第十一章核酸的酶促降解和核苷酸代谢

本章重点讨论核酸酶的类别和特点，对核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。本章重点讨论核酸酶的类别和特点，对核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。第十一章核酸的酶促降解和核苷酸代谢

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第一节核酸的酶促降解 核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷碱基+戊糖-1-P 磷酸一、核酸酶二、限制性内切酶

核糖核酸酶(RNase) 脱氧核糖核酸酶(DNase) 非特异性核酸酶核酸内切酶核酸外切酶核酸酶 1、核酸酶的分类（1）根据对底物的专一性分为（2）根据切割位点分为 2、核酸酶的作用特点

p p p p p p p p 外切核酸酶对核酸的水解位点 B B B B B B B B 5´ OH 3´ 牛脾磷酸二酯酶（ 5´端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（ 3´端外切3得5）

G A Py Pu Py Py G A C U 1´ OH 3´ 5´ p p p p p p p p p p 内切核酸酶对RNA的水解位点示意图 RNAase T1 RNAase I RNAase I RNAase T1 Pu ：嘌呤 Py：嘧啶

限制性内切酶 原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（ristriction endonuclease）。  类型  命名  意义

常用的DNA限制性内切酶的专一性 酶辨认的序列和切口说明 Alu I ‥ ‥A G C T ‥‥ ‥ ‥T C G A ‥ ‥ 四核苷酸，平端切口 Bam H I 六核苷酸，粘端切口 ‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥ 六核苷酸，粘端切口 Bgl I ‥ ‥A G A T C T ‥‥ ‥ ‥T C T A G A ‥‥ Eco R I 六核苷酸，粘端切口 ‥ ‥G A A T T C ‥‥ ‥ ‥C T T A A G ‥‥ Hind Ⅲ 六核苷酸，粘端切口 ‥ ‥A A G C T T‥‥ ‥ ‥T T C G A A ‥‥ 六核苷酸，粘端切口 Sal I ‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥ Sma I 六核苷酸，平端切口 ‥ ‥C C C G G G ‥‥ ‥ ‥G G G C C C ‥‥

限制性内切酶类型 I型：分子量大于105，多亚基，需S-线苷蛋氨酸、ATP和Mg2+ ，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限制与修饰相排斥的多功能酶. Ⅱ型：分子量小于105，需Mg2+ ，切割位点位于识别位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物学研究所用的限制性内切酶均为此类。 Ⅲ型：识别位点为5-7bp的非对称序列，切割位点在顺序之外离识别序列5-10bp，切割双链，个别也切割单链。是限制与修饰相多功能酶.

限制性内切酶的命名和意义 例：Eco R I，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶 Eco R I 属名种名株名序号限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、进行DNA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DNA分子。

第二节核苷酸的降解 核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷碱基+（脱氧）戊糖-1-P 磷酸一、嘌呤的降解二、嘧啶的降解

嘌呤的分解

不同生物嘌呤核苷酸的分解产物不同 鸟、昆虫、人类非灵长类哺乳动物硬骨鱼鱼、两栖类甲壳类、无脊椎

嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于男性的关节部位引起疼痛或灼痛――痛风和肾结石。嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于男性的关节部位引起疼痛或灼痛――痛风和肾结石。痛风(Gout)

嘧啶的分解

第三节核苷酸的合成代谢 一、核糖核苷酸的生物合成二、脱氧核糖核苷酸的生物合成三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷三磷酸四、各种核苷酸的相互转变

核糖核苷酸的生物合成 1、嘌呤核苷酸的生物合成 (1) 从头合成途径 (2) 补救途径 2、嘧啶核苷酸的生物合成 (1) 从头合成途径 (2) 补救合成途径 3、核苷酸合成的调节

嘌呤环上各原子的来源 来自CO2 来自甘氨酸来自天冬氨酸来自“甲酸盐” 来自“甲酸盐” 来自谷氨酰胺的酰胺氮

IMP的生物合成 5-磷酸核糖胺 5-磷酸核糖焦磷酸甘氨酸甲酰THFA 甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸 5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸 5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑-4-羧核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP） 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

IMP转变为GMP和AMP

嘌呤核苷酸合成补救途径 磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPP A(G)MP+PPi 嘌呤核苷嘌呤+1-P-核糖 ATPADP A(G)MP

