核酸的降解和核甘酸代謝.ppt

第十一章 核酸的降解和核甘酸代謝,學(xué)習(xí)要求,熟悉核酸酶的類別和特點(diǎn); 了解嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸從頭合成的過(guò)程以及最初產(chǎn)物; 了解核苷酸補(bǔ)救合成途徑的重要意義; 了解核苷酸降解的過(guò)程和終產(chǎn)物，尿酸堆積引起的疾病和治療方法。,核酸的酶促降解和核苷酸代謝,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,一、核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶；,二、限制性內(nèi)切酶：在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識(shí)別并水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶，可用于特異切割DNA,常作為工具酶。,一、核酸酶,1、核酸酶的分類,（1）根據(jù)對(duì)底物的 專一性分為,（2）根據(jù)切割位點(diǎn)分為,2、核酸酶的作用特點(diǎn),核酸外切酶：作用于核酸鏈的末端（3端或5端），逐個(gè)水解下核苷酸； 脫氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA 核糖核酸外切酶:只作用于RNA； 核酸內(nèi)切酶: 從核酸分子內(nèi)部切斷3,5 -磷酸二酯鍵。,外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn),5,OH,A,3,C,G,T,A,T,G,C,牛脾磷酸二酯酶（5端外切）,蛇毒磷酸二酯酶（3端外切）,2、核酸酶的作用特點(diǎn),內(nèi)切核酸酶對(duì)RNA的水解位點(diǎn)示意圖,RNAase I,RNAase T1,Pu ：嘌呤 Py：嘧啶,牛胰核糖核酸酶I (RNaseI) 核糖核酸酶T1（RNaseT1）,二、限制性內(nèi)切酶,1常用的DNA限制性內(nèi)切酶,限制性內(nèi)切酶的命名和意義,Eco R I,序號(hào),屬名,種名,株名,例：Eco R I，這是從大腸桿菌（Ecoli）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(jìn)行DNA序列測(cè)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(lái)解剖纖細(xì)的DNA分子。,第二節(jié) 核苷酸的分解代謝 一、核苷酸的降解,核苷酸 + H2O 核苷+Pi 核苷 + H2O 嘌呤（或嘧啶）+戊糖 （核苷水解酶主要存在于植物和微生物體內(nèi)，并且只能對(duì)核糖核苷起作用，對(duì)脫氧核糖核苷不起作用。） 核苷+ H3PO4 嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖 （核苷磷酸化酶存在廣泛）,核苷酸酶,核苷水解酶,核苷磷酸化酶,二、嘌呤的降解：這是一個(gè)氧化降解過(guò)程，不同生物降解的產(chǎn)物不同(肝、小腸和腎)。,腺嘌呤 鳥(niǎo)嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黃嘌呤 黃嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素 + 乙醛酸 H2O 2H2O 4NH3 + 2CO2,（人類和靈長(zhǎng)類動(dòng)物、爬蟲(chóng)、鳥(niǎo)類）,（靈長(zhǎng)類以外的哺乳動(dòng)物）,（植物）,（魚類、兩棲類）,（海洋無(wú)脊椎動(dòng)物）,腺嘌呤脫氨酶,鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶,黃嘌呤氧化酶,黃嘌呤 氧化酶,尿酸氧化酶,尿囊 素酶,尿囊酸酶,脲酶,(硬骨魚),痛風(fēng)癥的治療機(jī)制,鳥(niǎo)嘌呤,次黃嘌呤,黃嘌呤,尿酸,黃嘌呤氧化酶,黃嘌呤氧化酶,別嘌呤醇,三、嘧啶的降解： 胞嘧啶 尿嘧啶 二氫尿嘧啶 H2O NH3 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -丙氨酸 -脲基丙酸 H2O 胸腺嘧啶 二氫胸腺嘧啶 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -氨基異丁酸 -脲基異丁酸 H2O,胞嘧啶脫氨酶,二氫尿嘧啶脫氫酶,二氫嘧啶酶,脲基丙酸酶,二氫尿嘧啶脫氫酶,二氫嘧啶酶,脲基丙酸酶,NH3+CO2+,NH3+CO2+,NADPH +H+ -哺乳動(dòng)物 NADH+H+ -細(xì) 菌,第三節(jié) 核苷酸的合成代謝,一、嘌呤核苷酸的生物合成 從頭合成途徑 補(bǔ)救途徑 二、嘧啶核苷酸的生物合成 從頭合成途徑 補(bǔ)救合成途徑 三、脫氧核苷酸的合成,從頭合成途徑 補(bǔ)救合成途徑,一、嘌呤核苷酸的生物合成,是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。,肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無(wú)法進(jìn)行此合成途徑。,（一）嘌呤核苷酸的從頭合成,定義,合成部位,嘌呤堿合成的元素來(lái)源,CO2,天冬氨酸,甲?；?（一碳單位）,甘氨酸,甲?；?（一碳單位）,谷氨酰胺 （酰胺基）,過(guò)程,1. IMP的合成,2. AMP和GMP的生成,R-5-P （5-磷酸核糖）,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,IMP,H2N-1-R-5-P （5-磷酸核糖胺）,拮抗物: 重氮絲氨酸,1. IMP的合成過(guò)程, 磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶 GAR合成酶 轉(zhuǎn)甲?；?FGAM合成酶 AIR合成酶,IMP生成總反應(yīng)過(guò)程,葉酸拮抗物: 氨基蝶呤,氨甲蝶呤,腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脫氫酶 腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶,2、AMP和GMP的生成, 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 IMP的合成需5個(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵。 AMP或GMP的合成又需1個(gè)ATP。,嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn),利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過(guò)程，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。,（二）嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑,定義,腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黃嘌呤-鳥(niǎo)嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 腺苷激酶(adenosine kinase),參與補(bǔ)救合成的酶,合成過(guò)程,補(bǔ)救合成的生理意義,補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。 體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。,嘌呤核苷酸的抗代謝物,嘌呤核苷酸的抗代謝物主要有嘌呤類似物、谷氨酰胺類似物、葉酸類似物三類。 嘌呤類似物：6-巰基嘌呤 谷氨酰胺類似物：重氮絲氨酸、 6-重氮-5-氧代正亮氨酸 葉酸類似物：氨基蝶呤、氨甲蝶呤,二、嘧啶核苷酸的生物合成 從頭合成途徑 補(bǔ)救合成途徑,（一）嘧啶核苷酸的從頭合成,主要是肝細(xì)胞胞液,是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的途徑。,定義,合成部位,嘧啶合成的元素來(lái)源(谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2)。,合成過(guò)程,1. 尿嘧啶核苷酸的合成,2. 胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,從頭合成的調(diào)節(jié),ATP + CO2+ 谷氨酰胺,氨基甲酰磷酸,UMP,氨基甲酰天冬氨酸,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP + 5-磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,（二） 嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成,（1）核糖核苷酸的還原反應(yīng),NADP+,NADPH+H+,硫氧還蛋白還原酶,FAD,核糖核苷酸還原酶（B1和B2）,ATP 、Mg2+,ADP、GDP、CDP、UDP,腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經(jīng)還原，將核糖第二位碳原子的氧脫去，即成為相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸。 還原反應(yīng)一般在核苷二磷酸（NDP）水平上進(jìn)行,三、脫氧核苷酸的生物合成（大腸桿菌、動(dòng)物、植物）,由尿嘧啶脫氧核苷酸（dUMP）經(jīng)甲基化生成。Ser提供甲基，NADPH提供還原當(dāng)量。,（2）胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成,H,胸腺嘧啶脫氧核苷酸（dTMP）的合成 dUDP