,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,9,章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢,第一节 核酸的酶促降解,第二节 核苷酸的分解,第三节 核苷酸的合成,第9章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 第一节 核酸的酶促降解,核酸酶实质是磷酸二脂酶。,根据酶对底物的专一性分为,：,核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。,根据酶的作用方式分,：,内切酶、外切酶。,第一节 核酸的酶促降解,核酸酶,核酸 核苷酸,3,、5,-磷酸二酯键,核酸酶实质是磷酸二脂酶。第一节 核酸的酶促降解,一、核糖核酸酶,只水解,RNA,磷酸二酯键的酶（,RNase）,牛胰核糖核酸酶,I,（,RNaseI），,作用位点是嘧啶核苷-3,-磷酸与其它核苷酸间的连接键。（,内切核酸酶）,核糖核酸酶,T1（RNaseT1），,作用位点是3,-鸟苷酸与其它核苷酸的5,-,OH,间的键。（,内切核酸酶）,5,p,p,p,p,OH,Py,Pu,Py,Pu,1,p,p,p,G,A,C,U,p,p,p,G,A,3,RNAase I,RNAase I,RNAase T,1,RNAase T,1,一、核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase）牛胰核,只能水解,DNA,磷酸二酯键的酶。,牛胰脱氧核糖核酸酶（,DNase）,：,可切割双链和单链,DNA，,降解产物为3,-磷酸为末端的寡核苷酸。,限制性核酸内切酶：,细菌产生的、能识别并特异切割外源,DNA,特定序列,中的磷酸二脂键(,对碱基序列专一,）的核酸内切酶。,二、脱氧核糖核酸酶,只能水解DNA磷酸二酯键的酶。二、脱氧核糖核酸酶,限制性内切酶类型,I,型：识别位点与切割位点相差甚远,型：切割位点位于识别位点上，产物为专一性片段。,型：识别位点为5-7,bp,的非对称序列,，切割位点在顺序之外离识别序列5-10,bp,限制性内切酶类型 I型：识别位点与切割位点相差甚远,限制性核酸内切酶的类型,主要特性,I,型,II,型,III,型,限制修饰,多功能,单功能,双功能,蛋白结构,异源三聚体,同源二聚体,异源二聚体,辅助因子,ATP Mg,2+,SAM,ATP Mg,2+,SAM,Mg,2+,识别序列,TGAN,8,TGCT,回文序列,GAGCC,AACN,6,GTGC,CAGCAG,切割位点,距识别序列,1kb,处,识别序列内或附近,距识别序列下游,随机性切割,特异性切割,24-26bp,处,限制性核酸内切酶的类型主要特性,50,年代初发现了由寄主控制的限制和修饰现象,(B),(K),大肠杆菌,B,大肠杆菌,K,1,1,4,10,4,10,4,E.O.P,成斑率,efficiency of plating,宿主的限制和修饰现象,50年代初发现了由寄主控制的限制和修饰现象(B)(K)大,限制,修饰的酶学假说,(B),(B),酶切位点,不被修饰,噬菌体,DNA,被切割,酶切位点,被修饰,基因组,DNA,不被切割,1968,年，,Meselson,和,Yuan,发现了,I,型限制性核酸内切酶,1970,年，,Smith,和,Wilcox,从流感嗜血杆菌中分离纯化了第一个,II,型限制性核酸内切酶,Hin,d II,限制修饰的酶学假说(B)(B)酶切位点噬菌体DNA酶切,限制性核酸内切酶的类型,首先由,M.Meselson,和,R.Yuan,在,1968,年从大肠杆菌,B,株和,K,株分离的。,（,1,）识别位点序列,EcoB,：,TGA(N),8,TGCT,EcoK,：,AAC(N),6,GTGC,1.I,型限制性内切酶,如,EcoB,和,EcoK,未甲基化修饰的特异序列。,限制性核酸内切酶的类型首先由M.Meselson和R.Y,需,ATP,、,Mg,2+,和,SAM,（,S-,腺苷蛋氨酸）。,（,3,）作用机理,在距离特异性识别位点约,10001500 bp,处随机切开一条单链。