生物化学第十章核酸代谢课件

第十章

核苷酸代谢

NucleotideMetabolism第十章

核苷酸代谢

NucleotideMetabol1本章仅介绍核苷酸的分解代谢和生物合成

DNA和RNA的生物合成分章介绍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本章仅介绍核苷酸的分解代谢和生物合成

DNA和RNA的生物2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磷酸吸收方式：核苷、核苷酸吸收部位：小肠第一节核酸的酶促降解一、核酸酶二、限制性内切酶3一、核酸酶1、核酸酶的分类（1）根据对底物的专一性分为（2）根据切割位点分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶核酸内切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点一、核酸酶1、核酸酶的分类（1）根据对底4外切核酸酶对核酸的水解位点5´

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p3´BBBBBBB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）外切核酸酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpp5内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´

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RNAaseT2内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´ppppOHP6二、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）。二、限制性内切酶类型原核生物中存在着一类能识别外7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‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI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‥‥8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，产物为异质，是限制与修饰相排斥的多功能酶.

Ⅱ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。

III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.限制性内切酶类型I型：分子量大于105，多9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（E.coli）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。限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：E10核苷酸的功能核苷酸是生物体内的重要物质，起着多方面的作用：▲DNA和RNA合成的前体。▲其衍生物是许多生物合成的活化的中间物。▲ATP是生物系统最通用的能量、GTP赋予大分子例如新生肽链在核糖体上的移位运动的动力及信号偶联蛋白的活化。▲腺苷酸是三种主要辅酶NAD＋、FAD＋和CoA的组分。▲核苷酸也是代谢调节物。例如cAMP是许多激素行使调节作用的细胞内信使。

腺嘌呤核苷酸生物合成过程的阐明对于筛选抗肿瘤药物以及选育核苷酸高产菌株都有指导意义。核苷酸的功能核苷酸是生物体内的重要物质，起着多方面的作用11第二节核苷酸的分解代谢一、核糖和脱氧核糖的代谢1-P-核糖变位酶5-P-核糖HMP1-P-脱氧核糖变位酶5-P-脱氧核糖

醛缩酶乙醛+

3-P甘油醛二、嘌呤的分解代谢三、嘧啶的分解代谢第二节核苷酸的分解代谢一、核糖和脱氧核糖的代谢12二、嘌呤的分解尿囊酸2尿素＋乙醛酸尿囊酸酶二、嘌呤的分解尿囊酸2尿素13

腺苷酸→次黄苷酸黄苷酸→鸟苷酸↓↓↓↓腺苷→次黄苷黄苷←鸟苷↓↓↓↓腺嘌呤→次黄嘌呤→黄嘌呤←鸟嘌呤↓尿酸

图5嘌呤类在核苷酸、核苷和碱基三个水平上的降解

14三、嘧啶的分解三、嘧啶的分解15第三节核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成三、脱氧核苷酸的合成四、dTMP的合成五、各种核苷酸的相互转变

第三节核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成16核糖核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救途径(自学)二、嘧啶核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救合成途径(自学)核糖核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从头合17一、嘌呤核苷酸的生物合成（一）、从头合成嘌呤核苷酸的从头合成分为两个阶段.第一阶段是合成次黄嘌呤核苷酸;第二阶段是在次黄嘌呤核苷酸的基础上合成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。用同位素标记实验证实，嘌呤环上各原子的来源如图1所示。1．次黄嘌呤核苷酸的合成(第一阶段)1)首先在磷酸核糖焦磷酸激酶催化下合成5-磷酸核糖焦磷酸。在此基础上合成次黄嘌呤核苷酸（图2）。所涉及的酶有：2)5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶；3)甘氨酰胺核苷酸合酶，4)甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶；5)甲酰甘氨脒核苷酸合成酶。6)氨基咪唑核苷酸合酶；7)氨基咪唑核苷酸羧化酶。8)氨基咪唑琥珀基甲酰胺核苷酸合酶；9)腺苷酸琥珀酸裂解酶；10)氨基咪唑甲酰胺核苷酸转甲酰酶；11)次黄嘌呤核苷酸环脱水酶

生物化学第十章核酸代谢课件182．腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸的合成第二阶段的反应是次黄嘌呤核苷酸分别转变成AMP和GMP(图3)。在5‘-AMP和5’-GMP的基础上可进一步磷酸化生成ADP、GDP、ATP&和GTP。

