生物化学核酸的酶促降解和核苷酸代谢

1、第一节 核酸的酶促降解 第二节 核苷酸的分解代谢 第三节 核苷酸的生物合成 第一节 核酸的酶促降解 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷酸磷酸化酶核苷酸磷酸化酶 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+戊糖戊糖 磷酸磷酸 核酸酶：生物体内存在的水解核酸磷酸二酯键的酶类，统 称核酸酶 外切核酸酶对核酸的水解位点外切核酸酶对核酸的水解位点 5 p p p p OH B p p p p 3 BBBBBBB 牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶 （ 5 5 端外切端外切5 5得得3 3） 蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶 （ 3 3 端外切端外切3 3得得5 5） 其专一作用于RNA，对DNA及其它磷酸二酯化

2、合物 不作用或作用活性很低。 Pu ：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶 内切核酸酶水解位点 内切核酸酶对内切核酸酶对RNA的水解位点示意图的水解位点示意图 5 p p p pOH PyPuPyPy 1 p p p GACU p p p GA 3 RNAase IRNAase IRNAase T1 专一水解鸟甘酸二酯键专一水解鸟甘酸二酯键 RNAase T1 Pu ：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶 3.限制性内切酶 一类能识别一定序列并水解外源双链 DNA的内切核酸酶其特点是具有极高的 专一性，能识别DNA双链上的特定位点， 称为限制性内切酶，也称限制酶。 甲基化酶：细菌除具有限制酶外，还具有一 种对

3、自身DNA起修饰作用的甲基化酶。 限制酶和其相应的修饰酶对底物DNA的 识别和作用的部位是相同的。 常用的常用的DNA限制性内切酶的专一性限制性内切酶的专一性 酶酶辨认的序列和切口辨认的序列和切口说明说明 A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C T G C C C G G G G G G C C C Bam H I Alu I Bgl I Eco R I Hind Sal

4、I Sma I 四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口 六核苷酸，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 第二节 核苷酸的分解代谢 核苷酸酶核苷酸酶 核苷酸磷酸化酶核苷酸磷酸化酶 核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+（脱氧）戊糖（脱氧）戊糖 磷酸磷酸 一、核苷酸的降解 二、嘌呤的降解 N N N H N NH2 次黄嘌呤 G 黄嘌呤 尿素 R NH2 NH3 + CO2 （微生物） 尿酸（醇式） 三、嘧啶的降解 N N H

5、 NH2 O NH2 NH N H O O 二氢尿嘧啶 还原 H2O （开环） 脲基丙酸 H2O 丙氨酸 第三节 核苷酸的生物合成 一、核糖核苷酸的合成 从头合成：是指利用磷酸核糖、氨基酸、一 碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经 过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途 径。 补救途径：是利用核酸降解或进食等从外界 补充的含氮碱基或核苷合成新的核苷酸。 1.嘌呤核苷酸的生物合成 （1）嘌呤环上各原子的来源）嘌呤环上各原子的来源 N3 N9 N7 N1 C2 C6 C4 C5 C8 来自谷氨酰胺的酰胺氮来自谷氨酰胺的酰胺氮 来自甲酸来自甲酸 来自甲酸来自甲酸 来自天冬氨酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自

6、甘氨酸 来自来自CO2 (2). IMP的合成过程的合成过程 磷酸核糖酰胺转移酶磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶合成酶 转甲酰基酶转甲酰基酶 FGAM合成酶合成酶 AIR合合成成酶酶 （CATR） IMP生成总反应过程生成总反应过程 腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶脱氢酶 腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶合成酶 AMP和和GMP的生成的生成 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 IMP的合成需的合成需5个个ATP，6个高能磷酸键。个高能磷酸键。 AMP或或GMP的合成又需的合成又需1个个ATP。 嘌呤核苷酸

7、从头合成嘌呤核苷酸从头合成特点特点 腺嘌呤腺嘌呤 + + PRPPAMP + PPi APRT 次黄嘌呤次黄嘌呤 + + PRPPIMP + PPi HGPRT 鸟嘌呤鸟嘌呤 + + PRPP HGPRT GMP + PPi 合成过程合成过程: : 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 腺苷激酶腺苷激酶 ATPADP AMP （3）嘌呤核苷酸合成补救途径）嘌呤核苷酸合成补救途径 参与补救合成的酶参与补救合成的酶: 腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶( (APRT) ) 次黄嘌呤次黄嘌呤- -鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶( (HGPRT) ) 腺苷激酶腺苷激酶( (adenosine kina

