生物化學(xué)：第十章 核苷酸代謝

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1、第十章第十章. 核酸的酶促降解和核苷酸代謝核酸的酶促降解和核苷酸代謝第一節(jié)第一節(jié). 核酸的酶促降解核酸的酶促降解第二節(jié)第二節(jié). 核苷酸的分解代謝核苷酸的分解代謝第三節(jié)第三節(jié). 核苷酸的合成代謝核苷酸的合成代謝第一節(jié)第一節(jié) 核酸的酶促降解核酸的酶促降解 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷酸磷酸化酶核苷酸磷酸化酶 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 堿基堿基+戊糖戊糖磷酸磷酸核酸酶（核酸酶（ nucleases）有哪幾類？）有哪幾類？作用位置和特異性？作用位置和特異性？對底物的專一性對底物的專一性RNA酶酶 （RNase）DNA酶（酶（DNase）非特異性核酸酶非特異性核酸酶（ DNA 或或RNA

2、 ）作用位置作用位置非特異性非特異性內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶特異性特異性內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶限制性限制性內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶 序列專一序列專一外外切切核酸酶核酸酶內(nèi)切內(nèi)切核酸酶核酸酶 核酸酶的分類原則核酸酶的分類原則第一節(jié)第一節(jié) 核酸的酶促降解核酸的酶促降解一、外切核酸酶一、外切核酸酶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酶（ 3 3 端外切）端外切） 原核生物中存在著一類能原核生物中存在著一類能識別識別外源雙鏈外源雙鏈DNADNA中中4-84-8個堿基對所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對稱性個堿基對所

3、組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對稱性的的回文序列回文序列，并在此序列的某位點(diǎn)水解，并在此序列的某位點(diǎn)水解DNADNA雙螺旋雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶（內(nèi)切酶（ristriction endonucleaseristriction endonuclease）。）。二、限制性內(nèi)切核酸酶二、限制性內(nèi)切核酸酶(restriction endonuclease) I I型：分子量大于型：分子量大于10105 5，多亞基，需，多亞基，需S-S-腺苷蛋氨酸、腺苷蛋氨酸、ATPATP和和MgMg2+ 2+ ，識別位點(diǎn)與切割位點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)，產(chǎn)物，識別

4、位點(diǎn)與切割位點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)，產(chǎn)物為異質(zhì)，是限制與修飾相排斥的多功能酶為異質(zhì)，是限制與修飾相排斥的多功能酶. .型：分子量小于型：分子量小于10105 5，需，需MgMg2+ 2+ ，切割位點(diǎn)位于識，切割位點(diǎn)位于識別位點(diǎn)上，產(chǎn)物為專一性片段，不具修飾酶功能。別位點(diǎn)上，產(chǎn)物為專一性片段，不具修飾酶功能?，F(xiàn)在分子生物學(xué)研究所用的限制性內(nèi)切酶均為此現(xiàn)在分子生物學(xué)研究所用的限制性內(nèi)切酶均為此類。類。 限制性內(nèi)切酶類型限制性內(nèi)切酶類型 （ ）型：識別位點(diǎn)為型：識別位點(diǎn)為5-7bp5-7bp的非對稱序列的非對稱序列 ，切割位，切割位點(diǎn)在順序之外離識別序列點(diǎn)在順序之外離識別序列5-10bp5-10bp，切割雙鏈，

5、個，切割雙鏈，個別也切割單鏈。別也切割單鏈。限制性內(nèi)切酶類型限制性內(nèi)切酶類型 （ ） 限制性內(nèi)切酶的命名和意義限制性內(nèi)切酶的命名和意義序號序號屬名屬名 種名種名 株名株名例：例：Eco R IEco R I，這是從大腸桿菌（，這是從大腸桿菌（EcoliEcoli）R R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶是分析染色體結(jié)構(gòu)、制作限制性內(nèi)切酶是分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNADNA限制圖譜、進(jìn)限制圖譜、進(jìn)行行DNADNA序列測定和基因分離、基因體外重組等研究中不可序列測定和基因分離、基因體外重組等研究中不可缺少的工具，是一把天賜神刀，用來解剖纖細(xì)的缺少的工具，是一把天

