA特定序列中的磷酸二脂键(对碱基序列专一）的核酸内切酶。

二、脱氧核糖核酸酶(DNAase)只能水解DNA磷酸二酯键的酶第4页/共52页限制性核酸内切酶类型I型：识别位点与切割位点相差甚远Ⅱ型：切割位点位于识别位点上，产物为专一性片段。Ⅲ型：识别位点为5-7bp的非对称序列，切割位点在顺序之外离识别序列5-10bp第5页/共52页50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第6页/共52页限制—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不被切割第7页/共52页限制性核酸内切酶的类型M.Meselson和R.Yuan在1968年第一次从大肠杆菌

B株和

K株分离的。如EcoB和EcoK。（1）识别位点序列EcoB：

TGA(N)8TGCTEcoK：AAC(N)6GTGC1.I型限制性内切酶

未甲基化修饰的特异序列。第8页/共52页需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。RecognizesiteCutsite1-1.5kb（2）切割位点第9页/共52页1970年，H.O.Smith和K.W.Wilcox从流感嗜血菌中分离出第一个酶是HindⅡ

。

（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

（2）切割位点:识别位点处。第10页/共52页（3）粘性末端（stickyends,cohesiveends）含有几个核苷酸单链的末端。分两种类型：①

5’端凸出（如EcoRI切点）GAATTC

CTTAA

G

GAATTC

CTTAAG5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

第11页/共52页CTGCAG

②

3’端凸出（如PstI切点）GACGTC

5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

CTGCAG

GACGTC

第12页/共52页限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：EcoRI是从大肠杆菌（E.coli）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。第13页/共52页限制性内切酶Ⅱ第14页/共52页3.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:CAGCAG第15页/共52页限制性核酸内切酶的比较主要特性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回文序列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处第16页/共52页可水解RNA和DNA磷酸二酯键的核酸酶。小球菌核酸酶（内切酶），可作用于RNA或变性的DNA，产生3’-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶（外切酶）。三、非特异性核酸酶第17页/共52页蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH逐个水解，生成5’-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶从游离的5’-OH开始逐个水解，生成3’-核苷酸。

第18页/共52页第二节核苷酸的降解核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸单酯酶）核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷磷酸嘌呤或嘧啶戊糖-1-磷酸核苷酸的降解第19页/共52页一、核苷酸的降解1、核苷酸酶（磷酸单脂酶）水解核苷酸，产生核苷和磷酸。第20页/共52页2、核苷磷酸化酶广泛存在，反应可逆核苷+磷酸核苷磷酸化酶碱基+戊糖-1-磷酸第21页/共52页（鸟类、爬行类、人类和灵长类动物）（灵长类以外的哺乳动物）二、嘌呤的降解第22页/共52页尿囊酸酶H2O脲酶2H2O4NH3+2CO2乙醛酸尿素OHNH2尿囊酸（大多鱼类、两栖类）（海洋无脊椎动物）脱氨氧化水解（硬骨鱼类）第23页/共52页三、嘧啶的降解脱氨还原水解第24页/共52页一、嘌呤核苷酸的生物合成从头合成途径(denovosynthesispathway)补救合成途径(salvagesynthesispathway)二、嘧啶核苷酸的生物合成从头合成途径补救合成途径第三节核苷酸的生物合成※※※三、脱氧核苷酸的生物合成第25页/共52页GMPAMP一、嘌呤核苷酸（AMP、GMP)的生物合成第26页/共52页指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。1、嘌呤核苷酸的从头合成：※※※（1）概念：第27页/共52页（2）嘌呤环合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）第28页/共52页（3）合成过程①

IMP的合成②

AMP和GMP的生成第29页/共52页①

IMP的合成过程第30页/共52页②

AMP和GMP的生成第31页/共52页AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶第32页/共52页嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP。（4）嘌呤核苷酸从头合成特点总反应：5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲酰THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP→IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+4Pi+1AMP+PPi

第33页/共52页2、补救合成途径利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。(1)磷酸核糖转移酶途径（重要途径）次黄嘌呤（鸟嘌呤）+5-PRPP次黄嘌呤(鸟嘌呤)磷酸核糖转移酶IMP（GMP)+PPi腺嘌呤+5-PRPP腺嘌呤磷酸核糖转移酶AMP+PPi第34页/共52页2、核苷激酶途径（生物体内只发现有腺苷激酶）腺嘌呤+核糖-1-磷酸核苷磷酸化酶腺嘌呤核苷+Pi腺苷+ATP腺苷激酶腺苷酸+ADP生理意义：补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。第35页/共52页二、嘧啶核苷酸的合成第36页/共52页（1）从头合成的概念：利用谷氨酰胺、二氧化碳和天冬氨酸等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。

1、嘧啶核苷酸的从头合成※※※第37页/共52页（2）嘧啶环上各原子的来源

来自天冬氨酸来自CO2来自NH3NNCCCC654321氨甲酰磷酸第38页/共52页(3)从头合成过程：合成UMP合成CMP第39页/共52页①合成UMP第40页/共52页UMPUDPUTPADPATP激酶

ADPATP激酶UTPCTP谷氨酸谷氨酰胺ATP、CTP合成酶三磷酸尿苷三磷酸胞苷②

合成CMP第41页/共52页嘧啶碱+1-磷酸核糖核苷磷酸化酶嘧啶核苷+Pi尿苷（胞苷）+ATP尿苷激酶／Mg2+UMP（CMP）+ADP（2）磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行）尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶+5-PRPPUMP+PPi2、补救途径（1）

嘧啶核苷激酶途径（重要途径）第42页/共52页核苷酸的生物合成的比较※※※相同点1.

合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2.

都有从头和补救途径

3.

先合成有关的核苷酸,再合成其它核苷酸不同点1.

在R-5‘-P基础上合成嘌呤环2.先合成IMP3.

在IMP基础上，合成AMP和GMP1.先合成嘧啶环，再与R-5‘-P结合2.先合成UMP3.在UMP基础上,合成CTP,TMP第43页/共52页三、脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、U、C等碱基）1、脱氧核糖核苷酸的生成（dTMP除外）第44页/共52页dNDP

+

ATP

激酶dNTP+ADP2、核糖核苷酸的还原反应第45页/共52页（1）核糖核苷酸还原需要二个氢，其最终供体是NADPH硫氧还蛋白谷氧还蛋白第46页/共52页（2）、核糖核苷酸还原酶第47页/共52页2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成第48页/共52页核苷酸合成的总结第49页/共52页1、名词解释

核酸限制性内切酶粘性末端

核苷酸的从头合成核苷酸的补救途径

2、英文名称

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