核酸的酶促降解和核苷酸代謝

核酸的酶促降解和核苷酸代謝

本章重點討論核酸酶的類別和特點，對核苷酸的生物合成和分解代謝作一般介紹。第一節(jié)核酸的酶促降解第三節(jié)核苷酸的合成代謝第二節(jié)核苷酸的分解代謝第一節(jié)核酸的酶促降解食物中的核酸，經(jīng)腸道酶系降解成各種核苷酸，再在相關(guān)酶作用下，分解產(chǎn)生嘌呤、嘧啶、核糖、脫氧核糖和磷酸，然后被吸收。吸收到體內(nèi)的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。人和動物所需的核酸無須直接依賴于食物，只要食物中有足夠的磷酸鹽、糖和蛋白質(zhì)，核酸就能在體內(nèi)正常合成。

一、核酸酶二、限制性內(nèi)切酶

核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶

核酸核苷酸核苷堿基+戊糖-1-P磷酸核酸酶

核酸酶的分類（1）根據(jù)對底物的專一性分為（2）根據(jù)切割位點分為核糖核酸酶(RNase)脫氧核糖核酸酶(DNase)非特異性核酸酶核酸內(nèi)切酶核酸外切酶外切核酸酶對核酸的水解位點5′

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3′BBBBBBB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）內(nèi)切核酸酶對RNA的水解位點示意圖5′

p

p

p

pOHPyPuPyPy1′

p

p

pGACU

p

p

pGA3′RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu

：嘌呤Py：嘧啶

限制性內(nèi)切酶

類型

命名

意義

原核生物中存在著一類能識別外源DNA雙螺旋中4-8個堿基對所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對稱性的回文序列，并在此序列的某位點水解DNA雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶（restrictionendonuclease）。常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一性酶辨認的序列和切口說明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISma

I四核苷酸，平端切口六核苷酸，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，粘端切口六核苷酸，粘端切口限制性內(nèi)切酶類型

I型：分子量大于105，多亞基，需S-腺苷蛋氨酸、ATP和Mg2+，識別位點與切割位點相差甚遠，產(chǎn)物為異質(zhì)，是限制與修飾相排斥的多功能酶.

Ⅱ型：分子量小于105，需Mg2+，切割位點位于識別位點上，產(chǎn)物為專一性片段，不具修飾酶功能?，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。

Ⅲ型：識別位點為5-7bp的非對稱序列，切割位點在順序之外離識別序列5-10bp，切割雙鏈，個別也切割單鏈。是限制與修飾相多功能酶.限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號屬名種名株名例：EcoRI，這是從大腸桿菌（E.coli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶

限制性內(nèi)切酶是分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNA限制圖譜、進行DNA序列測定和基因分離、基因體外重組等研究中不可缺少的工具，是一把天賜的神刀，用來解剖纖細的DNA分子。第二節(jié)核苷酸的降解二、嘧啶的分解一、嘌呤的分解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷堿基+（脫氧）戊糖-1-P磷酸嘌呤終產(chǎn)物不同種類的生物分解嘌呤堿的能力不同，因此，終產(chǎn)物也不同。排尿酸動物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類排尿囊素動物：哺乳動物（靈長類除外）、腹足類排尿囊酸動物：硬骨魚類排尿素動物：大多數(shù)魚類、兩棲類某些低等動物能將尿素進一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途徑與動物相似，產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤類物質(zhì)，生成NH3、CO2及有機酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。嘧啶的分解第三節(jié)核苷酸的合成代謝一、核糖核苷酸的生物合成二、脫氧核糖核苷酸的生物合成三、單核苷酸轉(zhuǎn)變成核苷二磷酸和核苷三磷酸（自學(xué)）四、各種核苷酸的相互轉(zhuǎn)變核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)從頭合成途徑(2)補救途徑(自學(xué))2、嘧啶核苷酸的生物合成(1)從頭合成途徑(2)補救合成途徑(自學(xué))(3)藥物對嘌呤核苷酸合成的影響藥物對嘌呤核苷酸合成的影響①羽田殺菌素與Asp競爭腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黃嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)化成AMP。②Gln的結(jié)構(gòu)類似物重氮乙酰絲氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的結(jié)構(gòu)類似物，抑制Gln參與的反應(yīng)。葉酸的結(jié)構(gòu)類似物，能與二氫葉酸還原酶發(fā)生不可逆結(jié)合，阻止FH4的生成，從而抑制FH4參與的各種一碳單位轉(zhuǎn)移反應(yīng)。氨基蝶呤、氨甲基蝶呤等與葉酸結(jié)構(gòu)相似，能抑制有葉酸衍生物參加的反應(yīng)。其中氨基蝶呤在臨床上常用于白血病等癌瘤的治療。③葉酸類似物