,Recognize site,cut,1-1.5kb,（,2,）切割位点,需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用机理,首先由,H.O.Smith,和,K.W.Wilcox,在,1970,年从流感嗜血菌中分离出来,分离的第一个酶是,Hind,。,（,1,）识别位点序列,未甲基化修饰的双链,DNA,上的特殊靶序列（多数是回文序列）。,与,DNA,的来源无关。,2.,II,类限制性内切酶,首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在1970,EcoR I,5,-G,AATTC-3,3,-CTTAA,G-5,Pst I,5,-CTGCA,G-3,3,-G,ACGTC-5,产生粘性末端,EcoR V,5,-GAT,ATC-3,3,-CTA,TAG-5,产生平齐末端,（,2,）切割位点,切开双链,DNA,。形成粘性末端（,sticky end,）或平齐末端（,blunt end,）。如：,识别位点处。,EcoR I 5-GAATTC-3 EcoR V,（,3,）粘性末端（,sticky ends,，,cohensive ends,）,含有几个核苷酸单链的末端。,分两种类型：,5,端凸出（如,EcoR I,切点）,G,AATTC,CTTAA,G,G,AATTC,CTTAA,G,5-,-3,3-,-5,5-,-3,3-,-5,（3）粘性末端（sticky ends，cohensive,CTGCA,G,3,端凸出（如,Pst I,切点）,G,ACGTC,5-,-3,3-,-5,5-,-3,3-,-5,CTGCA,G,G,ACGTC,CTGCAG 3端凸出（如Pst I切点）GACG,3.III,类限制性内切酶,在完全肯定的位点切割,DNA,，但反应需要,ATP,、,Mg,2+,和,SAM,（,S-,腺苷蛋氨酸）。,用途不大。,EcoP1:AGACC,EcoP15:CAGCAG,3.III类限制性内切酶 在完全肯定的位点切割DNA，但反,限制性内切酶的命名和意义,Eco R I,序号,属名,种名,株名,例：,Eco R I,是从大肠杆菌（,E.coli）R,菌珠中分离出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,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。,限制性内切酶的命名和意义Eco R I序号属名种名株名例：E,产生3-,OH,和5-,P,的末端,限制性内切酶,产生3-OH和5-P的末端限制性内切酶,既可水解,RNA，,又可水解,DNA,磷酸二酯键的核酸酶。,小球菌核酸酶（,内切酶），可作用于,RNA,或变性的,DNA，,产生3,-核苷酸或寡核苷酸。,蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶,（外切酶）。,三、非特异性核酸酶,既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。三、非特异,蛇毒磷酸二酯酶能从,RNA,或,DNA,链的游离的3-,OH,逐个水解，生成5-核苷酸。,牛脾磷酸二酯酶从游离的5-,OH,开始逐个水解，生成3核苷酸。,蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3-OH逐个水解,第二节 核苷酸的降解,核酸酶（磷酸二酯酶）,核苷酸酶（磷酸单酯酶）,核苷磷酸化酶,核酸,核苷酸,核苷,磷酸,嘌呤或嘧啶,戊糖-1-磷酸,一、核苷酸的降解,第二节 核苷酸的降解核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸单酯酶,一、核苷酸的降解,1、核苷酸酶（磷酸单脂酶）,水解核苷酸，产生核苷和磷酸。