核酸降解与苷酸代谢

1、第第7 7章章 核酸降解核酸降解 和核苷酸代谢和核苷酸代谢 核酸的酶促降解 核苷酸的分解代谢 核苷酸的生物合成核酸酶水解核酸的酶 按作用底物（DNA或RNA）分类核酸酶水解核酸的酶 按作用方式分类：水解分子内磷酸二酯键或水解分子外磷酸二酯键第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解一、外切核酸酶一、外切核酸酶牛脾磷酸二酯酶（5端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3端外切3得5）5 p p pOHB p p p p3BBBBBBBOHl外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯酶从多核苷酸链的3端开始逐个水解核苷酸链，产物为5-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶从多核苷酸链的5端开始逐个水解核苷酸链，

2、产物为3-核苷酸二、内切核酸酶二、内切核酸酶GA5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p p3RNAase IRNAase T1Pu ：嘌呤 Py：嘧啶 如牛胰核糖核酸酶作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，生成3-p-嘧啶核苷或末端为3-p-嘧啶核苷的寡核苷酸。三 、限制性内切酶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回文序列，并在此序列的某位点水解DNA的酶，这类酶称为限制性内切酶（ristriction endonuclease）。(一一) 限制性内切酶类限制性内切酶类型型I型：识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质的。 型：切割位点位

3、于识别位点上，产物为专一性片段，对核酸研究特别有用。现在分子生物学研究所用的限制性内切酶均为此类。 III型：有专一的识别顺序，但不是对称的回文顺序,在识别顺序旁边几个核苷酸对的固定位置上切割双链。（二）常用的（二）常用的DNA限制性内切酶的专一限制性内切酶的专一性性酶辨认的序列和切口说明 G G A T C C C C T A G G 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 IEco R IHind Sal ISma I六核苷酸，

4、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 转基因技术 载体DNA(限制性内切酶切开)目的基因宿主细胞重组体已转化的宿主细胞阳性克隆株繁殖表达甲基化酶 这种酶能使细菌自身DNA中的核苷酸甲基化而不被限制酶降解。可降解外来DNA分子。（保护作用）第二节第二节 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢一、核苷酸的分解代谢二、嘌呤的分解代谢三、嘧啶的分解代谢一、核苷酸的分解代谢一、核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi碱基核苷磷酸化酶1-磷酸核糖核苷酶碱基 核糖NNNNNH2HNNNNOHHNNNNOHOHNNNNOHHNH2NNNNOHOHHO二、嘌呤核苷酸的分解：尿

5、酸腺嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤NNNNOHOH2HONNNNOHOHHONNNNOHOH2H2OOHNOH2NH2COOHCHONH3CO2尿酸尿囊素尿囊酸乙醛酸尿素最终产物人、灵长类、鸟类、爬行类等-尿酸其他哺乳动物-尿囊素鱼类、两栖类-尿素、乙醛酸植物-尿囊素、尿囊酸微生物、低等动物-尿素-CO2+H2O（一）胞嘧啶和尿嘧啶的降解：（一）胞嘧啶和尿嘧啶的降解： 胞胞嘧嘧啶啶脱脱氨氨酶酶 二二氢氢尿尿嘧嘧啶啶脱脱氢氢酶酶 二二氢氢嘧嘧啶啶酶酶 C C U U D DH HU U - -脲脲基基丙丙酸酸 H H2 2O O N NH H3 3 N NA AD DP PH H+ +H H+ + N

6、 NA AD DP P+ + H H2 2O O - -脲脲基基丙丙酸酸酶酶 - -丙丙氨氨酸酸 + + N NH H3 3 + + C CO O2 2 H H2 2O O 二、嘧啶的分解乙酰辅酶A（二）胸腺嘧啶的降解：（二）胸腺嘧啶的降解： 二氢胸腺嘧啶脱氢酶二氢胸腺嘧啶脱氢酶 二氢嘧啶酶二氢嘧啶酶 T DHT T DHT - -脲基异丁酸脲基异丁酸 NADPH+H NADPH+H+ + NADP NADP+ + H H2 2O O - -脲基异丁酸酶脲基异丁酸酶 - -氨基异丁酸氨基异丁酸 + NH + NH3 3 + CO + CO2 2 H H2 2O O 琥珀酰辅酶AOHCOOHCO

7、OHCO胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶-脲基异丁酸-氨基异丁酸-丙氨酸二氢尿嘧啶尿嘧啶胞嘧啶NADPHHNADP+O2HO2HO2H+NADPHNADPH3CH2CHHN2CHH3CHH2HHOHNCNCC22CH32ONCNCCCHOHH2H3HHONCNCCCOH+23COCH22NCNCC HOHH2HHH2HHOHNCNCCCOONCNCCCNHHO2HHHH2OHNHNCNCCCONHCH2NHCH2CO OH2第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢 核苷酸合成的核苷酸合成的2条途径：条途径：1、从头合成途径：、从头合成途径： 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、二氧利用磷酸核糖、氨基酸、

