核酸的降解和核苷酸代謝

關(guān)于核酸的降解和核苷酸代謝核酸酶實(shí)質(zhì)是磷酸二脂酶。根據(jù)酶對底物的專一性分為：核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、非特異性核酸酶。根據(jù)酶的作用方式分：內(nèi)切酶、外切酶。第一節(jié)核酸的酶促降解

核酸酶

核酸核苷酸3’、5’-磷酸二酯鍵第2頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一、

核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯鍵的酶（RNase），不同的RNase專一性不同。牛胰核糖核酸酶I（RNaseI），作用位點(diǎn)是嘧啶核苷-3’-磷酸與其它核苷酸間的連接鍵。（內(nèi)切核酸酶）核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位點(diǎn)是3’-鳥苷酸與其它核苷酸的5’-OH間的鍵。（內(nèi)切核酸酶）5′

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pOHPyPuPyPu1′

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pGACU

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pGA3′RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1第3頁,共37頁，2024年2月25日，星期天只能水解DNA磷酸二酯鍵的酶。牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），可切割雙鏈和單鏈DNA，降解產(chǎn)物為3’-磷酸為末端的寡核苷酸。限制性核酸內(nèi)切酶：細(xì)菌體內(nèi)能識別并水解外源雙源DNA的核酸內(nèi)切酶，可特異切割外源DNA特定序列中的磷酸二脂鍵(對堿基序列專一），切斷雙鍵，常作為工具酶。

二、脫氧核糖核酸酶第4頁,共37頁，2024年2月25日，星期天限制性內(nèi)切酶類型

I型：識別位點(diǎn)與切割位點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)Ⅱ型：切割位點(diǎn)位于識別位點(diǎn)上，產(chǎn)物為專一性片段。分子生物學(xué)研究所用的限制性內(nèi)切酶均為此類。Ⅲ型：識別位點(diǎn)為5-7bp的非對稱序列

，切割位點(diǎn)在順序之外離識別序列5-10bp第5頁,共37頁，2024年2月25日，星期天產(chǎn)生3ˊ-OH和5ˊ-P的末端限制性內(nèi)切酶Ⅱ第6頁,共37頁，2024年2月25日，星期天限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號屬名種名株名例：EcoRI，這是從大腸桿菌（E.coli）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。第7頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共37頁，2024年2月25日，星期天既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯鍵的核酸酶。小球菌核酸酶（內(nèi)切酶），可作用于RNA或變性的DNA，產(chǎn)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、非特異性核酸酶第9頁,共37頁，2024年2月25日，星期天蛇毒磷酸二酯酶能從RNA或DNA鏈的游離的3’-OH逐個(gè)水解，生成5’-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶從游離的5’-OH開始逐個(gè)水解，生成3’核苷酸。第10頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核苷酸的生物降解核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸單酯酶）核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷磷酸嘌呤或嘧啶戊糖-1-磷酸第11頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核苷酸的生物降解核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸單酯酶）核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷磷酸嘌呤或嘧啶戊糖-1-磷酸一、核苷酸的降解

第12頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一、核苷酸的降解

1、核苷酸酶（磷酸單脂酶）水解核苷酸，產(chǎn)生核苷和磷酸。第13頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、核苷磷酸化酶廣泛存在，反應(yīng)可逆

核苷+磷酸核苷磷酸化酶堿基+戊糖-1-磷酸第14頁,共37頁，2024年2月25日，星期天不同生物降解的產(chǎn)物不同

二、嘌呤的降解第15頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（人類和靈長類動(dòng)物）（靈長類以外的哺乳動(dòng)物）第16頁,共37頁，2024年2月25日，星期天尿囊酸酶H2O脲酶2H2O4NH3+2CO2乙醛酸尿素OHNH2尿囊酸（植物）（魚類、兩棲類）（海洋無脊椎動(dòng)物）脫氨氧化水解第17頁,共37頁，2024年2月25日，星期天三、嘧啶的降解脫氨還原水解第18頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一、嘌呤核苷酸的生物合成從頭合成途徑補(bǔ)救途徑二、嘧啶核苷酸的生物合成從頭合成途徑補(bǔ)救合成途徑第三節(jié)核苷酸的生物合成三、脫氧核苷酸的合成第19頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（1）嘌呤環(huán)上各原子的來源N3N9N7N1C2C6C4C5C8來自谷氨酰胺的酰胺氮來自甲酸來自甲酸來自天冬氨酸來自甘氨酸來自CO2一、嘌呤核苷酸的生物合成（AMP、GMP)合成嘌呤核苷酸，先合成IMP，再轉(zhuǎn)化為AMP、GMP。1、從頭合成第20頁,共37頁，2024年2月25日，星期天IMP的合成是從5-磷酸核糖開始的，先于ATP反應(yīng)生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤環(huán)的各原子在PRPP的C-1位置上逐漸加上去。（2）

