核酸的酶促降解和核苷酸代謝

核酸的酶促降解和核苷酸代謝核酸的酶促降解和核苷酸代謝第1頁主要內(nèi)容第一節(jié)核酸酶促降解第二節(jié)核苷酸分解代謝第三節(jié)核苷酸生物合成核酸的酶促降解和核苷酸代謝第2頁核酸在生物體內(nèi)能夠被降解外源核酸在動物體小腸內(nèi)被降解胰核酸酶腸粘膜釋放磷酸二酯酶降解產(chǎn)物在小腸內(nèi)被轉(zhuǎn)化和吸收核酸降解普通不為生物提供能量第一節(jié)核酸酶促降解核酸的酶促降解和核苷酸代謝第3頁一、核酸酶對核酸降解1、核酸酶核酸是由許多核苷酸經(jīng)過3’，5’-磷酸二酯鍵連接而成大分子化合物。核酸經(jīng)過酶促降解可產(chǎn)生分子量大小不一樣核苷酸片段及相關(guān)產(chǎn)物、單核苷酸。能夠降解核酸中磷酸二酯鍵酶統(tǒng)稱為核酸酶。2、核酸酶種類依據(jù)核酸酶對底物專一性不一樣，分為：核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、非特異性核酸酶依據(jù)對底物作用方式分為：核酸內(nèi)切酶、核酸外切酶。其中核酸內(nèi)切酶還能夠分為非特異性核酸內(nèi)切酶和限制性核酸內(nèi)切酶。水解酯鍵水解3’-酯鍵→5’-（寡）核苷酸

方式水解5’-酯鍵→3’-核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第4頁二、核糖核酸酶（RNase）能對核糖核酸中磷酸二酯鍵水解作用酶。包含內(nèi)切酶和外切酶。1、核酸內(nèi)切酶（1）種類（2）脫氧核糖核酸酶是一類特異水解DNA酶類，也作用于磷酸二酯鍵。常見內(nèi)切酶有：酶作用位點RNaseⅠ嘧啶核苷酸C3’位磷酸與相鄰核苷酸C5’羥基形成磷酸二酯鍵RNaseT1鳥嘌呤核苷酸C3’位磷酸與相鄰核苷酸C5’羥基形成磷酸二酯鍵RNaseU2嘌呤核苷酸C3’位磷酸與相鄰核苷酸C5’羥基形成磷酸二酯鍵酶作用位點產(chǎn)物DNaseⅠ任意3’-羥基和5’-磷酸形成酯鍵5’-磷酸寡聚脫氧核苷酸片段DNaseⅡ3’-磷酸和5’-羥基形成酯鍵3’-磷酸寡聚脫氧核苷酸片段限制性內(nèi)切酶--核酸的酶促降解和核苷酸代謝第5頁2、核酸外切酶常見核酸外切酶有蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶。對核糖核酸和脫氧核糖核酸都能分解，專一性不高。蛇毒磷酸二酯酶：從核酸3’端開始逐一水解下5’-核苷酸牛脾磷酸二酯酶：從游離5’端開始逐一水解下3’-核苷酸外切核酸酶對核酸水解位點5′

p

p

p

pOHB

p

p

p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶5′端外切得：3’核苷酸蛇毒磷酸二酯酶3′端外切得：5’核苷酸

