核酸降解和核苷酸代謝 動(dòng)物生物化學(xué)第八章課件

第九章核酸的降解與核苷酸代謝第九章核酸的降解與核苷酸代謝1本章重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：了解核酸的酶促降解及核苷酸合成與分解途徑特點(diǎn)，掌握嘌呤環(huán)、嘧啶環(huán)的原子來(lái)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(diǎn)。難點(diǎn)：嘌呤核苷酸與嘧啶核苷酸合成途徑異同點(diǎn)，不同種類的生物分解嘌呤堿的終產(chǎn)物。本章重點(diǎn)與難點(diǎn)2第一節(jié)核酸的酶促降解第一節(jié)核酸的酶促降解3食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸(RNA與DNA)胰核酸酶RNA酶DNA酶(磷酸二酯酶)單核苷酸胰、腸核苷酸酶(磷酸單酯酶)核苷磷酸核苷酶(水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖堿基核酸的消化排出，很少利用食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸(RNA與DNA)胰核酸酶RNA酶DNA4第一節(jié)核酸的酶促降解一、核酸酶二、限制性內(nèi)切酶

核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶

核酸核苷酸核苷堿基+戊糖-1-P磷酸第一節(jié)核酸的酶促降解一、核酸酶二、限制性內(nèi)切酶5一、核酸酶

1、核酸酶的分類（1）根據(jù)對(duì)底物的專一性分為核糖核酸酶(RNase)脫氧核糖核酸酶(DNase)非特異性核酸酶（2）根據(jù)切割位點(diǎn)分為核酸內(nèi)切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特點(diǎn)一、核酸酶

1、核酸酶的分類（1）根據(jù)對(duì)底物的6外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5′

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5′端外切蛇毒磷酸二酯酶（3′端外切外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5′ppppOHBpp7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III（ExoIII）,特異性地從3‘端外切雙鏈核酸外切酶：l核酸外切酶（lExo）,特異性地從5‘端外切Bal31核酸酶單鏈內(nèi)切雙鏈外切的核酸酶單鏈核酸外切酶：核酸外切酶VII（ExoVII）雙鏈核酸外切8二、限制性內(nèi)切酶

細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識(shí)別一定特異序列并水解外源DNA的一類酶稱為限制性內(nèi)切酶（ristrictionendonuclease）。二、限制性內(nèi)切酶

細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識(shí)別一定特異950年代初發(fā)現(xiàn)了由寄主控制的限制和修飾現(xiàn)象(B)(K)大腸桿菌B大腸桿菌K114×10—

410—4E.O.P成斑率efficiencyofplating宿主的限制和修飾現(xiàn)象50年代初發(fā)現(xiàn)了由寄主控制的限制和修飾現(xiàn)象(B)(K)大10限制—修飾的酶學(xué)假說(shuō)(B)(B)酶切位點(diǎn)不被修飾噬菌體DNA被切割酶切位點(diǎn)被修飾基因組DNA不被切割1968年，Meselson和Yuan發(fā)現(xiàn)了I型限制性核酸內(nèi)切酶；1970年，Smith和Wilcox從流感嗜血桿菌中分離純化了第一個(gè)II型限制性核酸內(nèi)切酶HindII。限制—修飾的酶學(xué)假說(shuō)(B)(B)酶切位點(diǎn)噬菌體DNA酶切11限制性核酸內(nèi)切酶的類型首先由M.Meselson和R.Yuan在1968年從大腸桿菌B株和K株分離的。（1）識(shí)別位點(diǎn)序列EcoB：TGA(N)8TGCTEcoK：AAC(N)6GTGC1.I型限制性內(nèi)切酶

如EcoB和EcoK。未甲基化修飾的特異序列。限制性核酸內(nèi)切酶的類型首先由M.Meselson和R.Y12需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用機(jī)理在距離特異性識(shí)別位點(diǎn)約1000—1500bp處隨機(jī)切開一條單鏈。Recognizesitecut1-1.5kb（2）切割位點(diǎn)需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用機(jī)理13首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在1970年從流感嗜血菌中分離出來(lái)。

（1）識(shí)別位點(diǎn)序列未甲基化修飾的雙鏈DNA上的特殊靶序列（多數(shù)是回文序列）。與DNA的來(lái)源無(wú)關(guān)。2.II類限制性內(nèi)切酶

分離的第一個(gè)酶是HindⅡ首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在197014EcoRI5’-GAATTC-3’3’-CTTAAG-5’

PstI5’-CTGCAG-3’3’-GACGTC-5’

產(chǎn)生粘性末端EcoRV5’-GATATC-3’