IMP的合成第21頁,共37頁，2024年2月25日，星期天5-P核糖ATPAMP5-P核糖-1-焦磷酸

IMP945783612川IMP的合成是從5-磷酸核糖開始的，先于ATP反應(yīng)生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤環(huán)的各原子在PRPP的C-1位置上逐漸加上去。第22頁,共37頁，2024年2月25日，星期天5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲酰THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP→IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPi總反應(yīng)式：第23頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（3）IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP第24頁,共37頁，2024年2月25日，星期天嘌呤核苷+磷酸核苷磷酸化酶嘌呤堿+戊糖-1-磷酸2、

補(bǔ)救途徑(利用已有的堿基和核苷合成核苷酸)(1)磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（重要途徑）次黃嘌呤（鳥嘌呤）+5-PRPP次黃嘌呤(鳥嘌呤)磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶IMP（GMP)+PPi腺嘌呤+5-PRPP腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶AMP+PPi第25頁,共37頁，2024年2月25日，星期天腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷，后者在腺苷激酶的作用下與ATP反應(yīng)，生成腺嘌呤核苷酸。2、核苷激酶途徑（生物體內(nèi)只發(fā)現(xiàn)有腺苷激酶）堿基+核糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷+Pi腺苷+ATP腺苷激酶腺苷酸+ADP第26頁,共37頁，2024年2月25日，星期天與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸時(shí)，首先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖結(jié)合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)化為胞嘧啶核苷酸。二、嘧啶核苷酸的合成1、

從頭合成第27頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（1）嘧啶環(huán)上各原子的來源

來自天冬氨酸來自CO2來自NH3NNCCCC654321氨甲酰磷酸第28頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（2）尿嘧啶核苷酸的合成天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶二氫乳清酸酶二氫乳清酸脫氫酶乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+乳清苷酸脫羧酶第29頁,共37頁，2024年2月25日，星期天尿嘧啶核苷三磷酸可直接與NH3（細(xì)菌）或Gln（動(dòng)物）反應(yīng)，生成胞嘧啶核苷三磷酸。UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶／Mg2+UDP+ADPUDP+ATP核苷二磷酸激酶／Mg2+UTP+ADPCTP合成酶UTP+Gln（NH4+）+ATP+H2OCTP+Glu+ADP+Pi（3）胞嘧啶核苷酸的合成第30頁,共37頁，2024年2月25日，星期天嘧啶堿與1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。嘧啶堿+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）磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（胞嘧啶不行）尿嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶+5-PRPPUMP+PPi2、

補(bǔ)救途徑（1）

嘧啶核苷激酶途徑（重要途徑）第31頁,共37頁，2024年2月25日，星期天脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸衍生而來的。三、脫氧核苷酸的合成第32頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（1）核糖核苷酸的還原反應(yīng)NADP+NADPH+H+硫氧還蛋白還原酶FAD核糖核苷酸還原酶（B1和B2）ATP、Mg2+硫氧還蛋白（還原型）SHSH硫氧還蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脫氧核糖核苷二磷酸ADP、GDP、CDP、UDP腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經(jīng)還原，將核糖第二位碳原子的氧脫去，即成為相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸。還原反應(yīng)一般在核苷二磷酸（NDP）水平上進(jìn)行第33頁,共37頁，2024年2月25日，星期天由尿嘧啶脫氧核苷酸（dUMP）經(jīng)甲基化生成。Ser提供甲基，NADPH提供還原當(dāng)量。（2）胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成H第34頁,共37頁，2024年2月25日，星期天胸腺嘧啶核苷酸合成酶dUMP+N5,N10-亞甲基THFAdTMP+二氫葉酸二氫葉酸還原酶7，8-二氫葉酸+NADPH+H+5，6，7，8-THFA+NDAP+Ser羥甲基轉(zhuǎn)移酶Ser+THF