生物化学 第十二章 核酸降解及核苷酸代谢课件.ppt

1、第十二章第十二章 核酸降解及核酸降解及 核苷酸代谢核苷酸代谢内容内容第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解第二节第二节 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢u嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成u嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成核苷酸核苷酸核苷酸酶核苷酸酶核苷核苷+磷酸磷酸核酸核酸核酸酶核酸酶核苷磷酸核苷磷酸化酶化酶碱基碱基+1-P-戊糖戊糖碱基碱基+戊糖戊糖核苷酶核苷酶核酸酶的分类核酸酶的分类磷酸二酯酶磷酸二酯酶磷酸单酯酶磷酸单酯酶专门切割核苷酸链末端的磷酸基，产物中专门切割核苷酸链末端的磷酸基，产物中有无机磷酸。有无机磷酸。底物底物 专一性专一性脱

2、氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶核糖核酸酶核糖核酸酶非特异性核酸酶非特异性核酸酶切割切割位点位点核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶核糖核酸酶（核糖核酸酶（RNase）5 p p p pOHPyPuPyPy p p pGACU p p pGA3 RNase AARNase T1T1（Pu：嘌呤嘌呤Py：嘧啶）：嘧啶）产物：产物：5-OH末端和末端和3-磷酸基末端的寡核苷酸片段。磷酸基末端的寡核苷酸片段。AAARNase对对RNA的水解位点示意图的水解位点示意图RNase：作用于：作用于RNA内部的磷酸二酯键，主要有内部的磷酸二酯键，主要有RNaseA；核酸酶内切酶核酸酶内切酶脱氧核糖核酸酶（脱氧

3、核糖核酸酶（DNase)DNase：作用于：作用于DNA内部的磷酸二酯键，主要有内部的磷酸二酯键，主要有DNase和和限制性内切酶限制性内切酶。uDNase：牛胰脱氧核糖核酸酶，可切割双链和单链牛胰脱氧核糖核酸酶，可切割双链和单链DNA，产物为产物为5磷酸基和磷酸基和3OH末端的寡核苷酸。末端的寡核苷酸。u限制性内切酶限制性内切酶：高度特异性的：高度特异性的DNA内切酶，专一性认别并内切酶，专一性认别并切割切割DNA上特定碱基序列，识别和切割位点通常是上特定碱基序列，识别和切割位点通常是48个碱基个碱基对所组成的特异的具有对所组成的特异的具有二重旋转对称性二重旋转对称性的的回文序列回文序列。产

4、物：双链产物：双链DNA片段，片段，5-磷酸基和磷酸基和3-OH。核酸酶内切酶核酸酶内切酶常用的常用的DNA限制性内切酶的专一性限制性内切酶的专一性酶酶辨认的序列和切口辨认的序列和切口说明说明 A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C T G C C C G G G G G G C C C Bam H IAlu IBgl IEcoR IHind Sal ISma I四核苷酸，

5、四核苷酸，平端平端切口切口六核苷酸，六核苷酸，平端平端切口切口六核苷酸，六核苷酸，粘端粘端切口切口六核苷酸，六核苷酸，粘端粘端切口切口六核苷酸，六核苷酸，粘端粘端切口切口六核苷酸，六核苷酸，粘端粘端切口切口六核苷酸，六核苷酸，粘端粘端切口切口限制性内切酶的命名和意义限制性内切酶的命名和意义序号序号属名属名 种名种名 株名株名例：例：Eco R I，这是从大肠杆菌（这是从大肠杆菌（E.coli）R菌株中分离出菌株中分离出的一种限制性内切酶。的一种限制性内切酶。限制性内切酶是分析染色体结构、制作限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、进限制图谱、进行行DNA序列测定和基因分离、基因体外重

6、组等研究中不可缺序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。分子。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 端外端外切，切切，切5 磷酸酯键，得磷酸酯键，得3 单核苷酸）单核苷酸）蛇毒磷酸二酯酶（蛇毒磷酸二酯酶（3 端端外切，切外切，切3 磷酸酯键，磷酸酯键，得得5 单核苷酸）单核苷酸）u从核酸链的一端进行酶切。从核酸链的一端进行酶切。核酸外切酶对核酸的水解位点核酸外切酶对核酸的水解位点核酸酶外切酶核酸酶外切酶核苷酸核苷酸核苷酸酶核苷酸酶核苷核苷

