第十章 核酸酶促降解和核苷酸代谢详解
第10章核酸的降解与核苷酸代谢ppt课件
N-甲酰氨基咪唑-4-羧酰胺核糖核苷酸
次黄嘌呤核苷 酸IMP
腺苷酸琥珀 酸合成酶
由IMP合成 AMP 和 GMP
腺苷酸琥珀酸
腺苷酸琥珀 酸裂合酶
延胡索酸
激酶
AMP
激酶
ADP
ATP ADP
ATP ADP
GMP
激酶
激酶
GDP
ATP ADP
ATP ADP
ATP GTP
• 嘌呤核苷酸从头合成特点
• 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步 合成的。
天冬氨酸
合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、 CO2、磷酸核糖。
合成特点：用原料先合成嘧啶环，然 后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸
•合成过程 （1） 尿嘧啶核苷酸的合成
谷氨酰胺 + HCO3-
氨基甲酰磷 酸合成酶II
2ATP 2ADP+Pi
谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸
氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别
3、嘌呤核苷酸的相互转变
AMP
腺苷酸代 琥珀酸
NH3
IMP
GMP XMP
4、脱氧核糖核苷酸的生成
在核苷二磷酸水平上进行 （N代表A、G、U、C等碱基）
脱氧核苷酸的生成
核糖核苷酸还原酶，Mg2+
NDP
dNDP
二磷酸核糖核苷
二磷酸脱氧核苷
还原型硫氧化 还原蛋白-(SH)2
氧化型硫氧 化还原蛋白
S
S
• IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。 AMP或GMP的合成又需1个ATP
•从头合成的调节
调节方式：反馈调节和交叉调节
__
_
+
+
R-5-P PRPP合成酶
10核酸酶促降解和核苷酸代谢
10核酸酶促降解和核苷酸代谢
核酸酶是一组分子量较大的蛋白质，是DNA和RNA的重要降解酶，可以促进DNA与RNA的合成、降解、改造等反应。
这些反应包括线粒体DNA 的重组和修复、DNA的合成与维护、RNA的转录、基因表达、以及核苷酸代谢等。
除此之外，核酸酶还可以促进核酸复制、转录和翻译等步骤，具有促进基因表达和改变基因组结构，修复和维护DNA和RNA的能力。
核酸酶分子通过承载一组众多的催化朙朙，可以与目标核酸分子特异性结合，从而促进其降解，从而获得活性核苷酸供后续合成、降解及修复反应中进行活性相互作用。
核苷酸代谢是基因表达和维护生物体内水平的重要过程。
它通过把位于染色体中的胞嘧啶转录成嘧啶碱型核苷酸，并通过不断转化的反应来修改基因表达水平，定期的转录修复等，从而维护细胞内的水平。
核苷酸代谢可以通过核酸酶来促进，核酸酶可以促进核苷酸复制、转录和翻译，从而促进核苷酸的代谢。
核苷酸代谢可以在一些特定的细胞有效地合成、降解、传播和重组信号，以改变基因表达组成如RNA和DNA的重组和修复，从而调节基因的水平。
生物化学第十章核酸的酶促降解和核苷酸代谢
①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ③IMP脱氢酶
②腺苷酸代琥珀酸裂医解学p酶pt ④GMP合成酶
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• 嘌呤核苷酸从头合成特点
• 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 • IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。
AMP或GMP的合成又需1个ATP。
医学ppt
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（3）嘌呤核苷酸合成补救途径
参与补救合成的酶:
医学ppt
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（4）. dTMP或TMP的生成
脱氧核苷酸还原酶
UDP
dUDP
CTP CDP dCDP dCMP
TMP合酶
dUMP
N5, N10-甲烯FH4
FH2
FH4 FH2还原酶 NADP+ NADPH+H+
