核酸的酶促降解和核苷酸代谢

核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸的酶促降解和核苷酸代谢第1页主要内容第一节核酸酶促降解第二节核苷酸分解代谢第三节核苷酸生物合成核酸的酶促降解和核苷酸代谢第2页核酸在生物体内能够被降解外源核酸在动物体小肠内被降解胰核酸酶肠粘膜释放磷酸二酯酶降解产物在小肠内被转化和吸收核酸降解普通不为生物提供能量第一节核酸酶促降解核酸的酶促降解和核苷酸代谢第3页一、核酸酶对核酸降解1、核酸酶核酸是由许多核苷酸经过3’，5’-磷酸二酯键连接而成大分子化合物。核酸经过酶促降解可产生分子量大小不一样核苷酸片段及相关产物、单核苷酸。能够降解核酸中磷酸二酯键酶统称为核酸酶。2、核酸酶种类依据核酸酶对底物专一性不一样，分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶依据对底物作用方式分为：核酸内切酶、核酸外切酶。其中核酸内切酶还能够分为非特异性核酸内切酶和限制性核酸内切酶。水解酯键水解3’-酯键→5’-（寡）核苷酸

方式水解5’-酯键→3’-核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第4页二、核糖核酸酶（RNase）能对核糖核酸中磷酸二酯键水解作用酶。包含内切酶和外切酶。1、核酸内切酶（1）种类（2）脱氧核糖核酸酶是一类特异水解DNA酶类，也作用于磷酸二酯键。常见内切酶有：酶作用位点RNaseⅠ嘧啶核苷酸C3’位磷酸与相邻核苷酸C5’羟基形成磷酸二酯键RNaseT1鸟嘌呤核苷酸C3’位磷酸与相邻核苷酸C5’羟基形成磷酸二酯键RNaseU2嘌呤核苷酸C3’位磷酸与相邻核苷酸C5’羟基形成磷酸二酯键酶作用位点产物DNaseⅠ任意3’-羟基和5’-磷酸形成酯键5’-磷酸寡聚脱氧核苷酸片段DNaseⅡ3’-磷酸和5’-羟基形成酯键3’-磷酸寡聚脱氧核苷酸片段限制性内切酶--核酸的酶促降解和核苷酸代谢第5页2、核酸外切酶常见核酸外切酶有蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶。对核糖核酸和脱氧核糖核酸都能分解，专一性不高。蛇毒磷酸二酯酶：从核酸3’端开始逐一水解下5’-核苷酸牛脾磷酸二酯酶：从游离5’端开始逐一水解下3’-核苷酸外切核酸酶对核酸水解位点5´

p

p

p

pOHB

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p

p3´BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶5´端外切得：3’核苷酸蛇毒磷酸二酯酶3´端外切得：5’核苷酸

