堿基→核苷酸課件

1、GAATTCGAATTCCTTAAGCTTAAG核酸降解代謝CO2, H2O, NH3核酸在生物體內(nèi)可以被降解；外源核酸在動(dòng)物體內(nèi)的小腸被降解；胰nuclease腸粘膜釋放的phosphodiest-erase(磷酸二酯酶)降解的產(chǎn)物在小腸內(nèi)被轉(zhuǎn)化和吸收；核酸降解一般不為生物提供能量；第一節(jié) 核酸降解P387核酸酶是作用于核酸中磷酸二酯鍵的水解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脫氧核糖核酸酶(DNase)水解核酸分子內(nèi)部磷酸二酯鍵的酶又稱為核酸內(nèi)切酶(endonuclease)從核酸的一端逐個(gè)水解下核苷酸的酶稱為核酸外切酶(exonuclease)。 核酸酶(Nuclease)ATCGATCG

2、POH53PPPPPPP蛇毒磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶常見(jiàn)的核酸酶專一性常見(jiàn)的核酸酶專一性核酸內(nèi)切酶AP核酸內(nèi)切酶的作用AP核酸內(nèi)切酶能識(shí)別去除了堿基的核苷酸（AP核苷酸：無(wú)嘌呤酸、無(wú)嘧啶酸 ）磷酸二酯鍵，并切除糖基，使核酸鏈斷開(kāi)。限制性核酸內(nèi)切酶是一類高度專一性的DNases，它們是順序?qū)Ｒ恍?，或結(jié)構(gòu)專一性的核酸內(nèi)切酶。它們不是與DNA降解代謝有關(guān)的酶；是基因重組用酶，是胞內(nèi)DNA的“衛(wèi)士”。它們是分子生物學(xué)的工具酶，在分子生物學(xué)中占有非常重要的地位。限制性核酸內(nèi)切酶GCTTAAAATTCG以限制性內(nèi)切酶及連結(jié)酶進(jìn)行核酸剪接GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAGGCTTAAAATTC

3、GAATTCGGCTTAAGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGGCTTAAAATTCGEcoRIDNA LigaseEcoRI sticky endEcoRI sticky endJuang RH (2004) BCbasics2.1 核苷酸的分解腸粘膜細(xì)胞中有nucleotidase，水解Nt為Ns和Pi。脾、肝等組織中的nucleosidase進(jìn)一步水解Ns為戊糖和堿基。 第二節(jié) 核苷酸、核苷與堿基的分解代謝Nucleotide核苷酸Nucleoside核苷2.1.1 核苷酸降解為核苷 核苷酸(Nt) H2O 核苷 (Ns) Pi磷酸酯酶或核苷酸酶生物體普遍存在的磷酸單酯酶或核

4、苷酸酶可催化2-, 3-和5-核苷酸的水解，而特異性強(qiáng)的磷酸單酯酶只能水解3-核苷酸或5-核苷酸，對(duì)不同的堿基也有選擇性。2.1 核苷酸的分解核苷酸 H2O 堿基 戊糖-Pi催化該反應(yīng)的酶稱為核苷酸核苷酶；主要在微生物（細(xì)菌）中存在；2.1.2 核苷酸中糖苷鍵的斷裂2.1 核苷酸的分解2.1.3 核苷酸的脫氨反應(yīng)與核苷酸轉(zhuǎn)換帶氨基的核苷酸在核苷酸脫氨酶的作用下可脫掉氨基而轉(zhuǎn)變成另一種核苷酸。核苷酸的脫氨反應(yīng)較為普遍,如: 5-AMP 5-IMP (次黃嘌呤) + NH3 嘌呤核苷酸循環(huán)中2.1 核苷酸的分解IMP (次黃嘌呤)核苷的代謝去路：核苷-N-轉(zhuǎn)糖苷作用 （主要脫氧核苷) 脫氨反應(yīng)2.

