《生物化学》课件-核酸的酶促降解和核苷酸代谢

第十一章核酸的酶促降解和核苷酸代谢,本章重点讨论核酸酶的类别和特点，介绍核苷酸的生物合成和分解代谢。,第一节核酸的酶促降解,返回,第三节核苷酸的合成代谢,第二节核苷酸的分解代谢,第一节核酸的酶促降解,一、核酸酶,二、限制性内切酶,核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷碱基+戊糖-1-P,磷酸,核酸酶,1、核酸酶的分类,（1）根据对底物的专一性分为,（2）根据切割位点分为,2、核酸酶的作用特点,外切核酸酶对核酸的水解位点,5,OH,B,3,B,B,B,B,B,B,B,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）,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,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）。,常用的DNA限制性内切酶的专一性,酶,辨认的序列和切口,说明,AGCTTCGA,GGATCCCCTAGG,AGATCTTCTAGA,GAATTCCTTAAG,AAGCTTTTCGAA,GTCGACCAGCTG,CCCGGGGGGCCC,BamHI,AluI,BglI,EcoRI,Hind,SalI,SmaI,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,限制性内切酶类型,I型：分子量大于105，多亚基，需S-腺苷蛋氨酸、ATP和Mg2+，识别位点与切割位点相差甚远，切割的核苷酸顺序没有专一性，是随机的。,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。,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。这种限制性内切酶切割后产生的一定长度DNA片段，具有各种单链末端。,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。,第二节核苷酸的降解,二、嘧啶的降解,一、嘌呤的降解,核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷碱基+（脱氧）戊糖-1-P,磷酸,嘌呤的分解,1、分解最终产物,2、分解途径,人体嘌呤分解代谢的几点说明（1）腺嘌呤的脱氨基主要在核苷和核苷酸的水平上，因为动物组织中腺嘌呤脱氨酶含量少，而腺嘌呤核苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性高。鸟嘌呤脱氨主要在碱基水平上，因为鸟嘌呤脱氨酶分布广。（2）氧化降解，环不打破，最终产物尿酸。（3）嘌呤核苷酸的分解代谢主要在肝、小肠和肾中进行；血液中尿酸含量高可导致痛风症。,嘧啶的分解,人体嘧啶核苷酸分解代谢特点,1、环被打破2、终产物:NH3/CO2./-丙氨酸-氨基异丁酸,第三节核苷酸的合成代谢,一、核糖核苷酸的生物合成,二、脱氧核糖核苷酸的生物合成,三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷三磷酸（自学）,四、各种核苷酸的相互转变,核糖核苷酸的生物合成,1、嘌呤核苷酸的生物合成,(1)从头合成途径,(2)补救途径,2、嘧啶核苷酸的生物合成,(1)从头合成途径,(2)补救合成途径,嘌呤环上各原子的来源,来自谷氨酰胺的酰胺氮,来自“甲酸盐”,来自天冬氨酸,来自甘氨酸,来自CO2,来自“甲酸盐”,5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶5-磷酸核糖焦磷酸激酶,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,甲酰甘氨脒核苷酸,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,IMP转变为GMP和AMP,嘌呤核苷酸的从头合成小结,合成部位：细胞液(肝、小肠、胸腺)合成步骤：1、次黄嘌呤核苷酸（IMP）的合成2、IMP转变成AMP与GMP合成特点:沿合成核苷酸的途径进行IMP合成从5-P-核糖开始的，在ATP参与下先形成PRPP；嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的合成原料:甘氨酸/天冬氨酸/谷氨酰胺/CO2甲酸限速酶：磷酸核糖酰胺转移酶,嘌呤核苷酸合成补救途径,嘌呤核苷酸的补救合成小结,合成部位:细胞液(脑、骨髓为主)合成特点:过程简单,耗能少.利用现成的嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸.特异性酶:腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT),补救合成途径的生理意义:,1.节约从头合成时需要的能量和一些氨基酸2.脑、骨髓等由于缺乏有关酶而不能进行从头合成,只能利用自由嘌呤碱或嘌呤核苷进行补救合成.基因缺陷导致HGPRT完全缺乏的患儿,缺乏该酶使得次黄嘌呤和鸟嘌呤不能转换为IMP和GMP,而是降解为尿酸,过量尿酸积累，表现为自毁容貌征或称:Lesch-Nyhan综合征,嘧啶核苷酸从头合成途径,c、UMP转变为CTP,a、嘧啶环上原子的来源,b、UMP的从头合成,嘧啶环上各原子的来源,天冬氨酸,CO2,NH3,N,N,C,C,C,C,6,5,4,3,2,1,氨甲酰磷酸,尿嘧啶核苷酸合成途径,两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较,合成酶合成酶,分布线粒体（肝）胞液（所有细胞）氮源氨谷氨酰胺变构激活剂N-乙酰谷氨酸无反馈抑制剂无UMP（哺乳动物）功能尿素合成嘧啶合成,嘧啶核苷酸的从头合成小结,原料：谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸特点：与嘌呤核苷酸从头合成途径不同，先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连而成。,嘧啶核苷酸补救合成途径,尿嘧啶+PRPP,尿嘧啶+1-P-核糖,尿嘧啶核苷+ATP,UMP+PPi,尿嘧啶核苷+Pi,UMP+ADP,脱氧核苷酸的合成,2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,1、脱氧核苷酸的合成,核糖核苷酸的还原反应,核苷二磷酸还原酶,核糖核苷酸的还原反应,FAD,核苷二磷酸还原酶,ATP、Mg2+,硫氧还蛋白还原酶,核糖核苷二磷酸,+H2O,脱氧核糖核苷二磷酸,FADH2,NADP+,NADPH+H+,谷氧还蛋白还原酶,GSSG,2GSH,谷胱甘肽还原酶,核糖核苷酸还原酶示意图,底物特异性调节位点,酶活性调节位点,活性位点,R1亚基,R2亚基,脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,胸腺嘧啶核苷酸合成酶,NADPH+H+Ser,NADP+Gly,N5、N10CH2FH4FH2,二氢叶酸还原酶,Ser羟甲基转移酶,O,N,HN,O,dR-P,CH3,O,N,HN,O,dR-P,叶酸和四氢叶酸（FH4）,叶酸,N5，N10-CH2-FH4,一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH2-FH4,N5N10-CH2-FH4,N5，N10=CH-FH4,N10-CHO-FH4,N5，N10-CH2-FH4还原酶,N5，N10-CH2-FH4脱氢酶,环水化酶,丝氨酸,组氨酸苷氨酸,参与甲基化反应,为胸腺嘧啶合成提供甲基,参与嘌呤合成,FH4,FH4,FH4,HCOOH,H2O,NAD+,NDAH+H+,NAD+,NDAH+H+,H+,参与嘌呤合成,核苷酸的