5－氟尿嘧啶結(jié)構(gòu)與胸腺嘧啶相似，在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的核苷一磷酸及核苷三磷酸后，可阻斷TMP的合成，或摻入RNA分于破壞其結(jié)構(gòu)與功能。是臨床上使用較多的抗癌藥。此外，某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物，如阿糖胞苷、環(huán)胞苷等也是重要的抗癌藥。④嘧啶類似物嘌呤環(huán)上各原子的來源來自谷氨酰胺的酰胺氮來自“甲酸鹽”來自天冬氨酸來自甘氨酸來自CO2來自“甲酸鹽”5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸IMP的生物合成5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFAIMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP嘌呤核苷酸合成補救途徑（自學(xué)）嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP（利用已有的堿基和核苷合成核苷酸）Lesch-Nyan綜合癥嘌呤核苷酸的從頭合成與補救途徑之間存在平衡。Lesch-Nyan綜合癥就是由于次黃嘌呤：鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺陷，AMP合成增加，大量積累尿酸，腎結(jié)石和痛風(fēng)。嘧啶核苷酸從頭合成途徑

c、UMP轉(zhuǎn)變?yōu)镃TPCTPCTP合成酶

ATPGlnH2OUMPUDPUTP

a、嘧啶環(huán)上原子的來源b、UMP的從頭合成嘧啶環(huán)上各原子的來源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸尿嘧啶核苷酸合成途徑嘧啶核苷酸補救合成途徑（自學(xué)）尿嘧啶+PRPP尿嘧啶+1-P-核糖尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP脫氧核苷酸的合成

2、脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成1、脫氧核苷酸的合成核糖核苷酸的還原反應(yīng)核糖核苷酸還原酶NADP+NADPH+H+硫氧還蛋白還原酶FADATP、Mg2+硫氧還蛋白（還原型）SHSH硫氧還蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脫氧核糖核苷二磷酸硫氧還蛋白核糖核酸還原酶系硫氧還蛋白還原酶核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸的還原反應(yīng)FAD核糖核苷酸還原酶ATP、Mg2+硫氧還蛋白SHSH硫氧還蛋白SS硫氧還蛋白還原酶核糖核苷二磷酸+H2O脫氧核糖核苷二磷酸FADH2谷氧還蛋白SS谷氧還蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧還蛋白還原酶OP-P-CH2NOHOHOP-P-CH2NOHHGSSG2GSH谷胱甘肽還原酶核糖核苷酸還原酶示意圖底物特異性調(diào)節(jié)位點酶活性調(diào)節(jié)位點活性位點R1亞基R2亞基脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H++SerNADP++Gly

N5、N10—CH2—FH4FH2二氫葉酸還原酶Ser羥甲基轉(zhuǎn)移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P葉酸和四氫葉酸（FH4）葉酸四氫葉酸HH105N5，N10-CH2-FH4N5-CHO-FH4CH2CHO一碳基團的來源與轉(zhuǎn)變S-腺苷蛋氨酸N5-CH2-FH4N5N10-

CH2-FH4N5，N10=C