5、2 核苷的分解代謝2.2.2 核苷的磷酸解作用： 核苷 + Pi Pu or Py + pentose-1-P Ns phosphorylase存在廣泛，反應(yīng)可逆，糖的構(gòu)型由-型轉(zhuǎn)變?yōu)?型；2.2.1 核苷的水解作用： 核苷 + H2O Pu(嘌呤) or Py(嘧啶) + pentoseNs hydrolase主要存在于植物和微生物，只對(duì)核糖核苷起作用，對(duì)脫氧核糖核苷無(wú)作用。 Ns hydrolaseNs phosphorylase2.2 核苷的分解代謝2.2.3 核苷的相互轉(zhuǎn)換核苷-N-轉(zhuǎn)糖苷作用 主要發(fā)生在脫氧核苷中脫氨反應(yīng) 帶氨基的核苷在核苷脫氨酶的作用下脫掉氨基而轉(zhuǎn)變成另一種核苷2.

6、2.4 核苷的排泄 主要為修飾核苷酸，不被分解，也不被利用嘌呤互換嘧啶互換2.2 核苷的分解代謝脫氨作用主要發(fā)生在核苷酸和核苷水平2.3 核苷酸三級(jí)水平的降解P388核苷酸核苷堿基不同生物嘌呤堿的分解能力不同，代謝產(chǎn)物也不同，人和猿類及一些排尿酸的動(dòng)物（鳥(niǎo)類、某些爬行類和昆蟲(chóng)）嘌呤的代謝產(chǎn)物為尿酸。O2 + H2OH2O2尿酸鳥(niǎo)嘌呤脫氨主要在堿基水平下進(jìn)行2.4.1 嘌呤堿的分解:2.4 堿基的分解代謝嘌呤核苷酸的分解次黃嘌呤黃嘌呤尿酸催化次黃嘌呤和黃嘌呤氧化產(chǎn)生尿酸。該酶為復(fù)合黃素酶，由兩個(gè)相同的亞基組成，每個(gè)亞基含一個(gè)FAD、一個(gè)鉬原子Mo(IV) Mo(VI)和一個(gè)Fe4S4中心。反應(yīng)要

7、求分子氧作為電子受體，還原產(chǎn)物是H2O2，進(jìn)入尿酸的氧來(lái)自水。黃嘌呤氧化酶(Xanthine Oxidase)不同生物中嘌呤核苷酸的分解產(chǎn)物不同尿囊素尿囊酸靈長(zhǎng)類/鳥(niǎo)類等多數(shù)哺乳動(dòng)物多骨刺魚(yú)兩棲動(dòng)物等無(wú)脊椎動(dòng)物嘌呤堿分解代謝產(chǎn)生過(guò)多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸鈉結(jié)晶，沉積于關(guān)節(jié)部位,引起疼痛或灼痛痛風(fēng)。如果發(fā)生HGPRT的缺陷，不能以補(bǔ)救途徑合成嘌呤核苷酸，吸收或合成的嘌呤堿不完全降解，導(dǎo)致大量尿酸積累，也引起腎結(jié)石和痛風(fēng)。 HGPRT：次黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖酶痛風(fēng)(Gout)不同生物對(duì)嘧啶堿的分解過(guò)程不一樣；一般情況下含氨基的嘧啶要先水解脫去氨基，脫氨基也可以在核苷或核苷酸水平上進(jìn)

8、行。 2.4 堿基的分解代謝2.4.2 嘧啶堿基的分解UCMPCRURUMPCdTMPdTRT氧化分解還原分解只在微生物中發(fā)現(xiàn)2.4 堿基的分解代謝2.4.2 嘧啶堿基的分解NH32.4 堿基的分解代謝2.4.2.1 嘧啶堿基分解的還原途徑2.4 堿基的分解代謝2.4.2.2 嘧啶堿基分解的氧化途徑3.1 核苷酸合成的基本途徑可以通過(guò)兩條完全不同的途徑進(jìn)行:由非核苷和堿基的前體小分子化合物從頭合成De novo Synthesis ；由現(xiàn)成的Pu, Py, Pentose及Pi在酶的作用下直接合成核苷酸“補(bǔ)救合成途徑Salvage Pathway ” 。第三節(jié) 核苷酸的生物合成Biosynth

