核酸降解與苷酸代謝

1、核酸降解與苷酸代謝核酸酶水解核酸的酶 按作用底物（DNA或RNA）分類(lèi)第1頁(yè)/共42頁(yè)核酸酶水解核酸的酶 按作用方式分類(lèi)：水解分子內(nèi)磷酸二酯鍵或水解分子外磷酸二酯鍵第2頁(yè)/共42頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 核酸的酶促降解核酸的酶促降解第3頁(yè)/共42頁(yè)一、外切核酸酶一、外切核酸酶牛脾磷酸二酯酶（5端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3端外切3得5）5 p p pOHB p p p p3BBBBBBBOHl外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯酶從多核苷酸鏈的3端開(kāi)始逐個(gè)水解核苷酸鏈，產(chǎn)物為5-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶從多核苷酸鏈的5端開(kāi)始逐個(gè)水解核苷酸鏈，產(chǎn)物為3-核苷酸第4頁(yè)/共42頁(yè)二、內(nèi)切核酸

2、酶二、內(nèi)切核酸酶GA5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p p3RNAase IRNAase T1Pu ：嘌呤 Py：嘧啶 如牛胰核糖核酸酶作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯鍵，生成3-p-嘧啶核苷或末端為3-p-嘧啶核苷的寡核苷酸。第5頁(yè)/共42頁(yè)三 、限制性內(nèi)切酶原核生物中存在著一類(lèi)能識(shí)別外源DNA雙螺旋中4-8個(gè)堿基對(duì)所組成的特異的回文序列，并在此序列的某位點(diǎn)水解DNA的酶，這類(lèi)酶稱為限制性內(nèi)切酶（ristriction endonuclease）。第6頁(yè)/共42頁(yè)(一一) 限制性內(nèi)切酶類(lèi)限制性內(nèi)切酶類(lèi)型型I型：識(shí)別位點(diǎn)與切割位點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)，產(chǎn)物為異質(zhì)的。 型：切割位

3、點(diǎn)位于識(shí)別位點(diǎn)上，產(chǎn)物為專一性片段，對(duì)核酸研究特別有用?，F(xiàn)在分子生物學(xué)研究所用的限制性內(nèi)切酶均為此類(lèi)。 III型：有專一的識(shí)別順序，但不是對(duì)稱的回文順序,在識(shí)別順序旁邊幾個(gè)核苷酸對(duì)的固定位置上切割雙鏈。第7頁(yè)/共42頁(yè)（二）常用的（二）常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一限制性內(nèi)切酶的專一性性酶辨認(rèn)的序列和切口說(shuō)明 G G A T C C C C T A G G G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C T G C C C G G G G G G C C C Bam H IEco R IHind Sal I

4、Sma I六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口第8頁(yè)/共42頁(yè) 轉(zhuǎn)基因技術(shù) 載體DNA(限制性內(nèi)切酶切開(kāi))目的基因宿主細(xì)胞重組體已轉(zhuǎn)化的宿主細(xì)胞陽(yáng)性克隆株繁殖表達(dá)第9頁(yè)/共42頁(yè)甲基化酶 這種酶能使細(xì)菌自身DNA中的核苷酸甲基化而不被限制酶降解?？山到馔鈦?lái)DNA分子。（保護(hù)作用）第10頁(yè)/共42頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 核苷酸的分解代謝核苷酸的分解代謝一、核苷酸的分解代謝二、嘌呤的分解代謝三、嘧啶的分解代謝第11頁(yè)/共42頁(yè)一、核苷酸的分解代謝一、核苷酸的分解代謝核苷酸核苷核苷酸酶Pi堿基核苷磷酸化酶1-磷酸核糖核苷酶堿基 核糖第12頁(yè)/共42頁(yè)NN

5、NNNH2HNNNNOHHNNNNOHOHNNNNOHHNH2NNNNOHOHHO二、嘌呤核苷酸的分解：尿酸腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤第13頁(yè)/共42頁(yè)NNNNOHOH2HONNNNOHOHHONNNNOHOH2H2OOHNOH2NH2COOHCHONH3CO2尿酸尿囊素尿囊酸乙醛酸尿素第14頁(yè)/共42頁(yè)最終產(chǎn)物人、靈長(zhǎng)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、爬行類(lèi)等-尿酸其他哺乳動(dòng)物-尿囊素魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)-尿素、乙醛酸植物-尿囊素、尿囊酸微生物、低等動(dòng)物-尿素-CO2+H2O第15頁(yè)/共42頁(yè)（一）胞嘧啶和尿嘧啶的降解：（一）胞嘧啶和尿嘧啶的降解： 胞胞嘧嘧啶啶脫脫氨氨酶酶 二二氫氫尿尿嘧嘧啶啶脫脫氫氫酶酶 二二氫氫嘧嘧啶

