核酸的降解和核苷酸代谢

关于核酸的降解和核苷酸代谢核酸酶实质是磷酸二脂酶。根据酶对底物的专一性分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。第一节核酸的酶促降解

核酸酶

核酸核苷酸3’、5’-磷酸二酯键第2页,共37页，2024年2月25日，星期天一、

核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的RNase专一性不同。牛胰核糖核酸酶I（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。（内切核酸酶）核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3’-鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。（内切核酸酶）5´

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p

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pOHPyPuPyPu1´

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pGACU

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pGA3´RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1第3页,共37页，2024年2月25日，星期天只能水解DNA磷酸二酯键的酶。牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），可切割双链和单链DNA，降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源DNA的核酸内切酶，可特异切割外源DNA特定序列中的磷酸二脂键(对碱基序列专一），切断双键，常作为工具酶。

二、脱氧核糖核酸酶第4页,共37页，2024年2月25日，星期天限制性内切酶类型

I型：识别位点与切割位点相差甚远Ⅱ型：切割位点位于识别位点上，产物为专一性片段。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第5页,共37页，2024年2月25日，星期天产生3ˊ-OH和5ˊ-P的末端限制性内切酶Ⅱ第6页,共37页，2024年2月25日，星期天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。第7页,共37页，2024年2月25日，星期天第8页,共37页，2024年2月25日，星期天既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。小球菌核酸酶（内切酶），可作用于RNA或变性的DNA，产生3’-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶（外切酶）。三、非特异性核酸酶第9页,共37页，2024年2月25日，星期天蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH逐个水解，生成5’-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶从游离的5’-OH开始逐个水解，生成3’核苷酸。第10页,共37页，2024年2月25日，星期天第二节核苷酸的生物降解核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸单酯酶）核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷磷酸嘌呤或嘧啶戊糖-1-磷酸第11页,共37页，2024年2月25日，星期天第二节核苷酸的生物降解核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸单酯酶）核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷磷酸嘌呤或嘧啶戊糖-1-磷酸一、核苷酸的降解

第12页,共37页，2024年2月25日，星期天一、核苷酸的降解

1、核苷酸酶（磷酸单脂酶）水解核苷酸，产生核苷和磷酸。第13页,共37页，2024年2月25日，星期天2、核苷磷酸化酶广泛存在，反应可逆

核苷+磷酸核苷磷酸化酶碱基+戊糖-1-磷酸第14页,共37页，2024年2月25日，星期天不同生物降解的产物不同

二、嘌呤的降解第15页,共37页，2024年2月25日，星期天（人类和灵长类动物）（灵长类以外的哺乳动物）第16页,共37页，2024年2月25日，星期天尿囊酸酶H2O脲酶2H2O4NH3+2CO2乙醛酸尿素OHNH2尿囊酸（植物）（鱼类、两栖类）（海洋无脊椎动物）脱氨氧化水解第17页,共37页，2024年2月25日，星期天三、嘧啶的降解脱氨还原水解第18页,共37页，2024年2月25日，星期天一、嘌呤核苷酸的生物合成从头合成途径补救途径二、嘧啶核苷酸的生物合成从头合成途径补救合成途径第三节核苷酸的生物合成三、脱氧核苷酸的合成第19页,共37页，2024年2月25日，星期天（1）嘌呤环上各原子的来源N3N9N7N1C2C6C4C5C8来自谷氨酰胺的酰胺氮来自甲酸来自甲酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自CO2一、嘌呤核苷酸的生物合成（AMP、GMP)合成嘌呤核苷酸，先合成IMP，再转化为AMP、GMP。1、从头合成第20页,共37页，2024年2月25日，星期天IMP的合成是从5-磷酸核糖开始的，先于ATP反应生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤环的各原子在PRPP的C-1位置上逐渐加上去。（2）

IMP的合成第21页,共37页，2024年2月25日，星期天5-P核糖ATPAMP5-P核糖-1-焦磷酸

IMP945783612川IMP的合成是从5-磷酸核糖开始的，先于ATP反应生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤环的各原子在PRPP的C-1位置上逐渐加上去。第22页,共37页，2024年2月25日，星期天5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲酰THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP→IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPi总反应式：第23页,共37页，2024年2月25日，星期天（3）IMP转变为GMP和AMP第24页,共37页，2024年2月25日，星期天嘌呤核苷+磷酸核苷磷酸化酶嘌呤碱+戊糖-1-磷酸2、

补救途径(利用已有的碱基和核苷合成核苷酸)(1)磷酸核糖转移酶途径（重要途径）次黄嘌呤（鸟嘌呤）+5-PRPP次黄嘌呤(鸟嘌呤)磷酸核糖转移酶IMP（GMP)+PPi腺嘌呤+5-PRPP腺嘌呤磷酸核糖转移酶AMP+PPi第25页,共37页，2024年2月25日，星期天腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在腺苷激酶的作用下与ATP反应，生成腺嘌呤核苷酸。2、核苷激酶途径（生物体内只发现有腺苷激酶）碱基+核糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷+Pi腺苷+ATP腺苷激酶腺苷酸+ADP第26页,共37页，2024年2月25日，星期天与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸。二、嘧啶核苷酸的合成1、

从头合成第27页,共37页，2024年2月25日，星期天（1）嘧啶环上各原子的来源

来自天冬氨酸来自CO2来自NH3NNCCCC654321氨甲酰磷酸第28页,共37页，2024年2月25日，星期天（2）尿嘧啶核苷酸的合成天冬氨酸转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸脱氢酶乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+乳清苷酸脱羧酶第29页,共37页，2024年2月25日，星期天尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln（动物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶／Mg2+UDP+ADPUDP+ATP核苷二磷酸激酶／Mg2+UTP+ADPCTP合成酶UTP+Gln（NH4+）+ATP+H2OCTP+Glu+ADP+Pi（3）胞嘧啶核苷酸的合成第30页,共37页，2024年2月25日，星期天嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。嘧啶碱+1-磷酸核糖核苷磷酸化酶嘧啶核苷+Pi尿苷（胞苷）+ATP尿苷激酶／Mg2+UMP（CMP）+ADP（2）磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行）尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶+5-PRPPUMP+PPi2、

补救途径（1）

嘧啶核苷激酶途径（重要途径）第31页,共37页，2024年2月25日，星期天脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而来的。三、脱氧核苷酸的合成第32页,共37页，2024年2月25日，星期天（1）核糖核苷酸的还原反应NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白还原酶FAD核糖核苷酸还原酶（B1和B2）ATP、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ADP、GDP、CDP、UDP腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核苷酸。还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行第33页,共37页，2024年2月25日，星期天由尿嘧啶脱氧核苷酸（dUMP）经甲基化生成。Ser提供甲基，NADPH提供还原当量。（2）胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成H第34页,共37页，2024年2月25日，星期天胸腺嘧啶核苷酸合成酶dUMP+N5,N10-亚甲基THFAdTMP+二氢叶酸二氢叶酸还原酶7，8-二氢叶酸+NADPH+H+5，6，7，8-THFA+NDAP+Ser羟甲基转移酶Ser+THF