核酸的降解与核苷酸代谢ppt课件

1、第十一章第十一章 核酸的降解与核苷酸代谢核酸的降解与核苷酸代谢内容内容第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解第二节第二节 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢教学目的和要求教学目的和要求核酸酶的定义及分类核酸酶的定义及分类核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶 根据底物不同分类根据底物不同分类DNADNA酶酶(deoxyribonuclease, DNase)(deoxyribonuclease, DNase)： 专注降解专注降解DNADNARNARNA酶酶 (ribonuclease, RNase) (ribon

2、uclease, RNase)： 专注降解专注降解RNARNA一、概述第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解 u根据切割部位不同根据切割部位不同u 核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。和非特异性限制性核酸内切酶。u 限制性内切酶：在细菌细胞内存在的限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链一类能识别并水解外源双链DNADNA的核酸内切的核酸内切酶，可用于特异切割酶，可用于特异切割DNADNA，常作为工具酶。，常作为工具酶。u 核酸外切酶：核酸外切酶：5 533或或3 355核酸外切核酸外切酶酶一、核酸外切酶一、核酸外切酶

3、 exonucleaseexonuclease 作用于核酸链的末端，逐个水解下核苷酸。作用于核酸链的末端，逐个水解下核苷酸。 DNA DNA外切酶：只作用于外切酶：只作用于DNADNA。 RNA RNA外切酶：只作用于外切酶：只作用于RNARNA。 同时作用于同时作用于DNADNA和和RNARNA的外切酶。的外切酶。 核糖核酸酶核糖核酸酶(RNase)(RNase)和脱氧核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶(DNase) (DNase) 从核酸链的从核酸链的33端开场切，生成端开场切，生成55核苷酸。核苷酸。 从核酸链的从核酸链的55端开场切，生成端开场切，生成33核苷酸。核苷酸。 同时切核酸链的同时切

4、核酸链的33端和端和55端。端。 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 pOHB p p p p3BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶 5端外切端外切5得得3蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶 3端外切端外切3得得5 二、核酸内切酶二、核酸内切酶endonucleaseendonuclease 水解多核苷酸链内部的磷酸二酯键。水解多核苷酸链内部的磷酸二酯键。 DNA DNA内切酶：只作用于内切酶：只作用于DNADNA。 RNA RNA内切酶：只作用于内切酶：只作用于RNARNA。 同时作用于同时作用于DNADNA和和RNARNA的内切酶。的内切酶。 1、非特异性内

5、切酶、非特异性内切酶P2851 1核酸酶核酸酶2 2核糖核酸酶核糖核酸酶3 3脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶 2 2、限制性内切酶、限制性内切酶 ristriction endonucleaseristriction endonuclease 对某些碱基顺序专注的核酸内切酶。对某些碱基顺序专注的核酸内切酶。 生物学功能：生物学功能： (1 (1、识别双链、识别双链DNADNA上的特定位点即上的特定位点即“回文构造长度在回文构造长度在4-84-8个碱基对范围内，个碱基对范围内，从前往后读和从后往前读完全一样的碱基序从前往后读和从后往前读完全一样的碱基序列，切割后错开的切口会产生互补的单链列，切割后

6、错开的切口会产生互补的单链末端粘性末端、平末端。末端粘性末端、平末端。 (2 (2、降解外面侵入的、降解外面侵入的DNADNA，但不降解本，但不降解本身细胞的身细胞的DNADNA，由于本身，由于本身DNADNA的酶切位点上经的酶切位点上经甲基化修饰而得到维护。甲基化修饰而得到维护。常用的常用的DNA限制性内切酶的专注性限制性内切酶的专注性酶酶识别的序列和切口识别的序列和切口阐明阐明 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

7、 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 IAlu IBgl IEco R IHind Sal ISma 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5GAATTC33CTTAAG55G TTAAC33CAATT G5粘性末端EcoR核酸核酸磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸-戊糖戊糖碱基碱基水水解解核酸酶核酸

8、酶核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶何处去？何处去？进入磷酸戊糖途径进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸或重新合成核酸？分解分解合成合成第二节第二节 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢 1、嘌呤的降解不同种类的生物分解嘌呤碱的才干不同，因此，终产物不同种类的生物分解嘌呤碱的才干不同，因此，终产物也不同。也不同。排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿囊素动物：哺乳动物灵长类除外、腹足类排尿囊素动物：哺乳动物灵长类除外、腹足类排尿囊酸动物：硬骨鱼类排尿囊酸动物：硬骨鱼类排尿素动物：大多数鱼类、两栖类排尿素动物：大多数鱼类、两栖类某些低等动物能将尿

