核酸降解和核苷酸代謝

1、核酸降解和核苷酸代謝p 糖苷鍵、磷酸酯鍵均可酸水解糖苷鍵、磷酸酯鍵均可酸水解p 最不穩(wěn)定為嘌啉與脫氧核糖間的糖苷鍵最不穩(wěn)定為嘌啉與脫氧核糖間的糖苷鍵p RNA的磷酸酯鍵易堿解，的磷酸酯鍵易堿解，DNA耐受耐受p 堿濃度堿濃度0.3-1M,371824h完成完成n 外源核酸在小腸發(fā)生有限的消化吸收外源核酸在小腸發(fā)生有限的消化吸收n 核酸在核酸酶的作用下，水解為寡核苷酸或單核苷酸核酸在核酸酶的作用下，水解為寡核苷酸或單核苷酸n 單核苷酸可進(jìn)一步降解為堿基、戊糖和磷酸。單核苷酸可進(jìn)一步降解為堿基、戊糖和磷酸。n 根據(jù)核酸酶作用的位置不同，又可將核酸酶分為核酸外根據(jù)核酸酶作用的位置不同，又可將核酸酶分

2、為核酸外切酶（切酶（exonuclease）和核酸內(nèi)切酶）和核酸內(nèi)切酶（endonuclease）。）。n 有些核酸酶能從有些核酸酶能從DNA或或RNA鏈的一端逐個水解下單核苷鏈的一端逐個水解下單核苷酸，所以稱為核酸外切酶。酸，所以稱為核酸外切酶。n 核酸內(nèi)切酶催化水解多核苷酸內(nèi)部的磷酸二酯鍵。核酸內(nèi)切酶催化水解多核苷酸內(nèi)部的磷酸二酯鍵。 20世紀(jì)世紀(jì)70年代，在細(xì)菌中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一類核酸內(nèi)切酶，能識別雙年代，在細(xì)菌中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一類核酸內(nèi)切酶，能識別雙鏈鏈DNA分子中特定核苷酸序列，并在識別序列內(nèi)或附近特異切割分子中特定核苷酸序列，并在識別序列內(nèi)或附近特異切割雙鏈雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶。稱為限制

3、性核酸內(nèi)切酶（的核酸內(nèi)切酶。稱為限制性核酸內(nèi)切酶（restriction endonuclease）n1953年，年，Arber研究噬菌體與細(xì)菌的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)限制現(xiàn)象。研究噬菌體與細(xì)菌的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)限制現(xiàn)象。n1962年，年，Arber發(fā)現(xiàn)大腸桿菌對外來侵入的發(fā)現(xiàn)大腸桿菌對外來侵入的DNA有限制作用。預(yù)言了有限制作用。預(yù)言了DNA限制性內(nèi)切酶的存在。限制性內(nèi)切酶的存在。n1968年，年，HOSmith分離出第一個內(nèi)切酶。分離出第一個內(nèi)切酶。n1971年，年，DNathans應(yīng)用內(nèi)切酶切割應(yīng)用內(nèi)切酶切割SV-40病毒的病毒的DNA，獲得了第一，獲得了第一個個DNA的內(nèi)切圖譜的內(nèi)切圖譜 n限制性內(nèi)切酶

4、的發(fā)現(xiàn)啟動了基因工程時代限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)啟動了基因工程時代n三人共享了三人共享了1978年的諾貝爾獎年的諾貝爾獎 限制酶天然存在于細(xì)菌體內(nèi)，與相伴存在的甲基化酶限制酶天然存在于細(xì)菌體內(nèi)，與相伴存在的甲基化酶共同構(gòu)成細(xì)菌的限制共同構(gòu)成細(xì)菌的限制-修飾系統(tǒng)。修飾系統(tǒng)。n 修飾和限制現(xiàn)象是修飾和限制現(xiàn)象是50年代初發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)菌自衛(wèi)的方式。年代初發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)菌自衛(wèi)的方式。n 細(xì)菌內(nèi)兩種不同功能的酶：限制性內(nèi)切酶；甲基化酶。細(xì)菌內(nèi)兩種不同功能的酶：限制性內(nèi)切酶；甲基化酶。n 甲基化酶能識別限制性內(nèi)切酶所識別的堿基順序，并把其中某些堿基甲基化酶能識別限制性內(nèi)切酶所識別的堿基順序，并把其中某些堿基甲基化