脱氧胸苷一磷酸
dTMP
医学ppt
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（5） 嘧啶核苷酸的补救合成
嘧啶 + PRPP 嘧啶磷酸核糖转移酶 磷酸嘧啶核苷 + PPi
六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
Sal I
‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥
六核苷酸，粘端切口
Sma I
‥ ‥
‥C ‥G
C G
CG GC
G C
G C
‥‥ ‥‥医学ppt
六核苷酸，平端切口 9
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
AMP
AT医P学ppt ADP
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•补救合成的生理意义
补救合成节省从头合成时的能量和一些氨 基酸的消耗。
体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进 行补救合成。
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第十章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢精品PPT课件
三、限制性内切酶
限制性内切酶主要是从细菌中分离得到，能识
别特定的核苷酸顺序，细菌自身的DNA序列已被甲 基化（甲基化酶），不会被水解。因此这些酶仅限 于水解外源 DNA 以保护自身，故称为“限制性” 酶。
（一）核酸外切酶
➢ 作用于核苷酸链的一端，逐个水解下核苷酸。 ➢ 是非特异性的磷酸二酯键
3’-核酸外切酶：从3’-OH 端开始，生成 5’- 单
核苷酸，如蛇毒磷酸二酯酶。 5’-核酸外切酶：从5’-OH 端开始，生成3’单核苷酸，如牛脾磷酸二酯酶。
外切核酸酶对核酸的水解位点
BBBBBBBB
5´ p
RNAase T1
Pu ：嘌呤
Py：嘧啶
牛胰核酸酶（牛胰 RNase） 作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，其专一作用
于 RNA，对 DNA 不作用。
核酸酶促水解作用部位
二、脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶专一水解 DNA ，作用方式作为 内切酶，切断双链，或切断单链，作为外切酶有 5′ 3′切割或是 3′ 5′切割。
（1）5’端凸出（如EcoR I切点）
5’-
GAATTC
-3’
3’-
CTTAAG
-5’
5’-
G AATTC
-3’
3’-
CTTAA G
-5’
（2）3’端凸出（如Pst I切点）
5’-
CTGCAG
-3’
3’-
GACGTC
-5’
5’-
CTGCA
G
-3’
3’-
G
ACGTC
-5’
核苷酸代谢
第十章核苷酸代谢1. 核苷酸的分解代谢1)核酸的降解：核酸+H2O+核酸酶→单核苷酸+核苷酸酶→核苷+PPi+核苷酶→戊糖+碱基（嘌呤/嘧啶） +核苷酸酸化酶→戊糖-1-磷酸+碱基※核苷水解酶不对脱氧核糖核苷生效。
2)限制性内切酶：3)嘌呤核苷酸的降解：代谢中间产物——黄嘌呤，终产物尿酸（彻底分解为CO2和NH3）。
嘌呤核苷酸→嘌呤核苷→①腺嘌呤（脱氨→次黄嘌呤+黄嘌呤氧化酶→黄嘌呤）②鸟嘌呤（脱氨→黄嘌呤）黄嘌呤+黄嘌呤氧化酶→尿酸肌肉中的嘌呤核苷酸循环生成氨；AMP+AMP脱氨酶→IMP，肌肉中的IMP→AMP，这一过程为嘌呤核苷酸循环。
4)嘧啶核苷酸的降解：分解成磷酸、核糖和嘧啶碱。
①胞嘧啶+胞嘧啶脱氢酶→尿嘧啶+二氢尿嘧啶脱氢酶（开环）→β-脲基丙酸→β-丙氨酸（脱氨参与有机代谢）+NH3+CO2+H2O②胸腺嘧啶+二氢尿嘧啶脱氢酶→二氢胸腺嘧啶+二氢嘧啶酶→β-脲基异丁酸→β-氨基异丁酸（监测放化疗程度）+NH3+CO2+H2O5)尿酸过高与痛风：尿酸在体内过量积累会导致痛风症，别嘌呤醇可治疗痛风，因与次黄嘌呤相似，可抑制黄嘌呤氧化酶从而抑制尿酸生成。
尿酸中体内彻底分解形成CO2和氨。
2. 核苷酸的合成代谢：分布广、功能强；从头合成：利用核糖磷酸、氨基酸CO2和NH3等简单的前提分子，经过酶促反应合成核苷酸。
