生物化學與分子生物學 第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件

第九章

核酸的降解和核苷酸代謝第九章

核酸的降解和核苷酸代謝1第一節(jié)核酸的酶促降解一、核酸降解的一般順序：1、核酸酶：核酸→核苷酸；2、核苷酸酶：核苷酸→核苷+磷酸；3、核苷酶：核苷→含氮堿基第一節(jié)核酸的酶促降解一、核酸降解的一般順序：2生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件3二、核酸酶的分類按作用底物分：RNase、DNase；按作用方式分：外切酶、內(nèi)切酶；按作用鍵分：水解3’-磷酸酯鍵的酶和5’-磷酸酯鍵的酶二、核酸酶的分類按作用底物分：RNase、DNase；41、核酸外切酶：可同時作用于DNA、RNA的外切酶1、核酸外切酶：可同時作用于DNA、RNA的外切酶52、核酸內(nèi)切酶(endonuclease)能夠水解核酸分子內(nèi)磷酸二酯鍵的酶一般的核酸內(nèi)切酶專一性不強（專一性強的不多，如，牛胰核酸酶：嘧啶核苷酸——嘧啶核苷-3’-磷酸），限制性內(nèi)切酶具有很強的堿基專一性。2、核酸內(nèi)切酶(endonuclease)能夠水解核酸分子內(nèi)6

限制性內(nèi)切酶(restrietionendonuclease)概念：原核生物體內(nèi)一類能識別雙鏈DNA上特定的一段核苷酸序列并在特定位點切斷DNA兩條鏈的核酸內(nèi)切酶。限制性內(nèi)切酶(restrietionendonucle7限制性內(nèi)切酶具有很強的堿基專一性。識別位點：４－８個堿基的回文序列切割結(jié)果：平頭末端(cohesiveend)：切口齊的粘性末端(bluntend)：切口交錯限制性內(nèi)切酶具有很強的堿基專一性。8生物學功能：降解外面侵入的DNA，而不降解自身細胞中的DNA。應(yīng)用：基因工程的工具酶分子手術(shù)刀生物學功能：降解外面侵入的DNA，而不降解自身細胞中的DNA9生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件10第二節(jié)嘌呤和嘧啶的分解第二節(jié)嘌呤和嘧啶的分解11一、嘌呤的分解氧化降解：A、G→尿酸；不同的動物將尿酸直排或進行不同程度繼續(xù)降解排出體外。濃度過高→尿結(jié)石、痛風一、嘌呤的分解氧化降解：A、G→尿酸；12生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件13黃嘌呤氧化酶（肝、小腸、腎）：黃嘌呤→尿酸；人類、靈長類動物排尿酸于尿中，但大多數(shù)的N→尿素；而鳥類、爬行動物、昆蟲的N→尿酸；尿酸水溶性差→過多則結(jié)晶沉積（關(guān)節(jié)、軟組織、腎）→痛風（手指首先發(fā)熱紅腫，疼痛無比，活動困難，進而影響膝、腕及踝關(guān)節(jié)，造成關(guān)節(jié)畸形僵硬。慢性痛風可導致腎結(jié)石、痛風性腎病等）；成年男性患病機率較高；高嘌呤飲食，核酸大量降解，腎疾病→尿酸↑；治療：別嘌呤醇（XO的競爭性抑制劑）黃嘌呤氧化酶（肝、小腸、腎）：黃嘌呤→尿酸；14生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件15二、嘧啶的分解C、U→β-丙氨酸+NH3+CO2T→β-氨基異丁酸+NH3+CO2β-丙氨酸、β-氨基異丁酸→排出體外、進行有機酸代謝

