核酸的酶促降解和核苷酸代謝 課件

第八章核酸的酶促降解

和核苷酸代謝第一節(jié)核酸的酶促降解第二節(jié)核苷酸的降解第三節(jié)核苷酸的合成代謝第八章核酸的酶促降解

和核1核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖堿基水解核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶何處去？進(jìn)入磷酸戊糖途徑或重新合成核酸？分解合成第一節(jié)核酸的酶促降解核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖堿基水核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶2DNARNA外切酶內(nèi)切酶特定部位的—限制性內(nèi)切酶核酸酶

（一）按底物分：DNA酶，RNA酶，有的酶可作用于DNA和RNA

（二）按作用方式分：

DNARNA外切酶內(nèi)切酶特定部位的—限制性內(nèi)切酶核酸酶（33’-核酸外切E：如蛇毒磷酸二酯E

從3’－OH端開始，生成5’-核苷酸5’-核酸外切E：如牛脾磷酸二酯E

從5’－OH端開始，生成3’-核苷酸

1、核酸外切E：從核酸鏈的一端逐個(gè)水解下核苷酸的酶（非特異性的）3’-核酸外切E：如蛇毒磷酸二酯E1、核酸4外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5′

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5′端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3′端外切3得5）外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5′ppppOHBpp5

2、核酸內(nèi)切酶：特異水解DNA或RNA分子內(nèi)的磷酸二酯鍵的酶(特異性強(qiáng))。如：牛胰核糖核酸酶：切嘧啶核苷3’－磷酸與相鄰核苷酸的3’，5’－磷酸二酯鍵，生成３’－嘧啶核苷酸

ＲＮaseT1水解鳥苷酸二酯鍵，生成３’－ＧＭＰ2、核酸內(nèi)切酶：特異水解DNA或RNA分子內(nèi)的磷酸二酯6BBPyBGBBBHOPPPPPPPOH牛脾磷酸二酯E蛇毒磷酸二酯E牛胰核酸E(RNaseI)RNaseT1BBPyBGB7內(nèi)切核酸酶對(duì)RNA的水解位點(diǎn)示意圖5′

p

p

p

pOHPyPuPyPy1′

p

p

pGACU

p

p

pGA3′RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶RNAaseT1專一性強(qiáng)內(nèi)切核酸酶對(duì)RNA的水解位點(diǎn)示意圖5′ppppOHP8限制性內(nèi)切酶

定義：細(xì)菌內(nèi)存在的一類能識(shí)別水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶。這些酶主要是從細(xì)菌中分離得到，能識(shí)別特定的核苷酸順序，但在細(xì)菌本身的DNA中，這些順序已被甲基化，因而不被水解，也就是說這些酶僅限于水解外源DNA以保護(hù)自身，故稱限制性酶。

限制酶都以內(nèi)切方式水解DNA產(chǎn)物：5’為P，3’為OH限制性內(nèi)切酶定義：細(xì)菌內(nèi)存在的一類能識(shí)別水解外源雙鏈D9

限制酶的作用特點(diǎn)：

①專一性很強(qiáng)；(對(duì)特定核苷酸順序?qū)Ｒ恍裕菍?duì)一種或幾種堿基專一），②對(duì)底物DNA有特異的識(shí)別位點(diǎn); ③這些位點(diǎn)的長(zhǎng)度一般在4-8堿基對(duì)范圍;④底物通常具有回紋結(jié)構(gòu);⑤切割后形成粘性末端或平末端。限制酶的作用特點(diǎn)：10

回文結(jié)構(gòu)：DNA局部雙螺旋以某一對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)180。后，與另一側(cè)的互補(bǔ)片段的順序完全相同的DNA結(jié)構(gòu)

粘性末端：雙鏈DNA分子經(jīng)限制性酶作用后，每條單鏈的一端帶有識(shí)別順序中幾個(gè)互補(bǔ)堿基，這樣的末端稱～。5’…pGAATTCp…3’EcoRI5’…pGAATTCp…3’3’…pCTTAAGp…5’3’…pCTTAAGp…5’回文結(jié)構(gòu)：DNA局部雙螺旋以某一對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)180。后113、核酸內(nèi)切兼外切酶：例：核酸酶P1，先內(nèi)切再外切3、核酸內(nèi)切兼外切酶：例：核酸酶P1，先內(nèi)切再外切12常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一性酶辨認(rèn)的序列和切口說明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一性酶辨認(rèn)的序列和切口說明‥‥13限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號(hào)屬名種名株名例：EcoRI，這是從大腸桿菌（Ecoli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶

限制性內(nèi)切酶是分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNA限制圖譜、進(jìn)行DNA序列測(cè)定和基因分離、基因體外重組等研究中不可缺少的工具，是一把天賜的神刀，用來解剖纖細(xì)的DNA分子。限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號(hào)屬名種名株名例：E14第二節(jié)核苷酸的降解一、核苷酸的降解