6、賜神刀，用來解剖纖細(xì)的DNADNA分子。分子。限制性內(nèi)切核酸酶限制性內(nèi)切核酸酶 識別序列長度識別序列長度48bp 具具回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)或反向重復(fù)順序或反向重復(fù)順序EcoR旋轉(zhuǎn)對稱旋轉(zhuǎn)對稱限制性內(nèi)切核酸酶限制性內(nèi)切核酸酶第二節(jié)第二節(jié). 核苷酸的分解代謝核苷酸的分解代謝 1） 核苷酸核苷酸的降解的降解2） 嘌呤嘌呤的降解的降解3） 嘧啶嘧啶的降解的降解核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶（植（植.微微.僅作用核糖核苷）僅作用核糖核苷）核苷水解酶核苷水解酶+H2O堿基堿基 + 戊糖戊糖1-磷酸戊糖磷酸戊糖堿基堿基Pi核苷酸核苷酸核苷酸酶核苷酸酶核苷核苷Pi可在三個水平上降解可在三個水平上降解2） 嘌呤的降解嘌呤

7、的降解黃嘌呤黃嘌呤 共同中間物共同中間物尿酸尿酸 人類嘌呤類分解的最終產(chǎn)物人類嘌呤類分解的最終產(chǎn)物P. 287黃嘌呤黃嘌呤尿酸尿酸鳥苷鳥苷鳥嘌呤鳥嘌呤鳥苷酸鳥苷酸黃苷酸黃苷酸黃苷黃苷次黃苷酸次黃苷酸次黃苷次黃苷次黃嘌呤次黃嘌呤腺苷酸腺苷酸腺苷腺苷腺嘌呤腺嘌呤黃嘌呤黃嘌呤鳥嘌呤脫氨鳥嘌呤脫氨酶酶H2O NH3同一酶催化兩種底物反應(yīng)同一酶催化兩種底物反應(yīng)腺嘌呤脫氨腺嘌呤脫氨酶酶H2O NH3腺嘌呤腺嘌呤鳥嘌呤鳥嘌呤次黃嘌呤次黃嘌呤O2H2OH2O2黃嘌呤氧化黃嘌呤氧化酶酶2） 嘌呤的降解嘌呤的降解別嘌呤醇別嘌呤醇黃嘌呤氧化酶的抑制劑黃嘌呤氧化酶的抑制劑別嘌呤醇別嘌呤醇尿酸尿酸O2H2OH2O2黃嘌

8、呤氧化黃嘌呤氧化酶酶尿酸尿酸O HNNHONHHNO靈長類靈長類鳥類鳥類OH2NNHONHHNO尿酸氧化酶尿酸氧化酶尿囊素尿囊素哺乳動物（靈長類除外）哺乳動物（靈長類除外）腹足類腹足類NH2NH2NHNHCOOHOO尿囊素酶尿囊素酶尿囊酸尿囊酸硬骨魚硬骨魚2CO22NH3尿素酶尿素酶甲殼類甲殼類. 咸水瓣鰓類咸水瓣鰓類尿囊酸酶尿囊酸酶大多數(shù)魚類大多數(shù)魚類兩棲類兩棲類淡水瓣鰓類淡水瓣鰓類H2N-C-NH2OCOOHCHO進(jìn)化程度進(jìn)化程度越高的生越高的生物，嘌呤物，嘌呤的降解越的降解越不完全不完全3）嘧嘧啶啶的的分分解解胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氫尿嘧啶二氫尿嘧啶CO2 + NH3-丙氨酸丙