p核酸的酶促降解和核苷酸代谢第6页脱嘌呤/脱嘧啶（AP）核酸内切酶作用能识别去除了碱基核酸（无嘌呤酸、无嘧啶酸）磷酸二酯键，并切除糖基，使核酸链断开。核酸的酶促降解和核苷酸代谢第7页3、限制性内切酶限制性核酸内切酶又称限制性酶，可识别DNA分子中内部特异性碱基序列，并在该部位切断DNA双链。含有很强专一性：次序专一性或结构专一性对底物DNA有特异识别位点（又称识别序列），这些位点长度普通在4~8个碱基对范围内，而且通常有一个二重对称轴，即5’→3’方向残基序列在两条链上是一样，这么序列叫回文结构，切割后形成黏性末端或平齐末端。核酸链经酶切割后形成错开切口，使每条单链一端带有识别次序中几个互补碱基，这么末端称为黏性末端。环状或线状双链DNA分子经限制性内切酶作用后都形成线状双链DNA。这类酶主要在细菌中产生。因为这类酶本身DNA酶切位点往往经甲基化修饰受到保护，所以其主要功效在于降解外面入侵DNA，而不降解本身细胞中DNA。是基因重组用酶，是胞内DNA“卫士”。核酸的酶促降解和核苷酸代谢第8页返回DNARNA外切酶内切酶特定部位—限制性内切酶核酸的酶促降解和核苷酸代谢第9页第二节核苷酸分解代谢核酸的酶促降解和核苷酸代谢第10页一、核苷酸降解核苷酸酶广泛分布于生物体内磷酸核苷酸核苷核苷酸酶或磷酸单酯酶核酸的酶促降解和核苷酸代谢第11页核苷酸降解为核苷生物体内普遍存在磷酸单酯酶或核苷酸酶可催化2’-，3’-和5’-核苷酸水解；特异性强磷酸单酯酶只能水解3’-核苷酸和5’-核苷酸，对不一样碱基也有选择性。核苷酸中糖苷键断裂催化该反应酶称为核苷酸核苷酶，主要在微生物（细菌）中存在核苷酸脱氨反应与核苷酸转换带氨基核苷酸在核苷酸脱氨酶作用下可脱掉氨基而转变成另一个核苷酸。核酸的酶促降解和核苷酸代谢第12页核苷分解代谢核苷代谢去路核苷水解：核苷水解酶主要存在于植物和微生物中，只对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷无作用核苷磷酸解作用：反应可逆，反应过程中糖构型由β-型转变为α-型核苷相互转换核苷排泄：主要为修饰核苷酸，不被分解，也不被利用核酸的酶促降解和核苷酸代谢第13页核苷酸三级水平降解脱氨作用主要发生在核苷酸和核苷水平核酸的酶促降解和核苷酸代谢第14页二、嘌呤分解嘌呤类化合物分解代谢能够在核苷酸、核苷和碱基三个水平上进行（腺嘌呤核苷脱氢酶和腺嘌呤核苷酸脱氢酶活性较高）核酸的酶促降解和核苷酸代谢第15页嘌呤碱最终代谢产物：人类、灵长类、鸟类、爬行类、大多数昆虫：直接排出尿酸大多数生物：尿酸在尿酸氧化酶作用下被氧化脱羧生成尿囊素、CO2、H2O2除人和猿类外哺乳动物：直接排出尿囊素其它多数种类生物：尿囊素经尿囊素酶水解成尿囊酸（一些硬骨鱼嘌呤代谢排泄物）大多数鱼类及两栖类：尿素、乙醛酸（尿囊酸酶）甲壳类、海洋无脊椎动物：NH3和CO2（脲酶）核酸的酶促降解和核苷酸代谢第16页腺嘌呤核苷次黄嘌呤核苷腺嘌呤核苷酸首先生成次黄嘌呤核苷其中脱氨可发生在核苷/核苷酸水平核酸的酶促降解和核苷酸代谢第17页次黄嘌呤核苷在核苷磷酸化酶作用下生成次黄嘌呤，再经次黄嘌呤氧化酶催化氧化成黄嘌呤。黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下氧化成尿酸。次核酸的酶促降解和核苷酸代谢第18页鸟嘌呤核苷酸经脱氨基生成黄嘌呤，再在黄嘌呤氧化酶催化下生成尿酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第19页痛风：嘌呤代谢紊乱疾病。嘌呤代谢产生过多尿酸，因为其溶解度很差，易在关节、软组织、软骨、肾等处形成尿酸钠晶体并沉积引发灼痛。假如发生HGPRT缺点，不能以补救路径合成嘌呤核苷酸，吸收或合成嘌呤碱不完全降解，造成大量尿酸积累，也引发肾结石和痛风。HGPRT：次黄嘌呤鸟嘌呤转磷酸核糖酶核酸的酶促降解和核苷酸代谢第20页痛风治疗可采取别嘌呤醇，抑制黄嘌呤氧化酶活性，从而逐步降低尿和血中尿酸含量。正常人血清中尿酸含量为0.12~0.36mmol/L，含量超出0.47mmol/L时就会造成痛风症发生。核酸的酶促降解和核苷酸代谢第21页三、嘧啶分解包含脱氨基、氧化、还原、水解和脱羧基作用等。有氨基嘧啶先水解脱氨基。哺乳动物体内，主要在肝脏进行。人和一些动物：核苷酸或核苷水平也可进行核酸的酶促降解和核苷酸代谢第22页嘧啶分解还原路径胞嘧啶→→→→尿嘧啶→→→二氢尿嘧啶→→→→→β-脲基丙酸→→→→β-丙氨酸β-丙氨酸经转氨基作用去氨基后还能够深入参加有机酸代谢胸腺嘧啶代谢与其类似，生成β-氨基异丁酸胞嘧啶脱氨酶还原脲基丙酸酶二氢尿嘧啶酶核酸的酶促降解和核苷酸代谢第23页嘧啶碱基分解氧化路径返回核酸的酶促降解和核苷酸代谢第24页第三节核苷酸生物合成一、核糖核苷酸生物合成合成代谢两条路径：从头合成路径：以氨基酸和一些小分子物质为原料，经一系列酶促反应逐步掺入到原子合成核苷酸，这是从无到有合成过程。是体内核苷酸合成主要路径。（肝组织）补救路径或重新利用路径：以细胞内现存碱基和核苷为原料，经过简单反应合成核苷酸过程。（脑、骨髓）核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脱氧核苷酸辅酶RNA核苷碱基脱氧核苷DNA补救路径从头合成核酸的酶促降解和核苷酸代谢第25页核苷酸合成基础路径核酸的酶促降解和核苷酸代谢第26页1、嘌呤核苷酸生物合成嘌呤环中各原子起源甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺N10-次甲基四氢叶酸甲酸盐核酸的酶促降解和核苷酸代谢第27页（1）从头合成路径ATP+核糖-5’-磷酸5’-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）次黄嘌呤核苷酸（IMP）其它嘌呤核苷无机磷酸和Mg2+是PRPP合成酶激活剂，ADP、AMP、GMP、IMP和2’,3’-二磷酸甘油是它抑制剂。5’-磷酸核糖活化酶促反应PRPP合成酶核酸的酶促降解和核苷酸代谢第28页酶促反应分五元环和六元环两个阶段1）五元环合成PRPP+谷氨酰胺→5’-磷酸核糖胺→甘氨酰胺核苷酸→α-N-甲酰甘氨酰胺核苷酸→甲酰甘氨脒核苷酸→5-氨基咪唑核苷酸（五元环）PRPP+谷氨酰胺→5’-磷酸核糖胺转酰胺酶5-磷酸核糖胺核酸的酶促降解和核苷酸代谢第29页5-磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶来自甲酸（盐）5’-磷酸核糖胺→甘氨酰胺核苷酸→α-N-甲酰甘氨酰胺核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第30页甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸合成酶甲酰甘氨脒核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸合成酶α-N-甲酰甘氨酰胺核苷酸→甲酰甘氨脒核苷酸→5-氨基咪唑核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第31页N5-羧基氨基咪唑核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸羧化酶2）六元环合成（形成次黄苷酸）5-氨基咪唑核苷酸→5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸→5-氨基咪唑-4-N-琥珀酸氨甲酰核苷酸→5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸→次黄嘌呤核苷酸（→腺嘌呤核苷酸+鸟嘌呤核苷酸）5-氨基咪唑核苷酸→5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第32页5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸→5-氨基咪唑-4-N-琥珀酸氨甲酰核苷酸5-氨基-咪唑-4-羧酸核苷酸N-琥珀-5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第33页5-氨基咪唑-4（N-琥珀基）甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸延胡索酸5-氨基咪唑-4-N-琥珀酸氨甲酰核苷酸→5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第34页5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸→次黄嘌呤核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第35页次黄嘌呤核苷酸腺苷酸黄嘌呤核苷酸鸟苷酸腺苷酸代琥珀酸由IMP合成AMP和GMP核酸的酶促降解和核苷酸代谢第36页（2）补救路径1）由碱基和1-磷酸核糖在核苷磷酸化酶催化下合成核苷，然后再由核苷磷酸激酶催化磷酸化形成核苷酸2）嘌呤直接接收5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖，接合成嘌呤核苷酸。嘌呤核苷酸合成补救路径