核苷酸酶

核苷酸核苷

H2OPi

核苷磷酸化酶核苷水解酶

堿基+戊糖-1-P堿基+戊糖

（所有生物體）（植物、微生物，且只對(duì)核糖核苷作用）第二節(jié)核苷酸的降解一、核苷酸的降解核15二、嘌呤的降解腺嘌呤脫氨酶

次黃嘌呤黃嘌呤氧化酶鳥嘌呤脫氨酶

黃嘌呤黃嘌呤氧化酶尿囊素尿酸(哺乳動(dòng)物）（人類、靈長(zhǎng)目）尿囊酸尿素CO2+NH3二、嘌呤的降解腺嘌呤脫氨酶次黃嘌16三、嘧啶的降解尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶

二氫尿嘧啶β-脲基丙酸二氫胸腺嘧啶

β-丙氨酸β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸CO2+NH3

三、嘧啶的降解尿嘧啶胞嘧啶17主要發(fā)生在肝臟，常因各種抑制物甚至生理緊張導(dǎo)致其中的某些酶缺乏，影響細(xì)胞生長(zhǎng)?！皬念^合成”途徑（通常情況下占95%）核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi核糖核苷酸輔酶RNA脫氧核糖核苷酸DNA“補(bǔ)救”途徑(腦和骨髓)內(nèi)外源核酸分解核苷堿基、Pi脫氧核苷核酸類補(bǔ)品原理所在可提高康復(fù)速度第三節(jié)核苷酸的合成代謝主要發(fā)生在肝臟，常因各種抑制物甚至生理緊張導(dǎo)致其中的某些酶缺18嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸小分子化合物小分子化合物PRPP

IMP（具嘌呤環(huán)）乳清酸（具嘧啶環(huán)）AMPPRPPXMPGMPUMP

(黃嘌呤核苷酸）一、核糖核苷酸的合成嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸一、核糖核苷酸的合成19嘌呤堿天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2（一）嘌呤核苷酸的合成1、“從頭合成”途徑嘌呤環(huán)的元素來源：嘌呤堿天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2（一）嘌呤核苷酸的20CH2OP

O

OH

OHOHCH2OP

O

O-P-P

OHOH5-磷酸核糖（R-5-P）5-磷酸核糖-1-焦磷酸

（PRPP）CH2OP

ONH2

OHOHaβPRPP激酶ATPAMPGln

Glu+PPiCH2OP

O

CH2O21特點(diǎn)：（1）嘌呤核苷酸的合成是直接形成次黃嘌呤核苷酸（IMP，又稱肌苷酸），然后才轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌堰屎塑账帷＃?）5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）是核苷酸中核糖磷酸部分的供體。（3）嘌呤的各個(gè)原子是在PRPP的C1位置上逐漸加上去的。其關(guān)鍵步驟是從PRPP和Gln形成5-磷酸核糖胺。在這個(gè)反應(yīng)中，C1從a-構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)棣?構(gòu)型。特點(diǎn)：（1）嘌呤核苷酸的合成是直接形成次黃嘌呤核苷酸22核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件23核苷酸在細(xì)胞內(nèi)合成有兩條途徑:⑴從頭合成途徑：由氨基酸、磷酸戊酸、CO2和NH3這些化合物合成核苷酸，叫做從頭合成途徑或叫做從無到有途徑。⑵補(bǔ)救途徑：由預(yù)先形成的核苷和堿基合成核苷酸叫做補(bǔ)救途徑。核苷酸在細(xì)胞內(nèi)合成有兩條途徑:242、補(bǔ)救途徑AAMPG+PRPP嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移E

GMP+PPiIIMP嘌呤核糖磷酸化酶核苷

R-1-PPi

ATP核苷酸激酶

ADP核苷酸2、補(bǔ)救途徑A25天冬氨酸NH3CO2嘧啶環(huán)合成后+磷酸核糖C(U)MP(二）嘧啶核苷酸的合成1、“從頭合成”途徑嘧啶環(huán)元素來源：天冬氨酸NH3CO2嘧啶環(huán)合成后+磷酸核糖C(U)MP(二）26起始反應(yīng)：Gln+CO2+2ATPH2N-C-O-P+Glu+2ADP+PiO起始反應(yīng)：Gln+CO2+2ATP272、補(bǔ)救途徑U+PRPPUMP磷酸核糖UMP+PPi