8、se) 补救合成的生理意义补救合成的生理意义 l补救合成节省从头合成时的能量和一些氨补救合成节省从头合成时的能量和一些氨 基酸的消耗。基酸的消耗。 l体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进 行补救合成。行补救合成。 （4）嘌呤核苷酸的相互转变）嘌呤核苷酸的相互转变 IMPIMP AMPAMP 腺苷酸代腺苷酸代 琥珀酸琥珀酸 XMPXMP GMPGMP NH3 腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶 鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶 NADPH+H+ NADP+ NH3 2.嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸的生物合成 嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构 （1）嘧啶环上各原子的来源）嘧啶环

9、上各原子的来源 来自天冬氨酸来自天冬氨酸 来自来自CO2 来自来自NH3 N N C C CC 6 5 4 3 2 1 氨甲酰氨甲酰 磷酸磷酸 （2）尿嘧啶核苷酸合成途径）尿嘧啶核苷酸合成途径 （3）. 胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成 ATPADP 尿苷酸激酶尿苷酸激酶 UDP 二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶 ATP ADP UTP CTP合成酶合成酶 谷氨酰胺谷氨酰胺 ATP 谷氨酸谷氨酸 ADP+Pi （4）. dTMP或或TMP的生成的生成 TMP合酶合酶 N5, N10-甲烯甲烯FH4FH2 FH2还原酶还原酶 FH4 NADP+NADPH+H+ dUMP 脱氧胸苷一磷酸脱氧胸苷一

10、磷酸 dTMP UDP 脱氧核苷酸还原酶脱氧核苷酸还原酶 dUDP CTPCDPdCDPdCMP （5） 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成 嘧啶嘧啶 + + PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 + + PPi 嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + + ATP 尿苷激酶尿苷激酶 UMP +ADP 胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 + + ATP 胸苷激酶胸苷激酶 TMP +ADP 3.核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成 二、二、 脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸的生成 在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行 （N代表代表A、G、U、C等碱基）

11、等碱基） 核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸的还原反应 NADP+NADPH+H+ 硫氧还蛋白硫氧还蛋白 还原酶还原酶 FAD 核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶 （B1和和B2） ATP 、Mg2+ 硫氧还蛋白硫氧还蛋白 （还原型）（还原型） SH SH 硫氧还蛋白硫氧还蛋白 （氧化型）（氧化型） S S O P-P-CH2 N OHOH 核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸 O P-P-CH2 N OHH + H2O 脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸 dNDP + ATP 激酶激酶 dNTP + ADP 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧啶核苷酸合成酶胸腺嘧啶核苷酸合成酶 NA

12、DPH+H+SerNADP+Gly N5、N10 亚甲基亚甲基 FH4 FH2 二氢叶酸二氢叶酸 还原酶还原酶 Ser羟甲基羟甲基 转移酶转移酶 ON HN O dR-P CH3 ON HN O dR-P 核核 苷苷 酸酸 的的 合合 成成 及及 相相 互互 关关 系系 小 结 1 核酸酶促降解 1）核酸酶：可作用于DNA和RNA。 2）核糖核酸(RNase)酶 3） 脱氧核糖核酸(DNase)酶 4） 限制性内切酶 2 核苷酸分解代谢 1） 核苷酸降解 2） 嘌呤的降解 3） 嘧啶的降解 3 核苷酸的合成代谢 1） 核糖核苷酸的合成 2） 脱氧核苷酸的合成 习 题 1.降解核酸的酶有哪几类？

13、举例说明它们的 作用方式和特异性。 2.什么是限制性内切酶？它的发现有何特殊 意义？ 限制性内切酶 从头合成 补救途径 核酸酶 非特异性核酸酶 核酸酶：生物体内存在的水解核酸磷酸二酯键的酶类，统 称核酸酶 内切核酸酶对内切核酸酶对RNA的水解位点示意图的水解位点示意图 5 p p p pOH PyPuPyPy 1 p p p GACU p p p GA 3 RNAase IRNAase IRNAase T1 专一水解鸟甘酸二酯键专一水解鸟甘酸二酯键 RNAase T1 Pu ：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶 第三节 核苷酸的生物合成 一、核糖核苷酸的合成 从头合成：是指利用磷酸核糖、氨基酸、一 碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经 过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途 径。 补救途径：是利用核酸降解或进食等从外界 补充的含氮碱基或核苷合成新的核苷酸。 （4）.