核酸的酶促降解及核苷酸代謝

基本要求：（1）掌握常見核酸酶、核苷酸的合成代謝（2）理解核苷酸的合成的補救途徑（3）了解核苷酸的分解代謝教學重點及難點：（1）限制性內(nèi)切酶（2）核苷酸的合成代謝目前一頁\總數(shù)五十八頁\編于一點目前二頁\總數(shù)五十八頁\編于一點核苷核酸的酶促降解核苷酸水解嘌呤分解嘧啶分解核酸核苷酸戊糖

堿基磷酸目前三頁\總數(shù)五十八頁\編于一點一、核酸的酶促降解生物體內(nèi)存在多種降解核酸的酶類，統(tǒng)稱為核酸酶(nuclease),在核酸降解和周轉(zhuǎn)中起著重要作用。水解連接核苷酸的磷酸二酯鍵。根據(jù)對底物作用位點的選擇性不同分：

核酸外切酶(exonuclease)

核酸內(nèi)切酶(endonuclease)根據(jù)底物的選擇性不同分：脫氧核糖核酸酶(dexyribonuclease，DNase)

核糖核酸酶(ribonuclease，RNase)限制性內(nèi)切酶(restrictionendonuclease）目前四頁\總數(shù)五十八頁\編于一點1.核酸外切酶核酸外切酶作用于核酸鏈一端，逐個水解下核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶——游離3-羥基端開始；牛脾磷酸二酯酶——游離5-羥基端開始目前五頁\總數(shù)五十八頁\編于一點2.核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶水解核酸分子內(nèi)部磷酸二酯鍵。牛胰核酸酶（牛胰RNase,RNaseⅠ），124aa組成。作用于嘧啶核苷酸磷酸二酯鍵，生成3-嘧啶核苷酸或末端為3-嘧啶核苷酸的寡核苷酸。牛胰核酸酶專一作用于RNA，對DNA及其它磷酸二酯化合物不作用或作用活性很低。目前六頁\總數(shù)五十八頁\編于一點RNaseTl，由105個aa組成。專一水解鳥苷酸二酯鍵，產(chǎn)生3-GMP或以3-GMP為末端的寡核苷酸。目前七頁\總數(shù)五十八頁\編于一點3.內(nèi)切兼外切核酸酶核酸酶P1，核酸酶BAL既可內(nèi)切，有可外切核酸。核酸酶P1還可作用于單核苷酸3’-磷酸單酯鍵。目前八頁\總數(shù)五十八頁\編于一點4.核糖核酸酶只能水解RNA磷酸二酯鍵的酶稱核糖核酸酶。牛胰核糖核酸酶（RNaseⅠ）核糖核酸酶T1（RNaseT1）目前九頁\總數(shù)五十八頁\編于一點4.脫氧核糖核酸酶只能水解DNA磷酸二酯鍵的酶稱核糖核酸酶。牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），外切產(chǎn)生5′-磷酸為末端的寡聚核苷酸。

牛脾脫氧核糖核酸酶（DNaseⅡ），內(nèi)切產(chǎn)生3′-磷酸為末端的寡聚核苷酸。目前十頁\總數(shù)五十八頁\編于一點5.限制性內(nèi)切酶1979年，W.Arber,H.Smith和D.Nathans等發(fā)現(xiàn)某些細菌細胞內(nèi)存在一類能識別一定序列并水解外源dsDNA的內(nèi)切核酸酶。限制性內(nèi)切酶是具有高度專一性DNA內(nèi)切酶，是DNA分子操作中必不可少的工具酶。能識別雙鏈DNA分子上特定的位點，將兩條鏈切斷，形成粘性末端或平齊末端的核酸內(nèi)切酶，稱為限制性內(nèi)切酶(restrictionendonuclease)或限制酶(restrictionenzyme)。目前十一頁\總數(shù)五十八頁\編于一點DNA

序列中，以某一中心區(qū)域為對稱軸，其兩側(cè)的堿基對順序正讀和反讀都相同。即對稱軸一側(cè)的片段旋轉(zhuǎn)

180°后，與另一側(cè)片段對稱重復。

目前十二頁\總數(shù)五十八頁\編于一點粘性末端：指限制性內(nèi)切酶的切割部位不在識別序列的中心軸，在斷段產(chǎn)生一個短的單股突伸出來的不齊末端。平齊末端：在識別序列對稱處同時切開DNA分子兩條鏈，產(chǎn)生的平齊末端結(jié)構(gòu)。目前十三頁\總數(shù)五十八頁\編于一點常用限制性內(nèi)切酶如：EcoRI、HindⅢ、PstI等。目前十四頁\總數(shù)五十八頁\編于一點目前十五頁\總數(shù)五十八頁\編于一點修飾酶使該部位上堿基甲基化，從而使限制性內(nèi)切酶對這種修飾過的DNA不再起作用。在細胞中，限制性內(nèi)切酶可降解外源侵入的DNA，但不降解經(jīng)修飾酶甲基化保護的自身DNA。目前十六頁\總數(shù)五十八頁\編于一點限制性內(nèi)切酶命名(以EcoRI為例)第1個大寫E：大腸桿菌屬名(Escherichia)第1個字母；第2,3小寫co：種名(coli)的頭兩個字母；第4個大寫R：所用大腸桿菌的菌株；第5個羅馬字：從該細菌中分離出來這一類酶的編號。目前十七頁\總數(shù)五十八頁\編于一點二、核苷酸的分解代謝1.核苷酸的水解核苷酸經(jīng)核苷酸酶(nucleotidase)或稱磷酸單酯酶（phosphomonoesterase）催化，水解為核苷及無機磷酸。非特異性的核苷酸酶，能作用于一切核苷酸。特異性強的核苷酸酶只能水解3-核苷酸或5-核苷酸，分別稱為3-核苷酸酶或5-核苷酸酶。目前十八頁\總數(shù)五十八頁\編于一點2.核苷的水解2.1核苷酶2.2核苷磷酸化酶存在于植物、微生物中,只作用于核糖核苷,反應不可逆。廣泛存在于生命機體中，催化反應可逆。目前十九頁\總數(shù)五十八頁\編于一點3.嘌呤的降解次黃嘌呤目前二十頁\總數(shù)五十八頁\編于一點人類嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物AMPGMPH（次黃嘌呤）GX（黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶目前二十一頁\總數(shù)五十八頁\編于一點目前二十二頁\總數(shù)五十八頁\編于一點在植物中，嘌呤分解主要是在衰老的葉子及儲藏性的胚乳組織中。衰老的葉子中，嘌呤分解為尿囊酸后，運出儲藏。目前二十三頁\總數(shù)五十八頁\編于一點目前二十四頁\總數(shù)五十八頁\編于一點4.嘧啶的降解目前二十五頁\總數(shù)五十八頁\編于一點目前二十六頁\總數(shù)五十八頁\編于一點三、核苷酸的合成代謝