9、esis of nucleotides3.1 核苷酸合成的基本途徑嘌呤環(huán)元素的來(lái)源:3.2 嘌呤核苷酸的從頭生物合成甲酸3.2 嘌呤核苷酸的從頭生物合成嘌呤核苷酸的全程合成總圖次黃嘌呤的合成是在核苷酸水平進(jìn)行的，即產(chǎn)物是核苷酸R磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)1）構(gòu)象由a構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)閎構(gòu)型PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶5-磷酸核糖胺(PRA)嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)2）甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸(GAR)嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)3）甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR)嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)4）甲酰甘氨脒核苷酸合成酶甲酰甘氨瞇核苷酸(FGAM)嘌呤核苷酸的

10、全程合成（反應(yīng)5）氨基咪唑核苷酸合成酶5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸羧化酶嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)6）嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)7）5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)8）氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶5-氨基咪唑-4-(N-琥珀基)甲酰胺核苷酸腺苷酸琥珀酸裂解酶嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)9）5-氨基咪唑-4-氨甲酰胺核苷酸氨基咪唑氨甲酰核苷酸轉(zhuǎn)甲?；膏堰屎塑账岬娜毯铣?反應(yīng)10)5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰胺核苷酸嘌呤核苷酸的合成一直是在核苷酸的水平上進(jìn)行的，不是分解的逆過(guò)程。反應(yīng)需要5(或6)ATP次黃嘌呤核苷酸合酶嘌呤核苷酸的全程合成（反應(yīng)11）次黃嘌呤核苷酸

11、嘌呤核苷酸的全程合成總圖合成次黃嘌呤核苷酸由IMP合成AMP和GMP黃嘌呤氧化酶次黃嘌呤核苷酸脫氫酶鳥(niǎo)嘌呤核苷酸合成酶腺苷酸琥珀酸合成酶嘌呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)ATPGTPPurine nucleotide is regulated by feedback inhibition.Three major feedback mechanisms cooperate in regulating the overall rate of de novo purine nucleotide synthesis and relative rates of formation of the two end pro

12、ducts.P396Regulatory mechanisms in the biosynthesis of adenineand guanine nucleotides in E. coli. Regulation of these pathwaysdiffers in other organisms.P396合成的反饋控制機(jī)制PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶PRPP合成酶腺苷酸琥珀酸合成酶次黃嘌呤核苷酸脫氫酶嘧啶環(huán)元素的來(lái)源：From aspartate3.3 嘧啶核苷酸的生物合成3.3 嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶環(huán)合成在堿基水平上，而不是在核苷酸水平，這不同于嘌呤的合成氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸的合成氨基

13、甲酸 碳酸 氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp氨甲酰天冬氨酸ATCase天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶乳清酸的合成二氫乳清酸脫氫酶的輔酶在不同的生物中是不同的，有的是NAD，有的是FMN, FAD，或同時(shí)含有黃素輔酶和NAD。二氫乳清酸乳清酸二氫乳清酸酶二氫乳清酸脫氫酶乳清酸合成UMP乳清酸乳清苷酸尿嘧啶核苷酸UMP的合成小結(jié)由UMP合成UTPUMPCTP由UTP合成CTP在E. coli 中也可以以NH3為氮源CTP合成酶嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)ATPPyrimidine nucleotide biosynthesis is regulated by feedback inhibition:Regu

14、lation of the rate of pyrimidine nucleotide synthesis in bacteria occurs in large part through the enzyme aspartate transcarbamoylase (ATCase)P398合成的反饋控制機(jī)制天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶CTP和ATP對(duì)天門冬氨酸羧轉(zhuǎn)氨甲酰酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)3.4 核苷酸合成的補(bǔ)救途徑Salvage Synthesis of Nts利用食物吸收或自身核酸降解產(chǎn)生的堿基和核苷通過(guò)磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（APRT)或核苷激酶,實(shí)現(xiàn)核苷酸的合成。這一途徑稱之為補(bǔ)救合成途徑，或回收利用途徑。