3.腺嘌呤核苷酸的合成(从头合成)的调节在腺嘌呤核苷酸的从头合成途径中，反馈调节是主要的调节方式。该途径的第一步反应，即5'-磷酸核糖焦磷酸转变成5'-磷酸核糖胺的反应是一步关键性反应。催化该反应的5'-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是一种别构酶，这个酶的活性受其终产物AMP和GMP反馈抑制（图4）。此外，AMP和GMP亦可对由IMP合成AMP和GMP的第一步反应造成反馈抑制。2．腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸的合成194.药物对嘌呤核苷酸合成的影响◆羽田杀菌素的结构与天冬氨酸的结构类似，可强烈地抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性。◆氨基喋呤及氨甲基喋呤与四氢叶酸的结构很相似。这二种化合物能结合到二氢叶酸还原酶的活性部位上，阻止四氢叶酸的合成，抑制四氢叶酸作为一碳单位载体的作用，从而阻止嘌呤核苷酸(和嘧啶核苷酸)的合成。◆抗菌素重氮乙酰丝氨酸(azaserine)及6-重氮-5-氧-正亮氨酸与谷氨酰胺的结构很相似，它们是催化氨基从Gln转移到相应受体分子上的那些酶的有效抑制剂。◆6-巯基喋呤也是一种抗肿瘤药物。

4.药物对嘌呤核苷酸合成的影响20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”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215-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THFA5-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22IMP转变为GMP和AMPIMP转变为GMP和AMP23图16-2返回2)5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶3)甘氨酰胺核苷酸合酶4)甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶5)甲酰甘氨脒核苷酸合成酶6)氨基咪唑核苷酸合酶7)氨基咪唑核苷酸羧化酶8)氨基咪唑琥珀基甲酰胺核苷酸合酶9)腺苷酸琥珀酸裂解酶10)氨基咪唑甲酰胺核苷酸转甲酰酶11)次黄嘌呤核苷酸环脱水酶图16-2返回2)5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶24图16-3返回图16-3返回25（二）、补救途径(salvage)利用细胞内己有的嘌呤碱基合成嘌呤核苷酸的途径称为补救途径。

1.嘌呤与5’-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)作用

腺嘌呤磷酸核糖基转移酶,能催化下列的反应:腺嘌呤+5'-磷酸核糖焦磷酸→5'-AMP+PPi另一种酶是次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶，它能催化：次黄嘌呤+5'-磷酸核糖焦磷酸→5'-IMP+PPi鸟嘌呤+5'-磷酸核糖焦磷酸→5'-GMP+PPi黄嘌呤+5'-磷酸核糖焦磷酸→5'-XMP+PPi

由于次黄嘌呤和鸟嘌呤是细胞内嘌呤核苷酸降解的主要产物，所以在嘌呤核苷酸合成的补救途径中，次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶是主要的酶。

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(GX)MP+PPi（二）、补救途径(salvage)磷酸核糖转移酶嘌呤+PR26嘌呤核苷酸合成补救途径

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(GX)MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP1.嘌呤与5’-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)作用2.嘌呤与1’-磷酸核糖作用嘌呤核苷酸合成补救途径磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(GX27

二、嘧啶核苷酸的合成

嘧啶核苷酸的合成途径与嘌呤核苷酸合成途径很不相同。（一）、从头合成途径嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成。嘧啶核苷酸合成时首先形成嘧啶环（图5），然后在此基础上与磷酸核糖结合成乳清核苷酸，继而转变成尿嘧啶核苷酸。

