1、第九章 核酸的降解与核苷酸代谢核酸的降解与核苷酸代谢本章重点与难点本章重点与难点重点：了解核酸的酶促降解及核苷酸合成重点：了解核酸的酶促降解及核苷酸合成与分解途径特点，掌握嘌呤环、嘧啶环的与分解途径特点，掌握嘌呤环、嘧啶环的原子来源；了解核苷酸水解酶类，特别是原子来源；了解核苷酸水解酶类，特别是限制性内切酶作用的特点。限制性内切酶作用的特点。难点：嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成途径难点：嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成途径异同点，不同种类的生物分解嘌呤碱的终异同点，不同种类的生物分解嘌呤碱的终产物。产物。第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸核酸(RNA(RNA与
2、与DNA)DNA)胰核酸酶胰核酸酶RNA酶酶DNA酶酶(磷酸二酯酶磷酸二酯酶)单核苷酸单核苷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶磷酸单酯酶)核苷核苷磷酸磷酸核苷酶核苷酶(水解或磷酸解水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖戊糖或磷酸戊糖碱基碱基核酸的消化核酸的消化排出，很排出，很少利用少利用 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+戊糖戊糖-1-P磷酸磷酸外切核酸酶外切核酸酶对核酸的水解位点对核酸的水解位点5 p p p pOHB p p p p3 BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（5 5 端外切端外切蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯
3、酶（3 3 端外切端外切单链核酸外切酶：核酸外切酶VII（ExoVII）双链核酸外切酶：核酸外切酶双链核酸外切酶：核酸外切酶 III（ExoIII）,特异特异性地从性地从3 端外切端外切 双链核酸外切酶：双链核酸外切酶：l l 核酸外切酶核酸外切酶（l lExo）,特异特异性地从性地从5 端外切端外切Bal31核酸酶核酸酶单链内切双链外切的核酸酶单链内切双链外切的核酸酶二、限制性内切酶二、限制性内切酶50年代初发现了由寄主控制的限制和修饰现象年代初发现了由寄主控制的限制和修饰现象l l(B)l l(K)大肠杆菌大肠杆菌B大肠杆菌大肠杆菌K11410 410 4E.O.P 成斑率成斑率effic
4、iency of plating限制限制修饰的酶学假说修饰的酶学假说l l(B)l l(B)酶切位点酶切位点不被修饰不被修饰噬菌体噬菌体DNA被切割被切割酶切位点酶切位点被修饰被修饰基因组基因组DNA不被切割不被切割1968年，年，Meselson 和和Yuan发现了发现了I型限制性核酸内切型限制性核酸内切酶；酶；1970年，年，Smith和和Wilcox从流感嗜血杆菌中分离纯化从流感嗜血杆菌中分离纯化了第一个了第一个II型限制性核酸内切酶型限制性核酸内切酶Hind II。限制性核酸内切酶的类型限制性核酸内切酶的类型首先由首先由M.Meselson和和R.Yuan在在1968年从年从大肠杆菌大
5、肠杆菌 B株和株和 K株分离的。株分离的。（1）识别位点序列）识别位点序列EcoB：TGA(N)8TGCT EcoK：AAC(N)6GTGC1.I型限制性内切酶 如如 EcoB和和 EcoK。未甲基化修饰的特异序列。未甲基化修饰的特异序列。需需ATP、Mg2+和和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。腺苷蛋氨酸）。（3）作用机理）作用机理在距离特异性识别位点约在距离特异性识别位点约10001500 bp处随机切开一条单链。处随机切开一条单链。Recognize sitecut1-1.5kb（2）切割位点首先由首先由H.O.Smith和和K.W.Wilcox在在1970年从流感嗜血菌中分离出来。年从流感嗜血
6、菌中分离出来。（1）识别位点序列）识别位点序列未甲基化修饰的双链未甲基化修饰的双链DNA上的特殊靶序上的特殊靶序列（多数是回文序列）。列（多数是回文序列）。与与DNA的来源无关。的来源无关。2.II类限制性内切酶 分离的第一个酶是分离的第一个酶是Hind EcoR I 5-GAATTC-3 3-CTTAAG-5 Pst I 5-CTGCAG-3 3-GACGTC-5 产生粘性末端产生粘性末端EcoR V 5-GATATC-3 3-CTATAG-5 产生平齐末端产生平齐末端（2）切割位点切开双链切开双链DNA。形成粘性末端（。形成粘性末端（sticky end）或平齐末端（）或平齐末端（blun
7、t end）。如：）。如：识别位点处。识别位点处。（3）粘性末端（sticky ends，cohensive ends）含有几个核苷酸单链的末端。含有几个核苷酸单链的末端。分两种类型：分两种类型：5端凸出（如端凸出（如EcoR I切点）切点）GAATTC CTTAA G G AATTC CTTAAG5-3 3-5 5-3 3-5 CTGCAG 3端凸出（如Pst I切点）GACGTC 5-3 3-5 5-3 3-5 CTGCA G G ACGTC 3.III类限制性内切酶 在完全肯定的位点切割在完全肯定的位点切割DNA，但反应，但反应需要需要ATP、Mg2+和和SAM（S-腺苷蛋氨腺苷蛋氨酸）
