核酸降解和核苷酸代謝

Biochemistry生物化學(xué)Biochemistry第七章核酸降解和核苷酸代謝第一節(jié)核酸的酶促降解一、核酸外切酶二、核酸內(nèi)切酶第二節(jié)核苷酸的酶促降解一、核苷酸的降解二、嘌呤的降解三、嘧啶的降解第三節(jié)核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物合成二、嘧啶核苷酸的生物合成Biochemistry第一節(jié)核酸的酶促降解在胃中核蛋白酸水解為核酸和蛋白質(zhì)，核酸在小腸被胰核酸酶（包括DNase、RNase）降解為嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸和寡核苷酸。磷酸二酯酶協(xié)同胰核酸酶進(jìn)行消化，水解為單核苷酸。腸黏膜細(xì)胞中還有核苷酸酶(磷酸單酯酶)，水解核苷酸為核苷和Pi。脾、肝等組織中的核苷酶進(jìn)一步水解核苷為戊糖和堿基。Biochemistry第一節(jié)核酸的酶促降解

核酸核苷酸磷酸核苷戊糖堿基（嘌呤堿，嘧啶堿）

核酸酶核苷酸酶核苷酶

Biochemistry核酸酶(Nuclease)核酸酶（磷酸二酯酶）：生物體內(nèi)有許多磷酸二酯酶可以催化核酸的解聚作用，作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶。核酸酶的分類，根據(jù)其作用的位置不同：A.核酸內(nèi)切酶：能夠水解核酸分子內(nèi)磷酸二酯鍵的酶又稱為核酸內(nèi)切酶。B.核酸外切酶：從核酸鏈的一端逐個水解下核苷酸的酶稱為核酸外切酶。核酸酶的分類，根據(jù)底物不同：A.DNA酶B.RNA酶Biochemistry一、核酸外切酶概念：從核酸鏈的一端逐個水解下核苷酸的酶稱為核酸外切酶。特點(diǎn)：非特異性的磷酸二酯酶，即可以作用于脫氧核糖核酸和核糖核酸。舉例：A.蛇毒磷酸二酯酶：從3′端開始逐個水解核苷酸，是一種3′→5′外切酶，水解產(chǎn)物為5′核苷酸；B.牛脾磷酸二酯酶：從5′端開始逐個水解核苷酸，是一種5′→3′外切酶，水解產(chǎn)物為3′核苷酸。Biochemistry核酸外切酶OHOHOH5′3′5′3′Biochemistry二、核酸內(nèi)切酶概念：能夠水解核酸分子內(nèi)磷酸二酯鍵的酶。特點(diǎn)：特異性較強(qiáng)的磷酸二酯酶。分類：核糖核酸酶和脫氧核糖核酸酶。了解：還有一些核酸內(nèi)切酶對磷酸酯鍵一側(cè)的堿基有專一要求，例如胰臟核糖核酸酶即是一種高度專一性核酸內(nèi)切酶，它作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯鍵，產(chǎn)物為3′嘧啶單核苷酸或以3′嘧啶核苷酸結(jié)尾的低聚核苷酸。Biochemistry特殊的內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶：能專一性地識別并水解外源雙鏈DNA上的特異核苷酸順序的酶。識別序列：即限制性內(nèi)切酶在雙鏈DNA上能夠識別的特殊核苷酸序列。甲基化酶（修飾酶）：與限制性內(nèi)切酶相伴的一種酶，能使自身DNA中的核苷酸甲基化而不被限制酶降解。限制酶的生物學(xué)功能：它是分析DNA的解剖刀，是DNA體外重組技術(shù)和進(jìn)行大分子DNA分析的重要工具，它們的發(fā)現(xiàn)大大地促進(jìn)了基因工程的研究，降解外源侵入的DNA，但不降解自身細(xì)胞中的DNA，因?yàn)樽陨鞤NA的酶切位點(diǎn)經(jīng)修飾甲基化而受到保護(hù)，從而保護(hù)自身遺傳穩(wěn)定性。Biochemistry第二節(jié)核苷酸的酶促降解一、核苷酸的降解二、嘌呤的降解三、嘧啶的降解Biochemistry一、核苷酸的降解核苷酸酶（磷酸單脂酶）：水解核苷酸，產(chǎn)生核苷和磷酸。核苷酸酶的分類：A.非特異性磷酸單酯酶：不論磷酸基在戊糖的2’、3’、5’，都能水解下來。B.特異性磷酸單酯酶：只能水解3’核苷酸或5’核苷酸（3’核苷酸酶、5’核苷酸酶）

核苷酸+H2O核苷+Pi核苷酸酶Biochemistry核苷酶分類：A.核苷磷酸化酶：廣泛存在，分解產(chǎn)物為含氮堿基和戊糖的磷酸酯。B.核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，分解產(chǎn)物為含氮堿基和戊糖。核苷+Pi