1.尿嘧啶核苷酸的合成1)氨甲酰磷酸的合成：

氨甲酰磷酸是肝脏合成尿素的原料(线粒体中)也是嘧啶核苷酸合成的前体(在胞液中)。氨甲酰磷酸合成的氮的来源是不同的。线粒体合成氨甲酰磷酸的氮来自脱氨基作用产生的NH3；而胞液合成氨甲酰磷酸的氮来自Gln，且不需要N-乙酰Glu作活化剂。因为在胞液中是由一种不同于线粒体中的氨甲酰磷酸合成酶催化的，叫氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ。线粒体中的酶叫做氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ。氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ催化的反应如图6所示。二、嘧啶核苷酸的合成282).尿嘧啶核苷酸合成的过程（图6）Asp转氨甲酰基酶的催化Asp与氨甲酰磷酸结合生成氨甲酰Asp,接着在二氢乳清酸酶的作用下生成二氢乳清酸。然后在二氢乳清酸脱氢酶的催化下,生成乳清酸。第四步在乳清酸磷酸核糖基转移酶的催化下生成乳清核苷酸。第五步是在乳清核苷酸脱羧酶的催化下生成尿嘧啶核苷酸。在E,coli中，催化UMP合成的6种酶彼此是分开的。相反，在真核生物中，其中5种酶群集成为两种多功能酶：氨甲酰磷酸合成酶（C）、天冬氨酸转氨甲酰基酶（A）、二氢乳清酸酶（D）共价结合成240kD的大的多肽链，该多功能酶称为CAD；乳清酸磷酸核糖基转移酶和乳清核苷酸脱羧酶共价结合成52kD的单一多肽链，这两种酶活性分别位于两个不同的结构域。2.胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成是在尿嘧啶核苷三磷酸的水平上进行（图7）2).尿嘧啶核苷酸合成的过程（图6）29嘧啶核苷酸从头合成途径

c、UMP转变为CTPCTPCTP合成酶

ATPGlnH2OUMPUDPUTP

a、嘧啶环上原子的来源b、UMP的从头合成嘧啶核苷酸从头合成途径

c、UMP转变为CTPCTPCTP合30嘧啶环上各原子的来源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸嘧啶环上各原子的来源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC6531尿嘧啶核苷酸合成途径尿嘧啶核苷酸合成途径32图61.氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ2.天冬氨酸转氨甲酰基酶3.二氢乳清酸酶4.二氢乳清酸脱氢酶5.乳清酸磷酸核糖基转移酶6.乳清核苷酸脱羧酶的催化下生成尿嘧啶核苷酸。图61.氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ332.胞嘧啶核苷酸的合成

胞嘧啶核苷酸的合成是在尿嘧啶核苷三磷酸的水平上进行的。2.胞嘧啶核苷酸的合成

胞嘧啶核苷酸的合成是在尿嘧啶核苷三343、嘧啶核苷酸合成的调节

在原核生物(如,E.coli)中，嘧啶核苷酸生物合成的主要调节部位是天冬氨酸转氨甲酰酶催化的反应，该酶是一种别构酶。

在哺乳动物中，嘧啶核苷酸生物合成的主要调节部位则是氨甲酰磷酸合成酶催化的反应。该酶的活性受嘧啶核苷酸的反馈抑制，但嘌呤核苷酸则起激活作用（图10-8）。4、药物对嘧啶核苷酸合成的影响6-氮尿嘧啶核苷(6-Azauridine)是嘧啶核苷酸合成的抑制剂。因为氮尿嘧啶核苷进入到体内后转变成相应的核苷酸，能抑制乳清核苷酸脱羧酶的活性。

重氮乙酰丝氨酸是从Gln上转酰胺酶的有效抑制剂。在嘧啶核苷酸的从头合成中，氨甲酰磷酸合成酶和胞嘧啶核苷三磷酸合成酶催化的反应均需要Gln提供酰胺基，故这两种酶可被重氮乙酰丝氨酸抑制，从而抑制了嘧啶核苷酸的合成。3、嘧啶核苷酸合成的调节35图10-8返回图10-8返回36(二)嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）尿嘧啶+PRPPUMP+PPi尿嘧啶+1-P-核糖尿嘧啶核苷+Pi尿嘧啶核苷+ATPUMP+ADP胞嘧啶核苷+ATPCMP+ADP尿苷激酶尿苷激酶尿苷磷酸化酶UMP磷酸核糖转移酶(二)嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）尿嘧啶+PRPPUMP37三、脱氧核苷酸的合成

生物体内的各种脱氧核糖核苷酸是在核糖核苷二磷酸的基础上经过还原脱去核糖第二位的氧后产生的。脱氧胸腺嘧啶核苷酸则需要另外的甲基化过程产生。核糖核苷二磷酸是在核糖核苷单磷酸的基础上通过相应的核苷酸激酶由ATP提供磷酸基而产生的。一）、核糖核苷酸还原酶

