核酸的降解和核苷酸的代谢.ppt

,一、核酸的酶促降解二、核苷酸的生物降解三、核苷酸的生物合成,主要内容,本章重点讨论核酸酶的类别和特点，对核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。,核酸,核酸酶,单核苷酸,磷酸单脂酶,核苷,嘧啶（嘌呤）,核苷酶,核苷磷酸化酶,嘧啶（嘌呤）,核糖-1-磷酸,脱氧核糖-1-磷酸,核糖-5-磷酸,磷酸戊糖途径,醛缩酶,乙醛,甘油醛-3-磷酸,核酸是核苷酸以3、5-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶），即水解核酸的酶。,根据对底物的专一性分为,核糖核酸酶(RNase)：只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase）,脱氧核糖核酸酶(DNase)：只能水解DNA磷酸二酯键的酶。,非特异性核酸酶：既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶,根据切割位点分为,核酸内切酶,核酸外切酶,1.核酸酶,核酸酶的分类,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。,非特异性核酸酶,核酸外切酶,2、核酸酶的作用特点,内切核酸酶对RNA的水解位点示意图,RNAaseI,RNAaseI,RNAaseT1,RNAaseT1,Pu：嘌呤Py：嘧啶,将核酸从内部分解成较小的核苷酸链。很多核酸内切酶无选择性。但在某些细菌和蓝藻中，存在一类特殊的核酸内切酶，称为限制性核酸内切酶。这类酶在双链DNA上能识别特殊的核苷酸序列。,限制性核酸内切酶（restrictionendounuclease）是一类具有极高专一性，在特殊核苷酸序列（48碱基回文序列）处，识别并切割外源双链DNA，形成黏性末端（由限制性内切酶切割后，在双链DNA的切口处产生交错互补的单链末端）或平齐末端的核酸外切酶，是基因工程的重要工具。生物学功能：降解外源侵入的DNA，但不降解经修饰酶甲基化保护的自身DNA。,核酸内切酶,作用类别：,核酸内切酶：磷酸二酯酶，作用点在核酸内部，产物是寡核苷酸链。核酸外切酶：磷酸单酯酶，作用于核酸两端，产物是单核苷酸。,RNA:RNase(酶稳定、耐高温)DNA:DNase(种类多、工具酶),限制性内切酶,类型命名意义,原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（ristrictionendonuclease）。发现：1952，SmithHuman用T4phage感染E.coli.提出了限制与修饰现象。,限制性内切酶类型,I型：分子量大于105，多亚基，需S-线苷蛋氨酸、ATP和Mg2+，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限制与修饰相排斥的多功能酶.内切、修饰，识别与切割位点不一致,型：分子量小于105，需Mg2+，切割位点位于识别位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物学研究所用的限制性内切酶均为此类。识别与切割位点统一,I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，切割双链，个别也切割单链。是限制与修饰相多功能酶.切割方式基本同类,限制性内切酶的命名和意义,EcoRI,序号,属名,种名,株名,例：EcoRI，这是从大肠杆菌（Ecoli）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。,核酸酶,核酸,5-磷酸核糖-1-焦磷酸,核酸的降解和重新利用,核酸的分解产物碱基和戊糖可被直接吸收，未被分解的核苷也可以直接吸收。核酸的消化产物吸收后，由门静脉进入肝脏。戊糖可以被分解或合成体内的核酸肠道吸收的碱基只有很少量可以用于合成体内的核酸，绝大部分碱基被分解排除体外。虽然食物来源的碱基几乎不能掺入到组织的核酸中，但非肠道输入的化合物却可能掺入组织的核酸中。例如注射的脱氧胸苷可以掺入新合成的DNA中。,1、嘌呤的分解,嘌呤碱包括：A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤不同动物嘌呤代谢的最终产物也不同,人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素硬骨鱼类：尿囊酸大多数鱼类、两栖类：尿素,二、核苷酸的生物降解,某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。,（人类和灵长类动物）,（灵长类以外的哺乳动物）,嘌呤碱的分解,痛风(gout)：是尿酸过量生产或尿酸排泻不充分引起的尿酸堆积造成的，尿酸结晶堆积在软骨，软组织，肾脏以及关节处。在关节处的沉积会造成剧烈的疼痛。,痛风症的治疗机制,别嘌呤醇,别嘌呤醇,次黄嘌呤,自杀抑制作用（suicidesubstrate）:底物类似物物经酶催化生成的产物变成了该酶的抑制剂，例如别嘌呤醇对黄嘌呤氧化酶的抑制就属于这种类型。,2、嘧啶的分解,乙酸+3NH3+2CO2,排出体外或进入有机酸代谢。,1、嘌呤核苷酸的生物合成,从头合成途径,补救途径,2、嘧啶核苷酸的生物合成,从头合成途径,补救合成途径,三、核苷酸的生物合成,3、脱氧核苷酸的合成,（1）嘌呤环上各原子的来源,3.1嘌呤核苷酸的生物合成（AMP、GMP),合成嘌呤核苷酸，先合成IMP（次黄嘌呤核苷酸），再转化为AMP、GMP。,1、从头合成,IMP的合成是从5-磷酸核糖开始的，先与ATP反应生成5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤环的各原子在PRPP的C-1位置上逐渐加上去。,（2）IMP的合成,5-磷酸核糖焦磷酸,5-磷酸核糖胺,甘氨酸,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨咪核苷酸,5-氨基咪唑核苷酸,5-氨基咪唑-4-羧核苷酸,IMP的生物合成,5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,次黄嘌呤核苷酸（IMP）,甲酰THFA,5-磷酸核糖+ATP,磷酸核糖焦磷酸激酶,Mg2+,（3）IMP转变为GMP和AMP,主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺乏，影响细胞生长。,“从头合成”途径（通常情况下占95%）,核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi,核糖核苷酸,辅酶,RNA,脱氧核糖核苷酸,DNA,“补救”途径,内外源核酸分解,核苷,碱基、Pi,脱氧核苷,核酸类补品原理所在可提高康复速度,由嘌呤碱和核苷合成核苷酸,(利用已有的碱基和核苷合成核苷酸),生物体内只发现有腺苷激酶）,嘌呤磷酸核糖转移酶在人类嘌呤核苷酸的合成代谢中起重要作用自毁容貌症患者脑中缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，使嘌呤核苷酸补救途径受阻，导致中枢神经系统功能失常，自我毁伤等。,“从头合成”中碱基各原子来源通过放射性同位素法推断,嘌呤碱,甘氨酸,磷酸核糖C1上逐个安插成嘌呤碱成分，形成A(G)MP。,与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸。,二、嘧啶核苷酸的合成,1、从头合成,（1）嘧啶环上各原子的来源,氨甲酰磷酸,（2）尿嘧啶核苷酸的合成,乳清酸尿症：是一种遗传性疾病。由于患者体内缺乏乳清磷酸核糖转移酶和乳清酸核苷酸脱羧酶，是嘧啶合成的中间产物乳清酸不能进一步代谢而堆积所致，为罕见的常染色体隐性遗传病。症状:患儿出生时无异常，生后26个月开始逐渐出现体格及智能发育落后。伴面色苍白、蓝色巩膜、斜视、肌张力低及脾肿大，巨幼细胞性贫血、白细胞低下。,尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln（动物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。,UMP+ATP,尿嘧啶核苷酸激酶Mg2+,UDP+ADP,UDP+ATP,核苷二磷酸激酶Mg2+,UTP+ADP,CTP合成酶,UTP+Gln（NH4+）+ATP+H2O,CTP+Glu+ADP+Pi,（3）胞嘧啶核苷酸的合成,嘧啶碱与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,（