9、素进一步分解成某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3NH3和和CO2CO2排出。排出。植物分解嘌呤的途径与动物类似，产生各种中间产物植物分解嘌呤的途径与动物类似，产生各种中间产物尿囊素、尿囊酸、尿素、尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3NH3。微生物分解嘌呤类物质，生成微生物分解嘌呤类物质，生成NH3NH3、CO2CO2及有机酸甲酸、及有机酸甲酸、乙酸、乳酸、等。乙酸、乳酸、等。 2、嘧啶的降解胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸H2O丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATCA肝肝尿素

10、尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATCA糖异生糖异生核苷酸的合成途径普通有两条：从头合成：从最简单的原料如CO2、氨基酸、甲酸盐等开场组装碱基环。补救途径：从来自核酸降解的中间产物或外源核苷、碱基直接合成核苷酸，不需组装碱基环。 第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢 一、核糖核苷酸的生物合成一、核糖核苷酸的生物合成 一嘌呤核糖核苷酸的合成一嘌呤核糖核苷酸的合成 1 1、从头合成道路、从头合成道路 原料：原料：CO2CO2、甲酸盐、甘氨酸、天冬氨酸、谷、甲酸盐、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺氨酰胺 核糖碳架来源：核糖碳架来源：5P5P核糖核糖+ATP +ATP 55磷

11、酸核糖磷酸核糖11焦磷酸焦磷酸 PRPPPRPP 过程：先直接合成次黄嘌呤核苷酸过程：先直接合成次黄嘌呤核苷酸IMPIMP，肌苷酸，不先构成嘌呤环，再转变为腺苷酸肌苷酸，不先构成嘌呤环，再转变为腺苷酸AMPAMP、黄苷酸黄苷酸XMPXMP、尿苷酸、尿苷酸GMPGMP。 嘌呤环上各原子的来源嘌呤环上各原子的来源来自谷氨酰胺的酰胺氮来自谷氨酰胺的酰胺氮来自来自“甲酸盐甲酸盐来自天冬氨酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自甘氨酸来自来自CO2来自来自“甲酸盐甲酸盐 IMP的合成15-磷酸核糖焦磷酸PRPP的生成起始步骤 磷酸核糖焦磷酸合成酶催化5-磷酸核糖和ATP生成。25-磷酸核糖焦磷酸与谷氨酰胺反响生成5

12、-磷酸核糖胺、谷氨酸和无机焦磷酸。催化此反响的酶是磷酸核糖焦磷酸酰胺基转移酶。35-磷酸核糖胺在ATP参与下与甘氨酸合成甘氨酰胺核苷酸。催化此反响的酶是甘氨酰胺核苷酸合成酶。4甘胺酰胺核苷酸在甘胺酰胺核苷酸甲酰基转移酶作用下生成甲酰甘胺酰胺核苷酸。5甲酰甘胺酰胺核苷酸与谷氨酰胺、ATP作用，闭环之前在第3位上加上氮原子。催化此反响的酶是甲酰甘氨咪唑核苷酸合成酶。6闭环 在氨基咪唑核苷酸合成酶作用下生成5-氨基咪唑核苷酸。7六员环的合成开场 在氨基咪唑核苷酸羧化酶催化下， 5-氨基咪唑核苷酸与二氧化碳生成5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸。8嘌呤环的第1位氮的固定 在氨基咪唑琥珀酸氨甲酰核苷酸合成酶催

13、化下， 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸与天冬氨酸和ATP生成5-氨基咪唑-4-琥珀酸甲酰胺核苷酸。9脱掉延胡索酸 反响由腺甘酸裂解酶催化。生成5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸和延胡索酸。10嘌呤环上最后的碳原子由甲酰基供应。催化此反响的酶是氨基咪唑酰胺核苷酸甲酰基转移酶。11脱水环化 在次黄苷酸环水解酶作用下脱水环化生成次黄嘌呤核苷酸IMP。5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸I

14、MP的的 生物合成生物合成5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀琥珀基基- -甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑- -4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸IMPIMP甲酰甲酰THFATHFAIMP转变为转变为GMP和和AMP反响要点：反响要点： 1 1嘌呤核苷酸的合成并不是先构成游离的嘌呤，然后再生成嘌呤核苷酸的合成并不是先构成游离的嘌呤，然后再生成核苷酸，而是直接构成次黄嘌呤核苷酸再转变为其他嘌呤核苷核苷酸，而是直接构成次黄嘌呤核苷酸再转变为其他嘌呤核苷酸。酸。2 25-5-磷酸核糖磷酸核