5、。甲基化。n 被修飾酶甲基化了的被修飾酶甲基化了的DNA就不能被限制性內(nèi)切酶降解就不能被限制性內(nèi)切酶降解n 類型類型：多亞基雙功能酶，甲基化和切割由同一酶完成。識別位點：多亞基雙功能酶，甲基化和切割由同一酶完成。識別位點和切割位點不一致，沒有固定切割位點和切割位點不一致，沒有固定切割位點n 類型類型：修飾和限制由兩個分開的酶完成。能識別雙鏈：修飾和限制由兩個分開的酶完成。能識別雙鏈DNA的的特殊序列，并可特異切割特殊序列，并可特異切割DNAn 類型類型：雙亞基雙功能酶，切割位點在識別位點下游：雙亞基雙功能酶，切割位點在識別位點下游24-26bp處。處。Hind前三個字母來自于菌種名稱前三個字母

6、來自于菌種名稱H. influenzae，“”表表示菌系為型血清型；示菌系為型血清型；“”表示分離到的第三個限制酶。表示分離到的第三個限制酶。EcoRIEscherichia coli RI HindHaemophilus influensae d SacI (II)Streptomyces achromagenes I () 限制酶由三部分構(gòu)成，即菌種名（斜寫）、菌系編號、分離限制酶由三部分構(gòu)成，即菌種名（斜寫）、菌系編號、分離順序。順序。n 識別長度為識別長度為4-8個核苷酸的特異序列；個核苷酸的特異序列；n 許多識別序列具回文結(jié)構(gòu)，如許多識別序列具回文結(jié)構(gòu)，如Hind 的識別序列：的識別

7、序列： 5 AAGCTT 3 3 TTCGAA 5n 切割產(chǎn)生的末端有粘端切割產(chǎn)生的末端有粘端 (cohesive/sticky end) 如如BamH I (GGATCC) 和平端和平端 (blunt end) 如如Sma I (CCC GGG)n 來源不同但能識別和切割同一位點的酶稱為同功異源來源不同但能識別和切割同一位點的酶稱為同功異源酶酶 (isoschizomer), 有時也稱同裂酶；有時也稱同裂酶；n 有些限制酶識別序列不同，但是產(chǎn)生相同的粘性末端，有些限制酶識別序列不同，但是產(chǎn)生相同的粘性末端，這些酶稱為同尾酶（這些酶稱為同尾酶（isocaudamer)酶酶主要用途主要用途限制性

8、核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶識別識別DNA特定序列，切割特定序列，切割DNA分子分子DNA連接酶連接酶連接兩個連接兩個DNA分子或片段分子或片段大腸桿菌大腸桿菌DNA聚合酶聚合酶 或或Klenow酶酶制作制作DNA探針；合成探針；合成cDNA第二鏈；第二鏈； 填補雙鏈填補雙鏈DNA 3凹端；凹端； DNA測序。測序。Taq DNA 聚合酶聚合酶聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）多核苷酸激酶多核苷酸激酶多核苷酸多核苷酸5-OH磷酸化，制末端標(biāo)記探針磷酸化，制末端標(biāo)記探針末端轉(zhuǎn)移酶末端轉(zhuǎn)移酶使使3-末端加同聚物尾末端加同聚物尾S1核酸酶核酸酶降解單鏈降解單鏈DNA或或RNADNA酶酶在雙鏈在雙

9、鏈DNA上產(chǎn)生隨機切口上產(chǎn)生隨機切口RNA酶酶A降解降解RNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶補平反應(yīng)，合成補平反應(yīng)，合成cDNA或制探針或制探針堿性磷酸酶堿性磷酸酶切除核酸末端磷酸基切除核酸末端磷酸基核苷酸核苷酸H2OPi5-Pi-戊糖戊糖+堿基堿基核苷核苷+ Pi僅在僅在E.Coli和棕和棕色固氮菌中發(fā)現(xiàn)色固氮菌中發(fā)現(xiàn)H2O堿基堿基1-Pi-戊糖戊糖H2O堿基戊糖堿基戊糖僅對植物和微生僅對植物和微生物的核糖核苷酸物的核糖核苷酸 核苷酸水解，產(chǎn)生磷酸和核苷。核苷可在核苷酶的作用下核苷酸水解，產(chǎn)生磷酸和核苷。核苷可在核苷酶的作用下進(jìn)一步分解為戊糖和堿基。進(jìn)一步分解為戊糖和堿基。 不同種類生物降解嘌呤堿基的能力

