08-核酸的酶促降解和核苷酸代谢

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,8,核酸的酶促降解和 核苷酸代谢,本章要点,核酸是如何降解的？,核酸酶的类别和特点,核苷酸有哪些功能？,核苷酸是如何合成与分解的？,8.1,核酸的酶促降解,核酸酶,核酸酶的分类,根据对底物的专一性分,根据切割位点分为,核糖核酸酶,(,RNase,),脱氧核糖核酸酶,(,DNase,),非特异性核酸酶,核酸外切酶,核酸内切酶,外切核酸酶对核酸的水解位点,非特异性磷酸二酯酶,5,p,p,p,OH,B,p,p,p,p,3,B,B,B,B,B,B,B,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,特异性的磷酸二酯酶,5,p,p,p,p,OH,Py,Pu,Py,Py,1,p,p,p,G,A,C,U,p,p,A,3,RNAase I,(,牛胰,RNAase),RNAase T,1,Pu,：嘌呤,Py,：嘧啶,脱氧核糖核酸酶,脱氧核糖核酸酶专一水解,DNA,内切酶,：,切断双链，或切断单链,外切酶,：,5,3,切割或是,3,5,切割,无,碱基专一性，有序列专一性,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,专一性很强，与甲基化酶识别同一位点,产物：形成粘性末端或平齐末端,限制性内切酶类型,I,型,：分子量大于,10,5,，多亚基，需,S-,腺苷蛋氨酸、,ATP,和,Mg,2+,，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,10,5,，需,Mg,2+,，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,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,5-10 bp,，切割双链，个别也切割单链,酶,辨认的序列和切口,说明, 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 , G T C G A C , C A G C T G , C C C G G G , G G G C C C ,Bam,H I,Alu,I,Bgl,I,Eco,R I,Hind,Sal,I,Sma,I,四核苷酸，平端切口,六核苷酸，平端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,常用的,DNA,限制性内切酶的专一性,核苷酸的功能,DNA,或,RNA,生物合成的原料,核苷酸的衍生物是许多物质生物代谢的活性中间产物。如：,UDP-,葡萄糖是糖原合成的活性物质,ATP,是生物体内能量的直接来源。,AMP,是某些重要辅酶或辅基,(FAD,、,CoA),的组成成分,生理调节：某些核苷酸是三大代谢中许多关键酶的变构效应剂；,cAMP/cGMP,是激素作用的第二信使,8.2,核苷酸的生物合成,核糖核苷酸的生物合成,脱氧核糖核苷酸的生物合成,单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷三磷酸,各种核苷酸的相互转变,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,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,嘌呤核苷酸的结构,GMP,AMP,N,1,C,2,N,3,C,4,C,5,C,6,N,9,7,N,C,8,甘氨酸,CO,2,Asp,甲酰基,(,一碳单位,),Gln(,酰胺基,),甘氨当中站,谷氮坐两边,左上天冬氨,头顶,CO,2,来自“甲酸盐”,来自“甲酸盐”,甲酰基,(,一碳单位,),嘌呤碱基的元素来源,嘌呤核苷酸的从头合成,定义,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，合成嘌呤核苷酸的途径,合成部位,肝,是体内,从头合成嘌呤,核苷酸的主要器官，其次是,小肠,和,胸腺,，而,脑、骨髓,则无法进行此合成途径,过程,IMP,的合成,AMP,和,GMP,的生成,5-,磷酸核糖焦磷酸,5-,磷酸核糖胺,(PRA),甘氨酸,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨咪唑核苷酸,5-,氨基咪唑核苷酸,5-,氨基咪唑,-4-,羧核苷酸,IMP,的 