生化23核酸的酶促降解及核苷酸代谢

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1、第十二章 核酸降解和核苷酸代谢 本本本本章章章章重重重重点点点点讨讨讨讨论论论论核核核核酸酸酸酸酶酶酶酶的的的的类类类类别别别别和和和和特特特特点点点点，对对对对核核核核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。第一节第一节第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解核酸的酶促降解核酸的酶促降解第三节第三节第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢第二节第二节第二节第二节 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢第一节第一节 核酸的酶促

2、降解核酸的酶促降解 一、核酸酶一、核酸酶二、二、限制性内切酶限制性内切酶 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷酸磷酸化酶核苷酸磷酸化酶 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+戊糖戊糖磷酸磷酸核核 酸酸 酶酶1、核酸酶的分类（1 1）根据对底物的）根据对底物的 专一性分为专一性分为（2 2）根据切割位点分为）根据切割位点分为核糖核酸酶核糖核酸酶(RNaseRNase)脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶(DNaseDNase)非特异性核酸酶非特异性核酸酶核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点外切核酸酶对核酸的水解位点外切核酸酶对核酸的水解位点5 p p p pOHB p p

3、p p3BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（55端外切端外切5 5得得3 3）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（33端外切端外切3 3得得5 5）内切核酸酶对内切核酸酶对RNA的水解位点示意图的水解位点示意图5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3RNAase IRNAase IRNAase T1RNAase T1Pu：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶 限制性内切酶限制性内切酶 类型类型 专一性专一性 命名意义命名意义 原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源DNADNADNA

4、DNA双螺旋中双螺旋中双螺旋中双螺旋中4-84-84-84-8个碱基个碱基个碱基个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的对所组成的特异的具有二重旋转对称性的对所组成的特异的具有二重旋转对称性的对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列回文序列回文序列回文序列，并在此序，并在此序，并在此序，并在此序列的某位点水解列的某位点水解列的某位点水解列的某位点水解DNADNADNADNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（酶称为限制性内切酶（酶称为限制性内切酶（酶称为限制性内

5、切酶（ristriction endonucleaseristriction endonucleaseristriction endonucleaseristriction endonuclease）。）。）。）。限制性内切酶类型限制性内切酶类型 I I型：分子量大于型：分子量大于型：分子量大于型：分子量大于10105 5，多亚基，需，多亚基，需，多亚基，需，多亚基，需S-S-线苷蛋氨酸、线苷蛋氨酸、线苷蛋氨酸、线苷蛋氨酸、ATPATP和和和和MgMg2+2+，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是

6、限，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限制与修饰相排斥的多功能酶制与修饰相排斥的多功能酶制与修饰相排斥的多功能酶制与修饰相排斥的多功能酶.型：分子量小于型：分子量小于型：分子量小于型：分子量小于10105 5，需，需，需，需MgMg2+2+，切割位点位于识别，切割位点位于识别，切割位点位于识别，切割位点位于识别 位位位位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物学研究所用的限制性内切酶均为此类。学研究所用的限制性内切酶均为

7、此类。学研究所用的限制性内切酶均为此类。学研究所用的限制性内切酶均为此类。IIII型：识别位点为型：识别位点为型：识别位点为型：识别位点为5-7bp5-7bp的非对称序列的非对称序列的非对称序列的非对称序列 ，切割位点在，切割位点在，切割位点在，切割位点在顺序之外离识别顺序之外离识别顺序之外离识别顺序之外离识别 序列序列序列序列5-10bp5-10bp，切割双链，个别也切割单链。，切割双链，个别也切割单链。，切割双链，个别也切割单链。，切割双链，个别也切割单链。是限制与修饰相多功能酶是限制与修饰相多功能酶是限制与修饰相多功能酶是限制与修饰相多功能酶.常用的常用的DNA限制性内切酶的专一性限制性

8、内切酶的专一性酶酶辨认的序列和切口辨认的序列和切口说明说明 A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A 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 IAlu IBgl IEco R IHind Sal ISma I四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口六核苷酸，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

9、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，粘端切口六核苷酸，粘端切口限制性内切酶的命名和意义限制性内切酶的命名和意义Eco R I序号序号序号序号属名属名属名属名种名种名种名种名株名株名株名株名例：例：例：例：Eco R IEco R I，这是从大肠杆菌（，这是从大肠杆菌（，这是从大肠杆菌（，这是从大肠杆菌（EcoliEcoli）R R菌珠中分离出的一种限制性内切酶菌珠中分离出的一种限制性内切酶菌珠中分离出的一种限制性内切酶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、制作限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNADNA限限制图谱、进行制