3’-CTATAG-5’

產(chǎn)生平齊末端（2）切割位點(diǎn)切開雙鏈DNA。形成粘性末端（stickyend）或平齊末端（bluntend）。如：識(shí)別位點(diǎn)處。EcoRI5’-GAATTC-3’EcoRV15（3）粘性末端（stickyends，cohensiveends）含有幾個(gè)核苷酸單鏈的末端。分兩種類型：①5’端凸出（如EcoRI切點(diǎn)）GAATTC

CTTAA

G

GAATTC

CTTAAG5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

（3）粘性末端（stickyends，cohensive16CTGCAG

②3’端凸出（如PstI切點(diǎn)）GACGTC

5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

CTGCAG

GACGTC

CTGCAG②3’端凸出（如PstI切點(diǎn)）GACG173.III類限制性內(nèi)切酶

在完全肯定的位點(diǎn)切割DNA，但反應(yīng)需要ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。用途不大。EcoP1:AGACCEcoP15:CAGCAG3.III類限制性內(nèi)切酶在完全肯定的位點(diǎn)切割DNA，但反18限制性核酸內(nèi)切酶的類型主要特性I型II型III型限制修飾多功能單功能雙功能蛋白結(jié)構(gòu)異源三聚體同源二聚體異源二聚體輔助因子ATPMg2+SAMATPMg2+SAMMg2+識(shí)別序列TGAN8TGCT旋轉(zhuǎn)對(duì)稱序列GAGCCAACN6GTGCCAGCAG切割位點(diǎn)距識(shí)別序列1kb處識(shí)別序列內(nèi)或附近距識(shí)別序列下游隨機(jī)性切割特異性切割24-26bp處限制性核酸內(nèi)切酶的類型主要特性19限制性核酸內(nèi)切酶的命名限制性核酸內(nèi)切酶的命名屬名種名株名HindIII

HindIIIHaemophilusinfluenzaed嗜血流感桿菌d株同一菌株中所含的多個(gè)不同的限制性核酸內(nèi)切酶限制酶前面要帶上R（Restriction)，修飾酶前面要帶上M（Modification）。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20第二節(jié)核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷堿基+（脫氧）戊糖-1-P磷酸第二節(jié)核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解21嘌呤的分解嘌呤的分解22嘧啶的分解嘧啶的分解23第三節(jié)核苷酸的合成代謝一、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)變第三節(jié)核苷酸的合成代謝一、核糖核苷酸的生物合成二、脫氧核24一、核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)

從頭合成途徑(2)

補(bǔ)救途徑2、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(自學(xué))一、核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)從251、嘌呤環(huán)上各原子的來(lái)源來(lái)自谷氨酰胺的酰胺氮來(lái)自“甲酸鹽”來(lái)自天冬氨酸來(lái)自甘氨酸來(lái)自CO2來(lái)自“甲酸鹽”1、嘌呤環(huán)上各原子的來(lái)源來(lái)自谷氨酰胺的酰胺氮來(lái)自“甲酸鹽”來(lái)265-磷酸核糖焦磷酸5-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-氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFA5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨27IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMPIMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP28嘌呤核苷酸合成補(bǔ)救途徑

磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP嘌呤核苷酸合成補(bǔ)救途徑磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶嘌呤+PRPPA(G)292、嘧啶核苷酸從頭合成途徑

3、UMP轉(zhuǎn)變?yōu)镃TPCTPCTP合成酶

ATPGlnH2OUMPUDPUTP

1、嘧啶環(huán)上原子的來(lái)源2、UMP的從頭合成2、嘧啶核苷酸從頭合成途徑

3、UMP轉(zhuǎn)變?yōu)镃TPCTPC30嘧啶環(huán)上各原子的來(lái)源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸嘧啶環(huán)上各原子的來(lái)源

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC6531尿嘧啶核苷酸合成途徑尿嘧啶核苷酸合成途徑32嘧啶核苷酸補(bǔ)救合成途徑尿嘧啶+PRPP尿嘧啶+1-P-核糖尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP嘧啶核苷酸補(bǔ)救合成途徑尿嘧啶+PRPP尿嘧啶+1-P-核糖尿33嘌啶核苷酸與嘧啶核苷酸合成的比較相同點(diǎn)1.

合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2.

合成部位對(duì)高等動(dòng)物來(lái)說(shuō),主要在肝臟3.

都有2種合成途徑(從頭和補(bǔ)救途徑)

4.

都是先合成一個(gè)與之有關(guān)的核苷酸,然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步合成核苷酸不同點(diǎn)1.

在5'-P-R基礎(chǔ)上合成嘌呤環(huán)2.

