核酸的酶促降解和核苷酸代谢
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核酸的酶促降解和核苷酸代谢
11 核酸的酶促降解和核苷酸代谢
11.1 核酸的酶促降解 11.2 核苷酸的分解代谢 11.3 核苷酸的生物合成
核苷
核苷酶
戊糖
核酸
核酸酶
核苷酸
核苷酸酶
磷酸
碱基
嘌
嘧
呤
啶
分
分
解
解
11.1 核酸的酶促降解
生物体内存在着多种降解核酸的酶类，称为核酸 酶(nuclease) ，它在核酸降解和周转中起着重 要作用。
11.1.2 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，切断双链或单链，作为外切酶有 5→3切割或3→5切割。
例如牛胰脱氧核糖核酸酶(DNase Ⅰ)，可切割 双链和单链DNA，产物为5-磷酸为末端的寡 核苷酸；牛脾脱氧核糖核酶(DNaseⅡ)降解 DNA产生3-磷酸为末端的寡核苷酸。
核苷经核苷酶(nudeosidase)作用分解为嘌呤碱 或嘧啶碱和戊糖。
分解核苷的酶有两类
①核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylase)广泛 存在于生命机体中，催化反应可逆；
②核苷水解酶(nucleoside hydrolase)主要存在 于植物、微生物体内，只作用于核糖核苷， 催化反应不可逆。
核酸酶分类
底物：脱氧核糖核酸酶(dexyribonuclease,DNase) ， 核糖核酸酶(ribonuclease, RNase) RNase
作用方式：核酸外切酶（exonuclease） 核酸内切酶（endonuclease）
11.1.1 核酸酶 11.1.1.1 外切核酸酶
外切酶作用于核酸链的一端，逐个水解下核 苷酸，是非特异性的磷酸二酯酶。为非特异 性磷酸二酯酶。
11.1 核酸的酶促降解 11.2 核苷酸的分解代谢 11.3 核苷酸的生物合成
核苷
核苷酶
戊糖
核酸
核酸酶
核苷酸
核苷酸酶
磷酸
碱基
嘌
嘧
呤
啶
分
分
解
解
11.1 核酸的酶促降解
生物体内存在着多种降解核酸的酶类，称为核酸 酶(nuclease) ，它在核酸降解和周转中起着重 要作用。
11.1.2 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，切断双链或单链，作为外切酶有 5→3切割或3→5切割。
例如牛胰脱氧核糖核酸酶(DNase Ⅰ)，可切割 双链和单链DNA，产物为5-磷酸为末端的寡 核苷酸；牛脾脱氧核糖核酶(DNaseⅡ)降解 DNA产生3-磷酸为末端的寡核苷酸。
核苷经核苷酶(nudeosidase)作用分解为嘌呤碱 或嘧啶碱和戊糖。
分解核苷的酶有两类
①核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylase)广泛 存在于生命机体中，催化反应可逆；
②核苷水解酶(nucleoside hydrolase)主要存在 于植物、微生物体内，只作用于核糖核苷， 催化反应不可逆。
核酸酶分类
底物：脱氧核糖核酸酶(dexyribonuclease,DNase) ， 核糖核酸酶(ribonuclease, RNase) RNase
作用方式：核酸外切酶（exonuclease） 核酸内切酶（endonuclease）
11.1.1 核酸酶 11.1.1.1 外切核酸酶
外切酶作用于核酸链的一端，逐个水解下核 苷酸，是非特异性的磷酸二酯酶。为非特异 性磷酸二酯酶。
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
19
• 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
20
（3）嘌呤核苷酸合成补救途径
参与补救合成的酶:
医学ppt
27
（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
28
（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
21
•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。
医学ppt
第十章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢精品PPT课件
如牛胰脱氧核糖核酸酶 ( DNaseⅠ），可切割 双链和单链 DNA ，产物为 5′-磷酸为末端的寡核 苷酸。
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’
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’
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。
核酸的降解
第九章核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸在生物体内核酸酶、核苷酸酶、核苷酶等的作用下，分解为氨、尿素、尿囊素、尿囊酸、尿酸等终产物，排泄到体外。
在核酸的分解过程中，产生的核糖可以沿磷酸戊糖途径代谢，产生的核苷酸及其衍生物几乎参与细胞的所有生化过程。
如A TP是生物体内的通用能源；腺苷酸还是几种重要辅酶的组成成分；cAMP和cGMP作为激素作用的第二信使，是生物体内物质代谢的重要调节物质。
第一节核酸的分解代谢动物和异养型微生物可以分泌消化酶来分解食物中的核蛋白和核酸类物质，以获得各种核苷酸、核苷及嘌呤碱、嘧啶碱和戊糖。
植物一般不能消化体外的有机物质。
但所有生物细胞都含有与核酸代谢有关的酶类，能使细胞内的核酸分解，促使核酸更新。