10、图谱、进行DNADNA序列测定和基因分离、基因体外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，重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的用来解剖纤细的DNADNA分子。分子。第二节第二节 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢2、嘧啶的降解嘧啶的降解1、嘌呤的降解嘌呤的降解 核苷酸酶核苷酸酶 核苷酸磷酸化酶核苷酸磷酸化酶核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+（脱氧）戊糖（脱氧）戊糖磷酸磷酸嘌嘌呤呤的的分分解解嘧嘧啶啶的的分分解解乙酰乙酰CoA 琥珀酰琥珀酰CoA第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢从头合成：利用少数几种氨基酸、核糖从头合成：利用少

11、数几种氨基酸、核糖-5-磷磷酸、酸、CO2等作为原料来合成。等作为原料来合成。补救合成途径：利用细胞内已有的游离碱基补救合成途径：利用细胞内已有的游离碱基或核苷进行合成。或核苷进行合成。第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢一、一、核糖核苷酸的生物合成核糖核苷酸的生物合成二、二、脱氧核糖核苷酸的生物合成脱氧核糖核苷酸的生物合成三、三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷 三磷酸三磷酸（自学）（自学）四、四、各种核苷酸的相互转变各种核苷酸的相互转变一、核糖核苷酸的生物合成一、核糖核苷酸的生物合成1 1、嘌呤核苷酸的生物合成、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从头合成途从头

12、合成途径径(2)补救途径补救途径(自学自学)2 2、嘧啶核苷酸的生物合成、嘧啶核苷酸的生物合成(1)从头合成途从头合成途径径(2)补救合成途径补救合成途径(自学自学)1、嘌呤核苷酸的从头合成途径、嘌呤核苷酸的从头合成途径c、IMP转变为转变为AMP和和GMP a、嘌呤环上原子的来源嘌呤环上原子的来源b、IMP的从头合成的从头合成嘌呤环上各原子的来源嘌呤环上各原子的来源天冬氨天冬氨天冬氨天冬氨酸酸酸酸 一碳基团一碳基团一碳基团一碳基团（甲酸盐）（甲酸盐）（甲酸盐）（甲酸盐）谷氨酰谷氨酰谷氨酰谷氨酰胺胺胺胺甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸 一碳基团一碳基团一碳基团一碳基团（甲酸盐）（甲酸盐）（甲酸盐）（甲

13、酸盐）1 1、次黄嘌呤、次黄嘌呤IMPIMP核苷酸的从头合成核苷酸的从头合成5-5-磷酸核糖磷酸核糖+ATP+ATP5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸 +AMP +AMP磷酸核糖焦磷酸激酶磷酸核糖焦磷酸激酶MgMgMgMg2+2+2+2+磷酸核糖焦磷酸激酶磷酸核糖焦磷酸激酶转酰胺酶转酰胺酶5-5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺5-5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸合成酶合成酶甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶转甲酰基酶来自甲酸（盐）来自甲酸（盐）甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸合成酶合成酶甲酰甘氨脒核苷酸甲酰

14、甘氨脒核苷酸5-5-氨基氨基-咪唑核苷酸咪唑核苷酸合成酶合成酶N5-N5-羧基氨基咪唑核苷酸羧基氨基咪唑核苷酸5-5-氨基氨基-咪唑核苷酸咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸羧化酶氨基咪唑核苷酸羧化酶5-5-氨基氨基-咪唑咪唑-4-4-羧酸核苷酸羧酸核苷酸N5-N5-羧基氨基咪唑核苷酸羧基氨基咪唑核苷酸5-5-氨基氨基-咪唑咪唑-4-4-羧酸核苷酸羧酸核苷酸N-N-琥珀琥珀-5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4（N-N-琥珀基）琥珀基）甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸5-

15、5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸IMP的生的生物合成物合成一碳基团一碳基团一碳基团一碳基团代谢代谢代谢代谢IMP转变为转变为GMP和和AMP次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸核苷酸腺苷酸腺苷酸黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸鸟苷酸鸟苷酸腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶嘌呤嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘧啶核苷酸从头合成途径嘧啶核苷酸从头合成途径c、