核糖核苷酸还原酶（图9）催化核糖核苷二磷酸还原脱氧生成脱氧核糖核苷二磷酸（图10）。

dADP、dGDP、dCDP、dUDP都可直接由上面反应产生，再经核苷二磷酸激酶催化转变成脱氧核苷三磷酸。三、脱氧核苷酸的合成38核糖核苷酸的还原反应硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白还原酶FADATP、Mg2+硫氧还蛋白（还原型）SHSH硫氧还蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸核糖核苷酸的还原反应硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原39核糖核苷酸的还原反应FAD核糖核苷酸还原酶ATP、Mg2+硫氧还蛋白SHSH硫氧还蛋白SS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谷氧还蛋白SS谷氧还蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧还蛋白还原酶OP-P-CH2NOHOHOP-P-CH2NOHHGSSG2GSH谷胱甘肽还原酶真核生物需GSH核糖核苷酸的还原反应FAD核糖核苷酸还原酶ATP、Mg2+40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41图10-9图10-942图10-10返回图10-10返回43二）、脱氧核苷酸合成的调节核糖核苷酸还原酶是一种别构调节酶，是催化脱氧核糖核苷酸合成的限速步骤(至少在动物细胞中是如此)。别构效应物是核苷三磷酸，其中有些是促进，有些则是抑制（图9）。

三）、药物对脱氧核糖核苷酸合成的影响

羟基脲(H2N-CO-NHOH)

能干扰脱氧核糖核苷酸的合成，因为它能抑制核糖核苷酸还原酶的活性。

5-氟尿嘧啶和5-氟脱氧尿嘧啶核苷干扰脱氧胸嘧啶核苷酸的合成，因为它们都能转变成5-氟-2'-脱氧尿苷-5'-单磷酸(F-dUMP)，而F-dUMP与dUMP相类似，并紧密结合到胸嘧啶核苷酸合成酶上，形成共价复合物，使酶不能发挥催化反应，从而阻碍dTMP的合成。

氨基喋呤及氨甲喋呤因能同二氢叶酸还原酶的催化部位结合而阻碍了四氢叶酸的合成，从而也影响到脱氧核苷酸的合成。因为FH4作为一碳单位的载体参与了该步反应。二）、脱氧核苷酸合成的调节44四、脱氧胸嘧啶核苷酸的合成以UMP为原料——从头合成首先，脱氧尿苷三磷酸水解转变成脱氧尿苷酸：dUTP＋H2O→dUMP＋PPidUMP再经特殊的胸腺嘧啶核苷酸合酶催化,甲基化而生成的。甲基的供体是N5,N10-甲叉四氢叶酸（图11）。

图12是N5,N10-甲叉四氢叶酸产生的反应。2.从胸腺嘧啶直接合成3.嘧啶核苷酸相互转化

四、脱氧胸嘧啶核苷酸的合成45脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H++SerNADP++Gly

N5、N10—CH2—FH4FH2二氢叶酸还原酶Ser羟甲基转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H46叶酸和四氢叶酸（FH4）叶酸四氢叶酸HH105N5，N10-CH2-FH4N5-CHO-FH4CH2CHO叶酸和四氢叶酸（FH4）叶酸四氢叶酸HH105N5，N1047生物化学第十章核酸代谢课件48一碳基团的来源与转变S-腺苷蛋氨酸N5-CH2-FH4N5N10-

CH2-FH4N5，N10=CH-FH4

N10-CHO-FH4N5，

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FH4FH4FH4

HCOOHH2ONAD+NDAH+H+NAD+NDAH+H+H+参与嘌呤合成一碳基团的来源与转变S-腺苷蛋氨酸N5-CH2-FH4N549五

核苷酸的合成及相互关系五

核苷酸的合成及相互关系50第十章

核苷酸代谢

NucleotideMetabolism第十章

核苷酸代谢

NucleotideMetabol51本章仅介绍核苷酸的分解代谢和生物合成

DNA和RNA的生物合成分章介绍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本章仅介绍核苷酸的分解代谢和生物合成

DNA和RNA的生物52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磷酸吸收方式：核苷、核苷酸吸收部位：小肠第一节核酸的酶促降解一、核酸酶二、限制性内切酶53一、核酸酶1、核酸酶的分类（1）根据对底物的专一性分为（2）根据切割位点分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶核酸内切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点一、核酸酶1、核酸酶的分类（1）根据对底54外切核酸酶对核酸的水解位点5´

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p3´BBBBBBB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）外切核酸酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpp55内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´

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pOHPyPuPyPy1´

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pGA3´RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶

RNAaseT2内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´ppppOHP56二、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）。二、限制性内切酶类型原核生物中存在着一类能识别外57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‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI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‥‥58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，产物为异质，是限制与修饰相排斥的多功能酶.

