核酸的酶促降解和核苷酸代谢(1)
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核酸降解与核苷酸代谢
嘧啶碱的分解
不同生物嘧啶碱的分解过程也不 一样，一般情况下含氨基的嘧啶要 先水解脱去氨基，脱氨基也可以在 核苷或核苷酸水平上进行。
2.嘧啶碱的分解
NH 2 N
N
O
H
-NH2
β－丙氨酸
O
NH
二氢尿嘧啶
N
O
H
（开环）
H2O
H2O
β－脲基丙酸
嘧啶还原途径的分解
-CH3
嘧啶分解
• 其中二氧化碳经呼吸道排出体外，氨在
AMP激酶
AMP + ATP —— 2ADP
glycolytic enzymes or oxidative phosphorylation
ADP —— ATP
2 .ATP通过核苷单磷酸激酶生成其他NDP
ATP + NMP —— ADP + NDP
3.NTP的生成
核苷二磷酸激酶
XTP + NDP
XDP + NTP
肠黏膜细胞中还有核苷酸酶 (磷酸单 酯酶)，水解核苷酸为核苷和Pi。
脾、肝等组织中的核苷酶进一步水解 核苷为戊糖和碱基。
核酸酶
核酸
核苷酸酶
核苷酸
磷酸
核苷酶
核苷
戊糖
碱基
（嘌呤碱，嘧啶碱）
核酸酶(Nuclease)
核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水 解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脱氧核 糖核酸酶(DNase)，其中能水解核酸分子 内磷酸二酯键的酶又称为核酸内切酶 (endonuclease)，从核酸的一端逐个水解 下核苷酸的酶称为核酸外切酶 (exonuclease)。
NH 2 N
N
N H
N
核酸降解和核苷酸代谢
R-5'-P
R-5'-P
5-氨基咪唑-4-羧酸 核苷酸（CAIR）
5-氨基咪唑核苷酸 （AIR）
甲酰甘氨咪核苷酸 （FGAM）
O
C
HO
C
C H2N
N Asp
H2O
ATP
CH
N
合成酶
R-5'-PFra bibliotekCOOH OC
HC N C H
CH2
C
H2N COOH
延胡索酸 N
CH
N
裂解酶
R-5'-P
O
C
H2N
C
C H2N
二、嘌呤核苷酸的降解
AMP
GMP
嘌呤核苷酸的结构
AMP GMP
H(I) 黄嘌呤氧化酶
（次黄嘌呤）
X
G
（黄嘌呤）
黄嘌呤 氧化酶
嘌呤碱的最终 代谢产物
腺嘌呤脱氨酶含量极少 腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性较高
腺嘌呤脱氨基主要在 核苷和核苷酸水平
鸟嘌呤脱氨酶分布广
鸟嘌呤脱氨基主要 在碱基水平
嘌呤类在核苷酸、核苷和碱基三个水平上的降解
1. 从头合成途径
（1）尿嘧啶核苷酸的合成
2ATP 2ADP+Pi
Gln + HCO3氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ
(CPS-Ⅱ )
H2N C OPO3H2 + Glu
O
氨甲酰磷酸
CO2 + NH3 + H2O
2ATP N-乙酰谷氨酸
2ADP+Pi
氨基甲酰磷酸
Pi
线粒体
鸟氨酸
瓜氨酸
鸟氨酸循环
鸟氨酸
尿素
核酸的降解和核苷酸代谢(1)
大肠杆菌核糖核苷酸还原酶R2亚基
IMP/GMP+PPi PCR(聚合酶链式反应) （5-磷酸核糖-1-焦磷酸） 肝、肾、胰、心、脑、肉馅、肉汁、沙丁鱼、鱼卵、小虾 PCR(聚合酶链式反应) 1 嘌呤核苷酸的生物合成 ④组成辅酶,如腺苷酸可作为NAD＋、NADP＋、FMN、FAD及CoA等的组成成分; 嘌呤核苷酸的补救合成2 第二类 含嘌呤中等的食物 (每100g食物含嘌呤75～100mg) 甲基丙二酸单酰辅酶A→琥珀酸CoA 一些微生物如乳酸杆菌、枯草杆菌等则以核苷三磷酸为还原底物。 （N10-CHO FH4） PCR：polymerase chain reaction 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、CO2等简单物质为原料。 3 脱氧核糖核酸酶(DNase) AMP + PPi IMP/GMP+PPi 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、CO2等简单物质为原料。 利用体内游离的碱基或核苷，反应较简单。 黄嘌呤氧化酶(Xanthine Oxidase)
解 鸟苷酸 27mmol/L (4.