二、嘧啶的分解C、U→β-丙氨酸+NH3+CO216生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件17小結(jié)核苷酸→戊糖+堿基（嘌呤、嘧啶）+Pi；戊糖→CO2+H2O+ATP；人體內(nèi)的堿基通常不能徹底降解：嘌呤→尿酸（排泄）；嘧啶→β-氨基酸（主要隨尿排除，或進行有機酸代謝）小結(jié)核苷酸→戊糖+堿基（嘌呤、嘧啶）+Pi18第三節(jié)核苷酸的生物合成生物都能從基本原料合成嘌呤和嘧啶核苷酸（從頭合成）；因此核酸不是必需營養(yǎng)素（珍奧核酸是騙局！）；生物也都能利用體內(nèi)降解的和食物吸收的現(xiàn)成嘌呤、嘧啶合成核苷酸（補救合成）；第三節(jié)核苷酸的生物合成生物都能從基本原料合成嘌呤和嘧啶核19（一）從頭合成（DeNovoSynthesis）定義：5-磷酸核糖+aa+CO2→嘌呤核苷酸場所：主要在肝臟比例：通常占95%一、嘌呤核苷酸的合成（一）從頭合成（DeNovoSynthesis）定義：520甘氨坐中間，谷氨站兩邊，左手開天門，頭頂二氧碳甘氨坐中間，谷氨站兩邊，左手開天門，頭頂二氧碳211、PRPP合成IMP所有嘌呤核苷酸均由IMP（次黃嘌呤核苷酸）合成；PRPP：5-磷酸核糖焦磷酸；5-磷酸核糖+PPi→PRPP1、PRPP合成IMP所有嘌呤核苷酸均由IMP（次黃嘌呤核22生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件232、AMP和GMP的合成嘌呤核苷酸氧化脫氨基的步驟（XMP）2、AMP和GMP的合成嘌呤核苷酸氧化脫氨基的步驟（XMP）24（二）補救合成（SalvagePathway）定義：游離的嘌呤或嘌呤核苷→嘌呤核苷酸場所：腦、骨髓

途徑：核苷磷酸化酶+核苷磷酸激酶途徑；磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（二）補救合成（SalvagePathway）定義：游離的251、核苷磷酸化酶+核苷磷酸激酶途徑嘌呤+1-PR核苷+磷酸核苷+ATP核苷酸+ADP僅有腺苷磷酸激酶，因此該途徑不重要。2、磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑嘌呤+PRPP→嘌呤核苷酸+PPi酶：腺嘌呤~、次黃嘌呤-鳥嘌呤~1、核苷磷酸化酶+核苷磷酸激酶途徑嘌呤+1-PR26萊-拉綜合癥次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺乏；在2~3歲時，患兒開始咬自己的嘴唇和手指，智力缺陷，經(jīng)常性痙攣，舞蹈樣動作，痛風，可活至20歲左右；尿酸積累→結(jié)石，痛風→自殘（？）機理不明，別嘌呤醇無效萊-拉綜合癥次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺乏；273、意義節(jié)約能量和一些Aa的消耗；有些組織（如腦、骨髓）只能進行嘌呤核苷酸的補救合成；可提高康復速度（核酸類補品的功能）

3、意義節(jié)約能量和一些Aa的消耗；28嘧啶環(huán)：氨甲酰磷酸+Asp先合成嘧啶環(huán)，再添加5-PR；二、嘧啶核苷酸的合成嘧啶環(huán)：氨甲酰磷酸+Asp二、嘧啶核苷酸的合成291、氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ：線粒體

尿素合成

氨基酸代謝氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ：細胞質(zhì)

嘧啶合成核苷酸代謝1、氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ：線粒體尿素302、UMP和CTP的從頭合成2、UMP和CTP的從頭合成31生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件323、嘧啶核苷酸的補救合成1）磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑不重要U+PRPP→UMP+PPiC不能直接與PRPP反應(yīng)2）磷酸化酶+尿苷激酶途徑重要磷酸化酶：U(C)+1-PR→尿苷(胞苷)+Pi尿苷激酶：尿苷(胞苷)+ATP→UMP(CMP)+ADP3、嘧啶核苷酸的補救合成1）磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑不重33三、脫氧核糖核苷酸的合成dNDP+ATPdNTP+ADP激酶三、脫氧核糖核苷酸的合成dNDP+ATP34大腸桿菌、動物、植物