p核酸的酶促降解和核苷酸代謝第6頁脫嘌呤/脫嘧啶（AP）核酸內(nèi)切酶作用能識別去除了堿基核酸（無嘌呤酸、無嘧啶酸）磷酸二酯鍵，并切除糖基，使核酸鏈斷開。核酸的酶促降解和核苷酸代謝第7頁3、限制性內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶又稱限制性酶，可識別DNA分子中內(nèi)部特異性堿基序列，并在該部位切斷DNA雙鏈。含有很強專一性：次序?qū)Ｒ恍曰蚪Y(jié)構(gòu)專一性對底物DNA有特異識別位點（又稱識別序列），這些位點長度普通在4~8個堿基對范圍內(nèi)，而且通常有一個二重對稱軸，即5’→3’方向殘基序列在兩條鏈上是一樣，這么序列叫回文結(jié)構(gòu)，切割后形成黏性末端或平齊末端。核酸鏈經(jīng)酶切割后形成錯開切口，使每條單鏈一端帶有識別次序中幾個互補堿基，這么末端稱為黏性末端。環(huán)狀或線狀雙鏈DNA分子經(jīng)限制性內(nèi)切酶作用后都形成線狀雙鏈DNA。這類酶主要在細菌中產(chǎn)生。因為這類酶本身DNA酶切位點往往經(jīng)甲基化修飾受到保護，所以其主要功效在于降解外面入侵DNA，而不降解本身細胞中DNA。是基因重組用酶，是胞內(nèi)DNA“衛(wèi)士”。核酸的酶促降解和核苷酸代謝第8頁返回DNARNA外切酶內(nèi)切酶特定部位—限制性內(nèi)切酶核酸的酶促降解和核苷酸代謝第9頁第二節(jié)核苷酸分解代謝核酸的酶促降解和核苷酸代謝第10頁一、核苷酸降解核苷酸酶廣泛分布于生物體內(nèi)磷酸核苷酸核苷核苷酸酶或磷酸單酯酶核酸的酶促降解和核苷酸代謝第11頁核苷酸降解為核苷生物體內(nèi)普遍存在磷酸單酯酶或核苷酸酶可催化2’-，3’-和5’-核苷酸水解；特異性強磷酸單酯酶只能水解3’-核苷酸和5’-核苷酸，對不一樣堿基也有選擇性。核苷酸中糖苷鍵斷裂催化該反應(yīng)酶稱為核苷酸核苷酶，主要在微生物（細菌）中存在核苷酸脫氨反應(yīng)與核苷酸轉(zhuǎn)換帶氨基核苷酸在核苷酸脫氨酶作用下可脫掉氨基而轉(zhuǎn)變成另一個核苷酸。核酸的酶促降解和核苷酸代謝第12頁核苷分解代謝核苷代謝去路核苷水解：核苷水解酶主要存在于植物和微生物中，只對核糖核苷起作用，對脫氧核糖核苷無作用核苷磷酸解作用：反應(yīng)可逆，反應(yīng)過程中糖構(gòu)型由β-型轉(zhuǎn)變?yōu)棣?型核苷相互轉(zhuǎn)換核苷排泄：主要為修飾核苷酸，不被分解，也不被利用核酸的酶促降解和核苷酸代謝第13頁核苷酸三級水平降解脫氨作用主要發(fā)生在核苷酸和核苷水平核酸的酶促降解和核苷酸代謝第14頁二、嘌呤分解嘌呤類化合物分解代謝能夠在核苷酸、核苷和堿基三個水平上進行（腺嘌呤核苷脫氫酶和腺嘌呤核苷酸脫氫酶活性較高）核酸的酶促降解和核苷酸代謝第15頁嘌呤堿最終代謝產(chǎn)物：人類、靈長類、鳥類、爬行類、大多數(shù)昆蟲：直接排出尿酸大多數(shù)生物：尿酸在尿酸氧化酶作用下被氧化脫羧生成尿囊素、CO2、H2O2除人和猿類外哺乳動物：直接排出尿囊素其它多數(shù)種類生物：尿囊素經(jīng)尿囊素酶水解成尿囊酸（一些硬骨魚嘌呤代謝排泄物）大多數(shù)魚類及兩棲類：尿素、乙醛酸（尿囊酸酶）甲殼類、海洋無脊椎動物：NH3和CO2（脲酶）核酸的酶促降解和核苷酸代謝第16頁腺嘌呤核苷次黃嘌呤核苷腺嘌呤核苷酸首先生成次黃嘌呤核苷其中脫氨可發(fā)生在核苷/核苷酸水平核酸的酶促降解和核苷酸代謝第17頁次黃嘌呤核苷在核苷磷酸化酶作用下生成次黃嘌呤，再經(jīng)次黃嘌呤氧化酶催化氧化成黃嘌呤。黃嘌呤在黃嘌呤氧化酶作用下氧化成尿酸。次核酸的酶促降解和核苷酸代謝第18頁鳥嘌呤核苷酸經(jīng)脫氨基生成黃嘌呤，再在黃嘌呤氧化酶催化下生成尿酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第19頁痛風(fēng)：嘌呤代謝紊亂疾病。嘌呤代謝產(chǎn)生過多尿酸，因為其溶解度很差，易在關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨、腎等處形成尿酸鈉晶體并沉積引發(fā)灼痛。假如發(fā)生HGPRT缺點，不能以補救路徑合成嘌呤核苷酸，吸收或合成嘌呤堿不完全降解，造成大量尿酸積累，也引發(fā)腎結(jié)石和痛風(fēng)。HGPRT：次黃嘌呤鳥嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖酶核酸的酶促降解和核苷酸代謝第20頁痛風(fēng)治療可采取別嘌呤醇，抑制黃嘌呤氧化酶活性，從而逐步降低尿和血中尿酸含量。正常人血清中尿酸含量為0.12~0.36mmol/L，含量超出0.47mmol/L時就會造成痛風(fēng)癥發(fā)生。核酸的酶促降解和核苷酸代謝第21頁三、嘧啶分解包含脫氨基、氧化、還原、水解和脫羧基作用等。有氨基嘧啶先水解脫氨基。哺乳動物體內(nèi)，主要在肝臟進行。