补救合成：简单、省能，无需从头合成碱基；利用体内现有的核苷和碱基再循环。
嘌呤核苷酸合成前体：次黄嘌呤核苷酸（IMP/肌苷酸）+5-磷酸核糖（起始物）↓活化形式1)嘌呤核糖核苷酸的从头合成途径：主要调节方式——反馈调节；ATP+5-磷酸核糖+5-磷酸核糖焦磷酸合成酶（PRPP合成酶）→5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）腺嘌呤核苷酸AMP鸟嘌呤核苷酸GMPIMP+Asp+腺苷酸琥珀酸合成酶→腺苷酸琥珀酸+腺苷酸琥珀酸裂合酶→延胡索酸+AMPIMP+IMP脱氢酶→黄嘌呤核苷酸+鸟嘌呤核苷酸合成酶→GMP补救合成途径：脑、骨髓组织缺乏从头合成所需要的酶，依靠嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢课件
NH 2CCOO 3
排代出谢体。外或进入有机22酸
3 23 NH 核酸的酶促降解和核苷酸代谢
3
42
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
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核
苷
酸
的
合
成
及
相
互
关
系
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
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11.3 核苷酸分解代谢
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
• 嘌呤的降解 • 嘧啶的降解
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
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AMP GMP
嘌呤的降解
H 黄嘌呤氧化酶
（次黄嘌呤）
X
G
（黄嘌呤）
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
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
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• 嘌呤核苷酸的结构
AMP
GMP
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
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嘌呤碱基的元素来源
CO2
甘氨酸
C
Asp
N1 6 5C
甲酰基
C2
(一碳单位)
来自“甲酸盐”
3
N
4C
7N
8C
N9
Gln(酰胺基)
甲酰基 (一碳单位) 来自“甲酸盐”
IMP + PPi GMP + PPi
• 腺苷激酶
腺嘌呤核苷
腺苷激酶
AMP
ATP ADP
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
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自毁容貌综合症
• 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核 糖转移酶缺陷 • 智力发育受阻 • 共济不佳 • 具有攻击性和敌对性 • 咬自己口唇、手指以 及脚趾等
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸是构成生物体遗传物质的重要分子之一、它们在生物体内起着关键的功能，包括存储遗传信息、传递遗传信息和参与生物体的代谢过程。
然而，核酸分子并不是永久存在的，它们会经历酶促降解和核苷酸代谢过程。
酶促降解是一种通过酶催化反应将核酸分子分解为较小的碎片的过程。
这一过程在细胞中起着至关重要的作用，因为它能够控制细胞内的核酸浓度，并对细胞进行修复和调控。
具体而言，核酸的酶促降解主要通过核酸酶参与。
核酸酶可以识别特定的核酸分子，切割磷酸二酯键并将其分解成较小的碎片。
酶促降解的过程是高度调控的，这意味着细胞可以根据需要来降解核酸分子。