Ⅱ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。

III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.限制性内切酶类型I型：分子量大于105，多59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（E.coli）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。限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：E60核苷酸的功能核苷酸是生物体内的重要物质，起着多方面的作用：▲DNA和RNA合成的前体。▲其衍生物是许多生物合成的活化的中间物。▲ATP是生物系统最通用的能量、GTP赋予大分子例如新生肽链在核糖体上的移位运动的动力及信号偶联蛋白的活化。▲腺苷酸是三种主要辅酶NAD＋、FAD＋和CoA的组分。▲核苷酸也是代谢调节物。例如cAMP是许多激素行使调节作用的细胞内信使。

腺嘌呤核苷酸生物合成过程的阐明对于筛选抗肿瘤药物以及选育核苷酸高产菌株都有指导意义。核苷酸的功能核苷酸是生物体内的重要物质，起着多方面的作用61第二节核苷酸的分解代谢一、核糖和脱氧核糖的代谢1-P-核糖变位酶5-P-核糖HMP1-P-脱氧核糖变位酶5-P-脱氧核糖

醛缩酶乙醛+

3-P甘油醛二、嘌呤的分解代谢三、嘧啶的分解代谢第二节核苷酸的分解代谢一、核糖和脱氧核糖的代谢62二、嘌呤的分解尿囊酸2尿素＋乙醛酸尿囊酸酶二、嘌呤的分解尿囊酸2尿素63

腺苷酸→次黄苷酸黄苷酸→鸟苷酸↓↓↓↓腺苷→次黄苷黄苷←鸟苷↓↓↓↓腺嘌呤→次黄嘌呤→黄嘌呤←鸟嘌呤↓尿酸

图5嘌呤类在核苷酸、核苷和碱基三个水平上的降解

64三、嘧啶的分解三、嘧啶的分解65第三节核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成三、脱氧核苷酸的合成四、dTMP的合成五、各种核苷酸的相互转变

第三节核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成66核糖核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救途径(自学)二、嘧啶核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救合成途径(自学)核糖核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从头合67一、嘌呤核苷酸的生物合成（一）、从头合成嘌呤核苷酸的从头合成分为两个阶段.第一阶段是合成次黄嘌呤核苷酸;第二阶段是在次黄嘌呤核苷酸的基础上合成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。用同位素标记实验证实，嘌呤环上各原子的来源如图1所示。1．次黄嘌呤核苷酸的合成(第一阶段)1)首先在磷酸核糖焦磷酸激酶催化下合成5-磷酸核糖焦磷酸。在此基础上合成次黄嘌呤核苷酸（图2）。所涉及的酶有：2)5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶；3)甘氨酰胺核苷酸合酶，4)甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶；5)甲酰甘氨脒核苷酸合成酶。6)氨基咪唑核苷酸合酶；7)氨基咪唑核苷酸羧化酶。8)氨基咪唑琥珀基甲酰胺核苷酸合酶；9)腺苷酸琥珀酸裂解酶；10)氨基咪唑甲酰胺核苷酸转甲酰酶；11)次黄嘌呤核苷酸环脱水酶

生物化学第十章核酸代谢课件682．腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸的合成第二阶段的反应是次黄嘌呤核苷酸分别转变成AMP和GMP(图3)。在5‘-AMP和5’-GMP的基础上可进一步磷酸化生成ADP、GDP、ATP&和GTP。

