核酸的降解與核苷酸代謝

1、第九章 核酸的降解與核苷酸代謝核酸的降解與核苷酸代謝本章重點與難點本章重點與難點重點：了解核酸的酶促降解及核苷酸合成重點：了解核酸的酶促降解及核苷酸合成與分解途徑特點，掌握嘌呤環(huán)、嘧啶環(huán)的與分解途徑特點，掌握嘌呤環(huán)、嘧啶環(huán)的原子來源；了解核苷酸水解酶類，特別是原子來源；了解核苷酸水解酶類，特別是限制性內(nèi)切酶作用的特點。限制性內(nèi)切酶作用的特點。難點：嘌呤核苷酸與嘧啶核苷酸合成途徑難點：嘌呤核苷酸與嘧啶核苷酸合成途徑異同點，不同種類的生物分解嘌呤堿的終異同點，不同種類的生物分解嘌呤堿的終產(chǎn)物。產(chǎn)物。第一節(jié)第一節(jié) 核酸的酶促降解核酸的酶促降解食物核蛋白食物核蛋白蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)核酸核酸(RNA(RNA與

2、與DNA)DNA)胰核酸酶胰核酸酶RNA酶酶DNA酶酶(磷酸二酯酶磷酸二酯酶)單核苷酸單核苷酸胰、腸核苷酸酶胰、腸核苷酸酶(磷酸單酯酶磷酸單酯酶)核苷核苷磷酸磷酸核苷酶核苷酶(水解或磷酸解水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖戊糖或磷酸戊糖堿基堿基核酸的消化核酸的消化排出，很排出，很少利用少利用 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 堿基堿基+戊糖戊糖-1-P磷酸磷酸外切核酸酶外切核酸酶對核酸的水解位點對核酸的水解位點5 p p p pOHB p p p p3 BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（ 5 5 端外切端外切蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二

3、酯酶（ 3 3 端外切端外切單鏈核酸外切酶：核酸外切酶VII（ExoVII）雙鏈核酸外切酶：核酸外切酶雙鏈核酸外切酶：核酸外切酶 III（ExoIII）,特異特異性地從性地從3 端外切端外切 雙鏈核酸外切酶：雙鏈核酸外切酶：l l 核酸外切酶（核酸外切酶（ l lExo）,特異特異性地從性地從5 端外切端外切Bal31核酸酶核酸酶單鏈內(nèi)切雙鏈外切的核酸酶單鏈內(nèi)切雙鏈外切的核酸酶二、限制性內(nèi)切酶二、限制性內(nèi)切酶50年代初發(fā)現(xiàn)了由寄主控制的限制和修飾現(xiàn)象年代初發(fā)現(xiàn)了由寄主控制的限制和修飾現(xiàn)象l l(B)l l(K)大腸桿菌大腸桿菌B大腸桿菌大腸桿菌K11410 410 4E.O.P 成斑率成斑率e

4、fficiency of plating限制限制修飾的酶學(xué)假說修飾的酶學(xué)假說l l(B)l l(B)酶切位點酶切位點不被修飾不被修飾噬菌體噬菌體DNA被切割被切割酶切位點酶切位點被修飾被修飾基因組基因組DNA不被切割不被切割1968年，年，Meselson 和和Yuan發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了I型限制性核酸內(nèi)切型限制性核酸內(nèi)切酶；酶；1970年，年，Smith和和Wilcox從流感嗜血桿菌中分離純化從流感嗜血桿菌中分離純化了第一個了第一個II型限制性核酸內(nèi)切酶型限制性核酸內(nèi)切酶Hind II。限制性核酸內(nèi)切酶的類型限制性核酸內(nèi)切酶的類型首先由首先由M. Meselson和和R. Yuan在在1968年從年

5、從大腸桿菌大腸桿菌 B株和株和 K株分離的。株分離的。（1）識別位點序列）識別位點序列EcoB： TGA(N)8TGCT EcoK：AAC(N)6GTGC1. I型限制性內(nèi)切酶 如如 EcoB和和 EcoK。未甲基化修飾的特異序列。未甲基化修飾的特異序列。需需ATP、Mg2+和和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。腺苷蛋氨酸）。（3）作用機(jī)理）作用機(jī)理在距離特異性識別位點約在距離特異性識別位點約10001500 bp處隨機(jī)切開一條單鏈。處隨機(jī)切開一條單鏈。Recognize sitecut1-1.5kb（2）切割位點首先由首先由H.O. Smith和和K.W. Wilcox在在1970年從流感嗜血菌中分

6、離出來。年從流感嗜血菌中分離出來。 （1）識別位點序列）識別位點序列未甲基化修飾的雙鏈未甲基化修飾的雙鏈DNA上的特殊靶序上的特殊靶序列（多數(shù)是回文序列）。列（多數(shù)是回文序列）。 與與DNA的來源無關(guān)。的來源無關(guān)。2. II類限制性內(nèi)切酶 分離的第一個酶是分離的第一個酶是Hind EcoR I 5-GAATTC-3 3-CTTAAG-5 Pst I 5-CTGCAG-3 3-GACGTC-5 產(chǎn)生粘性末端產(chǎn)生粘性末端EcoR V 5-GATATC-3 3-CTATAG-5 產(chǎn)生平齊末端產(chǎn)生平齊末端（2）切割位點切開雙鏈切開雙鏈DNA。形成粘性末端（。形成粘性末端（sticky end）或平齊末