15、糖-1-1焦磷酸焦磷酸PRPPPRPP是核苷酸中核糖磷酸部分的是核苷酸中核糖磷酸部分的供体，供体，PRPPPRPP是由是由ATPATP和核糖和核糖-5-5-磷酸合成。磷酸合成。3 3嘌呤的各个原子在嘌呤的各个原子在PRPPPRPP的的C1C1位置上逐渐加上去的，其关键位置上逐渐加上去的，其关键步骤是步骤是PRPPPRPP和谷氨酰胺构成和谷氨酰胺构成5-5-磷酸核糖胺。磷酸核糖胺。4 4在在5-5-磷酸核糖胺的氨基位置，由磷酸核糖胺的氨基位置，由GlyGly和甲酰四氢叶酸先后提和甲酰四氢叶酸先后提供供C C和和N N原子构成甲酰干酰胺，至此嘌呤骨架的原子构成甲酰干酰胺，至此嘌呤骨架的4 4、5

16、5、7 7、8 8、9 9位顺序已构成。位顺序已构成。5 5由谷氨酰胺的酰胺基提供第三位由谷氨酰胺的酰胺基提供第三位N N原子，构成甲酰甘氨脒核原子，构成甲酰甘氨脒核甘酸，接着脱水闭环构成甘酸，接着脱水闭环构成5-5-氨基米唑核苷酸，反响所需能量来氨基米唑核苷酸，反响所需能量来自自ATPATP。6 6最后，由最后，由CO2CO2、天冬氨酸、甲酰四氢叶酸先后提供六元环上、天冬氨酸、甲酰四氢叶酸先后提供六元环上的其他原子，最后生成次黄嘌呤核苷酸。的其他原子，最后生成次黄嘌呤核苷酸。2 2、从头合成的调理、从头合成的调理v主要控制点有三个主要控制点有三个v遭到两个终产物遭到两个终产物AMPAMP、G

17、MPGMP的反响抑制的反响抑制R-5-P PRPP PRA IMPR-5-P PRPP PRA IMPAMPAMPGMPGMP磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸合成酶次黄嘌呤核苷酸脱氢酶次黄嘌呤核苷酸脱氢酶腺苷酸琥珀酸裂解酶腺苷酸琥珀酸裂解酶鸟嘌呤核苷酸合成酶鸟嘌呤核苷酸合成酶腺苷酸琥珀酸腺苷酸琥珀酸黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反响，利用腺嘌呤磷酸核糖转移酶和次黄单的反响，利用腺嘌呤磷酸核糖转移酶和次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，合成嘌呤核苷酸嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，合成嘌呤核苷酸的

18、过程，称为补救合成或重新利用途径。的过程，称为补救合成或重新利用途径。二、嘌呤核苷酸的补救合成途径二、嘌呤核苷酸的补救合成途径1.1.定义定义v原料原料: :已有的嘌呤碱、已有的嘌呤碱、PRPPPRPPv重要的酶：重要的酶：v 腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶v 次黄嘌呤次黄嘌呤( (鸟嘌呤鸟嘌呤) )磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶v磷酸核糖供体：磷酸核糖供体：PRPPPRPPv意义意义 ：碱基碱基 + 1-+ 1-磷酸核糖磷酸核糖 核苷核苷+Pi+Pi核苷核苷 + ATP + ATP 核苷酸核苷酸 + + ADPADP核苷激酶核苷激酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶途径二途径二途径一途径一A

19、AP PR RT TA AM MP P+ +P PP Pi i腺腺嘌嘌呤呤+ +P PR RP PP P腺腺嘌嘌呤呤磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶I IM MP P+ +P PP Pi i次次黄黄嘌嘌呤呤+ +P PR RP PP P次次黄黄嘌嘌呤呤- -鸟鸟嘌嘌呤呤磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶( (H HG GP PR RT T) )次次黄黄嘌嘌呤呤- -鸟鸟嘌嘌呤呤磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶( (H HG GP PR RT T) )鸟鸟嘌嘌呤呤+ +P PR RP PP PG GM MP P+ +P PP Pi i次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 HGPRT HGP

20、RT次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 HGPRT HGPRT仅有腺苷仅有腺苷激酶激酶2.2.补救合成的生理意义补救合成的生理意义l补救合成途径可以节省从头合成途径时所补救合成途径可以节省从头合成途径时所需的能量和一些氨基酸的耗费。需的能量和一些氨基酸的耗费。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、骨髓等只能进展补救合成。展补救合成。l自毁容貌征自毁容貌征 大脑中次黄嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸的合成大脑中次黄嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸的合成主要依赖补救合成途径，患者由于脑组织中缺主要依赖补救合成途径，患者由于脑组织中缺乏次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，使补

21、救合乏次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，使补救合成途径受阻，导致中枢神经系统功能失常，自成途径受阻，导致中枢神经系统功能失常，自我损伤。我损伤。 二嘧啶核苷酸的生物合成二嘧啶核苷酸的生物合成 1、从头合成途径、从头合成途径 原料：原料：CO2、NH3、天冬氨酸、天冬氨酸 5磷酸核糖磷酸核糖1焦磷酸焦磷酸 PRPP 过程：先组装嘧啶环然后与过程：先组装嘧啶环然后与PRPP结合生成尿苷酸结合生成尿苷酸UMP，再在，再在UMP根底根底上合成胞苷酸上合成胞苷酸CMP。 嘧啶环上各原子的来源嘧啶环上各原子的来源 天冬氨酸天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸2、尿嘧