嘌呤核苷酸的补救合成（由碱基转变为核苷酸）嘌呤核苷酸的补救合成（由碱基转变为核苷酸）磷酸核糖转移酶

碱基+1-磷酸核糖核苷 核苷+ATP 核苷酸核苷磷酸激酶碱基转变为核苷、核苷转变为核苷酸的补救合成核苷磷酸化酶

HGPRT（次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶）缺陷的男性儿童表现为一种自毁容貌综合症，为先天性遗传疾病（缺乏HGPRT)，行为对立，侵略性强，自咬手指、脚趾、嘴唇等，智力低下。HGPRT（次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶）缺陷的男性儿童表现为一种自毁容貌综合症，为先天性遗传疾病（缺乏HGPRT)，行为对立，侵略性强，自咬手指、脚趾、嘴唇等，智力低下。（三）、Lesch-Nyhan Syndrome（自毁容貌综合症）

自毁容貌综合症机理

CTP合成酶 CTP UMP UDP UTP ATP Gln H2O 嘧啶核苷酸从头合成途径 a、嘧啶环上原子的来源 b、UMP的从头合成 c、UMP转变为CTP

H2N-CO- P 嘧啶环上各原子的来源 4 C 天冬氨酸 NH3 C 5 N 3 氨甲酰磷酸 CO2 C 2 C 6 1 N

尿嘧啶核苷酸合成途径

嘧啶核苷酸补救合成途径 尿嘧啶+PRPP UMP+PPi 尿嘧啶磷酸核糖基转移酶尿嘧啶+1-P-核糖尿嘧啶核苷+Pi 尿嘧啶磷酸化酶 UMP+ADP 尿苷激酶尿嘧啶核苷+ATP Cytosine不能与PRPP作用。

脱氧核苷酸的合成 1、脱氧核苷酸的合成 2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

NADP+ NADPH+H+ 硫氧还蛋白还原酶 SH FAD S 硫氧还蛋白（还原型）硫氧还蛋白（氧化型） SH S ATP 、Mg2+ P-P-CH2 P-P-CH2 N N O O 硫氧还蛋白 + H2O 核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶 OH OH 核糖核苷酸还原酶 OH H 核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸还原酶

P-P-CH2 N P-P-CH2 O N O OH OH OH H SH SH S S 硫氧还蛋白谷氧还蛋白谷氧还蛋白硫氧还蛋白 SH SH S S 核糖核苷酸的还原反应 + H2O 核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸 ATP 、Mg2+ 核糖核苷酸还原酶硫氧还蛋白还原酶谷氧还蛋白还原酶 FAD FADH2 GSSG 2GSH 谷胱甘肽还原酶 NADPH+H+ NADP+

核糖核苷酸还原酶示意图 底物特异性调节位点酶活性调节位点 R1亚基 R2亚基活性位点

脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 O O HN HN CH3 胸腺嘧啶核苷酸合成酶 O N O N dR-P dR-P N5、N10—CH2 — FH4 FH2 二氢叶酸还原酶 Ser羟甲基转移酶 NADP++Gly NADPH+H++Ser

四氢叶酸 CHO H CH2 N5-CHO-FH4 10 5 H 叶酸和四氢叶酸（FH4）叶酸 N5，N10-CH2-FH4

S-腺苷蛋氨酸 参与甲基化反应一碳基团的来源与转变 N5-CH2-FH4 NAD+ N5 ，N10 -CH2-FH4还原酶 NDAH+H+ 为胸腺嘧啶合成提供甲基 FH4 N5 N10 -CH2-FH4 丝氨酸 NAD+ N5 ，N10 -CH2-FH4脱氢酶 NDAH+H+ 组氨酸苷氨酸 FH4 参与嘌呤合成 N5， N10 = CH-FH4 H2O 环水化酶 H+ FH4 参与嘌呤合成 HCOOH N10 -CHO-FH4

核苷酸的合成及相互关系

七、核酸的酶促降解和核苷酸的代谢 1 核酸的酶促降解核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、限制性内切酶 2 核苷酸的降解 3 核苷酸的合成代谢（1）核糖核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径（2）脱氧核苷酸的生物合成核糖核苷酸的还原脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

嘌呤核苷酸合成的调节 磷酸核糖胺

嘧啶核苷酸合成的调节 氨基甲酰磷酸氨基甲酰天冬氨酸

第十一章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