核酸酶的酶促降解反应可以发生在DNA和RNA分子上。
在DNA分子中，核酸酶可以通过识别特定的序列或结构来切割DNA链。
这些酶可以在DNA复制、修复和重组过程中发挥重要的作用。
在RNA分子中，核酸酶则可以通过识别特定的次级结构来切割RNA链。
这些酶在RNA降解和剪接等过程中起着关键作用。
核苷酸的合成通常发生在两个方向上。
一方面，细胞通过核苷酸合成途径将脱氧核苷酸和核苷酸合成为DNA和RNA的单体。
这些途径包括脱氧核苷酸合成途径和核苷酸合成途径。
另一方面，细胞还可以通过核苷酸分解途径将核苷酸分解为核苷和磷酸。
这些途径包括核苷酸降解途径和氨基酸代谢途径。
核酸酶和核苷酸代谢的失调会导致DNA和RNA的不稳定和降解，影响细胞的正常功能。
此外，核苷酸代谢紊乱还与多种人类疾病的发生和发展密切相关。
因此，研究核酸的酶促降解和核苷酸代谢机制对于理解生物体的正常功能和疾病的发生具有重要意义。
生物化学第十章核酸的酶促降解和核苷酸代谢
UDP
dUDP
CTP CDP dCDP dCMP
dUMP
TMP合酶
N5, N10-甲烯FH4
FH2
FH2还原酶 FH4 NADP+ NADPH+H+
脱氧胸苷一磷酸 dTMP
精品课件
（5） 嘧啶核苷酸的补救合成
嘧啶 + PRPP 嘧啶磷酸核糖转移酶 磷酸嘧啶核苷 + PPi
尿嘧啶核苷 + ATP 尿பைடு நூலகம்激酶 UMP +ADP
限制酶和其相应的修饰酶对底物 DNA的识别和作用的部位是相同的。
精品课件
常用的DNA限制性内切酶的专一性
酶
Alu I Bam H I
Bgl I Eco R I Hind Ⅲ
Sal I
Sma I
辨认的序列和切口
‥ ‥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
精品课件
第三节 核苷酸的生物合成
一、核糖核苷酸的合成 从头合成：是指利用磷酸核糖、氨基酸、一
碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经 过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途 径。 补救途径：是利用核酸降解或进食等从外界 补充的含氮碱基或核苷合成新的核苷酸。
精品课件
1.嘌呤核苷酸的生物合成 （1）嘌呤环上各原子的来源
一、核苷酸的降解
核苷酸酶 核苷酸磷酸化酶
核苷酸
核苷
碱基+（脱氧）戊糖
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第二节 核苷酸的分解代谢
一、嘌呤核苷酸的降解 〈一〉部位：主要在肝、小肠、肾 〈二〉终产物：尿酸。
〈三〉特点：嘌呤环不被打破，产物不易溶于水。
腺嘌呤
H2O
腺嘌呤脱氨酶
鸟嘌呤
H2O
鸟嘌呤脱氨酶
NH3
次黄嘌呤
黄嘌呤氧化酶
NH3
黄嘌呤
H2O+O2
H2O2
黄嘌呤
氧化酶
H2O+O2
（灵长类以外的哺乳动物） 尿酸氧化酶
子物质合成嘧啶核苷酸的过程。 (2)原料：Gln、CO2、Asp、R-5-P（合成
dTMP尚需一碳单位） (3)合成部位：肝为主，胞液。
（4） 大致 过程：
（5）合成特点： 〈1〉先合成嘧啶环，后与R-5-P结合。 〈2〉先合成UMP、再转化生成CTP、dTMP等
〈二〉补救合成
利用嘧啶、嘧啶核苷合成嘧啶核苷酸的 过程。
IMP → → →AMP﹑GMP
合成IMP：十一步反应
IMP转为AMP 和GMP
特点： 〈1〉在R-5-P分子上逐步合成嘌呤核苷酸， 而不是先单独合成嘌呤环再和R-5-P 结合。 〈2〉先合成IMP再转化生成AMP、GMP。
（二） 嘧啶核苷酸的全合成
1、从头合成途径 (1)概念：机体利用AA、CO2、R-5-P等小分
二、核苷酸的半合成
〈一〉嘌呤核苷酸的补救合成 1、定义——某些组织器官利用游离的碱基 或核苷为原料合成核苷酸的途径。 2、简单过程：
ÏÙ àÑ ßÊ + PRPP APRT AMP + PPi
´Î »Æ àÑ ßÊ +PRPPHGPRT IMP+PPi
Äñ àÑ ßÊ +PRPP HGPRT GMP+PPi
1、概念——机体利用AA、CO2、一碳基团及 R-5-P等小分子物质合成嘌呤核苷酸的过程。
2、原料：Gly、Gln、Asp、CO2、一碳基团、
R-5-P 3、合成部位：肝（主要）、小肠粘膜、胸腺的
胞液中。
大致过程：
〈1〉首先合成IMP：十一步反应
