第九章+核酸降解和核苷酸代谢

第九章核酸降解和核苷酸代谢核酸水解糖苷键、磷酸酯键均可酸水解最不稳定为嘌啉与脱氧核糖间的糖苷键酸水解RNA的磷酸酯键易碱解，DNA耐受碱浓度0.3-1M,37℃18－24h完成碱水解外源核酸在小肠发生有限的消化吸收核酸在核酸酶的作用下，水解为寡核苷酸或单核苷酸单核苷酸可进一步降解为碱基、戊糖和磷酸。核酸酶解根据核酸酶作用的位置不同，又可将核酸酶分为核酸外切酶（exonuclease）和核酸内切酶（endonuclease）。有些核酸酶能从DNA或RNA链的一端逐个水解下单核苷酸，所以称为核酸外切酶。核酸内切酶催化水解多核苷酸内部的磷酸二酯键。核酸外切酶和核酸内切酶限制性内切酶20世纪70年代，在细菌中陆续发现了一类核酸内切酶，能识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并在识别序列内或附近特异切割双链DNA的核酸内切酶。称为限制性核酸内切酶（restrictionendonuclease）限制性内切酶的发现1953年，Arber研究噬菌体与细菌的关系，发现限制现象。1962年，Arber发现大肠杆菌对外来侵入的DNA有限制作用。预言了DNA限制性内切酶的存在。1968年，H·O·Smith分离出第一个内切酶。1971年，D·Nathans应用内切酶切割SV-40病毒的DNA，获得了第一个DNA的内切图谱限制性内切酶的发现启动了基因工程时代三人共享了1978年的诺贝尔奖限制与修饰现象限制酶天然存在于细菌体内，与相伴存在的甲基化酶共同构成细菌的限制-修饰系统。修饰和限制现象是50年代初发现的一种细菌自卫的方式。细菌内两种不同功能的酶：限制性内切酶；甲基化酶。甲基化酶能识别限制性内切酶所识别的碱基顺序，并把其中某些碱基甲基化。被修饰酶甲基化了的DNA就不能被限制性内切酶降解三类限制与修饰酶类型Ⅰ：多亚基双功能酶，甲基化和切割由同一酶完成。识别位点和切割位点不一致，没有固定切割位点类型Ⅱ：修饰和限制由两个分开的酶完成。能识别双链DNA的特殊序列，并可特异切割DNA类型Ⅲ：双亚基双功能酶，切割位点在识别位点下游24-26bp处。限制性内切酶的命名HindⅢ前三个字母来自于菌种名称H.influenzae，“ｄ”表示菌系为ｄ型血清型；“Ⅲ”表示分离到的第三个限制酶。EcoRI—EscherichiacoliRIHindⅢ—Haemophilus

influensae

dⅢSacI(II)—Streptomyces

achromagenes

I(Ⅱ)

限制酶由三部分构成，即菌种名（斜写）、菌系编号、分离顺序。限制性内切酶的特点识别长度为4-8个核苷酸的特异序列；许多识别序列具回文结构，如HindⅢ的识别序列：

5`AAGCTT3`3`TTCGAA5切割产生的末端有粘端

(cohesive/stickyend)如BamHI(G↓GATCC)

和平端

(bluntend)如SmaI(CCC↓GGG)同裂酶与同尾酶来源不同但能识别和切割同一位点的酶称为同功异源酶(isoschizomer),有时也称同裂酶；有些限制酶识别序列不同，但是产生相同的粘性末端，这些酶称为同尾酶（isocaudamer)基因工程常用工具酶酶主要用途限制性核酸内切酶识别DNA特定序列，切割DNA分子DNA连接酶连接两个DNA分子或片段大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ或Klenow酶制作DNA探针；合成cDNA第二链；

填补双链DNA3`凹端；DNA测序。TaqDNA聚合酶聚合酶链式反应（PCR）多核苷酸激酶多核苷酸5`-OH磷酸化，制末端标记探针末端转移酶使3`-末端加同聚物尾S1核酸酶降解单链DNA或RNADNA酶Ⅰ在双链DNA上产生随机切口RNA酶A降解RNA逆转录酶补平反应，合成cDNA或制探针碱性磷酸酶切除核酸末端磷酸基核苷酸的进一步水解核苷酸H2OPi5-Pi-戊糖+碱基核苷+Pi仅在E.Coli和棕色固氮菌中发现H2O碱基＋1-Pi-戊糖H2O碱基＋戊糖仅对植物和微生物的核糖核苷酸

核苷酸分解代谢核苷酸水解，产生磷酸和核苷。核苷可在核苷酶的作用下进一步分解为戊糖和碱基。不同种类生物降解嘌呤碱基的能力不同，代谢产物的形式也各不相同。人类、灵长类、鸟类、爬虫类以及大多数昆虫体内缺乏尿酸酶，故嘌呤代谢的最终产物是尿酸。嘧啶的降解：嘧啶碱的分解过程比较复杂，包括水解脱氨基作用、氨化、还原、水解和脱羧基作用等。嘌呤核苷酸分解人体嘌呤分解代谢的特点氧化降解，环不打破;最终产物:尿酸;嘌呤代谢障碍:痛风症嘌呤代谢的终产物尿酸灵长类，鸟类、爬虫类、昆虫等尿囊素哺乳动物（灵长类除外）尿囊酸硬骨鱼尿素大多数鱼类、两栖类氨甲壳类、咸水瓣鳃类嘧啶分解代谢特点还原降解，环被打破生物体内的核苷酸，可以直接利用细胞中自由存在的碱基和核苷合成（补救途径），也可以利用氨基酸和某些小分子物质为原料，经一系列酶促反应从头合成核苷酸（从头合成途径）。核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的生物合成嘧啶碱合成的元素来源

合成嘧啶的原料主要是CO2、NH3和天冬氨酸。生物体先利用小分子化合物形成嘧啶环，形成乳清酸，然后再与核糖磷酸结合形成嘧啶核苷酸。首先形成的是尿苷酸，然后再转变为其它嘧啶核苷酸。嘧啶核苷酸“从头合成”途径

先合成嘧啶环，再与PRPP连接；先合成UMP，再转变成其他嘧啶核苷酸。嘧啶核苷酸合成特点

氨甲酰磷酸合成

氨基甲酰磷酸合成酶I、II的区别CPSⅠCPSⅡ分布

线粒体（肝脏)

胞液(所有细胞)

氮源

NH3

Gln

别构激活剂

N-乙酰谷氨酸

无

反馈抑制剂

无

UMP(哺乳类动物)

功能

尿素合成

嘧啶合成

嘧啶核苷酸的补救合成

脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸还原形成的。在核糖核苷酸还原酶作