16、UMP转变为CTPCTPCTP合成酶合成酶 ATP GlnH2OUMPUDPUTP a、嘧啶环上原子的来源嘧啶环上原子的来源b、UMP的从头合成嘧啶环上各原子的来源嘧啶环上各原子的来源 来自天冬氨酸来自天冬氨酸来自来自CO2来自来自NH3NNCCCC654321尿嘧啶核苷酸合成途径尿嘧啶核苷酸合成途径嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）尿嘧啶尿嘧啶+PRPP尿嘧啶尿嘧啶+1-P-核糖核糖尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP二、脱氧核苷酸的合成二、脱氧核苷酸的合成2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成1、脱氧核苷

17、酸的合成脱氧核苷酸的合成核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸的还原反应硫氧还蛋白硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶FAD核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶（B1和和B2）ATP、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白（还原型）（还原型）SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白（氧化型）（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧啶核苷酸合成酶胸腺嘧啶

18、核苷酸合成酶NADPH+H+SerNADP+Gly N5、N10 亚甲基亚甲基 FH4 FH2二氢叶酸二氢叶酸还原酶还原酶Ser羟甲基羟甲基转移酶转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P核核苷苷酸酸的的合合成成及及相相互互关关系系氨基酸与一碳基团代谢1、一碳基团（一碳单位）的概念2、一碳基团和氨基酸代谢GlyGly、SerSer、ThrThr、HisHis都可以作为一碳基团的供体。都可以作为一碳基团的供体。3、一碳基团的利用：参与合成反应，如磷脂、核苷酸等的合成。一碳基团 在代谢过程中，某些化合物在代谢过程中，某些化合物在代谢过程中，某些化合物在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分

19、解产生具有（如氨基酸）可以分解产生具有（如氨基酸）可以分解产生具有（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括一个碳原子的基团（不包括一个碳原子的基团（不包括一个碳原子的基团（不包括COCOCOCO2 2 2 2），称为一碳基团。一碳基团的），称为一碳基团。一碳基团的），称为一碳基团。一碳基团的），称为一碳基团。一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直转移除了和许多氨基酸的代谢直转移除了和许多氨基酸的代谢直转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成啶的生物合成啶的生物合成啶的生物

20、合成一碳基团转移酶的辅酶一碳基团转移酶的辅酶一碳基团转移酶的辅酶一碳基团转移酶的辅酶：FHFH4 4一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名-CH=NH 亚氨甲基亚氨甲基H-CO-甲酰基甲酰基-CH2OH 甲醇基甲醇基-CH=次甲基次甲基-CH2-亚甲基亚甲基-CH3 甲基甲基叶酸叶酸和和 四氢叶酸（四氢叶酸（FH4）叶叶酸酸四四氢氢叶叶酸酸HH105N N5 5，N N1010-CH-CH2 2-FH-FH4 4N N5 5-CHO-FH-CHO-FH4 4CHCH2 2CHOCHO一碳基团的一碳

21、基团的来源与转变来源与转变S-S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸N N5 5-CH-CH2 2-FHFH4 4N N5 5 N N10 10-CHCH2 2-FH-FH4 4N N5 5，N N10 10=CH-FH=CH-FH4 4 N N10 10-CHO-FH-CHO-FH4 4N N5 5，N N10 10-CH-CH2 2-FH-FH4 4还原酶还原酶还原酶还原酶N N5 5，N N10 10-CH-CH2 2-FH-FH4 4脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶环水化酶环水化酶环水化酶环水化酶 丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸 组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸苷氨酸苷氨酸苷氨酸苷氨酸参与参与参与参与

22、 甲基化甲基化甲基化甲基化反应反应反应反应为为为为胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶合合合合成提供成提供成提供成提供甲基甲基甲基甲基参与参与参与参与嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤合成合成合成合成FHFH4 4FHFH4 4FHFH4 4 HCOOHHCOOHHH2 2OONADNAD+NDAH+HNDAH+H+NADNAD+NDAH+HNDAH+H+HH+参与参与参与参与嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤合成合成合成合成小结小结 1 核酸的核酸的酶促降解酶促降解 核糖核酸酶核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶、限制性内切酶限制性内切酶 2 核苷酸的降解核苷酸的降解 3 核苷酸的核苷酸的合成代谢合成代谢 （1）核糖核苷酸的生物合成）核糖核苷酸的生物合成 嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径 嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径 （2）脱氧核苷酸的生物合成）脱氧核苷酸的生物合成 核糖核苷酸的还原核糖核苷酸的还原 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成