核酸的酶促降解及核苷酸代謝

基本要求：（1）掌握常見核酸酶、核苷酸的合成代謝（2）理解核苷酸的合成的補救途徑（3）了解核苷酸的分解代謝教學重點及難點：（1）限制性內(nèi)切酶（2）核苷酸的合成代謝本文檔共58頁；當前第1頁；編輯于星期六\7點12分本文檔共58頁；當前第2頁；編輯于星期六\7點12分核苷核酸的酶促降解核苷酸水解嘌呤分解嘧啶分解核酸核苷酸戊糖

堿基磷酸本文檔共58頁；當前第3頁；編輯于星期六\7點12分一、核酸的酶促降解生物體內(nèi)存在多種降解核酸的酶類，統(tǒng)稱為核酸酶(nuclease),在核酸降解和周轉中起著重要作用。水解連接核苷酸的磷酸二酯鍵。根據(jù)對底物作用位點的選擇性不同分：

核酸外切酶(exonuclease)

核酸內(nèi)切酶(endonuclease)根據(jù)底物的選擇性不同分：脫氧核糖核酸酶(dexyribonuclease，DNase)

核糖核酸酶(ribonuclease，RNase)限制性內(nèi)切酶(restrictionendonuclease）本文檔共58頁；當前第4頁；編輯于星期六\7點12分1.核酸外切酶核酸外切酶作用于核酸鏈一端，逐個水解下核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶——游離3-羥基端開始；牛脾磷酸二酯酶——游離5-羥基端開始本文檔共58頁；當前第5頁；編輯于星期六\7點12分2.核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶水解核酸分子內(nèi)部磷酸二酯鍵。牛胰核酸酶（牛胰RNase,RNaseⅠ），124aa組成。作用于嘧啶核苷酸磷酸二酯鍵，生成3-嘧啶核苷酸或末端為3-嘧啶核苷酸的寡核苷酸。牛胰核酸酶專一作用于RNA，對DNA及其它磷酸二酯化合物不作用或作用活性很低。本文檔共58頁；當前第6頁；編輯于星期六\7點12分RNaseTl，由105個aa組成。專一水解鳥苷酸二酯鍵，產(chǎn)生3-GMP或以3-GMP為末端的寡核苷酸。本文檔共58頁；當前第7頁；編輯于星期六\7點12分3.內(nèi)切兼外切核酸酶核酸酶P1，核酸酶BAL既可內(nèi)切，有可外切核酸。核酸酶P1還可作用于單核苷酸3’-磷酸單酯鍵。本文檔共58頁；當前第8頁；編輯于星期六\7點12分4.核糖核酸酶只能水解RNA磷酸二酯鍵的酶稱核糖核酸酶。牛胰核糖核酸酶（RNaseⅠ）核糖核酸酶T1（RNaseT1）本文檔共58頁；當前第9頁；編輯于星期六\7點12分4.脫氧核糖核酸酶只能水解DNA磷酸二酯鍵的酶稱核糖核酸酶。牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），外切產(chǎn)生5′-磷酸為末端的寡聚核苷酸。

牛脾脫氧核糖核酸酶（DNaseⅡ），內(nèi)切產(chǎn)生3′-磷酸為末端的寡聚核苷酸。本文檔共58頁；當前第10頁；編輯于星期六\7點12分5.限制性內(nèi)切酶1979年，W.Arber,H.Smith和D.Nathans等發(fā)現(xiàn)某些細菌細胞內(nèi)存在一類能識別一定序列并水解外源dsDNA的內(nèi)切核酸酶。限制性內(nèi)切酶是具有高度專一性DNA內(nèi)切酶，是DNA分子操作中必不可少的工具酶。能識別雙鏈DNA分子上特定的位點，將兩條鏈切斷，形成粘性末端或平齊末端的核酸內(nèi)切酶，稱為限制性內(nèi)切酶(restrictionendonuclease)或限制酶(restrictionenzyme)。本文檔共58頁；當前第11頁；編輯于星期六\7點12分DNA