鲤鱼、贝壳类、鳗鱼、熏火退、猪肉、小牛肉； IMP/GMP+PPi
痛风的药物治疗：别嘌呤醇
脱氨酶
通常是在核苷二磷酸水平上发生还原反应；
次黄嘌呤 黄嘌呤
AMP + PPi 一些微生物如乳酸杆菌、枯草杆菌等则以核苷三磷酸为还原底物。
黄嘌呤 第四类 含嘌呤很少的食物
②储存能量,三磷酸核苷酸尤其是ATP是细胞的主要能量形式，一些活化的中间产物，如UDP葡萄糖，亦含有核苷酸成分;
• 第三类 含嘌呤较少的食品(每100g食物含嘌呤<75mg) – 龙虾、蟹 ；火腿、羊肉、鸡；麦片、面包、粗粮 ； – 芦笋、四季豆、菜豆、菠菜、蘑菇、干豆类、豆腐
生物化学_09 核酸降解和核苷酸的代谢
IMP转变为GMP和 转变为GMP （3）IMP转变为GMP和AMP
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）
核苷磷酸化酶
嘌呤核苷 + 磷酸 腺嘌呤 + 5-PRPP
次黄嘌呤(鸟嘌呤) 磷酸核糖转移酶
嘌呤碱 + 戊糖-1-磷酸 AMP + PPi
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
基因组DNA 基因组 不被切割
限制—修饰的酶学假说 限制 修饰的酶学假说 1968年，Meselson 和Yuan发现了 型限制性核酸内切酶 年 发现了I型限制性核酸内切酶 发现了 1970年，Smith和Wilcox从流感嗜血杆菌中分离纯化了 年 和 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 第一个 型限制性核酸内切酶Hind II 型限制性核酸内切酶
（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
乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+ 二氢乳清酸脱氢酶
乳清苷酸脱羧酶
（3） 胞嘧啶核苷酸的合成
尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln（动物） 细菌） 尿嘧啶核苷三磷酸可直接与 （动物） 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。
二、脱氧核糖核酸酶
只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 DNA磷酸二酯键的酶 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ） 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ）： 可切割双链和单链DNA 降解产物为3 DNA， 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。 为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶： 限制性核酸内切酶： 细菌产生的、能识别并特异切割外源DNA DNA特定 细菌产生的 、 能识别并特异切割外源 DNA 特定 中的磷酸二脂键( 序列中的磷酸二脂键 对碱基序列专一） 序列中的磷酸二脂键(对碱基序列专一）的核酸内 切酶。 切酶。
第八章 核酸的酶促降解
平齐末端 5ˊ突出的粘性末端 3ˊ突出的粘性末端 粘性末端： 经限制性内切酶水解后形成的线状双链 DNA 中每条单链的一端带有 识别顺序中的几个互补碱基，这样的末端称为粘性末端。 d.由于Ⅱ型限制性内切酶识别并切割特定顺序，使大分子 DNA 产生特定片段， 这是重组 DNA 技术和快速测序法得以建立的重要基础。作为分子生物学技术的工具，
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 1 页 共 8 页
第八章 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 核苷酸的降解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢
1
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 8 页
一、降解方式
3
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 8 页
应用极广。
限制性内切酶的命名较为特殊：如大肠杆菌的一种限制性内切 E——EcoRI
E coR I
细菌属
酶编号
菌名 菌株
5ˊ pGAATTCp
3ˊ 5ˊ pG pAATTCp
3ˊ
3ˊ pCTTAAG
5ˊ 3ˊ pCTTAAp Gp 5ˊ
5
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R5 P ATP
Gln Gly
甲酸
CO2 甲酸 Gln Asp
G TP A sp
AMP
PRPPP P OCH2 O P P
IMP GMP
G ln A T P
二、嘧啶核苷酸的合成
（一）嘧啶环组成成分来源
氨甲酰磷酸 Asp
UDP
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第八章 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 核苷酸的降解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢
1
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一、降解方式
3