2條多肽鏈非正鐵血紅素廣泛存在大腸桿菌、動物、植物2條多肽鏈35其他原核生物

NTPdNTP核糖核苷酸還原酶1條多肽鏈非正鐵血紅素+VB12僅存在于某些微生物和藻類其他原核生物NTPdNTP核糖核苷酸還原酶1條多肽鏈36學習要點掌握核酸內(nèi)切酶，外切酶作用特點。掌握核苷酸的主要生理作用。了解嘌呤堿和嘧啶堿的降解過程。掌握從頭合成中，嘌呤核和嘧啶核上各原子的來源，了解核苷酸的合成過程學習要點掌握核酸內(nèi)切酶，外切酶作用特點。37第九章

核酸的降解和核苷酸代謝第九章

核酸的降解和核苷酸代謝38第一節(jié)核酸的酶促降解一、核酸降解的一般順序：1、核酸酶：核酸→核苷酸；2、核苷酸酶：核苷酸→核苷+磷酸；3、核苷酶：核苷→含氮堿基第一節(jié)核酸的酶促降解一、核酸降解的一般順序：39生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件40二、核酸酶的分類按作用底物分：RNase、DNase；按作用方式分：外切酶、內(nèi)切酶；按作用鍵分：水解3’-磷酸酯鍵的酶和5’-磷酸酯鍵的酶二、核酸酶的分類按作用底物分：RNase、DNase；411、核酸外切酶：可同時作用于DNA、RNA的外切酶1、核酸外切酶：可同時作用于DNA、RNA的外切酶422、核酸內(nèi)切酶(endonuclease)能夠水解核酸分子內(nèi)磷酸二酯鍵的酶一般的核酸內(nèi)切酶專一性不強（專一性強的不多，如，牛胰核酸酶：嘧啶核苷酸——嘧啶核苷-3’-磷酸），限制性內(nèi)切酶具有很強的堿基專一性。2、核酸內(nèi)切酶(endonuclease)能夠水解核酸分子內(nèi)43

限制性內(nèi)切酶(restrietionendonuclease)概念：原核生物體內(nèi)一類能識別雙鏈DNA上特定的一段核苷酸序列并在特定位點切斷DNA兩條鏈的核酸內(nèi)切酶。限制性內(nèi)切酶(restrietionendonucle44限制性內(nèi)切酶具有很強的堿基專一性。識別位點：４－８個堿基的回文序列切割結(jié)果：平頭末端(cohesiveend)：切口齊的粘性末端(bluntend)：切口交錯限制性內(nèi)切酶具有很強的堿基專一性。45生物學功能：降解外面侵入的DNA，而不降解自身細胞中的DNA。應(yīng)用：基因工程的工具酶分子手術(shù)刀生物學功能：降解外面侵入的DNA，而不降解自身細胞中的DNA46生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件47第二節(jié)嘌呤和嘧啶的分解第二節(jié)嘌呤和嘧啶的分解48一、嘌呤的分解氧化降解：A、G→尿酸；不同的動物將尿酸直排或進行不同程度繼續(xù)降解排出體外。濃度過高→尿結(jié)石、痛風一、嘌呤的分解氧化降解：A、G→尿酸；49生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件50黃嘌呤氧化酶（肝、小腸、腎）：黃嘌呤→尿酸；人類、靈長類動物排尿酸于尿中，但大多數(shù)的N→尿素；而鳥類、爬行動物、昆蟲的N→尿酸；尿酸水溶性差→過多則結(jié)晶沉積（關(guān)節(jié)、軟組織、腎）→痛風（手指首先發(fā)熱紅腫，疼痛無比，活動困難，進而影響膝、腕及踝關(guān)節(jié)，造成關(guān)節(jié)畸形僵硬。慢性痛風可導致腎結(jié)石、痛風性腎病等）；成年男性患病機率較高；高嘌呤飲食，核酸大量降解，腎疾病→尿酸↑；治療：別嘌呤醇（XO的競爭性抑制劑）黃嘌呤氧化酶（肝、小腸、腎）：黃嘌呤→尿酸；51生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件52二、嘧啶的分解C、U→β-丙氨酸+NH3+CO2T→β-氨基異丁酸+NH3+CO2β-丙氨酸、β-氨基異丁酸→排出體外、進行有機酸代謝

