核酸的降解和核甘酸代谢

1、第十一章 核酸的降解和核甘酸代谢,学习要求,熟悉核酸酶的类别和特点; 了解嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的过程以及最初产物; 了解核苷酸补救合成途径的重要意义; 了解核苷酸降解的过程和终产物，尿酸堆积引起的疾病和治疗方法。,核酸的酶促降解和核苷酸代谢,第一节 核酸的酶促降解,第三节 核苷酸的合成代谢,第二节 核苷酸的分解代谢,第一节核酸的酶促降解,一、核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶；,二、限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割DNA,常作为工具酶。,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

2、,2、核酸酶的作用特点,核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3端或5端），逐个水解下核苷酸； 脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA 核糖核酸外切酶:只作用于RNA； 核酸内切酶: 从核酸分子内部切断3,5 -磷酸二酯键。,外切核酸酶对核酸的水解位点,5,OH,A,3,C,G,T,A,T,G,C,牛脾磷酸二酯酶（5端外切）,蛇毒磷酸二酯酶（3端外切）,2、核酸酶的作用特点,内切核酸酶对RNA的水解位点示意图,RNAase I,RNAase T1,Pu ：嘌呤 Py：嘧啶,牛胰核糖核酸酶I (RNaseI) 核糖核酸酶T1（RNaseT1）,二、限制性内切酶,1常用的DNA限制性内切酶,限制性内切酶的命

3、名和意义,Eco R I,序号,属名,种名,株名,例：Eco R I，这是从大肠杆菌（Ecoli）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。,第二节核苷酸的分解代谢一、核苷酸的降解,核苷酸 + H2O 核苷+Pi 核苷 + H2O 嘌呤（或嘧啶）+戊糖 （核苷水解酶主要存在于植物和微生物体内，并且只能对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷不起作用。） 核苷+ H3PO4 嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖 （核苷磷酸化酶存在广泛）,核苷酸酶,核苷水解酶,核

4、苷磷酸化酶,二、嘌呤的降解：这是一个氧化降解过程，不同生物降解的产物不同(肝、小肠和肾)。,腺嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤 黄嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素 + 乙醛酸 H2O 2H2O 4NH3 + 2CO2,（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）,（灵长类以外的哺乳动物）,（植物）,（鱼类、两栖类）,（海洋无脊椎动物）,腺嘌呤脱氨酶,鸟嘌呤脱氨酶,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤 氧化酶,尿酸氧化酶,尿囊 素酶,尿囊酸酶,脲酶,(硬骨鱼),痛风症的治疗机制,鸟嘌呤,次黄嘌呤,黄嘌呤,尿酸,黄

5、嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,别嘌呤醇,三、嘧啶的降解： 胞嘧啶 尿嘧啶 二氢尿嘧啶 H2O NH3 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -丙氨酸 -脲基丙酸 H2O 胸腺嘧啶 二氢胸腺嘧啶 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -氨基异丁酸 -脲基异丁酸 H2O,胞嘧啶脱氨酶,二氢尿嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶,二氢尿嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶,NH3+CO2+,NH3+CO2+,NADPH +H+ -哺乳动物 NADH+H+ -细 菌,第三节 核苷酸的合成代谢,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

6、 三、脱氧核苷酸的合成,从头合成途径 补救合成途径,一、嘌呤核苷酸的生物合成,是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列复杂的酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。,肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。,（一）嘌呤核苷酸的从头合成,定义,合成部位,嘌呤碱合成的元素来源,CO2,天冬氨酸,甲酰基 （一碳单位）,甘氨酸,甲酰基 （一碳单位）,谷氨酰胺 （酰胺基）,过程,1. IMP的合成,2. AMP和GMP的生成,R-5-P （5-磷酸核糖）,PP-1-R-5-P （磷酸核糖焦磷酸）,在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化

7、碳及天冬氨酸的逐步参与下,IMP,H2N-1-R-5-P （5-磷酸核糖胺）,拮抗物: 重氮丝氨酸,1. IMP的合成过程, 磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶 转甲酰基酶 FGAM合成酶 AIR合成酶,IMP生成总反应过程,叶酸拮抗物: 氨基蝶呤,氨甲蝶呤,腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶 腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶,2、AMP和GMP的生成, 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。 AMP或GMP的合成又需1个ATP。,嘌呤核苷酸从头合成特点,利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）

8、途径。,（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径,定义,腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 腺苷激酶(adenosine kinase),参与补救合成的酶,合成过程,补救合成的生理意义,补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。 体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。,嘌呤核苷酸的抗代谢物,嘌呤核苷酸的抗代谢物主要有嘌呤类似物、谷氨酰胺类似物、叶酸类似物三类。 嘌呤类似物：

9、6-巯基嘌呤 谷氨酰胺类似物：重氮丝氨酸、 6-重氮-5-氧代正亮氨酸 叶酸类似物：氨基蝶呤、氨甲蝶呤,二、嘧啶核苷酸的生物合成 从头合成途径 补救合成途径,（一）嘧啶核苷酸的从头合成,主要是肝细胞胞液,是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。,定义,合成部位,嘧啶合成的元素来源(谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2)。,合成过程,1. 尿嘧啶核苷酸的合成,2. 胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,从头合成的调节,ATP + CO2+ 谷氨酰胺,氨基甲酰磷酸,UMP,氨基甲酰天冬氨酸,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP + 5-磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,（二） 嘧啶核苷酸的补救合成,（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+,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,三、脱氧核苷酸的生物合成（大肠杆菌、动物、植物）,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,胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP）的合成 dUDP