轉(zhuǎn)移酶U+R-1-P尿苷磷酸化酶尿苷ATPADPUMP2、補(bǔ)救途徑U+PRPPUMP磷酸核糖UMP+28二、脫氧核糖核苷酸的生物合成

1、核糖核苷酸的還原NMP+ATP激酶NDP+ADPNADP+硫氧還蛋白還原ENADPH·H+硫氧還蛋白-（SH）硫氧還蛋白-S-SNDP核糖核苷酸還原EdNDP+H2O二、脫氧核糖核苷酸的生物合成1、核糖核苷酸的還原NADP+292、dTMP的合成dCMPUMPdUMPdTMP脫氧胸苷T+脫氧核糖-1-P2、dTMP的合成dCMPUMP30三、NMP轉(zhuǎn)變?yōu)镹DP和NTP在生物合成和能量轉(zhuǎn)換中，核苷酸的活潑形式是NDP和NTP。NMP+ATP激酶NDP+ADPNDP+ATP激酶NTP+ADP·三、NMP轉(zhuǎn)變?yōu)镹DP和NTP在生物合成和能量轉(zhuǎn)換31

各種核苷酸合成的相互關(guān)系﹀﹀

﹀﹀32第八章核酸的酶促降解

和核苷酸代謝第一節(jié)核酸的酶促降解第二節(jié)核苷酸的降解第三節(jié)核苷酸的合成代謝第八章核酸的酶促降解

和核33核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖堿基水解核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶何處去？進(jìn)入磷酸戊糖途徑或重新合成核酸？分解合成第一節(jié)核酸的酶促降解核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖堿基水核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶34DNARNA外切酶內(nèi)切酶特定部位的—限制性內(nèi)切酶核酸酶

（一）按底物分：DNA酶，RNA酶，有的酶可作用于DNA和RNA

（二）按作用方式分：

DNARNA外切酶內(nèi)切酶特定部位的—限制性內(nèi)切酶核酸酶（353’-核酸外切E：如蛇毒磷酸二酯E

從3’－OH端開始，生成5’-核苷酸5’-核酸外切E：如牛脾磷酸二酯E

從5’－OH端開始，生成3’-核苷酸

1、核酸外切E：從核酸鏈的一端逐個(gè)水解下核苷酸的酶（非特異性的）3’-核酸外切E：如蛇毒磷酸二酯E1、核酸36外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)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5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3′端外切3得5）外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5′ppppOHBpp37

2、核酸內(nèi)切酶：特異水解DNA或RNA分子內(nèi)的磷酸二酯鍵的酶(特異性強(qiáng))。如：牛胰核糖核酸酶：切嘧啶核苷3’－磷酸與相鄰核苷酸的3’，5’－磷酸二酯鍵，生成３’－嘧啶核苷酸

ＲＮaseT1水解鳥苷酸二酯鍵，生成３’－ＧＭＰ2、核酸內(nèi)切酶：特異水解DNA或RNA分子內(nèi)的磷酸二酯38BBPyBGBBBHOPPPPPPPOH牛脾磷酸二酯E蛇毒磷酸二酯E牛胰核酸E(RNaseI)RNaseT1BBPyBGB39內(nèi)切核酸酶對(duì)RNA的水解位點(diǎn)示意圖5′

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pOHPyPuPyPy1′

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pGACU

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pGA3′RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶RNAaseT1專一性強(qiáng)內(nèi)切核酸酶對(duì)RNA的水解位點(diǎn)示意圖5′ppppOHP40限制性內(nèi)切酶

定義：細(xì)菌內(nèi)存在的一類能識(shí)別水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶。這些酶主要是從細(xì)菌中分離得到，能識(shí)別特定的核苷酸順序，但在細(xì)菌本身的DNA中，這些順序已被甲基化，因而不被水解，也就是說這些酶僅限于水解外源DNA以保護(hù)自身，故稱限制性酶。

限制酶都以內(nèi)切方式水解DNA產(chǎn)物：5’為P，3’為OH限制性內(nèi)切酶定義：細(xì)菌內(nèi)存在的一類能識(shí)別水解外源雙鏈D41

限制酶的作用特點(diǎn)：

①專一性很強(qiáng)；(對(duì)特定核苷酸順序?qū)Ｒ恍?，而非?duì)一種或幾種堿基專一），②對(duì)底物DNA有特異的識(shí)別位點(diǎn); ③這些位點(diǎn)的長(zhǎng)度一般在4-8堿基對(duì)范圍;④底物通常具有回紋結(jié)構(gòu);⑤切割后形成粘性末端或平末端。限制酶的作用特點(diǎn)：42

回文結(jié)構(gòu)：DNA局部雙螺旋以某一對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)180。后，與另一側(cè)的互補(bǔ)片段的順序完全相同的DNA結(jié)構(gòu)