序列中，以某一中心區(qū)域為對稱軸，其兩側的堿基對順序正讀和反讀都相同。即對稱軸一側的片段旋轉

180°后，與另一側片段對稱重復。

本文檔共58頁；當前第12頁；編輯于星期六\7點12分粘性末端：指限制性內(nèi)切酶的切割部位不在識別序列的中心軸，在斷段產(chǎn)生一個短的單股突伸出來的不齊末端。平齊末端：在識別序列對稱處同時切開DNA分子兩條鏈，產(chǎn)生的平齊末端結構。本文檔共58頁；當前第13頁；編輯于星期六\7點12分常用限制性內(nèi)切酶如：EcoRI、HindⅢ、PstI等。本文檔共58頁；當前第14頁；編輯于星期六\7點12分本文檔共58頁；當前第15頁；編輯于星期六\7點12分修飾酶使該部位上堿基甲基化，從而使限制性內(nèi)切酶對這種修飾過的DNA不再起作用。在細胞中，限制性內(nèi)切酶可降解外源侵入的DNA，但不降解經(jīng)修飾酶甲基化保護的自身DNA。本文檔共58頁；當前第16頁；編輯于星期六\7點12分限制性內(nèi)切酶命名(以EcoRI為例)第1個大寫E：大腸桿菌屬名(Escherichia)第1個字母；第2,3小寫co：種名(coli)的頭兩個字母；第4個大寫R：所用大腸桿菌的菌株；第5個羅馬字：從該細菌中分離出來這一類酶的編號。本文檔共58頁；當前第17頁；編輯于星期六\7點12分二、核苷酸的分解代謝1.核苷酸的水解核苷酸經(jīng)核苷酸酶(nucleotidase)或稱磷酸單酯酶（phosphomonoesterase）催化，水解為核苷及無機磷酸。非特異性的核苷酸酶，能作用于一切核苷酸。特異性強的核苷酸酶只能水解3-核苷酸或5-核苷酸，分別稱為3-核苷酸酶或5-核苷酸酶。本文檔共58頁；當前第18頁；編輯于星期六\7點12分2.核苷的水解2.1核苷酶2.2核苷磷酸化酶存在于植物、微生物中,只作用于核糖核苷,反應不可逆。廣泛存在于生命機體中，催化反應可逆。本文檔共58頁；當前第19頁；編輯于星期六\7點12分3.嘌呤的降解次黃嘌呤本文檔共58頁；當前第20頁；編輯于星期六\7點12分人類嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物AMPGMPH（次黃嘌呤）GX（黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶本文檔共58頁；當前第21頁；編輯于星期六\7點12分本文檔共58頁；當前第22頁；編輯于星期六\7點12分在植物中，嘌呤分解主要是在衰老的葉子及儲藏性的胚乳組織中。衰老的葉子中，嘌呤分解為尿囊酸后，運出儲藏。本文檔共58頁；當前第23頁；編輯于星期六\7點12分本文檔共58頁；當前第24頁；編輯于星期六\7點12分4.嘧啶的降解本文檔共58頁；當前第25頁；編輯于星期六\7點12分本文檔共58頁；當前第26頁；編輯于星期六\7點12分三、核苷酸的合成代謝