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 8 页
应用极广。
限制性内切酶的命名较为特殊：如大肠杆菌的一种限制性内切 E——EcoRI
E coR I
细菌属
酶编号
菌名 菌株
5ˊ pGAATTCp
3ˊ 5ˊ pG pAATTCp
3ˊ
3ˊ pCTTAAG
5ˊ 3ˊ pCTTAAp Gp 5ˊ
5
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R5 P ATP
Gln Gly
甲酸
CO2 甲酸 Gln Asp
G TP A sp
AMP
PRPPP P OCH2 O P P
IMP GMP
G ln A T P
二、嘧啶核苷酸的合成
（一）嘧啶环组成成分来源
氨甲酰磷酸 Asp
UDP
核酸的酶促降解与苷酸代谢
C
HN
CH
C O
CH
N H
尿嘧啶
NADPH
+ H+
NADP +
O
C
HN
C H2
C
CH 2
O
N H 二氢尿嘧啶
H 2O
H 2N
C O
CO OH C H2
CH 2 N H
H 2O
H 2N
CH 2 CH 2 CO OH
β-丙 氨 酸
HN C
O
HN C
O
O
C C CH 3
CH N H
NADPH
胸腺嘧啶 + H+
两栖类------尿素、乙醛酸
医学ppt
10
最终产物
人、灵长类、鸟类、爬行类等------尿酸 其他哺乳动物----尿囊素 硬骨鱼类------尿囊酸 两栖类------尿素、乙醛酸 植物---------尿囊酸
医学ppt
11
二
嘧 啶 的 分 解
N
C O
NH 2 C
CH
CH
N H
胞嘧啶
NH 2
O
医学ppt
6
第二节 核苷酸的分解代谢
一、核苷酸的分解代谢 二、嘌呤的分解代谢 三、嘧啶的分解代谢
医学ppt
7
一、核苷酸的分解代谢
核苷酸 核苷酸酶 核苷 核苷酶 碱基 ＋ 核糖
Pi
核苷磷酸化酶
1-磷酸核糖 碱基
医学ppt
8
二、嘌呤的分解
NH2
N
N
N
N H
O HN
N O
HN
H2N
N
O
N
核酸的酶促降解和核苷酸代谢客观题带答案
核酸的酶促降解和核苷酸代谢（客观题带答案）核酸的酶促降解和核苷酸代谢一、名词解释1.核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylase)：能分解核苷生成含氮碱和戊糖的磷酸酯的酶。
2.从头合成(de novo synthesis )：生物体内用简单的前体物质合成生物分子的途径，例如核苷酸的从头合成。
3.补救途径(salvage pathway)：与从头合成途径不同，生物分子的合成，例如核苷酸可以由该类分子降解形成的中间代谢物，如碱基等来合成，该途径是一个再循环途径。
4.限制性内切酶:二、单选题（在备选答案中只有一个是正确的）（ 3 ）1．嘌呤核苷酸从头合成时首先生成的是：①GMP; ②AMP; ③IMP; ④ATP（ 2 ）2.提供其分子中全部N和C原子合成嘌呤环的氨基酸是：①天冬氨酸; ②甘氨酸; ③丙氨酸; ④谷氨酸（ 1 ）3.嘌呤环中第4位和第5位碳原子来自下列哪种化合物？①甘氨酸②天冬氨酸③丙氨酸④谷氨酸（ 3 ）4.嘌呤核苷酸的嘌呤核上第1位N原子来自①Gly②Gln③ASP④甲酸三、多项选择题1.嘧啶分解的代谢产物有：(ABC)A．CO2; B．β-氨基酸C．NH3D．尿酸2.嘌呤环中的氮原子来自(ABC)A．甘氨酸; B．天冬氨酸; C．谷氨酰胺; D．谷氨酸四、填空题1．体内脱氧核苷酸是由____核糖核苷酸_____直接还原而生成，催化此反应的酶是____核糖核苷酸还原酶______酶。
2.人体内嘌呤核苷酸分解代谢的最终产物是______尿酸______，与其生成有关的重要酶是___黄嘌呤氧化酶_________。
3.在生命有机体内核酸常与蛋白质组成复合物，这种复合物叫做染色体。
4.基因表达在转录水平的调控是最经济的，也是最普遍的。
五、问答题：1.降解核酸的酶有哪几类？举例说明它们的作用方式和特异性。
2.什么是限制性内切酶？有何特点？它的发现有何特殊意义？3．简述蛋白质、脂肪和糖代谢的关系？蛋白质AA糖EMP 丙酮酸乙酰辅酶A TCA脂肪甘油脂肪酸六、判断对错：（对）人类和灵长类动物缺乏尿酸氧化酶，因此嘌呤降解的最终产物是尿酸。
核酸的酶促降解与核苷酸代谢
A+P R P P
A M P+P P i
腺 嘌 呤
次 黄 嘌 呤 / 鸟 嘌 呤 磷 酸
G /I +P R P P
G M P /IM P+P P i
鸟 嘌 呤 / 次 黄 嘌 呤
核 糖 转 移 酶
2024/6/22
（三）、 嘧啶核苷酸的合成
嘧啶环各原子的来源 氨基甲酰磷酸
C
4
N3
5C
C2 6C
1
N
一、 核苷酸的生理功能
1、 核酸合成的原料：
2、 能量的利用形式： ATP、GTP、UTP、CTP
3、 参与代谢和生理调节： ATP/ADP/AMP, cAMP、 cGMP
4、 组成辅酶（基）：腺苷酸
5、 活性中间代谢物：UDPG、ADPG葡萄糖:糖原合成
• 合成
CDP- 胆碱:磷酸甘油酯
2024/6/22
作用于核糖或 脱氧核糖核苷
作用于核糖核苷
2024/6/22
核苷
2024/6/22
பைடு நூலகம்
（一）、嘌呤核苷酸的分解代谢
2024/6/22
（二）、嘧啶核苷酸的分解代谢
嘧啶核苷酸
胞嘧啶 尿嘧啶
嘧啶碱+磷酸核糖 NH3、CO2、β-丙氨 酸
胸腺嘧啶
NH3、CO2、β-氨基异丁酸
2024/6/22
N H2 C N CH
11）FAICAR脱水环化，生成IMP
2024/6/22
2024/6/22
腺苷酸代琥珀酸 2.AMP和GMP的生成 腺苷酸
次黄嘌呤 核苷酸
2024/6/22
黄嘌呤核苷酸
鸟苷酸
2024/6/22