堿基

+戊糖-1-P核苷+H2O堿基+戊糖核苷磷酸化酶核苷水解酶Biochemistry核苷酸的酶促降解Biochemistry二、嘌呤的降解黃嘌呤尿酸GNH3尿素NH3+CO2尿囊素尿囊酸次黃嘌呤Biochemistry二、嘌呤的降解Biochemistry二、嘌呤的降解不同種類的生物分解嘌呤堿的能力不同，因此終產(chǎn)物也不同：排尿酸生物：靈長類、鳥類、昆蟲、爬蟲類排尿囊素生物：哺乳類（靈長類除外）、腹足類排尿囊酸生物：硬骨魚類排尿素生物：大多數(shù)魚類、兩棲類某些低等動物：能將尿素進(jìn)一步分解成NH3和CO2排出植物：分解嘌呤的途徑與動物相似，產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）微生物：分解嘌呤類物質(zhì)，生成NH3、CO2及有機(jī)酸（甲酸、乙酸、乳酸等）。Biochemistry二、嘧啶堿的分解-NH2二氫尿嘧啶β－脲基丙酸β－丙氨酸H2OH2O（開環(huán)）Biochemistry二、嘧啶堿的分解Biochemistry二、嘧啶堿的分解Biochemistry知識點(diǎn)1.核酸酶2.限制性內(nèi)切酶3.DNA和RNA水解的產(chǎn)物有哪些？4.核苷酶的分類及其降解產(chǎn)物有什么不同。5.試講嘌呤堿的降解過程。6.試講不同的生物嘌呤堿的降解產(chǎn)物。Biochemistry第三節(jié)核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物和合成二、嘧啶核苷酸的生物合成基本途徑從頭合成：即由一些小分子化合物為原料進(jìn)行合成，如CO2、甲酸、AA、戊糖。半合成（補(bǔ)救合成）：即預(yù)先形成的堿基或核苷合成核苷酸，如嘌呤、嘧啶。Biochemistry一、嘌呤核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的從頭合成途徑（一）嘌呤環(huán)上原子的來源（二）IMP的合成（三）IMP轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMPBiochemistry（一）嘌呤環(huán)上原子的來源N3N9N7N1C2C6C4C5C8來自谷氨酰胺的酰胺氮來自甲酸來自甲酸來自天冬氨酸來自甘氨酸來自CO2Biochemistry（二）IMP的合成特點(diǎn)：不是由游離的核糖和磷酸結(jié)合形成；而是由5′-P-核糖經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)首先合成IMP，進(jìn)而合成AMP和GMP。Biochemistry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IMPAMP

GMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PRPP（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）（二）IMP的合成Biochemistry（三）IMP轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMPBiochemistry二、嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸的從頭合成途徑（一）嘧啶環(huán)上原子的來源（二）UMP的合成（三）UMP轉(zhuǎn)變?yōu)镃MP特點(diǎn)：先閉合形成含有嘧啶環(huán)的乳清酸，然后生成UMP，其他嘧啶核苷酸再由UMP轉(zhuǎn)變而成。Biochemistry（一）嘧啶環(huán)上原子的來源來自天冬氨酸來自CO2來自NH3NNCCCC654321Biochemistry（二）UMP的合成Biochemistry（三）UMP轉(zhuǎn)變?yōu)镃MP特點(diǎn)：胞嘧啶核苷酸的合成是在尿嘧啶核苷三磷酸的水平上進(jìn)行的。原因：因?yàn)槟蜞奏ず塑账?、尿嘧啶核苷和鳥嘧啶都不能直接氨基化生成相應(yīng)的胞嘧啶化合物，只有進(jìn)一步磷酸化形成尿嘧啶核苷三磷酸才能氨基化生成胞嘧啶核苷三磷酸。Biochemistry（三）UMP轉(zhuǎn)變?yōu)镃MPUMP+

ATP

UDP+ADP（尿嘧啶核苷酸激酶）

UDP+ATPUTP+ADP（核苷二磷酸激酶）

UTP+谷氨酰胺/氨氣+ATP+H2OCTP+谷氨酸+ADP+Pi（CTP合成酶）胞嘧啶核苷+ATPCMP+ADP（尿苷激酶）

Biochemistry（四）脫氧核糖核苷酸的生物合成特點(diǎn)：DNA的合成需要三磷酸脫氧核糖核苷酸；三磷酸脫氧核苷酸是在二磷酸脫氧脫氧核糖核苷酸磷酸化的基礎(chǔ)上進(jìn)行的；二磷酸脫氧核糖核苷酸（dADP、dGDP、dCDP和dUDP）是由ADP、GDP、CDP和U