利用核酸降解或進食等從外界補充的含氮堿基或核苷合成新的核苷酸。從頭合成(denovosynthesis)利用磷酸戊糖、氨基酸、一碳單位等簡單的化合物合成核苷酸。

救補途徑(salvagepathway)合成途徑本文檔共58頁；當前第27頁；編輯于星期六\7點12分1.核糖核苷酸的生物合成1.1嘌呤核苷酸從頭合成本文檔共58頁；當前第28頁；編輯于星期六\7點12分從頭合成途徑的全過程IMP的合成AMP和GMP的生成本文檔共58頁；當前第29頁；編輯于星期六\7點12分R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸磷酸核糖酰胺轉移酶本文檔共58頁；當前第30頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）1磷酸核糖焦磷酸激酶本文檔共58頁；當前第31頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成5－磷酸核糖焦磷酸5－磷酸核糖胺磷酸核糖酰胺基轉移酶本文檔共58頁；當前第32頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成5－磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸（GAR）GAR合成酶本文檔共58頁；當前第33頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成甘氨酰胺核苷酸（GAR）甲酰甘氨酰胺核苷酸GAR轉甲?；副疚臋n共58頁；當前第34頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪唑核苷酸（FGAM）FGAM合成酶本文檔共58頁；當前第35頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成甲酰甘氨咪唑核苷酸5－氨基咪唑核苷酸6AIR合酶本文檔共58頁；當前第36頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成5－氨基咪唑－4－羧酸核苷酸5－氨基咪唑核苷酸AIR羧化酶本文檔共58頁；當前第37頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成5－氨基咪唑－4－羧酸核苷酸5－氨基咪唑－4－N琥珀酰甲酰胺核苷酸SAICAR合成酶本文檔共58頁；當前第38頁；編輯于星期六\7點12分5－氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸的合成腺苷酸琥珀酸裂解酶5－氨基咪唑－4－N琥珀酰甲酰胺核苷酸本文檔共58頁；當前第39頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成5－氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸5－甲酰氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸AICAR轉甲?；副疚臋n共58頁；當前第40頁；編輯于星期六\7點12分次黃嘌呤核苷酸的合成5－甲酰氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸IMP環(huán)化水解酶本文檔共58頁；當前第41頁；編輯于星期六\7點12分①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶AMP和GMP的生成本文檔共58頁；當前第42頁；編輯于星期六\7點12分1.2嘧啶核苷酸從頭合成氨甲酰磷酸天冬氨酸本文檔共58頁；當前第43頁；編輯于星期六\7點12分從頭合成途徑的全過程氨甲酰磷酸的生成乳清酸的合成UMP合成本文檔共58頁；當前第44頁；編輯于星期六\7點12分合成氨甲酰Asp本文檔共58頁；當前第45頁；編輯于星期六\7點12分乳清酸的合成氨甲酰Asp二氫乳清酸乳清酸本文檔共58頁；當前第46頁；編輯于星期六\7點12分乳清酸合成UMP乳清酸乳清苷酸本文檔共58頁；當前第47頁；編輯于星期六\7點12分CTP合成酶CTP合成UMPUDPUTPATPADPATPADP尿苷酸激酶尿苷二磷酸激酶本文檔共58頁；當前第48頁；編輯于星期六\7點12分TMP合成胸腺嘧啶脫氧核苷酸，由dUMP在dTMP合成酶催化下甲基化生成,葉酸衍生物作為一碳單位供體和還原劑。本文檔共58頁；當前第49頁；編輯于星期六\7點12分1.3核苷酸合成的補救途徑哺乳動物和微生物中，存在許多催化嘌呤和嘧啶合成單核苷酸的酶，使核酸降解產(chǎn)物或外源補充的堿基得到直接利用。體內(nèi)有些組織器官，例如，腦、骨髓等由于缺乏有關的酶，不能從頭合成嘌呤核苷酸，它們只能利用從肝運送來的游離嘌呤堿及腺嘌呤核苷補救合成嘌呤核苷酸。本文檔共58頁；當前第50頁；編輯于星期六\7點12分本文檔共58頁；當前第51頁；編輯于星期六\7點12分本文檔共58頁；當前第52頁；編輯于星期六\7點12分痛風（Gout），嘌呤堿分解代謝產(chǎn)生過多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸鈉結晶，沉積于關節(jié)部位引起疼痛或灼痛――痛風。大量尿酸積累，引起腎結石和痛風。這些癥狀可通過別嘌呤醇對嘌呤氧化酶的抑制，而得到緩解，但對自殘癥狀無效。本文檔共58頁；當前第53頁；編輯于星期六\7點12分本文檔共58頁；當前第54頁；編輯于星期六\7點12分1.4核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成生物體內(nèi)核苷酸常以核苷二磷酸NDP，核苷三磷酸NTP形式參與合成反應。是在NMP水平上，ATP提供Pi，由相應專一激