5-磷酸核糖→ → →次黄嘌呤核苷酸（IMP）
〈2〉IMP转为AMP和GMP
H2O
二氢嘧啶酶
NH3+CO2+β -氨基异丁酸 脲基丙酸酶 β -脲基异丁酸
H2O
第三节 核苷酸的生物合成
一、核苷酸的全合成
（一）嘌呤核苷酸的全合成途径： 又称从头合成途径（de novo synthesis）:
不以现成的碱基为原料，而是以磷酸核糖﹑氨基酸 ﹑一碳单位﹑CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反 应，合成嘌呤核苷酸的过程。（主要合成途径，肝组织 进行此途径）
H2O
Pi
Pi 1-磷酸核糖
嘧啶的降解：这是一个还原降解过程。
胞嘧啶脱氨酶
二氢尿嘧啶脱氢酶
Hale Waihona Puke • 胞嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶
H2O NH3
NH3+CO2+ β -丙氨酸
NAD(P)H+H+ NAD(P)+
H2O 二氢嘧
啶酶
脲基丙酸酶
β -脲基丙酸
H2O
二氢尿嘧啶脱氢酶
• 胸腺嘧啶
二氢胸腺嘧啶
NAD(P)H+H+ NAD(P)+
ÏÙ àÑ ßÊ ºË ÜÕ ÏÙÜÕ¼¤Ã¸AMP
ATP ADP
（二） 嘧啶核苷酸的补救合成
嘧啶 磷酸核糖转移酶
⒈ 嘧啶(U﹑T)＋PRPP
磷酸嘧啶核苷 ＋ PPi
尿苷 磷酸化酶
⒉ 尿嘧啶 ＋ 1-磷酸核糖
尿嘧啶核苷 ＋ Pi
⒊ 尿嘧啶核苷 ＋ ATP 尿苷激酶 UMP ＋ ADP
胸苷激酶
⒋ 脱氧胸苷＋ ATP
尿囊素
H2O2
尿酸 （人类和灵长类动物、
H2O 尿囊 （植物） 素酶
尿囊酸
CO2+H2O2 2H2O+O2
爬虫、鸟类）
尿囊酸酶
（鱼类、两栖类）
尿素 + 乙醛酸
H2O
2H2O
脲酶
4NH3 + 2CO2
（海洋无脊椎动物）
尿酸与痛风症的关系
血中尿酸含量升高时，尿酸盐晶体在组织中沉积， 形成痛风症。
受累组织器官： 关节﹑软骨﹑肾﹑软组织 病变： 关节炎﹑肾病﹑尿路结石 病因： 酶缺陷﹑高嘌呤饮食﹑核酸大量分解﹑肾病 治疗： ⑴药物：别嘌呤醇
dTMP ＋ ADP
2、补救合成途径（salvage pathway）: 利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过
程，合成嘌呤核苷酸的过程。（脑﹑骨髓等只能 进行此途径）
脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA
核糖核酸外切酶:只作用于RNA 二.核酸内切酶:从核酸分子内部切断3’，5’-磷酸二酯
键。
特定部位的—限制性内切酶 内切酶
RDNNAA
外切酶
某些核酸外切酶对RNA、DNA均有作用：
牛脾磷酸二酯酶 3-核苷酸
蛇毒磷酸二酯酶 5-核苷酸
核酸的酶促降解 1、核酸酶：作用于DNA和RNA
⑵ 治疗原发病 ⑶ 进食低核酸饮食
二、嘧啶核苷酸的降解 〈一〉部位：主要在肝脏 〈二〉终产物：C、U分解的终产物为：β -丙氨
酸、NH3、CO2 T分解的终产物为：β -氨基异丁酸、NH3、
CO2 〈三〉特点：嘧啶环被彻底打破，产物易溶于水
嘧啶核苷酸的分解
嘧啶核苷酸 核苷酸酶 嘧啶核苷 核苷磷酸化酶 嘧啶碱→ → →
第十章 核酸的降解和核苷酸代谢 要求掌握： •核酸的降解（尤其是酶促降解）。 •各种核酸降解的特点及主要产物。 •掌握核苷酸的生物合成（主要是嘌呤、嘧啶核糖 核苷酸生物合成的原料）。
第一节 核酸酶促降解
核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶,按其作 用位置分为: 一.核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3’端或5’端）， 逐个水解下核苷酸。
2、外切核酸酶：作用于核酸链的一端，逐个切下核苷酸， 属非特异的磷酸二酯酶
3、内切核酸酶：特异水解多核苷酸内部各键，为特异的磷 酸二酯酶。 4、脱氧核糖核酸酶：专一水解DNA内切酶。
5、限制性内切酶：高度专一、识别并水解外源双链DNA的 内切核酸酶。
限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解 外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割DNA,常作为 工具酶。