3.腺嘌呤核苷酸的合成(从头合成)的调节在腺嘌呤核苷酸的从头合成途径中，反馈调节是主要的调节方式。该途径的第一步反应，即5'-磷酸核糖焦磷酸转变成5'-磷酸核糖胺的反应是一步关键性反应。催化该反应的5'-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是一种别构酶，这个酶的活性受其终产物AMP和GMP反馈抑制（图4）。此外，AMP和GMP亦可对由IMP合成AMP和GMP的第一步反应造成反馈抑制。2．腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸的合成694.药物对嘌呤核苷酸合成的影响◆羽田杀菌素的结构与天冬氨酸的结构类似，可强烈地抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性。◆氨基喋呤及氨甲基喋呤与四氢叶酸的结构很相似。这二种化合物能结合到二氢叶酸还原酶的活性部位上，阻止四氢叶酸的合成，抑制四氢叶酸作为一碳单位载体的作用，从而阻止嘌呤核苷酸(和嘧啶核苷酸)的合成。◆抗菌素重氮乙酰丝氨酸(azaserine)及6-重氮-5-氧-正亮氨酸与谷氨酰胺的结构很相似，它们是催化氨基从Gln转移到相应受体分子上的那些酶的有效抑制剂。◆6-巯基喋呤也是一种抗肿瘤药物。

4.药物对嘌呤核苷酸合成的影响70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”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715-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THFA5-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72IMP转变为GMP和AMPIMP转变为GMP和AMP73图16-2返回2)5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶3)甘氨酰胺核苷酸合酶4)甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶5)甲酰甘氨脒核苷酸合成酶6)氨基咪唑核苷酸合酶7)氨基咪唑核苷酸羧化酶8)氨基咪唑琥珀基甲酰胺核苷酸合酶9)腺苷酸琥珀酸裂解酶10)氨基咪唑甲酰胺核苷酸转甲酰酶11)次黄嘌呤核苷酸环脱水酶图16-2返回2)5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶74图16-3返回图16-3返回75（二）、补救途径(salvage)利用细胞内己有的嘌呤碱基合成嘌呤核苷酸的途径称为补救途径。

1.嘌呤与5’-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)作用

腺嘌呤磷酸核糖基转移酶,能催化下列的反应:腺嘌呤+5'-磷酸核糖焦磷酸→5'-AMP+PPi另一种酶是次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶，它能催化：次黄嘌呤+5'-磷酸核糖焦磷酸→5'-IMP+PPi鸟嘌呤+5'-磷酸核糖焦磷酸→5'-GMP+PPi黄嘌呤+5'-磷酸核糖焦磷酸→5'-XMP+PPi

由于次黄嘌呤和鸟嘌呤是细胞内嘌呤核苷酸降解的主要产物，所以在嘌呤核苷酸合成的补救途径中，次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶是主要的酶。

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(GX)MP+PPi（二）、补救途径(salvage)磷酸核糖转移酶嘌呤+PR76嘌呤核苷酸合成补救途径

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(GX)MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP1.嘌呤与5’-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)作用2.嘌呤与1’-磷酸核糖作用嘌呤核苷酸合成补救途径磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(GX77

二、嘧啶核苷酸的合成

嘧啶核苷酸的合成途径与嘌呤核苷酸合成途径很不相同。（一）、从头合成途径嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成。嘧啶核苷酸合成时首先形成嘧啶环（图5），然后在此基础上与磷酸核糖结合成乳清核苷酸，继而转变成尿嘧啶核苷酸。

1.尿嘧啶核苷酸的合成1)氨甲酰磷酸的合成：

氨甲酰磷酸是肝脏合成尿素的原料(线粒体中)也是嘧啶核苷酸合成的前体(在胞液中)。氨甲酰磷酸合成的氮的来源是不同的。线粒体合成氨甲酰磷酸的氮来自脱氨基作用产生的NH3；而胞液合成氨甲酰磷酸的氮来自Gln，且不需要N-乙酰Glu作活化剂。因为在胞液中是由一种不同于线粒体中的氨甲酰磷酸合成酶催化的，叫氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ。线粒体中的酶叫做氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ。氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ催化的反应如图6所示。二、嘧啶核苷酸的合成782).尿嘧啶核苷酸合成的过程（图6）Asp转氨甲酰基酶的催化Asp与氨甲酰磷酸结合生成氨甲酰Asp,接着在二氢乳清酸酶的作用下生成二氢乳清酸。然后在二氢乳清酸脱氢酶的催化下,生成乳清酸。第四步在乳清酸磷酸核糖基转移酶的催化下生成乳清核苷酸。第五步是在乳清核苷酸脱羧酶的催化下生成尿嘧啶核苷酸。在E,coli中，催化UMP合成的6种酶彼此是分开的。相反，在真核生物中，其中5种酶群集成为两种多功能酶：氨甲酰磷酸合成酶（C）、天冬氨酸转氨甲酰基酶（A）、二氢乳清酸酶（D）共价结合成240kD的大的多肽链，该多功能酶称为CAD；乳清酸磷酸核糖基转移酶和乳清核苷酸脱羧酶共价结合成52kD的单一多肽链，这两种酶活性分别位于两个不同的结构域。2.胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成是在尿嘧啶核苷三磷酸的水平上进行（图7）2).尿嘧啶核苷酸合成的过程（图6）79嘧啶核苷酸从头合成途径

