第九章核酸降解和核苷酸代謝

第九章核酸降解和核苷酸代謝第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一核酸水解糖苷鍵、磷酸酯鍵均可酸水解最不穩(wěn)定為嘌啉與脫氧核糖間的糖苷鍵酸水解RNA的磷酸酯鍵易堿解，DNA耐受堿濃度0.3-1M,37℃18－24h完成堿水解第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一外源核酸在小腸發(fā)生有限的消化吸收核酸在核酸酶的作用下，水解為寡核苷酸或單核苷酸單核苷酸可進一步降解為堿基、戊糖和磷酸。核酸酶解第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)核酸酶作用的位置不同，又可將核酸酶分為核酸外切酶（exonuclease）和核酸內切酶（endonuclease）。有些核酸酶能從DNA或RNA鏈的一端逐個水解下單核苷酸，所以稱為核酸外切酶。核酸內切酶催化水解多核苷酸內部的磷酸二酯鍵。核酸外切酶和核酸內切酶第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一限制性內切酶20世紀70年代，在細菌中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一類核酸內切酶，能識別雙鏈DNA分子中特定核苷酸序列，并在識別序列內或附近特異切割雙鏈DNA的核酸內切酶。稱為限制性核酸內切酶（restrictionendonuclease）第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一限制性內切酶的發(fā)現(xiàn)1953年，Arber研究噬菌體與細菌的關系，發(fā)現(xiàn)限制現(xiàn)象。1962年，Arber發(fā)現(xiàn)大腸桿菌對外來侵入的DNA有限制作用。預言了DNA限制性內切酶的存在。1968年，H·O·Smith分離出第一個內切酶。1971年，D·Nathans應用內切酶切割SV-40病毒的DNA，獲得了第一個DNA的內切圖譜限制性內切酶的發(fā)現(xiàn)啟動了基因工程時代三人共享了1978年的諾貝爾獎第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一限制與修飾現(xiàn)象限制酶天然存在于細菌體內，與相伴存在的甲基化酶共同構成細菌的限制-修飾系統(tǒng)。修飾和限制現(xiàn)象是50年代初發(fā)現(xiàn)的一種細菌自衛(wèi)的方式。細菌內兩種不同功能的酶：限制性內切酶；甲基化酶。甲基化酶能識別限制性內切酶所識別的堿基順序，并把其中某些堿基甲基化。被修飾酶甲基化了的DNA就不能被限制性內切酶降解第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一三類限制與修飾酶類型Ⅰ：多亞基雙功能酶，甲基化和切割由同一酶完成。識別位點和切割位點不一致，沒有固定切割位點類型Ⅱ：修飾和限制由兩個分開的酶完成。能識別雙鏈DNA的特殊序列，并可特異切割DNA類型Ⅲ：雙亞基雙功能酶，切割位點在識別位點下游24-26bp處。第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一限制性內切酶的命名HindⅢ前三個字母來自于菌種名稱H.influenzae，“ｄ”表示菌系為ｄ型血清型；“Ⅲ”表示分離到的第三個限制酶。EcoRI—EscherichiacoliRIHindⅢ—Haemophilus

influensaedⅢSacI(II)—Streptomyces

achromagenesI(Ⅱ)

限制酶由三部分構成，即菌種名（斜寫）、菌系編號、分離順序。第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一限制性內切酶的特點識別長度為4-8個核苷酸的特異序列；許多識別序列具回文結構，如HindⅢ的識別序列：

5`AAGCTT3`3`TTCGAA5切割產(chǎn)生的末端有粘端

(cohesive/stickyend)如BamHI(G↓GATCC)和平端

(bluntend)如SmaI(CCC↓GGG)第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一同裂酶與同尾酶來源不同但能識別和切割同一位點的酶稱為同功異源酶(isoschizomer),有時也稱同裂酶；有些限制酶識別序列不同，但是產(chǎn)生相同的粘性末端，這些酶稱為同尾酶（isocaudamer)第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一基因工程常用工具酶酶主要用途限制性核酸內切酶識別DNA特定序列，切割DNA分子DNA連接酶連接兩個DNA分子或片段大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ或Klenow酶制作DNA探針；合成cDNA第二鏈；填補雙鏈DNA3`凹端；DNA測序。TaqDNA聚合酶聚合酶鏈式反應（PCR）多核苷酸激酶多核苷酸5`-OH磷酸化，制末端標記探針末端轉移酶使3`-末端加同聚物尾S1核酸酶降解單鏈DNA或RNADNA酶Ⅰ在雙鏈DNA上產(chǎn)生隨機切口RNA酶A降解RNA逆轉錄酶補平反應，合成cDNA或制探針堿性磷酸酶切除核酸末端磷酸基第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一核苷酸的進一步水解核苷酸H2OPi5-Pi-戊糖+堿基核苷+Pi僅在E.Coli和棕色固氮菌中發(fā)現(xiàn)H2O堿基＋1-Pi-戊糖H2O堿基＋戊糖僅對植物和微生物的核糖核苷酸

第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一核苷酸分解代謝核苷酸水解，產(chǎn)生磷酸和核苷。核苷可在核苷酶的作用下進一步分解為戊糖和堿基。不同種類生物降解嘌呤堿基的能力不同，代謝產(chǎn)物的形式也各不相同。人類、靈長類、鳥類、爬蟲類以及大多數(shù)昆蟲體內缺乏尿酸酶，故嘌呤代謝的最終產(chǎn)物是尿酸。嘧啶的降解：嘧啶堿的分解過程比較復雜，包括水解脫氨基作用、氨化、還原、水解和脫羧基作用等。第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸分解第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一人體嘌呤分解代謝的特點氧化降解，環(huán)不打破;最終產(chǎn)物:尿酸;嘌呤代謝障礙:痛風癥第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤代謝的終產(chǎn)物尿酸靈長類，鳥類、爬蟲類、昆蟲等尿囊素哺乳動物（靈長類除外）尿囊酸硬骨魚尿素大多數(shù)魚類、兩棲類氨甲殼類、咸水瓣鰓類第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一嘧啶分解代謝特點還原降解，環(huán)被打破第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一生物體內的核苷酸，可以直接利用細胞中自由存在的堿基和核苷合成（補救途徑），也可以利用氨基酸和某些小分子物質為原料，經(jīng)一系列酶促反應從頭合成核苷酸（從頭合成途徑）。核苷酸的生物合成第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一嘌呤核苷酸的生物合成第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一嘧啶堿合成的元素來源

第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一合成嘧啶的原料主要是CO2、NH3和天冬氨酸。生物體先利用小分子化合物形成嘧啶環(huán)，形成乳清酸，然后再與核糖磷酸結合形成嘧啶核苷酸。首先形成的是尿苷酸，然后再轉變?yōu)槠渌奏ず塑账?。嘧啶核苷酸“從頭合成”途徑第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一

先合成嘧啶環(huán)，再與PRPP連接；先合成UMP，再轉變成其他嘧啶核苷酸。嘧啶核苷酸合成特點第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一

氨甲酰磷酸合成第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一

氨基甲酰磷酸合成酶I、II的區(qū)別CPSⅠCPSⅡ分布

線粒體（肝臟)胞液(所有細胞)氮源

NH3

Gln別構激活劑

N-乙酰谷氨酸無反饋抑制劑

無UMP(哺乳類動物)功能

尿素合成嘧啶合成第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一

第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一嘧啶核苷酸的補救合成

第27頁，共28頁，2023