9、氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基異丁酸脲基異丁酸-氨基異丁酸氨基異丁酸H2O丙二酸單酰丙二酸單酰CoA乙酰乙酰CoATCA肝臟肝臟尿素尿素甲基丙二酸單酰甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATCA糖異生糖異生H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH-COOHCH3H2O第三節(jié)第三節(jié). 核苷酸的合成代謝核苷酸的合成代謝哪些哪些aa直接參與核苷酸的合成直接參與核苷酸的合成嘌呤環(huán)、嘧啶環(huán)是如何合成的嘌呤環(huán)、嘧啶環(huán)是如何合成的兩種途徑：兩種途徑：（從頭合成）（從頭合成）aa、磷酸戊糖、磷酸戊糖、CO2、NH3核苷酸核苷酸（補(bǔ)救途徑）（補(bǔ)救途徑）堿基、堿基、核苷核苷、磷酸戊糖、磷酸戊糖核苷酸核苷酸

10、1. 嘌呤核苷酸（嘌呤核苷酸（Pu）的）的從頭合成從頭合成1） 嘌呤環(huán)各原子來源嘌呤環(huán)各原子來源GlnAspGlyCO2甲?；柞；ㄒ惶紗挝唬ㄒ惶紗挝唬┘柞；柞；?. 嘌呤核苷酸（嘌呤核苷酸（Pu）的）的從頭合成從頭合成2） 合成途徑合成途徑肝肝小腸和胸腺小腸和胸腺腦、骨髓無此途徑腦、骨髓無此途徑腺苷酸腺苷酸鳥苷酸鳥苷酸CO2.ATP.GTP 十步十步Gln.甲酰甲酰FH4Gly. AspIMPR-5-PPRPPAMPGMPATPAMP5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸次黃嘌呤次黃嘌呤5-磷酸核糖磷酸核糖1. 嘌呤核苷酸的從頭合成嘌呤核苷酸的從頭合成5-磷酸核糖磷酸核糖PRPP5-磷酸核糖

11、胺磷酸核糖胺H2OGlnGlu+PPi甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸ADP+PiGlyATP甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸FH4甲酰甘氨脒核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸H2OGlnATPGlu+ADP+Pi氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸ATPADP+PiATPAMP2） 合成途徑合成途徑1. 嘌呤核苷酸的從頭合成嘌呤核苷酸的從頭合成氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸氨基氨基-羧酸咪唑核苷酸羧酸咪唑核苷酸CO2ATPADP+PiATPADP+PiAsp氨基咪唑琥珀酰氨基咪唑琥珀酰胺甲酰核苷酸胺甲酰核苷酸氨基咪唑氨甲酰核苷酸氨基咪唑氨甲酰核苷酸延胡索酸延胡索酸甲酰胺基氨甲酰咪唑核苷酸甲酰胺基氨甲酰咪唑核苷酸F

12、H4次黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷酸H2O112） 合成途徑合成途徑H2ONADH+H+NAD+AspGDP+PiGTPIMP延胡索酸延胡索酸AMPGlnGluAMP+PPiATPGMP1. 嘌呤核苷酸的從頭合成嘌呤核苷酸的從頭合成2） 合成途徑合成途徑黃嘌呤核苷酸黃嘌呤核苷酸(XMP)腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸R-5-PATPPRPP 合成酶合成酶PRPP谷氨酰胺谷氨酰胺PRPP氨基轉(zhuǎn)移酶氨基轉(zhuǎn)移酶PRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTPIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPGMPGDPSAMP合成酶合成酶IMP脫氫酶脫氫酶ATPGTP前

13、饋調(diào)節(jié)前饋調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)交叉調(diào)節(jié)交叉調(diào)節(jié)3） 從頭合成途徑的調(diào)節(jié)從頭合成途徑的調(diào)節(jié)嘌呤核苷酸合成補(bǔ)救途徑嘌呤核苷酸合成補(bǔ)救途徑 磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶嘌呤嘌呤 + PRPPA(G)MP+PPi嘌呤嘌呤 + 1-P-核糖核糖嘌呤核苷嘌呤核苷Pi A(G)MPATP ADP2. 嘧啶核苷酸（嘧啶核苷酸（Py）的從頭合成）的從頭合成1） 嘧啶環(huán)各原子來源嘧啶環(huán)各原子來源2） 合成過程合成過程3） 合成特點(diǎn)合成特點(diǎn)4） 從頭合成的調(diào)節(jié)從頭合成的調(diào)節(jié)嘧啶環(huán)各原子的來源嘧啶環(huán)各原子的來源GlnCO2132456Asp 2）合合成成過過程程3）合成特點(diǎn)）合成特點(diǎn) 與與Pu合成順序相反合成順序相反