在体内，核酸的分解过程如下：嘌呤碱和嘧啶碱+ 戊糖—1—磷酸。
一、核酸的降解（解聚）在生物体内能催化磷酸二酯键水解而使核酸解聚的酶，称为核酸酶。
其中专一作用于RNA的称为核糖核酸酶（RNase）；专一水解DNA的称为脱氧核糖核酸酶（DNase）。
核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶中，能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶称为核酸内切酶（Endonuclease）；而能从DNA或RNA以及低聚多核苷链的一端逐个水解下单核苷酸的酶称为核酸外切酶（Exonuclease)。
二、核苷酸的降解各种单核苷酸受细胞内磷酸单酯酶或核苷酸酶的作用水解为核苷和磷酸。
核苷在核苷酶的作用下进一步分解。
核苷酶的种类很多，可以分为两大类：一类是核苷磷酸化酶（Nucleoside Phosphorylase），一类是核酸水解酶（Nucleoside hydrolase）。
三、碱基的分解1．嘌呤的分解嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下脱去氨基。
在许多动物体内广泛含有鸟嘌呤脱氨酶，可以催化鸟嘌呤水解脱氨生成黄嘌呤。
但腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性很高。
因此，腺嘌呤的脱氨反应是在腺苷酸和腺苷的水平上进行的。
生物化学合工大第十二章核酸的酶促降解和核苷酸代谢ppt课件
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
HCHLeabharlann CH2N5N，5-NC1H0-OC-HF2H-F4 H4
一碳基团的 S-腺苷蛋氨酸 来源与转变
参与 甲基化反应
N5-CH2-FH4
丝氨酸 FH4
NAD+
NDAH+H+ N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶
N5 N10 - CH2-FH4
为胸腺嘧啶合 成提供甲基
NAD+ NDAH+H+
N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶
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
组氨酸 苷氨酸
FH4
N5， N10 = CH-FH4
参与嘌呤合成
HCOOH FH4
H2O 环水化酶
H+
N10 -CHO-FH4
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
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 6 页 共 8 页
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
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一、降解方式
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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
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 6 页 共 8 页
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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谷氧还蛋白
硫氧还蛋白
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
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
5-磷酸核糖-1-焦磷酸 （Phosphoribosyl pyrophosphate PRPP） PRPP是嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的重要中间产物，也 参与嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的补救合成。它是由PPP代谢途 径中的重要物质5-磷酸核糖经PRPP焦磷酸激酶催化与ATP反应而 生成的，是核苷酸合成的极其重要的前体。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1.1 核酸酶—核酸外切酶
1957年在曲霉(Aspergillus)中分离提纯出RNaseT1，由105个AA组成。专一水解鸟苷 酸二酯键，产生 3-GMP或以3-GMP为末端的寡核苷酸。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1.2脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶(DNase)：专一水解DNA。 内切酶：切断双链或单链。 外切酶：有5→3切割或3→5切割。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
3.5 脱氧核苷酸的合成
2- 脱氧核糖核苷酸是 DNA 合成前体 , 由相应的核苷还原酸通过以氢代替 2OH基团还原得来。通常是在核苷二磷酸水平上发生还原反应 ; 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。 催化核糖环还原 的核糖核酸还原酶有两种类型 第一类酶在自然界广泛分布并存在于哺乳动物细胞中. 由一种以上多肽链 组成,含有非正铁血红素, 对核苷 二磷酸的还原作用有专一性。