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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(自学)
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(自学)
嘌呤环上各原子的来源
来自CO2
来自天冬氨酸
来自甘氨酸
来自“甲酸盐”
来自“甲酸盐”
来自谷氨酰胺的酰胺氮
5-磷酸核糖焦磷酸
甘氨酸
5-磷酸 核糖胺
SH 硫氧还蛋白 （还原型） SH
硫氧还蛋白 还原酶
FAD
NADPH+H+
S 硫氧还蛋白 （氧化型） S
P-P-CH2
O
N
ATP 、Mg2+ 核糖核苷酸还原酶
P-P-CH2
O
N
+ H2O
OH OH 核糖核苷二磷酸
OH H 脱氧核糖核苷二磷酸
P-P-CH2
O
N
核糖核苷酸的还原反应
OH OH
核糖核苷二磷酸
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。
酶活性 调节位点
R1亚基
活性位点
R2亚基
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
O HN
ON dR-P
胸腺嘧啶核苷酸合成酶
N5、N10—CH2 — FH4
FH2
O
HN
CH3
ON dR-P
二氢叶酸 还原酶
Ser羟甲基 转移酶
NADP++Gly
磷酸核糖转移酶
嘌呤+PRPP
A(G)MP+PPi
嘌呤+1-P-核糖
嘌呤核苷 ATP
ADP A(G)MP
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
CTP合成酶
UMP UDP UTP
CTP
ATP Gln H2O
嘧啶环上各原子的来源
H2N-CO- P
氨甲酰磷酸
• 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
‥ ‥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 ‥‥
甲酰THFA
甲酰甘氨咪核苷酸
IMP的 生物合成
甲酰甘氨酰胺核苷酸
甘氨酰胺核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑-4-羧核苷酸 5-氨基咪唑-4-琥珀基 -甲酰胺核苷酸
次黄嘌呤核苷酸
（IMP）
5-甲酰氨基咪唑4-氨甲酰核苷酸
5-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（自学）
六核苷酸，粘端切口
Sma I
‥ ‥C C C G G G ‥‥ ‥ ‥G G G C C C ‥‥
六核苷酸，平端切口
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。
1、核酸酶的分类
（1）根据对底物的 专一性分为
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 （2）根据切割位点分为 核酸外切酶
2、核酸酶的作用特点
外切核酸酶对核酸的水解位点
BBBBBBBB
5´ p
p
p
p
p
p
p
p
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）
内切核酸酶对RNA的水解位点示意图
Py Pu Py Py G A C U G A
1´
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
OH
5´
3´
RNAase I RNAase I RNAase T1
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）。
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
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（自学）
四、各种核苷酸的相互转变
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。
第一节 核酸的酶促降解 第二节 核苷酸的分解代谢
第三节 核苷酸的合化酶
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
核酸酶
NH3 CO2
4
C
N3
C5
C2
C6
1
N
天冬氨酸
尿嘧啶核苷酸合成途径
嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）
尿嘧啶+PRPP 尿嘧啶+1-P-核糖 尿嘧啶核苷+ATP
UMP+PPi 尿嘧啶核苷+Pi UMP+ADP
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
核糖核苷酸的还原反应
NADP+
六核苷酸，粘端切口
Eco R I Hind Ⅲ
‥ ‥G A A T T C ‥‥ ‥ ‥C T T A A G ‥‥
‥ ‥A A G C T T‥‥ ‥ ‥T T C G A A ‥‥
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 ‥‥
ATP 、Mg2+ 核糖核苷酸还原酶
P-P-CH2
O
N
+ H2O
OH H
脱氧核糖核苷二磷酸
SH 硫氧还蛋白
S 硫氧还蛋白
SH
S
硫氧还蛋白
还原酶
S 谷氧还蛋白
S
SH 谷氧还蛋白
SH
谷氧还蛋白
还原酶
FAD
FADH2
GSSG
谷胱甘肽 还原酶
2GSH
NADPH+H+
NADP+
核糖核苷酸还原酶示意图
底物特异性 调节位点