二、嘧啶的分解C、U→β-丙氨酸+NH3+CO253生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件54小結(jié)核苷酸→戊糖+堿基（嘌呤、嘧啶）+Pi；戊糖→CO2+H2O+ATP；人體內(nèi)的堿基通常不能徹底降解：嘌呤→尿酸（排泄）；嘧啶→β-氨基酸（主要隨尿排除，或進行有機酸代謝）小結(jié)核苷酸→戊糖+堿基（嘌呤、嘧啶）+Pi55第三節(jié)核苷酸的生物合成生物都能從基本原料合成嘌呤和嘧啶核苷酸（從頭合成）；因此核酸不是必需營養(yǎng)素（珍奧核酸是騙局?。簧镆捕寄芾皿w內(nèi)降解的和食物吸收的現(xiàn)成嘌呤、嘧啶合成核苷酸（補救合成）；第三節(jié)核苷酸的生物合成生物都能從基本原料合成嘌呤和嘧啶核56（一）從頭合成（DeNovoSynthesis）定義：5-磷酸核糖+aa+CO2→嘌呤核苷酸場所：主要在肝臟比例：通常占95%一、嘌呤核苷酸的合成（一）從頭合成（DeNovoSynthesis）定義：557甘氨坐中間，谷氨站兩邊，左手開天門，頭頂二氧碳甘氨坐中間，谷氨站兩邊，左手開天門，頭頂二氧碳581、PRPP合成IMP所有嘌呤核苷酸均由IMP（次黃嘌呤核苷酸）合成；PRPP：5-磷酸核糖焦磷酸；5-磷酸核糖+PPi→PRPP1、PRPP合成IMP所有嘌呤核苷酸均由IMP（次黃嘌呤核59生物化學與分子生物學第9章：核酸的降解與核苷酸代謝課件602、AMP和GMP的合成嘌呤核苷酸氧化脫氨基的步驟（XMP）2、AMP和GMP的合成嘌呤核苷酸氧化脫氨基的步驟（XMP）61（二）補救合成（SalvagePathway）定義：游離的嘌呤或嘌呤核苷→嘌呤核苷酸場所：腦、骨髓

途徑：核苷磷酸化酶+核苷磷酸激酶途徑；磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（二）補救合成（SalvagePathway）定義：游離的621、核苷磷酸化酶+核苷磷酸激酶途徑嘌呤+1-PR核苷+磷酸核苷+ATP核苷酸+ADP僅有腺苷磷酸激酶，因此該途徑不重要。2、磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑嘌呤+PRPP→嘌呤核苷酸+PPi酶：腺嘌呤~、次黃嘌呤-鳥嘌呤~1、核苷磷酸化酶+核苷磷酸激酶途徑嘌呤+1-PR63萊-拉綜合癥次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺乏；在2~3歲時，患兒開始咬自己的嘴唇和手指，智力缺陷，經(jīng)常性痙攣，舞蹈樣動作，痛風，可活至20歲左右；尿酸積累→結(jié)石，痛風→自殘（？）機理不明，別嘌呤醇無效萊-拉綜合癥次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺乏；643、意義節(jié)約能量和一些Aa的消耗；有些組織（如腦、骨髓）只能進行嘌呤核苷酸的補救合成；可提高康復速度（核酸類補品的功能）

3、意義節(jié)約能量和一些Aa的消耗；65嘧啶環(huán)：氨甲酰磷酸+Asp先合成嘧啶環(huán)，再添加5-PR；二、嘧啶核苷酸的合成嘧啶環(huán)：氨甲酰磷酸+Asp二、嘧啶核苷酸的合成661、氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ：線粒體

尿素合成