生物合成,5-,氨基咪唑,-4-,琥珀基,-,甲酰胺核苷酸,5-,氨基咪唑,-4-,氨甲酰核苷酸,5-,甲酰氨基咪唑,-4-,氨甲酰核苷酸,次黄嘌呤核苷酸,（,IMP,）,甲酰,THFA,磷酸核糖酰胺转移酶,GAR,合成酶,转甲酰基酶,FGAM,合成酶,AIR,合成酶,AIR,羧化酶,SAICAR,合成酶,裂解酶,甲酰转移酶,环水解酶,AMP,和,GMP,的生成,IMP,脱氢酶,腺苷酸代琥珀,酸合成酶,腺苷酸代琥,珀酸裂解酶,GMP,合成酶,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,并不是所有细胞都具有从头合成嘌呤核苷酸的能力,AMP,ADP,ATP,ADP,ATP,激酶,ADP,ATP,核苷二磷酸激酶,GMP,GDP,GTP,ADP,ATP,激酶,ADP,ATP,核苷二磷酸激酶,三磷酸嘌呤核苷的合成,嘌呤核苷酸的补救合成途径,利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为,补救合成,（或重新利用）途径,体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成,节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗,补救合成的生理意义,参与补救合成的酶,腺嘌呤磷酸核糖转移酶,(APRT),次黄嘌呤,-,鸟嘌呤磷酸核糖转移酶,(HGPRT),腺苷激酶,合成过程,腺嘌呤,+,PRPP,AMP + PPi,APRT,次黄嘌呤,+ PRPP,IMP + PPi,HGPRT,鸟嘌呤,+,PRPP,HGPRT,GMP + PPi,腺嘌呤核苷,腺苷激酶,ATP,ADP,AMP,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,嘌呤核苷酸的相互转变,IMP,AMP,腺苷酸代,琥珀酸,XMP,GMP,NH,3,腺苷酸脱氨酶,鸟苷酸还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,NH,3,腺苷酸代琥珀酸裂解酶,腺苷酸代琥珀酸合成酶,IMP,脱氢酶,Gln,酰胺基,GMP,合,成,酶,Asp (NH,2,-,),NAD,+,嘧啶核苷酸的从头合成途径,原料,：谷氨酰胺、天冬氨酸、,CO,2,，磷酸核糖部分也是,PRPP,顺序,：先合成嘧啶环骨架，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸,部位,：肝脏，胞浆,嘧啶环上各原子的来源,氨基甲酰磷酸,尿嘧啶核苷酸的合成,氨基甲酰磷酸的合成,谷氨酰胺,+ HCO,3,-,氨基甲酰磷酸合成酶,II,2ATP,2ADP+Pi,谷氨酸,+,氨基甲酰磷酸,尿嘧啶核苷酸从头合成过程,胞嘧啶核苷酸的合成,ATP,ADP,尿苷酸激酶,UDP,二磷酸核苷激酶,ATP,ADP,UTP,CTP,合成酶,谷氨酰胺,ATP,谷氨酸,ADP+Pi,嘧啶核苷酸的补救合成,嘧啶,+,PRPP,磷酸嘧啶核苷,+ PPi,嘧啶磷酸核糖转移酶,尿嘧啶核苷,+ ATP,尿苷激酶,UMP +ADP,胸腺嘧啶核苷,+ ATP,胸苷激酶,TMP +ADP,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）,dTMP,或,TMP,的生成,dTMP,合酶,N,5, N,10,-,甲烯,FH,4,FH,2,FH,2,还原酶,FH,4,NADP,+,NADPH+H,+,dUMP,脱氧胸苷一磷酸,dTMP,UDP,脱氧核苷酸还原酶,dUDP,核苷酸的合成及相互关系,11.3,核苷酸分解代谢,嘌呤的降解,嘧啶的降解,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,嘌呤的降解,嘌呤碱的最终,代谢产物,AMP,GMP,H,（次黄嘌呤）,G,X,（黄嘌呤）,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,不同种类动物将,尿酸,直排或进行不同程度继续降解排出体外,H,2,O,2,在,SOD,（,超氧化物歧化酶,）,或,过氧化氢酶,作用下分解为,H,2,O,G-,鸟嘌呤分解与,A,类似，产物也是,尿酸,若,浓度过高,会引起,结石、关节炎,-,-,痛风症,各种生物嘌呤碱的代谢产物,嘌呤代谢产物,排泄动物,尿酸,人类、灵长类动物、鸟类、昆虫,尿囊素,除灵长类外其它哺乳类动物,尿囊酸,某些硬骨鱼类,尿素、乙醛酸,大多数鱼类、两栖类动物,氨、二氧化碳,甲壳类动物、软体动物,痛风的尿酸钠晶体,痛风症的治疗机制,鸟嘌呤,次黄嘌呤,黄嘌呤,尿酸,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,别嘌呤醇,嘧啶核苷酸的分解代谢,嘧啶碱,1-,磷酸核糖,嘧啶核苷酸,核苷,核苷酸酶,PPi,核苷磷酸化酶,胞嘧啶,NH,3,NH,3,尿嘧啶,NADPH+H,+,NADPH,+,2,CO,2,-,丙氨酸,NH,3,CH,3,CO,2,乙酸,乙酸,+,3,NH,3,+,2,CO,2,胸腺嘧啶,NADPH+H,+,NADPH,+,CO,2,+,NH,3,-,氨基异丁酸,-,氨基异丁酸,+CO,2,+NH,3,排出体外或进入有机酸代谢。,CO,2,2,3,