核酸的酶促降解和核苷酸代谢(2)

第六章核酸的酶促降解和核苷酸代谢本章讨论核酸酶的类别和特点，对核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。第一节核酸的酶促降解第三节核苷酸的合成代谢第二节核苷酸的分解代谢第一节核酸的酶促降解一、核酸酶二、限制性内切酶核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷碱基+戊糖-1-P磷酸核酸酶1、核酸酶的分类（1）根据对底物的专一性分为（2）根据切割位点分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶核酸内切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点外切核酸酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpppp3´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）内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´ppppOHPyPuPyPy1´pppGACUpppGA3´RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶限制性内切酶类型命名意义原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA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（ristrictionendonuclease）。常用的DNA限制性内切酶的专一性酶辨认的序列和切口说明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI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，粘端切口限制性内切酶类型I型：分子量大于105，多亚基，需S-线苷蛋氨酸、ATP和Mg2+，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.Ⅱ型：分子量小于105，需Mg2+，切割位点位于识别位点上，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。ⅡI型：识别位点为5-7bp的非对称序列，切割位点在顺序之外离识别序列5-10bp，切割双链，个别也切割单链。是限制与修饰相多功能酶.限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：EcoRI，这是从大肠杆菌（Ecoli）R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DNA限制图谱、进行DNA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，用来解剖纤细的DNA分子。第二节核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解Metabolismofpurineucleotide核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷碱基+（脱氧）戊糖-1-P磷酸嘌呤的分解嘌呤的降解嘌呤（鸟嘌呤和腺嘌呤）均经脱氨氧化转变为黄嘌呤再进行降解。由于不同种类的生物的降解酶系不一样，因而降解的终产物也不同：尿酸(uricacid)：人类、灵长类、鸟类、爬行动物和大多数昆虫；尿囊素：非灵长目哺乳动物、腹足类；尿囊酸：某些硬骨鱼；尿酸和乙醛酸：大多数鱼类、两栖类；氨和二氧化碳：海洋腔肠动物和甲壳动物。尿酸是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的终产物。痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血中尿酸水平升高，以尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾脏，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。嘧啶的分解第三节核苷酸的合成代谢一、核糖核苷酸的生物合成二、脱氧核糖核苷酸的生物合成三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷三磷酸（自学）四、各种核苷酸的相互转变核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救途径(自学)2、嘧啶核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救合成途径(自学)一、嘌呤核苷酸的合成代谢（一）从头合成途径：1．概念：通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径(denovosynthesis)。这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。嘌呤环上各原子的来源来自谷氨酰胺的酰胺氮来自“甲酸盐”来自天冬氨酸来自甘氨酸来自CO2来自“甲酸盐”2．合成步骤：可分为三个阶段：⑴PRPP的合成：首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶催化下，消耗ATP，由5’-磷酸核糖合成(5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸)。（2）次黄嘌呤核苷酸的合成：再经过大约10步反应，合成第一个嘌呤核苷酸—--次黄苷酸（IMP）。磷酸核糖焦磷酸合成酶5'-磷酸核糖PRPP→→→→IMPATP（3）腺苷酸及鸟苷酸的合成：IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生AMP；IMP也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸（XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。AMP-SAMPIMPXMPGMPAspNAD+Gln5-磷酸核糖焦磷酸PRPP5-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-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFAIMP转变为GMP和AMP嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷A(G)MPATPADP嘧啶核苷酸从头合成途径c、UMP转变为CTPCTPCTP合成酶ATPGlnH2OUMPUDPUTPa、嘧啶环上原子的来源b、UMP的从头合成一、嘧啶核苷酸的合成代谢（一）从头合成途径：从头合成途径（denovosynthesis)是指利用一些简单的前体物逐步合成嘧啶核苷酸的过程。该过程主要在肝脏的胞液中进行。嘧啶核苷酸的主要合成步骤为：1．尿苷酸（uridinemonophosphate)的合成：在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ的催化下，以Gln，CO2，ATP为原料合成氨基甲酰磷酸。后者在天冬氨酸转氨甲酰酶的催化下，转移一分子天冬氨酸，从而合成氨甲酰天冬氨酸，然后再经脱氢、脱羧、环化等反应，合成第一个嘧啶核苷酸，即UMP。 Gln+CO2+2ATP氨基甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸乳清酸UMP嘧啶环上各原子的来源天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸尿嘧啶核苷酸合成途径2．胞苷酸的合成：3．脱氧嘧啶核苷酸的合成：嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）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脱氧核苷酸的合成2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成1、脱氧核苷酸的合成核糖核苷酸的还原反应硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系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+硫氧还蛋白还原酶FADATP、Mg2+硫氧还蛋白（还原型）SHSH硫氧还蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸核糖核苷酸的还原反应FAD核糖核苷酸还原酶ATP、Mg2+硫氧还蛋白SHSH硫氧还蛋白SS硫氧还蛋白还原酶核糖核苷二磷酸+H2O脱氧核糖核苷二磷酸FADH2谷氧还蛋白SS谷氧还蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧还蛋白还原酶OP-P-CH2NOHOHOP-P-CH2NOHHGSSG2GSH谷胱甘肽还原酶核糖核苷酸还原酶示意图底物特异性调节位点酶活性调节位点活性位点R1亚基R2亚基脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H++SerNADP++GlyN5、N10—CH2—FH4FH2二氢叶酸还原酶Ser羟甲基转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P叶酸和四氢叶酸（FH4）叶酸四氢叶酸HH105N5，N10-CH2-FH4N5-CHO-FH4CH2CHO一碳基团的来源与转变S-腺苷蛋氨酸N5-CH2-FH4N5N10-CH2-FH4N5，N10=CH-FH4N10-CHO-FH4N5，N10-CH2-FH4还原酶N5，N10-CH2-FH4脱氢酶环水化酶丝氨酸组氨酸苷氨酸参与甲基化反应为胸腺嘧啶合成提供甲基参与嘌呤合成FH4FH4FH4HCOOHH2ONAD+NDAH+H+NAD+NDAH+H+H+参与嘌呤合成核苷酸的合成及相互关系七、核酸的酶促降解和核苷酸的代谢1核酸的酶促降解核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、限制性内切酶2核苷酸的降解3核苷酸的合成代谢（1）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核糖核苷酸的还原脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成