8、。酸）。用途不大。用途不大。限制性核酸内切酶的类型限制性核酸内切酶的类型主要特性主要特性 I 型型 II 型型 III 型型限制修饰限制修饰多功能多功能单功能单功能双功能双功能蛋白结构蛋白结构异源三聚体异源三聚体同源二聚体同源二聚体异源二聚体异源二聚体辅助因子辅助因子ATP Mg2+SAMATP Mg2+SAMMg2+识别序列识别序列TGAN8TGCT旋转对称序列旋转对称序列GAGCCAACN6GTGCCAGCAG切割位点切割位点距识别序列距识别序列1kb处处识别序列内或附近识别序列内或附近 距识别序列下游距识别序列下游随机性切割随机性切割特异性切割特异性切割24-26bp处处限制性核酸内切酶
9、的命名限制性核酸内切酶的命名限制性核酸内切酶的命名限制性核酸内切酶的命名属名属名 种名种名 株名株名H i n d III H i n d IIIHaemophilus influenzae d 嗜血流感杆菌嗜血流感杆菌d株株同一菌株中所含的多个不同的限制性核酸内切酶同一菌株中所含的多个不同的限制性核酸内切酶限制酶前面要带上限制酶前面要带上R（Restriction)，修饰酶前面要带上修饰酶前面要带上M（Modification）。）。核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+（脱氧）戊糖（脱氧）戊糖-1-P磷酸磷酸嘌嘌呤呤的的分分解解嘧嘧啶啶的的分分解解一、
10、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一、核糖核苷酸的生物合成一、核糖核苷酸的生物合成1 1、嘌呤核苷酸的生物合成、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救途径2 2、嘧啶核苷酸的生物合成、嘧啶核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救合成途径补救合成途径(自学自学)1、嘌呤环上各原子的来源、嘌呤环上各原子的来源来自谷氨酰胺的酰胺氮来自谷氨酰胺的酰胺氮来自来自“甲酸盐甲酸盐”来自天冬氨酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自甘氨酸来自来自CO2来自来自“甲酸盐甲酸盐”5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷
11、酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸IMP的的 生物生物合成合成5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀琥珀基基-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP）甲酰甲酰THFATHFAIMP转变为转变为GMP和和AMP嘌呤核苷酸合成补救途径 磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶嘌呤嘌呤+
12、PRPPA(G)MP+PPi嘌呤嘌呤+1-P-核糖核糖嘌呤核苷嘌呤核苷 A(G)MPATP ADP2、嘧啶核苷酸从头合成途径3、UMP转变为转变为CTPCTPCTP合成酶合成酶 ATP GlnH2OUMPUDPUTP 1、嘧啶环上原子的来源嘧啶环上原子的来源2、UMP的从头合成的从头合成嘧啶环上各原子的来源 天冬氨酸天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸尿嘧啶核苷酸合成途径嘧啶核苷酸补救合成途径嘧啶核苷酸补救合成途径尿嘧啶尿嘧啶+PRPP尿嘧啶尿嘧啶+1-P-核糖核糖尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP嘌啶
13、核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1.合成原料基本相同合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2.合成部位对高等动物来说合成部位对高等动物来说,主要在肝脏主要在肝脏3.都有都有2种合成途径种合成途径(从头和补救途径从头和补救途径)4.都是先合成一个与之有关的核苷酸都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在此基础然后在此基础上进一步合成核苷酸上进一步合成核苷酸不同点1.在在5-P-R基础上合成嘌呤基础上合成嘌呤环环2.最先合成的核苷酸是最先合成的核苷酸是 IMP 3.在在IMP基础上完成基础上完成AMP和和GMP的合成的合成1.先合成嘧啶环再与先合成嘧啶环再与5-P-R结合结合2.先合成先合成UMP3.
14、以以UMP为基础为基础,完成完成CTP,TMP的合成的合成 二、脱氧核苷酸的合成二、脱氧核苷酸的合成2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成1、脱氧核苷酸的合成脱氧核苷酸的合成核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶FADATP、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白（还原型）（还原型）SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白（氧化型）（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸硫氧还蛋白硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶核核苷苷酸酸的的合合成成及及相相互互关关系系