6、啶酶酶 C C U U D DH HU U - -脲脲基基丙丙酸酸 H H2 2O O N NH H3 3 N NA AD DP PH H+ +H H+ + N NA AD DP P+ + H H2 2O O - -脲脲基基丙丙酸酸酶酶 - -丙丙氨氨酸酸 + + N NH H3 3 + + C CO O2 2 H H2 2O O 二、嘧啶的分解乙酰輔酶A第16頁(yè)/共42頁(yè)（二）胸腺嘧啶的降解：（二）胸腺嘧啶的降解： 二氫胸腺嘧啶脫氫酶二氫胸腺嘧啶脫氫酶 二氫嘧啶酶二氫嘧啶酶 T DHT T DHT - -脲基異丁酸脲基異丁酸 NADPH+H NADPH+H+ + NADP NADP+ + H

7、 H2 2O O - -脲基異丁酸酶脲基異丁酸酶 - -氨基異丁酸氨基異丁酸 + NH + NH3 3 + CO + CO2 2 H H2 2O O 琥珀酰輔酶A第17頁(yè)/共42頁(yè)OHCOOHCOOHCO胸腺嘧啶二氫胸腺嘧啶-脲基異丁酸-氨基異丁酸-丙氨酸二氫尿嘧啶尿嘧啶胞嘧啶NADPHHNADP+O2HO2HO2H+NADPHNADPH3CH2CHHN2CHH3CHH2HHOHNCNCC22CH32ONCNCCCHOHH2H3HHONCNCCCOH+23COCH22NCNCC HOHH2HHH2HHOHNCNCCCOONCNCCCNHHO2HHHH2OHNHNCNCCCONHCH2NHCH2

8、CO OH2第18頁(yè)/共42頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 核苷酸的合成代謝核苷酸的合成代謝 核苷酸合成的核苷酸合成的2條途徑：條途徑：1、從頭合成途徑：、從頭合成途徑： 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位、二氧利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位、二氧化碳等簡(jiǎn)單化合物為原料，經(jīng)一系列酶促反化碳等簡(jiǎn)單化合物為原料，經(jīng)一系列酶促反應(yīng)合成核苷酸的過(guò)程。應(yīng)合成核苷酸的過(guò)程。主要的合成途徑。主要的合成途徑。2、補(bǔ)救合成途徑： 利用體內(nèi)游離的堿基或核苷，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單反應(yīng)過(guò)程合成核苷酸。次要合成途徑。第19頁(yè)/共42頁(yè)一、嘌呤核苷酸的合成：一、嘌呤核苷酸的合成：（一）嘌呤核苷酸的從頭合成途徑（一）嘌呤核苷酸的從頭合成途徑 1.嘌呤環(huán)各

9、組成成分的來(lái)源嘌呤環(huán)各組成成分的來(lái)源 同位素實(shí)驗(yàn)證明同位素實(shí)驗(yàn)證明 原料：原料：天冬氨酸天冬氨酸、甘氨酸甘氨酸、谷氨酰胺、谷氨酰胺、一碳單位（甲酸鹽）、一碳單位（甲酸鹽）、CO2、PRPPCCCCCNNNN第20頁(yè)/共42頁(yè)2. 過(guò)程：兩個(gè)階段過(guò)程：兩個(gè)階段 第一階段：次黃嘌呤核苷酸第一階段：次黃嘌呤核苷酸(IMP)的合成的合成 第二階段：腺嘌呤核苷酸第二階段：腺嘌呤核苷酸(AMP)與鳥(niǎo)嘌呤與鳥(niǎo)嘌呤 核苷酸核苷酸(GMP)的生成的生成嘌呤核苷酸的從頭合成嘌呤核苷酸的從頭合成第21頁(yè)/共42頁(yè)5-磷酸核糖磷酸核糖+ATP PRPP+AMP IMP 次黃嘌呤核苷酸PRPP合成酶天冬氨酸甘氨酸谷氨酰

10、胺一碳單位CO2次黃嘌呤核苷酸(IMP)的合成第22頁(yè)/共42頁(yè)AMP與與GMP的生成的生成IMP腺苷酸代琥珀酸黃嘌呤核苷酸（XMP）天冬氨酸NADH+H+NAD+AMPGTPGMP谷氨酰胺ATP延胡索酸第23頁(yè)/共42頁(yè)（二）補(bǔ)救合成途徑（二）補(bǔ)救合成途徑（salvage pathway）v概念：細(xì)胞利用概念：細(xì)胞利用現(xiàn)成的嘌呤堿基或嘌呤核苷現(xiàn)成的嘌呤堿基或嘌呤核苷重新合成嘌呤核苷酸的過(guò)程，稱為補(bǔ)救合成重新合成嘌呤核苷酸的過(guò)程，稱為補(bǔ)救合成途徑。途徑。第24頁(yè)/共42頁(yè)腺嘌呤 PRPPAMP PPiAPRT次黃嘌呤 PRPPIMP PPiHGPRT鳥(niǎo)嘌呤 PRPPGMP PPiHGPRT腺嘌