7、端（）或平齊末端（blunt end）。如：）。如：識別位點處。識別位點處。（3）粘性末端（sticky ends，cohensive ends）含有幾個核苷酸單鏈的末端。含有幾個核苷酸單鏈的末端。分兩種類型：分兩種類型： 5端凸出（如端凸出（如EcoR I切點）切點）GAATTC CTTAA G G AATTC CTTAAG5-3 3-5 5-3 3-5 CTGCAG 3端凸出（如Pst I切點）GACGTC 5-3 3-5 5-3 3-5 CTGCA G G ACGTC 3. III類限制性內(nèi)切酶 在完全肯定的位點切割在完全肯定的位點切割DNA，但反應(yīng)，但反應(yīng)需要需要ATP、 Mg2+和和

8、SAM（S-腺苷蛋氨腺苷蛋氨酸）。酸）。用途不大。用途不大。限制性核酸內(nèi)切酶的類型限制性核酸內(nèi)切酶的類型主要特性主要特性 I 型型 II 型型 III 型型限制修飾限制修飾多功能多功能單功能單功能雙功能雙功能蛋白結(jié)構(gòu)蛋白結(jié)構(gòu)異源三聚體異源三聚體同源二聚體同源二聚體異源二聚體異源二聚體輔助因子輔助因子ATP Mg2+ SAMATP Mg2+ SAMMg2+識別序列識別序列TGAN8TGCT旋轉(zhuǎn)對稱序列旋轉(zhuǎn)對稱序列GAGCCAACN6GTGCCAGCAG切割位點切割位點距識別序列距識別序列1kb處處識別序列內(nèi)或附近識別序列內(nèi)或附近 距識別序列下游距識別序列下游隨機(jī)性切割隨機(jī)性切割特異性切割特異性切

9、割24-26bp處處限制性核酸內(nèi)切酶的命名限制性核酸內(nèi)切酶的命名限制性核酸內(nèi)切酶的命名限制性核酸內(nèi)切酶的命名屬名屬名 種名種名 株名株名H i n d III H i n d IIIHaemophilus influenzae d 嗜血流感桿菌嗜血流感桿菌d株株同一菌株中所含的多個不同的限制性核酸內(nèi)切酶同一菌株中所含的多個不同的限制性核酸內(nèi)切酶限制酶前面要帶上限制酶前面要帶上R（Restriction)， 修飾酶前面要帶上修飾酶前面要帶上M（Modification）。）。 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷酸 核苷核苷 堿基堿基+（脫氧）戊糖（脫氧）戊糖-1-P磷酸磷酸嘌嘌

10、呤呤的的分分解解嘧嘧啶啶的的分分解解一、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) 從頭合成途徑(2) 補(bǔ)救途徑2 2、嘧啶核苷酸的生物合成、嘧啶核苷酸的生物合成(1) 從頭合成途徑(2) 補(bǔ)救合成途徑補(bǔ)救合成途徑(自學(xué)自學(xué))1、嘌呤環(huán)上各原子的來源、嘌呤環(huán)上各原子的來源來自谷氨酰胺的酰胺氮來自谷氨酰胺的酰胺氮來自來自“甲酸鹽甲酸鹽”來自天冬氨酸來自天冬氨酸來自甘氨酸來自甘氨酸來自來自CO2來自來自“甲酸鹽甲酸鹽

11、”5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸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甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸IMP的的 生物生物合成合成5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀琥珀基基- -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黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷酸（IMPIMP）甲酰甲酰THFATHFAIMP轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镚MP和和AMP嘌呤核

12、苷酸合成補(bǔ)救途徑 磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶嘌呤嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤嘌呤+1-P-核糖核糖嘌呤核苷嘌呤核苷 A(G)MPATP ADP2、嘧啶核苷酸從頭合成途徑3 、UMP轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镃TPCTPCTP合成酶合成酶 ATP GlnH2OUMPUDPUTP 1、嘧啶環(huán)上原子的來源嘧啶環(huán)上原子的來源2、UMP的從頭合成的從頭合成嘧啶環(huán)上各原子的來源 天冬氨酸天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸尿嘧啶核苷酸合成途徑嘧啶核苷酸補(bǔ)救合成途徑嘧啶核苷酸補(bǔ)救合成途徑尿嘧啶尿嘧啶+PRPP尿嘧啶尿嘧啶+1-P-核糖核糖尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATP

13、UMP+PPi尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP嘌啶核苷酸與嘧啶核苷酸合成的比較相同點1. 合成原料基本相同合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2. 合成部位對高等動物來說合成部位對高等動物來說,主要在肝臟主要在肝臟3. 都有都有2種合成途徑種合成途徑(從頭和補(bǔ)救途徑從頭和補(bǔ)救途徑) 4. 都是先合成一個與之有關(guān)的核苷酸都是先合成一個與之有關(guān)的核苷酸,然后在此基礎(chǔ)然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步合成核苷酸上進(jìn)一步合成核苷酸不同點1. 在在5-P -R基礎(chǔ)上合成嘌呤基礎(chǔ)上合成嘌呤環(huán)環(huán)2. 最先合成的核苷酸是最先合成的核苷酸是 IMP 3. 在在IMP基礎(chǔ)上完成基礎(chǔ)上完成AMP和和GMP的合成的合成1. 先合成嘧啶環(huán)再與先合成嘧啶環(huán)再與5-P-R結(jié)合結(jié)合2. 先合成先合成UMP3. 以以UMP為基礎(chǔ)為基礎(chǔ), , 完成完成CTP, TMP的合成的合成 二、脫氧核苷酸的合成二、脫氧核苷酸的合成2、脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成1、脫氧核苷酸的合成脫氧核苷酸的合成核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸還原酶NADP+NADPH+H+硫氧