人和一些動物：核苷酸或核苷水平也可進行核酸的酶促降解和核苷酸代謝第22頁嘧啶分解還原路徑胞嘧啶→→→→尿嘧啶→→→二氫尿嘧啶→→→→→β-脲基丙酸→→→→β-丙氨酸β-丙氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用去氨基后還能夠深入?yún)⒓佑袡C酸代謝胸腺嘧啶代謝與其類似，生成β-氨基異丁酸胞嘧啶脫氨酶還原脲基丙酸酶二氫尿嘧啶酶核酸的酶促降解和核苷酸代謝第23頁嘧啶堿基分解氧化路徑返回核酸的酶促降解和核苷酸代謝第24頁第三節(jié)核苷酸生物合成一、核糖核苷酸生物合成合成代謝兩條路徑：從頭合成路徑：以氨基酸和一些小分子物質(zhì)為原料，經(jīng)一系列酶促反應(yīng)逐步摻入到原子合成核苷酸，這是從無到有合成過程。是體內(nèi)核苷酸合成主要路徑。（肝組織）補救路徑或重新利用路徑：以細胞內(nèi)現(xiàn)存堿基和核苷為原料，經(jīng)過簡單反應(yīng)合成核苷酸過程。（腦、骨髓）核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脫氧核苷酸輔酶RNA核苷堿基脫氧核苷DNA補救路徑從頭合成核酸的酶促降解和核苷酸代謝第25頁核苷酸合成基礎(chǔ)路徑核酸的酶促降解和核苷酸代謝第26頁1、嘌呤核苷酸生物合成嘌呤環(huán)中各原子起源甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺N10-次甲基四氫葉酸甲酸鹽核酸的酶促降解和核苷酸代謝第27頁（1）從頭合成路徑ATP+核糖-5’-磷酸5’-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）次黃嘌呤核苷酸（IMP）其它嘌呤核苷無機磷酸和Mg2+是PRPP合成酶激活劑，ADP、AMP、GMP、IMP和2’,3’-二磷酸甘油是它抑制劑。5’-磷酸核糖活化酶促反應(yīng)PRPP合成酶核酸的酶促降解和核苷酸代謝第28頁酶促反應(yīng)分五元環(huán)和六元環(huán)兩個階段1）五元環(huán)合成PRPP+谷氨酰胺→5’-磷酸核糖胺→甘氨酰胺核苷酸→α-N-甲酰甘氨酰胺核苷酸→甲酰甘氨脒核苷酸→5-氨基咪唑核苷酸（五元環(huán)）PRPP+谷氨酰胺→5’-磷酸核糖胺轉(zhuǎn)酰胺酶5-磷酸核糖胺核酸的酶促降解和核苷酸代謝第29頁5-磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)甲酰基酶來自甲酸（鹽）5’-磷酸核糖胺→甘氨酰胺核苷酸→α-N-甲酰甘氨酰胺核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第30頁甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸合成酶甲酰甘氨脒核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸合成酶α-N-甲酰甘氨酰胺核苷酸→甲酰甘氨脒核苷酸→5-氨基咪唑核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第31頁N5-羧基氨基咪唑核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸羧化酶2）六元環(huán)合成（形成次黃苷酸）5-氨基咪唑核苷酸→5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸→5-氨基咪唑-4-N-琥珀酸氨甲酰核苷酸→5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸→次黃嘌呤核苷酸（→腺嘌呤核苷酸+鳥嘌呤核苷酸）5-氨基咪唑核苷酸→5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第32頁5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸→5-氨基咪唑-4-N-琥珀酸氨甲酰核苷酸5-氨基-咪唑-4-羧酸核苷酸N-琥珀-5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第33頁5-氨基咪唑-4（N-琥珀基）甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸延胡索酸5-氨基咪唑-4-N-琥珀酸氨甲酰核苷酸→5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第34頁5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸→次黃嘌呤核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第35頁次黃嘌呤核苷酸腺苷酸黃嘌呤核苷酸鳥苷酸腺苷酸代琥珀酸由IMP合成AMP和GMP核酸的酶促降解和核苷酸代謝第36頁（2）補救路徑1）由堿基和1-磷酸核糖在核苷磷酸化酶催化下合成核苷，然后再由核苷磷酸激酶催化磷酸化形成核苷酸2）嘌呤直接接收5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖，接合成嘌呤核苷酸。嘌呤核苷酸合成補救路徑