粘性末端：雙鏈DNA分子經(jīng)限制性酶作用后，每條單鏈的一端帶有識(shí)別順序中幾個(gè)互補(bǔ)堿基，這樣的末端稱～。5’…pGAATTCp…3’EcoRI5’…pGAATTCp…3’3’…pCTTAAGp…5’3’…pCTTAAGp…5’回文結(jié)構(gòu)：DNA局部雙螺旋以某一對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)180。后433、核酸內(nèi)切兼外切酶：例：核酸酶P1，先內(nèi)切再外切3、核酸內(nèi)切兼外切酶：例：核酸酶P1，先內(nèi)切再外切44常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一性酶辨認(rèn)的序列和切口說明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一性酶辨認(rèn)的序列和切口說明‥‥45限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號(hào)屬名種名株名例：EcoRI，這是從大腸桿菌（Ecoli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶

限制性內(nèi)切酶是分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNA限制圖譜、進(jìn)行DNA序列測(cè)定和基因分離、基因體外重組等研究中不可缺少的工具，是一把天賜的神刀，用來解剖纖細(xì)的DNA分子。限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號(hào)屬名種名株名例：E46第二節(jié)核苷酸的降解一、核苷酸的降解

核苷酸酶

核苷酸核苷

H2OPi

核苷磷酸化酶核苷水解酶

堿基+戊糖-1-P堿基+戊糖

（所有生物體）（植物、微生物，且只對(duì)核糖核苷作用）第二節(jié)核苷酸的降解一、核苷酸的降解核47二、嘌呤的降解腺嘌呤脫氨酶

次黃嘌呤黃嘌呤氧化酶鳥嘌呤脫氨酶

黃嘌呤黃嘌呤氧化酶尿囊素尿酸(哺乳動(dòng)物）（人類、靈長(zhǎng)目）尿囊酸尿素CO2+NH3二、嘌呤的降解腺嘌呤脫氨酶次黃嘌48三、嘧啶的降解尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶

二氫尿嘧啶β-脲基丙酸二氫胸腺嘧啶

β-丙氨酸β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸CO2+NH3

三、嘧啶的降解尿嘧啶胞嘧啶49主要發(fā)生在肝臟，常因各種抑制物甚至生理緊張導(dǎo)致其中的某些酶缺乏，影響細(xì)胞生長(zhǎng)?！皬念^合成”途徑（通常情況下占95%）核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi核糖核苷酸輔酶RNA脫氧核糖核苷酸DNA“補(bǔ)救”途徑(腦和骨髓)內(nèi)外源核酸分解核苷堿基、Pi脫氧核苷核酸類補(bǔ)品原理所在可提高康復(fù)速度第三節(jié)核苷酸的合成代謝主要發(fā)生在肝臟，常因各種抑制物甚至生理緊張導(dǎo)致其中的某些酶缺50嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸小分子化合物小分子化合物PRPP

IMP（具嘌呤環(huán)）乳清酸（具嘧啶環(huán)）AMPPRPPXMPGMPUMP

(黃嘌呤核苷酸）一、核糖核苷酸的合成嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸一、核糖核苷酸的合成51嘌呤堿天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2（一）嘌呤核苷酸的合成1、“從頭合成”途徑嘌呤環(huán)的元素來源：嘌呤堿天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2（一）嘌呤核苷酸的52CH2OP

O

OH

OHOHCH2OP

O

O-P-P

OHOH5-磷酸核糖（R-5-P）5-磷酸核糖-1-焦磷酸

（PRPP）CH2OP

ONH2

OHOHaβPRPP激酶ATPAMPGln

Glu+PPiCH2OP

O

CH2O53特點(diǎn)：（1）嘌呤核苷酸的合成是直接形成次黃嘌呤核苷酸（IMP，又稱肌苷酸），然后才轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌堰屎塑账帷＃?）5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）是核苷酸中核糖磷酸部分的供體。（3）嘌呤的各個(gè)原子是在PRPP的C1位置上逐漸加上去的。其關(guān)鍵步驟是從PRPP和Gln形成5-磷酸核糖胺。在這個(gè)反應(yīng)中，C1從a-構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)棣?構(gòu)型。特點(diǎn)：（1）嘌呤核苷酸的合成是直接形成次黃嘌呤核苷酸54核酸的酶促降解和核苷酸代謝課件55核苷酸在細(xì)胞內(nèi)合成有兩條途徑:⑴從頭合成途徑：由氨基酸、磷酸戊酸、CO2和NH3這些化合物合成核苷酸，叫做從頭合成途徑或叫做從無到有途徑。⑵補(bǔ)救途徑：由預(yù)先形成的核苷和堿基合成核苷酸叫做補(bǔ)救途徑。核苷酸在細(xì)胞內(nèi)合成有兩條途徑:562、補(bǔ)救途徑AAMPG+PRPP嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移E

GMP+PPiI