第二类酶在某些微生物中，只含有一种多肽链，需要钴胺素(VB12)作为辅 酶,不含非正铁血红素,是在核苷二磷酸还是三磷酸水平上的还原则取 决于酶的来源。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
3.5 脱氧核苷酸的合成
大肠杆菌的I型酶系：含有四种蛋白 硫氧还蛋白(thioredoxin)：是小分子电子传递蛋白，分子中有两个Cys 残基。 硫氧还蛋白还原酶(thforedoxin reductase)：催化下，硫氧还蛋白分子中的 两个Cys残基,在氧化型硫氧还蛋白中Cys之间形成二硫键，由 NADPH供给氢，而被还原为两个-SH，作为核糖核苷酸还原反应 中还原性底物。 蛋白质B1和B2：蛋白质B1和B2是核糖核酸还原酶的不同亚基，B1上有 底物结合部位和变构部位，B2上有催化部位。B1和B2只有合在 一起并且有镁离子存在时，才形成有催化活性的复合物。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
2.1 核苷酸的水解
核苷经核苷酶(nudeosidase) 分解为嘌呤或嘧啶和戊糖。 核苷水解酶(nucleoside hydrolase)
核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylase)
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
2.2 嘌呤的降解
腺嘌呤和鸟嘌呤经脱氨氧化转变为黄嘌呤再进行降解。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
AMP和GMP合成
延胡索酸
天冬氨酸 腺苷酸代琥 珀酸裂解酶 腺苷酸代琥 珀酸合成酶
腺苷酸
次黄嘌呤 脱氢酶 黄嘌呤-谷氨 酰胺 氨基转 移酶（GMP 合成酶）
黄嘌呤
鸟苷酸
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
3.2 嘌呤核苷酸合成的调控
Regulatory mechanisms in the biosynthesis of adenine and guanine nucleotides in E. coli. Regulation of these pathways differs in other organisms.
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
嘧啶碱的直接利用
尿嘧啶磷酸核糖转移酶催化尿嘧啶转变成尿苷酸，目前
尚未发现胞嘧啶磷酸核糖转移酶 。在 UMP的生物合成途径
中，有乳清酸磷酸核糖转移酶催化乳清酸生成乳苷酸的反应。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
核苷的直接利用
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
胸腺嘧啶核苷酸的合成
胸腺嘧啶脱氧核苷酸，由dUMP在dTMP合成酶催化下甲基化生成, 叶酸衍 生物作为一碳单位供体和还原剂。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
胸腺嘧啶核苷酸的合成与肿瘤抑制
重氮丝氨酸 氟尿嘧啶
阿西维辛
甲氨蝶呤
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
3.4 核苷酸合成的救补途径(salvage pathway)
哺乳动物和微生物中，存在许多催化嘌呤和嘧啶合成单 核苷酸的酶，使核酸降解产物或外源补充的碱基得到直接利 用。
用放射性同位素标记的碱基和核苷，常常用于
研究核酸 合成，其原理就是依据“补救途径”。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
嘌呤碱的直接利用
哺乳动物和微生物中，存在许多催化嘌呤和嘧啶 合成单核苷酸的酶，使核酸降解产物或外源补充的碱 基得到直接利用。
核酸 核酸酶 核苷酸
核苷
核苷酸酶 碱基 嘌 呤 分 解 嘧 啶 分 解
磷酸
戊糖
核苷酶
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1 核酸的酶促降解
生物体内存在多种降解核酸酶类，统称为核酸酶(nuclease) ,在核酸降解和周转中 起着重要作用。ຫໍສະໝຸດ 核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1.1 核酸酶—核酸外切酶
外切酶作用于核酸链一端，逐个水解下核苷酸，是非特异性磷酸二酯酶。 蛇毒磷酸二酯酶从DNA或RNA的游离3-羟基端开始，逐个水解下5-核苷酸； 牛脾磷酸二酯酶从游离 5-羟基端开始，逐个水解下3-核苷酸。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
3 核苷酸的生物合成
从头合成(de novo synthesis)
合成途径
利用氨基酸、磷酸戊糖、CO2和NH3等简单的化 合物合成核苷酸。 救补途径(salvage pathway) 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。
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
3.3 嘧啶核苷酸的合成
Pyrimidine nucleotides are made from aspartate, PRPP, and carbamoyl phosphate.