22、啶核苷酸合成途径、尿嘧啶核苷酸合成途径Gln+HCO3Gln+HCO3+2ATP+2ATP氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸+Glu + 2ADP + Pi+Glu + 2ADP + Pi氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸脱氢酶二氢乳清酸脱氢酶乳清酸磷酸核糖转移酶乳清酸磷酸核糖转移酶乳清苷酸脱羧酶乳清苷酸脱羧酶UMP尿嘧啶核苷三磷酸可直接与尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3NH3细菌或细菌或GlnGln植物反植物反响，生成胞嘧啶核苷三磷酸。响，生成胞嘧啶核苷三磷酸。UMP + ATPUMP + ATP尿嘧啶核苷酸激酶尿嘧啶核苷酸激酶Mg2+Mg

23、2+UDP + ADPUDP + ADPUDP + ATPUDP + ATP核 苷 二 磷 酸 激 酶 核 苷 二 磷 酸 激 酶 Mg2+Mg2+UTP + ADPUTP + ADPCTPCTP合成酶合成酶UTP + GlnUTP + GlnNH4+NH4+ + ATP + H2OATP + H2OCTP + Glu +ADP+ PiCTP + Glu +ADP+ Pi3 3、胞嘧啶核苷酸的合成、胞嘧啶核苷酸的合成氨 甲 酰 磷 酸 合 成 酶 ： 受氨 甲 酰 磷 酸 合 成 酶 ： 受UMP反响抑制反响抑制天冬氨酸转氨甲酰酶：受天冬氨酸转氨甲酰酶：受CTP反响抑制反响抑制CTP合成酶：受

24、合成酶：受CTP反响抑反响抑制制4 4、嘧啶核苷酸生物合成的调理大肠杆菌、嘧啶核苷酸生物合成的调理大肠杆菌5.5.补救合成补救合成v原料原料: :已有的嘧啶碱、已有的嘧啶碱、 PRPP PRPP 、核苷、核苷v重要的酶：重要的酶：v 核苷磷酸化酶、核苷激酶核苷磷酸化酶、核苷激酶v 磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶v 胞嘧啶胞嘧啶 + 1- + 1-磷酸核糖磷酸核糖 胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷 + Pi + Pi胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷 + ATP + ATP 胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸 + ADP + ADP胞苷磷酸化酶胞苷磷酸化酶尿苷激酶尿苷激酶途径一：途径一：尿嘧啶尿嘧啶 + 1- + 1-磷酸核糖磷酸核

25、糖 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + Pi + Pi尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + ATP + ATP 尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸 + ADP + ADP途径二：途径二：尿嘧啶尿嘧啶 + 5- + 5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷酸酸+PPi+PPiUMPUMP磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶 尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶尿苷激酶尿苷激酶尿苷酸尿苷酸胞苷酸胞苷酸二二 脱氧核糖核苷酸的合成脱氧核糖核苷酸的合成 ( (一一) )、 二磷酸脱氧核糖核苷的生成：二磷酸脱氧核糖核苷的生成： 即：即：dADP、dGDP、dCDP、dUDP 需一步完成，需一步完成，dTDP需二步完成。需二步完成。 在生物体内

26、，在生物体内，A、G、C、U四种核糖核苷酸均可被复原成相应的脱氧核糖核四种核糖核苷酸均可被复原成相应的脱氧核糖核苷酸。通常核糖核苷酸是在核苷二磷酸程度上被复原的。其复原过程如下：苷酸。通常核糖核苷酸是在核苷二磷酸程度上被复原的。其复原过程如下：反响要点：反响要点： 1、反响类型：复原反响、反响类型：复原反响 2、反响程度：二磷酸核苷、反响程度：二磷酸核苷NDP程度程度 3、酶体系：二磷酸核糖核苷复原酶系。它包括四种蛋白质。、酶体系：二磷酸核糖核苷复原酶系。它包括四种蛋白质。 4、辅助因子：、辅助因子：NADPH+H+复原剂复原剂(二二)、脱氧胸腺嘧啶核苷酸、脱氧胸腺嘧啶核苷酸dTMP的生成：的生成： DNA分子中碱基配对分子中碱基配对UTdTMP，脱氧胸苷酸是如何合成的呢？普通需求，脱氧胸苷酸是如何合成的呢？普通需求两个步骤：两个步骤：1是尿嘧啶脱氧核糖核苷酸是尿嘧啶脱氧核糖核苷酸dU