14、 Pu核苷酸核苷酸 IMP Py核苷酸核苷酸 UMP Pu 、Py共同原料共同原料 CO2、Gln、Asp、PRPPIMPPRPP小分子物質(zhì)小分子物質(zhì)（ Pu 環(huán)）環(huán)）UMP小分子物質(zhì)小分子物質(zhì)乳清酸乳清酸（ Py 環(huán)）環(huán)）PRPPATP + CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸氨甲氨甲酰酰天冬氨酸天冬氨酸UTPCTPAsp天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶酰酶ATCase氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶UDPUMP從頭合成途徑的調(diào)從頭合成途徑的調(diào)節(jié)節(jié)4 )E.coli動物動物3. 脫氧核苷酸的合成脫氧核苷酸的合成ADPGDPCDPUDPdADPdGDPdCDP dUDP還原反應(yīng)一

15、般在核苷二磷酸還原反應(yīng)一般在核苷二磷酸（NDP）水平上進(jìn)行水平上進(jìn)行氫的最終供體是氫的最終供體是NADPH+H+dTDP甲基化甲基化4 . 單核苷酸轉(zhuǎn)變成核苷三磷酸單核苷酸轉(zhuǎn)變成核苷三磷酸作用特點(diǎn)？作用特點(diǎn)？S名稱名稱 + 酶酶S名稱名稱 + 磷酸化酶磷酸化酶S名稱名稱 + 激酶激酶S名稱名稱 + 磷酸酶磷酸酶ATPADPATPADPNMP激酶激酶NDP激酶激酶（d）NDP（d）NTP（d）NMP5. 核苷酸合成的抑制劑核苷酸合成的抑制劑氨基蝶呤氨基蝶呤氨甲蝶呤氨甲蝶呤葉酸類似物葉酸類似物三甲氧芐二氨嘧啶三甲氧芐二氨嘧啶5. 核苷酸合成的抑制劑核苷酸合成的抑制劑谷氨酰胺類似物谷氨酰胺類似物阿雪

16、維菌素阿雪維菌素重氮絲氨酸重氮絲氨酸5-氟乳清酸氟乳清酸堿基或核苷酸類似物堿基或核苷酸類似物5. 核苷酸合成的抑制劑核苷酸合成的抑制劑5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶5-氟胞嘧啶氟胞嘧啶5-氟尿嘧啶核苷酸氟尿嘧啶核苷酸 胸苷酸合成酶胸苷酸合成酶5-氟尿嘧啶核苷酸氟尿嘧啶核苷酸5. 核苷酸合成的抑制劑核苷酸合成的抑制劑核苷酸類似物核苷酸類似物 嘌呤、嘧啶、葉酸和某些氨基酸的結(jié)構(gòu)類似物進(jìn)入機(jī)嘌呤、嘧啶、葉酸和某些氨基酸的結(jié)構(gòu)類似物進(jìn)入機(jī)體后，通過競爭性抑制或以假亂真等方式干擾或阻斷核體后，通過競爭性抑制或以假亂真等方式干擾或阻斷核苷酸的正常合成代謝，從而達(dá)到抑制核酸、蛋白質(zhì)合成苷酸的正常合成代謝，從而達(dá)到抑制核酸、蛋白質(zhì)合成以及細(xì)胞增殖的作用。這類物質(zhì)總稱為以及細(xì)胞增殖的作用。這類物質(zhì)總稱為抗代謝物抗代謝物。5. 核苷酸合成的抑制劑核苷酸合成的抑制劑核核苷苷酸酸的的合合成成及及相相互互關(guān)關(guān)系系