,一、核苷酸的降解1、核苷酸酶（磷酸单脂酶）,2、核苷磷酸化酶,广泛存在，反应可逆,核苷 +磷酸,核苷磷酸化酶,碱基 +戊糖-1-磷酸,2、核苷磷酸化酶广泛存在，反应可逆核苷 +磷酸核苷磷,不同生物降解的产物不同,二、嘌呤的降解,二、嘌呤的降解,（人类和灵长类动物）,（灵长类以外的哺乳动物）,（人类和灵长类动物）（灵长类以外的哺乳动物）,尿囊酸酶,H,2,O,脲酶,2H,2,O,4NH,3,+2CO,2,乙醛酸,尿素,OH,NH,2,尿囊酸,（植物）,（鱼类、两栖类）,（海洋无脊椎动物）,脱氨 氧化 水解,尿囊酸酶H2O脲酶2H2O4NH3+2CO2乙醛酸尿素O,三、嘧啶的降解,脱氨 还原 水解,三、嘧啶的降解脱氨 还原 水解,一、嘌呤核苷酸的生物合成,从头合成途径,补救途径,二、嘧啶核苷酸的生物合成,从头合成途径,补救合成途径,第三节 核苷酸的生物合成,三、脱氧核苷酸的合成,一、嘌呤核苷酸的生物合成从头合成途径补救途径二、嘧啶核苷酸的,（1）嘌呤环上各原子的来源,N,3,N,9,N,7,N,1,C,2,C,6,C,4,C,5,C,8,来自谷氨酰胺的酰胺氮,来自甲酸,来自甲酸,来自天冬氨酸,来自甘氨酸,来自,CO,2,一、嘌呤核苷酸的生物合成,（,AMP、GMP),合成嘌呤核苷酸，先合成,IMP，,再转化为,AMP、GMP,。,1、从头合成,（1）嘌呤环上各原子的来源N3N9N7N1C2C6C4,IMP,的合成是从,5-磷酸核糖,开始的，先于,ATP,反应生成5,-磷酸核糖-1,-焦磷酸（,PRPP），,然后嘌呤环的各原子在,PRPP,的,C-1,位置上逐渐加上去。,（2）,IMP,的合成,IMP的合成是从5-磷酸核糖开始的，先于ATP反应生成5-,5-,P,核糖,ATP AMP,5-,P,核糖-1-焦磷酸,IMP,9,4,5,7,8,3,6,1,2,川,IMP,的合成是从,5-磷酸核糖,开始的，先于,ATP,反应生成5,-磷酸核糖-1,-焦磷酸（,PRPP），,然后嘌呤环的各原子在,PRPP,的,C-1,位置上逐渐加上去。,5-P核糖ATP AMP5-P核糖-1-焦磷酸 IM,5-磷酸核糖+,CO,2,+,甲川,THFA+,甲酰,THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP,IMP+2THFA+2Glu+,延胡索酸+4,ADP+1AMP+4Pi+PPi,总反应式：,总反应式：,（3）IMP,转变为,GMP,和,AMP,（3）IMP转变为GMP和AMP,嘌呤核苷 +磷酸,核苷磷酸化酶,嘌呤碱 +戊糖-1-磷酸,2、,补救途径,(利用已有的碱基和核苷合成核苷酸),(1)磷酸核糖转移酶途径（重要途径）,次黄嘌呤（鸟嘌呤）+5-,PRPP,次黄嘌呤,(,鸟嘌呤,),磷酸核糖转移酶,IMP（GMP)+PPi,腺嘌呤 +5-,PRPP,腺嘌呤磷酸核糖转移酶,AMP +PPi,嘌呤核苷 +磷酸核苷磷酸化酶嘌呤碱 +戊糖-1-,腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在腺苷激酶的作用下与,ATP,反应，生成腺嘌呤核苷酸。,2、核苷激酶途径（生物体内只发现有腺苷激酶）,碱基+核糖-1-磷酸,核苷磷酸化酶,核苷 +,Pi,腺苷 +,ATP,腺苷激酶,腺苷酸 +,ADP,腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在腺苷激酶的,与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸。,二、嘧啶核苷酸的合成,1、,从头合成,与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再,（1）嘧啶环上各原子的来源,来自天冬氨酸,来自,CO,2,来自,NH,3,N,N,C,C,C,C,6,5,4,3,2,1,氨甲酰磷酸,（1）嘧啶环上各原子的来源 来自天冬氨酸来自CO2来自NH3,（2）尿嘧啶核苷酸的合成,天冬氨酸转氨甲酰酶,二氢乳清酸酶,二氢乳清酸脱氢酶,乳清苷酸焦磷酸化酶,Mg,2+,乳清苷酸脱羧酶,（2）尿嘧啶核苷酸的合成天冬氨酸转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳,尿嘧啶核苷三磷酸可直接与,NH,3,（,细菌）或,Gln（,动物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。,UMP +ATP,尿嘧啶核苷酸激酶,Mg,2+,UDP +ADP,UDP +ATP,核苷二磷酸激酶,Mg,2+,UTP +ADP,CTP,合成酶,UTP+Gln（NH,4,+,）+ATP+H,2,O,CTP+Glu+