11、呤核苷AMP腺苷激酶ATPADP反應(yīng)過(guò)程：5-磷酸核糖焦磷酸第25頁(yè)/共42頁(yè)二、嘧啶核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成（一）從頭合成（一）從頭合成 先合成嘧啶環(huán)，再先合成嘧啶環(huán)，再由嘧啶和由嘧啶和PRPP合成嘧啶核苷酸。合成嘧啶核苷酸。 先合成先合成UMP，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榘奏ず塑账岷托叵汆奏ず塑账?。再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榘奏ず塑账岷托叵汆奏ず塑账?。?6頁(yè)/共42頁(yè)1、從頭合成的過(guò)程：、從頭合成的過(guò)程：（1）UMP的合成：的合成： UMP合成原料：合成原料：谷氨酰胺谷氨酰胺、CO2、（谷氨酰胺（谷氨酰胺+CO2氨基甲酰磷酸）、天氨基甲酰磷酸）、天冬氨酸、冬氨酸、PRPP。231天冬氨酸NNCCCC

12、564氨基甲酰磷酸第27頁(yè)/共42頁(yè) 合成過(guò)程：合成過(guò)程： Gln+HCO3 H2N-CO-O-HPO3-+Glu氨基甲酰磷酸合成酶2ATP2ADPPi氨基甲酰磷酸第28頁(yè)/共42頁(yè)第29頁(yè)/共42頁(yè)（2）UTP、CTP的合成：的合成： UMP UDP UTP UTP+Gln+ATP CTP+Glu+ADP+Pi尿苷酸激酶尿苷酸激酶ATPATPADPADPCTP合成酶 C CH CH N NH2 N OCR-5-PPP第30頁(yè)/共42頁(yè)（二）嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成（二）嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成 尿嘧啶核苷UMP尿苷激酶ATPADP第31頁(yè)/共42頁(yè)三、脫氧核糖核苷酸的生成：三、脫氧核糖核苷酸的生成：

13、 脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸（包括嘌呤（包括嘌呤脫氧脫氧核苷酸核苷酸和嘧啶和嘧啶脫氧脫氧核苷酸）是在二磷酸核苷核苷酸）是在二磷酸核苷（NDP）水平還原生成水平還原生成的。的。dNDPNDP第32頁(yè)/共42頁(yè)ADPGDPCDPUDPdADP dGDP dCDP dUDP核糖核苷酸還原酶 Mg2+NADP+H2ONADPH+H+第33頁(yè)/共42頁(yè) C CH CH N O H N OCdR-5-PdUMP C C CH N O H N OCdR-5-PdTMPCH3TMP合成酶N5， N10-CH2-FH4FH2dTMPdTDPdTTP參與DNA合成。dTMP的合成：FH4第34頁(yè)/共42頁(yè)核酸的

14、酶促降解和核苷酸的代謝核酸的酶促降解和核苷酸的代謝 1 核酸的酶促降解 核酸酶、限制性內(nèi)切酶 2 核苷酸的降解 3 核苷酸的合成代謝 （1）核糖核苷酸的生物合成 嘌呤核苷酸的合成：從頭合成和補(bǔ)救途徑 嘧啶核苷酸的合成：從頭合成和補(bǔ)救途徑 （2）脫氧核苷酸的生物合成 核糖核苷酸的還原 脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成第35頁(yè)/共42頁(yè)一、外切核酸酶一、外切核酸酶牛脾磷酸二酯酶（5端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3端外切3得5）5 p p pOHB p p p p3BBBBBBBOHl外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯酶從多核苷酸鏈的3端開(kāi)始逐個(gè)水解核苷酸鏈，產(chǎn)物為5-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶從多核苷酸鏈的5端開(kāi)始逐個(gè)水解核苷酸鏈，產(chǎn)物為3-核苷酸第36頁(yè)/共42頁(yè) 轉(zhuǎn)基因技術(shù) 載體DNA(限制性內(nèi)切酶切開(kāi))目的基因宿主細(xì)胞重組體已轉(zhuǎn)化的宿主細(xì)胞陽(yáng)性克隆株繁殖表達(dá)第37頁(yè)/共42頁(yè)5-磷酸核糖磷酸核糖+ATP PRPP+AMP IMP 次黃嘌呤核苷酸PRPP合成酶天冬氨酸甘氨酸谷氨酰胺一碳單位CO2次黃嘌