利用核酸降解或進食等從外界補充的含氮堿基或核苷合成新的核苷酸。從頭合成(denovosynthesis)利用磷酸戊糖、氨基酸、一碳單位等簡單的化合物合成核苷酸。

救補途徑(salvagepathway)合成途徑目前二十七頁\總數(shù)五十八頁\編于一點1.核糖核苷酸的生物合成1.1嘌呤核苷酸從頭合成目前二十八頁\總數(shù)五十八頁\編于一點從頭合成途徑的全過程IMP的合成AMP和GMP的生成目前二十九頁\總數(shù)五十八頁\編于一點R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶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IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶目前三十頁\總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）1磷酸核糖焦磷酸激酶目前三十一頁\總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成5－磷酸核糖焦磷酸5－磷酸核糖胺磷酸核糖酰胺基轉(zhuǎn)移酶目前三十二頁\總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成5－磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸（GAR）GAR合成酶目前三十三頁\總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成甘氨酰胺核苷酸（GAR）甲酰甘氨酰胺核苷酸GAR轉(zhuǎn)甲酰基酶目前三十四頁\總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪唑核苷酸（FGAM）FGAM合成酶目前三十五頁\總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成甲酰甘氨咪唑核苷酸5－氨基咪唑核苷酸6AIR合酶目前三十六頁\總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成5－氨基咪唑－4－羧酸核苷酸5－氨基咪唑核苷酸AIR羧化酶目前三十七頁\總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成5－氨基咪唑－4－羧酸核苷酸5－氨基咪唑－4－N琥珀酰甲酰胺核苷酸SAICAR合成酶目前三十八頁\總數(shù)五十八頁\編于一點5－氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸的合成腺苷酸琥珀酸裂解酶5－氨基咪唑－4－N琥珀酰甲酰胺核苷酸目前三十九頁\總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成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AICAR轉(zhuǎn)甲?；改壳八氖揬總數(shù)五十八頁\編于一點次黃嘌呤核苷酸的合成5－甲酰氨基咪唑－4－氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸IMP環(huán)化水解酶目前四十一頁\總數(shù)五十八頁\編于一點①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶AMP和GMP的生成目前四十二頁\總數(shù)五十八頁\編于一點1.2嘧啶核苷酸從頭合成氨甲酰磷酸天冬氨酸目前四十三頁\總數(shù)五十八頁\編于一點從頭合成途徑的全過程氨甲酰磷酸的生成乳清酸的合成UMP合成目前四十四頁\總數(shù)五十八頁\編于一點合成氨甲酰Asp目前四十五頁\總數(shù)五十八頁\編于一點乳清酸的合成氨甲酰Asp二氫乳清酸乳清酸目前四十六頁\總數(shù)五十八頁\編于一點乳清酸合成UMP乳清酸乳清苷酸目前四十七頁\總數(shù)五十八頁\編于一點CTP合成酶CTP合成UMPUDPUTPATPADPATPADP尿苷酸激酶尿苷二磷酸激酶目前四十八頁\總數(shù)五十八頁\編于一點TMP合成胸腺嘧啶脫氧核苷酸，由dUMP在dTMP合成酶催化下甲基化生成,葉酸衍生物作為一碳單位供體和還原劑。目前四十九頁\總數(shù)五十八頁\編于一點1.3核苷酸合成的補救途徑哺乳動物和微生物中，存在許多催化嘌呤和嘧啶合成單核苷酸的酶，使核酸降解產(chǎn)物或外源補充的堿基得到直接利用。體內(nèi)有些組織器官，例如，腦、骨髓等由于缺乏有關(guān)的酶，不能從頭合成嘌呤核苷酸，它們只能利用從肝運送來的游離嘌呤堿及腺嘌呤核苷補救合成嘌呤核苷酸。目前五十頁\總數(shù)五十八頁\編于一點目前五十一頁\總數(shù)五十八頁\編于一點目前五十二頁\總數(shù)五十八頁\編于一點痛風（Gout），嘌呤堿分解代謝產(chǎn)生過多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸鈉結(jié)晶，沉積于關(guān)節(jié)部位引起疼痛或灼痛――痛風。大量尿酸積累，引起腎結(jié)石和痛風。這些癥狀可通過別嘌呤醇對嘌呤氧化酶的抑制，而得到緩解，但對自殘癥狀無效。目前五十三頁\總數(shù)五十八頁\編于一點目前五十四頁\總數(shù)五十八頁\編于一點1.4核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成生物體內(nèi)核苷酸常以核苷二磷酸NDP，核苷三磷酸NTP形式參與合成反應。是在NMP水平上，ATP提供P