7、+磷酸磷酸核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基+1-P-戊糖戊糖碱基碱基+戊糖戊糖核苷酶核苷酶戊糖代谢戊糖代谢进一步分解进一步分解一、嘌呤的分解代谢一、嘌呤的分解代谢 尿酸尿酸：人和猿类及一些排尿酸的动物（鸟类、某些爬虫类：人和猿类及一些排尿酸的动物（鸟类、某些爬虫类和昆虫）；和昆虫）；嘌呤降解终产物嘌呤降解终产物 尿囊素尿囊素：除人及猿类外其他哺乳类和腹足类动物；：除人及猿类外其他哺乳类和腹足类动物；尿囊酸尿囊酸：某些硬骨鱼类；：某些硬骨鱼类；尿素尿素：多数鱼类及两栖类；：多数鱼类及两栖类；氨和氨和CO2：某些低等动物（如甲壳类）；：某些低等动物（如甲壳类）；腺嘌呤腺嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄

8、嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶H2O NH3鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶NH3 H2O 黄嘌呤氧化黄嘌呤氧化酶酶O2H2OH2O2黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸尿酸尿囊素尿囊素尿囊酸尿囊酸尿酸氧化酶尿酸氧化酶2H2OO2CO2H2O2尿囊素酶尿囊素酶H2O尿素尿素2 2乙醛酸乙醛酸NH3、CO2尿囊酸酶尿囊酸酶H2O嘌呤的分解嘌呤的分解NH3、CO2X（黄嘌呤）（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶H（次黄嘌呤）次黄嘌呤）A（腺嘌呤）（腺嘌呤）H2ONH3G（鸟嘌呤（鸟嘌呤）H2ONH3尿囊酸尿囊酸尿囊素尿囊素黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶嘌呤的分解代谢嘌呤的分解代谢尿素尿素乙酰乙酰CoA嘧啶的分解

9、嘧啶的分解酸酸-脲基丙酸脲基丙酸二、嘧啶的分解代谢二、嘧啶的分解代谢嘧啶的分解嘧啶的分解胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2+NH3-丙氨酸丙氨酸b b-脲基丙酸脲基丙酸 H2O胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸二氢胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶嘧啶的分解代谢嘧啶的分解代谢一、嘌呤核苷酸的合成一、嘌呤核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成三、脱氧核糖核苷酸的生成三、脱氧核糖核苷酸的生成四、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷三磷酸四、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷三磷酸一、嘌呤核苷酸的合成一、嘌呤核苷酸的合成u从头合成途径从头合成途径(de

10、novo synthesis pathway)u补救合成途径补救合成途径(salvage synthesis pathway)利用体内游离利用体内游离的嘌呤或嘌呤的嘌呤或嘌呤核苷，经过简核苷，经过简单的反应，合单的反应，合成核糖核苷酸成核糖核苷酸的过程的过程利用磷酸核糖、利用磷酸核糖、氨基酸、甲酸氨基酸、甲酸盐及盐及CO2等简等简单物质为原料，单物质为原料，经过一系列酶经过一系列酶促反应，合成促反应，合成核糖核苷酸的核糖核苷酸的途径途径（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成GMPAMP嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2Asp甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）甲酰基甲

11、酰基（一碳单位）（一碳单位）Gln（酰胺基）（酰胺基）Gly合成过程合成过程1.在在PRPP基础上逐步合成嘌呤环，基础上逐步合成嘌呤环，首先合成首先合成IMP（IMP合成）合成）；2.再由再由IMP AMP和和GMP1、IMP的合成过程的合成过程5-磷酸核糖的活化磷酸核糖的活化ATPAMP磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸激酶焦磷酸激酶PRPP（5磷酸核糖焦磷酸）磷酸核糖焦磷酸）R-5-P（5磷酸核糖）磷酸核糖）磷酸核糖焦磷酸酰胺基转移酶磷酸核糖焦磷酸酰胺基转移酶 GAR合成酶合成酶 转甲酰基酶转甲酰基酶 FGAM合成酶合成酶 AIR合成酶合成酶IMP的合成过程的合成过程腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸

12、合成酶 IMP脱氢酶脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶合成酶2、AMP和和GMP的生成的生成R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMP磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸激酶焦磷酸激酶PRPP（磷酸核糖焦磷酸）（磷酸核糖焦磷酸）在在Gly、一碳单位、一碳单位、Gln、CO2及及Asp的逐步参与下的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶嘌呤核苷酸是在嘌呤核苷酸是在5-磷酸核糖磷酸核糖基础上进行的；基础上进行的；由由IMP转化产生转化产生AMP或或GMP；IMP的合成需的合成需5个个AT

13、P，6个高能磷酸键；个高能磷酸键；AMP或或GMP的合成又需的合成又需1个个GTP或或ATP。嘌呤核苷酸从头合成嘌呤核苷酸从头合成特点特点嘌呤核苷酸的相互转变嘌呤核苷酸的相互转变腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH3IMP天冬氨酸天冬氨酸AMP延胡索酸延胡索酸利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径（二）嘌呤核苷酸的补救

14、合成途径合成过程合成过程 磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶嘌呤嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤嘌呤+1-P-核糖核糖嘌呤核苷嘌呤核苷 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 AMPATP ADP 核苷磷核苷磷酸激酶酸激酶二、嘧啶核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成u从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis pathway)u补救合成途径补救合成途径(salvage synthesis pathway)（一）嘧啶核苷酸的从头合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸1234561.先合成嘧啶环，再与在先合成嘧啶环，再与在PRPP相连

15、，相连，合成合成UMP（UMP合成）合成）2.再由再由UMP CMP合成过程合成过程谷氨酰胺谷氨酰胺 +HCO3-氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸谷氨酸 +氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸1、UMP的合成过程的合成过程氨甲酰磷酸合成氨甲酰磷酸合成CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺

16、无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别的区别氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶UMP的合成过程的合成过程2、CMP的合成的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPCMPUTPCTP合成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+Pi（NH3）（二）（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 +ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP+ADP胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷 +ATP尿苷激酶尿苷激酶CMP+ADP尿嘧啶尿嘧啶 +PRPPUMP+PPiUM

17、P磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶尿嘧啶尿嘧啶 +1-+1-磷酸核糖磷酸核糖尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+Pi（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）1、脱氧核苷酸的生成、脱氧核苷酸的生成三、脱氧核苷酸的生成三、脱氧核苷酸的生成核糖核苷酸还原酶系核糖核苷酸还原酶系dNDP+ATP 激酶激酶dNTP+ADP（二磷酸脱氧核苷）（二磷酸脱氧核苷）NDPdNDP（二磷酸核糖核苷（二磷酸核糖核苷）NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型还原型硫氧还硫氧还蛋白蛋白-(SH)2氧化型氧化型硫氧硫氧还蛋白还蛋白-S2硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白还原酶（FAD）脱

18、氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成TMP合成酶合成酶N5,N10-亚甲基亚甲基FH4FH2（dUMP）（胸腺嘧啶核苷酸（胸腺嘧啶核苷酸dTMP）2、dTMP的生成的生成FH2还原酶还原酶FH4NADP+NADPH+H+甲基供体甲基供体CDPdCDPdCTP脱氧核苷脱氧核苷酸还原酶酸还原酶UDPdUDPdUTPdUTPase核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶脱氨酸脱氨酸四、四、ATP和和GTP的生成的生成如：如：u生物体内存在各种生物体内存在各种专一性较强专一性较强的的核苷一磷酸激酶核苷一磷酸激酶和和专一性专一性很低很低的的核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶，将核甘一磷酸转变为核苷三磷酸。，将核甘一磷酸转变为核苷三磷酸。AMPADPATPADPATP腺苷激酶腺苷激酶ADPATP核苷二磷酸激核苷二磷酸激酶酶GMPGDPGTPADPATP鸟苷激酶鸟苷激酶ADPATP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