10、不同，代謝產(chǎn)物的形不同種類生物降解嘌呤堿基的能力不同，代謝產(chǎn)物的形式也各不相同。人類、靈長類、鳥類、爬蟲類以及大多式也各不相同。人類、靈長類、鳥類、爬蟲類以及大多數(shù)昆蟲體內(nèi)缺乏尿酸酶，故嘌呤代謝的最終產(chǎn)物是尿酸。數(shù)昆蟲體內(nèi)缺乏尿酸酶，故嘌呤代謝的最終產(chǎn)物是尿酸。 嘧啶的降解：嘧啶堿的分解過程比較復(fù)雜，包括水解脫氨嘧啶的降解：嘧啶堿的分解過程比較復(fù)雜，包括水解脫氨基作用、氨化、還原、水解和脫羧基作用等?；饔?、氨化、還原、水解和脫羧基作用等。 氧化降解，環(huán)不打破氧化降解，環(huán)不打破; 最終產(chǎn)物最終產(chǎn)物:尿酸尿酸; 嘌呤代謝障礙嘌呤代謝障礙: 痛風(fēng)癥痛風(fēng)癥尿尿 酸酸靈長類，鳥類、爬蟲類、昆蟲等靈長類

11、，鳥類、爬蟲類、昆蟲等尿囊素尿囊素 哺乳動物（靈長類除外）哺乳動物（靈長類除外）尿囊酸尿囊酸硬骨魚硬骨魚尿尿 素素大多數(shù)魚類、兩棲類大多數(shù)魚類、兩棲類氨氨甲殼類、咸水瓣鰓類甲殼類、咸水瓣鰓類胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶 -脲基丙酸 -脲基異丁酸CO2 + NH3H2OH2OH2N CH2CH2COOH -丙氨酸H2N CH2CHCOOHCH3 -氨基異丁酸生物體內(nèi)的核苷酸，可以直接利用細(xì)胞中自由存在的堿基和核生物體內(nèi)的核苷酸，可以直接利用細(xì)胞中自由存在的堿基和核苷合成苷合成（補救途徑），（補救途徑），也可以利用氨基酸和某些小分子物質(zhì)為也可以利用氨基酸和某些小分子物質(zhì)為原料，經(jīng)一系列酶促反應(yīng)從頭合成核苷

12、酸原料，經(jīng)一系列酶促反應(yīng)從頭合成核苷酸（從頭合成途徑）（從頭合成途徑）。 NCNCCC123456AspCO2Glnl 合成嘧啶的原料主要是合成嘧啶的原料主要是CO2、NH3和和天冬氨酸。天冬氨酸。l 生物體先利用小分子化合物形成嘧啶生物體先利用小分子化合物形成嘧啶環(huán)，形成乳清酸，然后再與核糖磷酸環(huán)，形成乳清酸，然后再與核糖磷酸結(jié)合形成嘧啶核苷酸。結(jié)合形成嘧啶核苷酸。l 首先形成的是尿苷酸，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌紫刃纬傻氖悄蜍账?，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌奏ず塑账?。嘧啶核苷酸?n 先合成嘧啶環(huán)，再與先合成嘧啶環(huán)，再與PRPP連接；連接；n 先合成先合成UMP，再轉(zhuǎn)變成其他嘧啶核苷酸。，再轉(zhuǎn)變成其他嘧啶核

13、苷酸。 HNNOOHNNOOCOOHHNNHOOCOOHHNCNHCCH2COOCOOHHNH2CNHCCH2COOCOOHHHONH2CH2NCCH2COOCOOHHHOOP氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸H2O二氫乳清酸酶二氫乳清酸NAD+NADH+H+脫氫酶乳清酸PRPPPPi乳乳清清酸酸核核苷苷酸酸 （O OM MP P）CO2脫羧酶尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸 （U UM MP P）PiR- 5 - P磷酸核糖 轉(zhuǎn)移酶R- 5 - P天冬氨酸氨基甲?；D(zhuǎn)移酶 CPS CPS 分布分布 線粒體（肝臟線粒體（肝臟) 胞液胞液(所有細(xì)胞所有細(xì)胞) 氮源氮源 NH3 Gln 別構(gòu)激活劑別構(gòu)激活劑 N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 無無 反饋抑制劑反饋抑制劑 無無 UMP(哺乳類動物哺乳類動物) 功能功能 尿素合成尿素合成 嘧啶合成嘧啶合成 尿嘧啶+ PRPP嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶UMP + PPi尿嘧啶核苷UMP尿苷激酶ATPADP脫氧胸苷dTMP胸苷激酶ATPADP l 脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸還原形成的。脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸還原形成的。l 在核糖核苷酸還原酶作用下，核糖核苷二磷