最先合成的核苷酸是IMP

3.

在IMP基礎(chǔ)上完成AMP和GMP的合成1.

先合成嘧啶環(huán)再與5'-P-R結(jié)合2.

先合成UMP3.

以UMP為基礎(chǔ),完成CTP,TMP的合成

嘌啶核苷酸與嘧啶核苷酸合成的比較相同點(diǎn)1.合成原料基本相同34二、脫氧核苷酸的合成

2、脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成1、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1、脫氧核35核糖核苷酸的還原反應(yīng)核糖核苷酸還原酶NADP+NADPH+H+硫氧還蛋白還原酶FADATP、Mg2+硫氧還蛋白（還原型）SHSH硫氧還蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脫氧核糖核苷二磷酸核糖核苷酸的還原反應(yīng)核糖核苷酸還原酶NADP+NADPH+H36硫氧還蛋白核糖核酸還原酶系硫氧還蛋白還原酶核糖核苷酸還原酶硫氧還蛋白核糖核酸還原酶系硫氧還蛋白還原酶核糖核苷酸還原酶37核苷酸的合成及相互關(guān)系核苷酸的合成及相互關(guān)系38第九章核酸的降解與核苷酸代謝第九章核酸的降解與核苷酸代謝39本章重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：了解核酸的酶促降解及核苷酸合成與分解途徑特點(diǎn)，掌握嘌呤環(huán)、嘧啶環(huán)的原子來(lái)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(diǎn)。難點(diǎn)：嘌呤核苷酸與嘧啶核苷酸合成途徑異同點(diǎn)，不同種類的生物分解嘌呤堿的終產(chǎn)物。本章重點(diǎn)與難點(diǎn)40第一節(jié)核酸的酶促降解第一節(jié)核酸的酶促降解41食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸(RNA與DNA)胰核酸酶RNA酶DNA酶(磷酸二酯酶)單核苷酸胰、腸核苷酸酶(磷酸單酯酶)核苷磷酸核苷酶(水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖堿基核酸的消化排出，很少利用食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸(RNA與DNA)胰核酸酶RNA酶DNA42第一節(jié)核酸的酶促降解一、核酸酶二、限制性內(nèi)切酶

核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶

核酸核苷酸核苷堿基+戊糖-1-P磷酸第一節(jié)核酸的酶促降解一、核酸酶二、限制性內(nèi)切酶43一、核酸酶

1、核酸酶的分類（1）根據(jù)對(duì)底物的專一性分為核糖核酸酶(RNase)脫氧核糖核酸酶(DNase)非特異性核酸酶（2）根據(jù)切割位點(diǎn)分為核酸內(nèi)切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特點(diǎn)一、核酸酶

1、核酸酶的分類（1）根據(jù)對(duì)底物的44外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5′

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pOHB

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p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5′端外切蛇毒磷酸二酯酶（3′端外切外切核酸酶對(duì)核酸的水解位點(diǎn)5′ppppOHBpp45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III（ExoIII）,特異性地從3‘端外切雙鏈核酸外切酶：l核酸外切酶（lExo）,特異性地從5‘端外切Bal31核酸酶單鏈內(nèi)切雙鏈外切的核酸酶單鏈核酸外切酶：核酸外切酶VII（ExoVII）雙鏈核酸外切46二、限制性內(nèi)切酶

細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識(shí)別一定特異序列并水解外源DNA的一類酶稱為限制性內(nèi)切酶（ristrictionendonuclease）。二、限制性內(nèi)切酶

細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識(shí)別一定特異4750年代初發(fā)現(xiàn)了由寄主控制的限制和修飾現(xiàn)象(B)(K)大腸桿菌B大腸桿菌K114×10—

410—4E.O.P成斑率efficiencyofplating宿主的限制和修飾現(xiàn)象50年代初發(fā)現(xiàn)了由寄主控制的限制和修飾現(xiàn)象(B)(K)大48限制—修飾的酶學(xué)假說(shuō)(B)(B)酶切位點(diǎn)不被修飾噬菌體DNA被切割酶切位點(diǎn)被修飾基因組DNA不被切割1968年，Meselson和Yuan發(fā)現(xiàn)了I型限制性核酸內(nèi)切酶；1970年，Smith和Wilcox從流感嗜血桿菌中分離純化了第一個(gè)II型限制性核酸內(nèi)切酶HindII。限制—修飾的酶學(xué)假說(shuō)(B)(B)酶切位點(diǎn)噬菌體DNA酶切49限制性核酸內(nèi)切酶的類型首先由M.Meselson和R.Yuan在1968年從大腸桿菌B株和K株分離的。（1）識(shí)別位點(diǎn)序列EcoB：TGA(N)8TGCTEcoK：AAC(N)6GTGC1.I型限制性內(nèi)切酶