尿嘧啶的生物合成
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
胞嘧啶的生物合成 尿嘧啶核苷酸转变为胞嘧啶核苷酸是在核苷三磷酸的 水平上进行的。 在细菌中UTP直接与NH3作用产生CTP。动物组织中由 Gln提供NH3，反应要有ATP供能，由CTP合成酶催化 反应。
尚未发现有碱基专一性DNase，但有序列专一性，即限制性 内切酶(restriction endonuclease)。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1.3 限制性内切酶(restriction endonuclease)
限制性内切酶，restriction enzyme，在某些细菌细胞内存在的一类能识别 一定序列并水解外源dsDNA的核酸内切酶，并形成粘性末端（"sticky" ends） 或平齐末端（“blunt" ends） 。
生物体内核苷酸常以核苷二磷酸(d)NDP ，核苷三磷酸(d) NTP形式参与合成 反应。是在 (d) NMP 水平上，ATP提供Pi，由相应专一激酶催化合成的。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成
核苷二磷酸激酶(nucleoside diphosphoate kinase)使核 苷二磷酸和核苷三磷酸相互转变。 核苷二磷酸激酶特异性很低，所有核苷二磷酸和核苷 三磷酸都可以作为磷酸根的受体和供体。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
“blunt" ends
回文结构
"sticky" ends
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
限制性内切酶命名
EcoRI： 第1个大写E：大肠杆菌属名(Escherichia)第1个字母； 第2,3小写co：种名(coli)的头两个字母； 第4个大写R： 所用大肠杆菌的菌株； 第5个罗马字：从该细菌中分离出来这一类酶的编号。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
xanthine oxidase
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
嘌呤代谢与痛风（gout） 黄嘌呤氧化酶（Xanthine oxidase）
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
次黄嘌呤 别嘌呤醇
奥昔嘌醇
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
2.3 嘧啶的降解
嘧啶分解时有氨基的首先水解脱氨基。 胞嘧啶首先水解脱氨基，转化为尿嘧啶。 尿嘧啶和胸腺嘧啶经还原打破环内双键，水解开环成链状化合物，再水解 成CO2, NH3, -丙氨酸，-氨基异丁酸， -氨基异丁酸脱氨基后进入有机酸代 谢或直接排出体外。
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
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
2 核苷酸的分解代谢
核苷酸经核苷酸酶(nucleotidase)催化，水解为核苷及无机 磷酸。 非特异性的核苷酸酶，能作用于一切核苷酸。 特异性强的核苷酸酶只能水解3-核苷酸或5-核苷酸，分 别称为3-核苷酸酶或5-核苷酸酶。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1 核酸的酶促降解
2 核苷酸的分解代谢
3 核苷酸的生物合成
第三部分：生物大分子前体的合成
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
基本要求： （1）掌握常见核酸酶、核苷酸的合成代谢 （2）理解核苷酸的合成的补救途径 （3）了解核苷酸的分解代谢
教学重点及难点：
（1）限制性内切酶 （2）核苷酸的合成代谢
核苷酸的生物合成与癌症治疗
北宋（ 1170年）东轩居士著《卫济宝书》：“痈疽五发，一 曰癌……”。
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