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

AMPATP

ADP核苷磷酸化酶腺苷激酶核酸的酶促降解和核苷酸代谢第37页2、嘧啶核苷酸生物合成嘌呤环中各原子起源CO2GlnAsp（1）从头合成路径（细胞液中）嘧啶核苷酸先形成嘧啶环，然后再与磷酸核糖结合。先形成尿嘧啶核苷酸，再由尿嘧啶核苷酸转变为其它嘧啶核苷酸。核酸的酶促降解和核苷酸代谢第38页氨甲酰磷酸合成游离氨+二氧化碳→氨甲酰磷酸谷氨酰胺+二氧化碳→氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶不需要生物素核酸的酶促降解和核苷酸代谢第39页氨甲酰磷酸+天冬氨酸→氨甲酰天冬氨酸→二氢乳清酸→乳清酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第40页乳清酸→乳清核苷酸→尿嘧啶核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第41页尿嘧啶核苷酸→尿苷二磷酸→尿嘧啶核苷三磷酸→胞嘧啶核苷三磷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第42页（2）补救路径能够由磷酸核糖转移酶催化，也能够经过磷酸化酶作用进行补救。胞嘧啶不能直接与PRPP反应生成CMP，而尿苷激酶能催化胞苷磷酸化形成核酸的酶促降解和核苷酸代谢第43页核酸的酶促降解和核苷酸代谢第44页二、脱氧核糖核苷酸生物合成脱氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸还原形成还原反应通常发生在核苷二磷酸水平上。核苷酸激酶核苷二磷酸核苷二磷酸还原酶脱氧核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第45页核糖核苷酸还原酶催化核糖核苷酸还原为脱氧核糖核酸核酸的酶促降解和核苷酸代谢第46页脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）生物合成路径主要有两种：1）以dUMP为原料，以N