15、人體細(xì)胞大多為全程合成，但在某些特殊類型的細(xì)胞中如在腦細(xì)胞中主要通過(guò)補(bǔ)救途徑合成。3.4.1 嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑1： 堿基核苷酸（主要途徑）腺嘌呤轉(zhuǎn)磷酸戊糖酶次黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖酶HGPRT3.4.1 嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑1： 堿基核苷酸（主要途徑）AcidAcid+自毀容貌綜合癥機(jī)理Lesch-Nyhan Syndrome HGPRT缺陷的男性兒童表現(xiàn)為一種自毀容貌綜合癥，為先天性遺傳疾?。ㄈ狈GPRT)，行為對(duì)立，侵略性強(qiáng)，自咬手指、腳趾、嘴唇等，智力低下。HGPRT：次黃嘌呤鳥(niǎo)嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖酶嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成Adenine + R-a-1-P Adenosine +

16、PiAdenosine + ATP AMP + ADP途徑2：堿基核苷核苷酸核苷磷酸化酶核苷激酶糖構(gòu)型轉(zhuǎn)為-型3.4.2 嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成Uracil + R-1-P Uridine + Pi Uridine + ATP UMP + ADPUracil + PRPP UMP + PPiCytosine不能與PRPP作用。尿嘧啶磷酸化酶尿苷激酶UMP磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶途徑2：堿基核苷核苷酸PRPPAMPIMPGMPOMPUMPXMPSAMPAdenineHypoxanthineGlnGluPRA 5-磷酸核糖胺GuanineXanthineOrotidelateUracilPRPP與核苷酸的合

17、成腺苷琥珀酸Cytosine X CMP3.5 脫氧核糖核苷酸的合成以核糖核苷酸為原料，通過(guò)核糖核苷酸還原酶(Nt-reductase)將核糖分子還原為脫氧核糖。多數(shù)生物中核糖核苷酸必須先行轉(zhuǎn)化為二磷酸核苷酸(NDP)水平，再還原為脫氧核苷二磷酸水平。少數(shù)生物在三磷酸核苷酸的水平上還原為脫氧核苷酸。脫氧核苷酸的合成除需還原酶外，還需另兩種氧還蛋白參與，即硫氧還蛋白(thioredoxin)和谷氧還蛋白(glutaredoxin)。3.5 脫氧核糖核苷酸的合成Ribonucleotide reductase核糖核苷酸還原酶3.5.1 核苷二磷酸水平的還原形成的產(chǎn)物dNDP 在激酶的作用下形成相應(yīng)

18、的dNTP。p399核糖核苷酸還原酶催化核糖核苷酸還原為脫氧核糖核苷酸H2O硫氧還蛋白谷氧還蛋白3.5.2 核苷三磷酸水平的還原核苷三磷酸水平的還原主要在乳酸菌、根瘤菌梭、梭狀芽孢桿菌、眼蟲(chóng)等生物里存在；還原途徑需要輔酶B12；氫的傳遞方式與NDP還原是相似的.輔酶B123.5.3 dTMP的生物合成N5,N10-methylene THFATHFA此步不是SAM提供一碳單位3.5.3 dTMP的生物合成3.5.4 脫氧核苷酸的補(bǔ)救合成脫氧核苷酸的補(bǔ)救合成只有一條途徑： 堿基脫氧核苷脫氧核苷酸以dTMP合成為例： Thymine + deoxyribose-1-P dTdT + ATP dTMP + ADPThymidylate phosphorylasedT kinase+3.5.5 脫氧核苷酸合成的調(diào)節(jié)核糖核苷酸還原酶抑制劑是產(chǎn)物dATP等激活劑是底物NDP等及ATP3.5.5 脫氧核苷酸合成的調(diào)節(jié)12443P399圖33-10Regulation of ribonucleotide reductase by deoxynucleoside triphosp