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

AMPATP

ADP核苷磷酸化酶腺苷激酶核酸的酶促降解和核苷酸代謝第37頁2、嘧啶核苷酸生物合成嘌呤環(huán)中各原子起源CO2GlnAsp（1）從頭合成路徑（細胞液中）嘧啶核苷酸先形成嘧啶環(huán)，然后再與磷酸核糖結(jié)合。先形成尿嘧啶核苷酸，再由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌奏ず塑账?。核酸的酶促降解和核苷酸代謝第38頁氨甲酰磷酸合成游離氨+二氧化碳→氨甲酰磷酸谷氨酰胺+二氧化碳→氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶不需要生物素核酸的酶促降解和核苷酸代謝第39頁氨甲酰磷酸+天冬氨酸→氨甲酰天冬氨酸→二氫乳清酸→乳清酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第40頁乳清酸→乳清核苷酸→尿嘧啶核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第41頁尿嘧啶核苷酸→尿苷二磷酸→尿嘧啶核苷三磷酸→胞嘧啶核苷三磷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第42頁（2）補救路徑能夠由磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化，也能夠經(jīng)過磷酸化酶作用進行補救。胞嘧啶不能直接與PRPP反應(yīng)生成CMP，而尿苷激酶能催化胞苷磷酸化形成核酸的酶促降解和核苷酸代謝第43頁核酸的酶促降解和核苷酸代謝第44頁二、脫氧核糖核苷酸生物合成脫氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸還原形成還原反應(yīng)通常發(fā)生在核苷二磷酸水平上。核苷酸激酶核苷二磷酸核苷二磷酸還原酶脫氧核苷酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第45頁核糖核苷酸還原酶催化核糖核苷酸還原為脫氧核糖核酸核酸的酶促降解和核苷酸代謝第46頁脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）生物合成路徑主要有兩種：1）以dUMP為原料，以N