c、UMP转变为CTPCTPCTP合成酶

ATPGlnH2OUMPUDPUTP

a、嘧啶环上原子的来源b、UMP的从头合成嘧啶核苷酸从头合成途径

c、UMP转变为CTPCTPCTP合80嘧啶环上各原子的来源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸嘧啶环上各原子的来源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC6581尿嘧啶核苷酸合成途径尿嘧啶核苷酸合成途径82图61.氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ2.天冬氨酸转氨甲酰基酶3.二氢乳清酸酶4.二氢乳清酸脱氢酶5.乳清酸磷酸核糖基转移酶6.乳清核苷酸脱羧酶的催化下生成尿嘧啶核苷酸。图61.氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ832.胞嘧啶核苷酸的合成

胞嘧啶核苷酸的合成是在尿嘧啶核苷三磷酸的水平上进行的。2.胞嘧啶核苷酸的合成

胞嘧啶核苷酸的合成是在尿嘧啶核苷三843、嘧啶核苷酸合成的调节

在原核生物(如,E.coli)中，嘧啶核苷酸生物合成的主要调节部位是天冬氨酸转氨甲酰酶催化的反应，该酶是一种别构酶。

在哺乳动物中，嘧啶核苷酸生物合成的主要调节部位则是氨甲酰磷酸合成酶催化的反应。该酶的活性受嘧啶核苷酸的反馈抑制，但嘌呤核苷酸则起激活作用（图10-8）。4、药物对嘧啶核苷酸合成的影响6-氮尿嘧啶核苷(6-Azauridine)是嘧啶核苷酸合成的抑制剂。因为氮尿嘧啶核苷进入到体内后转变成相应的核苷酸，能抑制乳清核苷酸脱羧酶的活性。

重氮乙酰丝氨酸是从Gln上转酰胺酶的有效抑制剂。在嘧啶核苷酸的从头合成中，氨甲酰磷酸合成酶和胞嘧啶核苷三磷酸合成酶催化的反应均需要Gln提供酰胺基，故这两种酶可被重氮乙酰丝氨酸抑制，从而抑制了嘧啶核苷酸的合成。3、嘧啶核苷酸合成的调节85图10-8返回图10-8返回86(二)嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）尿嘧啶+PRPPUMP+PPi尿嘧啶+1-P-核糖尿嘧啶核苷+Pi尿嘧啶核苷+ATPUMP+ADP胞嘧啶核苷+ATPCMP+ADP尿苷激酶尿苷激酶尿苷磷酸化酶UMP磷酸核糖转移酶(二)嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）尿嘧啶+PRPPUMP87三、脱氧核苷酸的合成

生物体内的各种脱氧核糖核苷酸是在核糖核苷二磷酸的基础上经过还原脱去核糖第二位的氧后产生的。脱氧胸腺嘧啶核苷酸则需要另外的甲基化过程产生。核糖核苷二磷酸是在核糖核苷单磷酸的基础上通过相应的核苷酸激酶由ATP提供磷酸基而产生的。一）、核糖核苷酸还原酶

核糖核苷酸还原酶（图9）催化核糖核苷二磷酸还原脱氧生成脱氧核糖核苷二磷酸（图10）。

dADP、dGDP、dCDP、dUDP都可直接由上面反应产生，再经核苷二磷酸激酶催化转变成脱氧核苷三磷酸。三、脱氧核苷酸的合成88核糖核苷酸的还原反应硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