8、一碳单位、二氧化碳等简单化合物为原料，经一系列酶促反化碳等简单化合物为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸的过程。应合成核苷酸的过程。主要的合成途径。主要的合成途径。2、补救合成途径： 利用体内游离的碱基或核苷，经过简单反应过程合成核苷酸。次要合成途径。一、嘌呤核苷酸的合成：一、嘌呤核苷酸的合成：（一）嘌呤核苷酸的从头合成途径（一）嘌呤核苷酸的从头合成途径 1.嘌呤环各组成成分的来源嘌呤环各组成成分的来源 同位素实验证明同位素实验证明 原料：原料：天冬氨酸天冬氨酸、甘氨酸甘氨酸、谷氨酰胺、谷氨酰胺、一碳单位（甲酸盐）、一碳单位（甲酸盐）、CO2、PRPPCCCCCNNNN2. 过程：两个阶段过程：

9、两个阶段 第一阶段：次黄嘌呤核苷酸第一阶段：次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成的合成 第二阶段：腺嘌呤核苷酸第二阶段：腺嘌呤核苷酸(AMP)与鸟嘌呤与鸟嘌呤 核苷酸核苷酸(GMP)的生成的生成嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的从头合成5-磷酸核糖磷酸核糖+ATP PRPP+AMP IMP 次黄嘌呤核苷酸PRPP合成酶天冬氨酸甘氨酸谷氨酰胺一碳单位CO2次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成AMP与与GMP的生成的生成IMP腺苷酸代琥珀酸黄嘌呤核苷酸（XMP）天冬氨酸NADH+H+NAD+AMPGTPGMP谷氨酰胺ATP延胡索酸（二）补救合成途径（二）补救合成途径（salvage pathway）v概念：细胞

10、利用概念：细胞利用现成的嘌呤碱基或嘌呤核苷现成的嘌呤碱基或嘌呤核苷重新合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成重新合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成途径。途径。腺嘌呤 PRPPAMP PPiAPRT次黄嘌呤 PRPPIMP PPiHGPRT鸟嘌呤 PRPPGMP PPiHGPRT腺嘌呤核苷AMP腺苷激酶ATPADP反应过程：5-磷酸核糖焦磷酸二、嘧啶核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成（一）从头合成（一）从头合成 先合成嘧啶环，再先合成嘧啶环，再由嘧啶和由嘧啶和PRPP合成嘧啶核苷酸。合成嘧啶核苷酸。 先合成先合成UMP，再进一步转变为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸。再进一步转变为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶核

11、苷酸。1、从头合成的过程：、从头合成的过程：（1）UMP的合成：的合成： UMP合成原料：合成原料：谷氨酰胺谷氨酰胺、CO2、（谷氨酰胺（谷氨酰胺+CO2氨基甲酰磷酸）、天氨基甲酰磷酸）、天冬氨酸、冬氨酸、PRPP。231天冬氨酸NNCCCC564氨基甲酰磷酸 合成过程：合成过程： Gln+HCO3 H2N-CO-O-HPO3-+Glu氨基甲酰磷酸合成酶2ATP2ADPPi氨基甲酰磷酸（2）UTP、CTP的合成：的合成： UMP UDP UTP UTP+Gln+ATP CTP+Glu+ADP+Pi尿苷酸激酶尿苷酸激酶ATPATPADPADPCTP合成酶 C CH CH N NH2 N OCR-

12、5-PPP（二）嘧啶核苷酸的补救合成（二）嘧啶核苷酸的补救合成 尿嘧啶核苷UMP尿苷激酶ATPADP三、脱氧核糖核苷酸的生成：三、脱氧核糖核苷酸的生成： 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸（包括嘌呤（包括嘌呤脱氧脱氧核苷酸核苷酸和嘧啶和嘧啶脱氧脱氧核苷酸）是在二磷酸核苷核苷酸）是在二磷酸核苷（NDP）水平还原生成水平还原生成的。的。dNDPNDPADPGDPCDPUDPdADP dGDP dCDP dUDP核糖核苷酸还原酶 Mg2+NADP+H2ONADPH+H+ C CH CH N O H N OCdR-5-PdUMP C C CH N O H N OCdR-5-PdTMPCH3TMP合成酶N5，

13、 N10-CH2-FH4FH2dTMPdTDPdTTP参与DNA合成。dTMP的合成：FH4核酸的酶促降解和核苷酸的代谢核酸的酶促降解和核苷酸的代谢 1 核酸的酶促降解 核酸酶、限制性内切酶 2 核苷酸的降解 3 核苷酸的合成代谢 （1）核糖核苷酸的生物合成 嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径 嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径 （2）脱氧核苷酸的生物合成 核糖核苷酸的还原 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成一、外切核酸酶一、外切核酸酶牛脾磷酸二酯酶（5端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3端外切3得5）5 p p pOHB p p p p3BBBBBBBOHl外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯酶从多核苷酸链的3端开始逐个水解核苷酸链，产物为5-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶从多核苷酸链的5端开始逐个水解核苷酸链，产物为3-核苷酸 转基因技术 载体DNA(限制性内切酶切开)目的基因宿主细胞重组体已转化的宿主细胞阳性克隆株繁殖表达5-磷酸核糖磷酸核糖+ATP PRPP+AMP IMP 次黄嘌呤核苷酸PRPP合成酶天