如EcoB和EcoK。未甲基化修飾的特異序列。限制性核酸內(nèi)切酶的類型首先由M.Meselson和R.Y50需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用機(jī)理在距離特異性識(shí)別位點(diǎn)約1000—1500bp處隨機(jī)切開一條單鏈。Recognizesitecut1-1.5kb（2）切割位點(diǎn)需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用機(jī)理51首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在1970年從流感嗜血菌中分離出來(lái)。

（1）識(shí)別位點(diǎn)序列未甲基化修飾的雙鏈DNA上的特殊靶序列（多數(shù)是回文序列）。與DNA的來(lái)源無(wú)關(guān)。2.II類限制性內(nèi)切酶

分離的第一個(gè)酶是HindⅡ首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在197052EcoRI5’-GAATTC-3’3’-CTTAAG-5’

PstI5’-CTGCAG-3’3’-GACGTC-5’

產(chǎn)生粘性末端EcoRV5’-GATATC-3’

3’-CTATAG-5’

產(chǎn)生平齊末端（2）切割位點(diǎn)切開雙鏈DNA。形成粘性末端（stickyend）或平齊末端（bluntend）。如：識(shí)別位點(diǎn)處。EcoRI5’-GAATTC-3’EcoRV53（3）粘性末端（stickyends，cohensiveends）含有幾個(gè)核苷酸單鏈的末端。分兩種類型：①5’端凸出（如EcoRI切點(diǎn)）GAATTC

CTTAA

G

GAATTC

CTTAAG5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

（3）粘性末端（stickyends，cohensive54CTGCAG

②3’端凸出（如PstI切點(diǎn)）GACGTC

5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

CTGCAG

GACGTC

CTGCAG②3’端凸出（如PstI切點(diǎn)）GACG553.III類限制性內(nèi)切酶

在完全肯定的位點(diǎn)切割DNA，但反應(yīng)需要ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。用途不大。EcoP1:AGACCEcoP15:CAGCAG3.III類限制性內(nèi)切酶在完全肯定的位點(diǎn)切割DNA，但反56限制性核酸內(nèi)切酶的類型主要特性I型II型III型限制修飾多功能單功能雙功能蛋白結(jié)構(gòu)異源三聚體同源二聚體異源二聚體輔助因子ATPMg2+SAMATPMg2+SAMMg2+識(shí)別序列TGAN8TGCT旋轉(zhuǎn)對(duì)稱序列GAGCCAACN6GTGCCAGCAG切割位點(diǎn)距識(shí)別序列1kb處識(shí)別序列內(nèi)或附近距識(shí)別序列下游隨機(jī)性切割特異性切割24-26bp處限制性核酸內(nèi)切酶的類型主要特性57限制性核酸內(nèi)切酶的命名限制性核酸內(nèi)切酶的命名屬名種名株名HindIII

HindIIIHaemophilusinfluenzaed嗜血流感桿菌d株同一菌株中所含的多個(gè)不同的限制性核酸內(nèi)切酶限制酶前面要帶上R（Restriction)，修飾酶前面要帶上M（Modification）。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58第二節(jié)核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷堿基+（脫氧）戊糖-1-P磷酸第二節(jié)核苷酸的降解二、嘧啶的降解一、嘌呤的降解59嘌呤的分解嘌呤的分解60嘧啶的分解嘧啶的分解61第三節(jié)核苷酸的合成代謝一、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)變第三節(jié)核苷酸的合成代謝一、核糖核苷酸的生物合成二、脫氧核62一、核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)

從頭合成途徑(2)

補(bǔ)救途徑2、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(自學(xué))一、核糖核苷酸的生物合成1、嘌呤核苷酸的生物合成(1)從631、嘌呤環(huán)上各原子的來(lái)源來(lái)自谷氨酰胺的酰胺氮來(lái)自“甲酸鹽”來(lái)自天冬氨酸來(lái)自甘氨酸來(lái)自CO2來(lái)自“甲酸鹽”1、嘌呤環(huán)上各原子的來(lái)源來(lái)自谷氨酰胺的酰胺氮來(lái)自“甲酸鹽”來(lái)645-磷酸核糖焦磷酸5-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-氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFA5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨65IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMPIMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP66嘌呤核苷酸合成補(bǔ)救途徑

磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP嘌呤核苷酸合成補(bǔ)救途徑磷酸核糖轉(zhuǎn)移