核酸的降解和核甘酸代谢

,*,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,第十一章 核酸的降解和核甘酸代谢,学习要求,熟悉,核酸酶的类别和特点;,了解嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的过程以及最初产物;,了解核苷酸补救合成途径的重要意义;,了解核苷酸降解的过程和终产物，尿酸堆积引起的疾病和治疗方法。,核酸的酶促降解和核苷酸代谢,第一节,核酸的酶促降解,第三节,核苷酸的合成代谢,第二节,核苷酸的分解代谢,第一节,核酸的酶促降解,核酸酶（磷酸二酯酶）,核苷酸酶（磷酸单酯酶）,核苷磷酸化酶,核酸,核苷酸,核苷,磷酸,嘌呤或嘧啶,戊糖-1-磷酸,一、核酸酶：,作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶；,二、限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能,识别,并,水解,外源双链DNA,的,核酸内切酶,，可用于特异切割DNA,常作为工具酶。,一、,核酸酶,1、核酸酶的分类,（1）根据对底物的 专一性分为,（2）,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,核酸内切酶,核酸外切酶,2、,核酸酶的作用特点,核酸外切酶,：,作用于核酸链的末端（3,端或5,端），逐个水解下核苷酸；,脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA,核糖核酸外切酶:只作用于RNA；,核酸内切酶:,从核酸分子内部切断3,5,-磷酸二酯键。,外切核酸酶对核酸的水解位点,5,p,p,p,p,OH,A,p,p,p,p,3,C,G,T,A,T,G,C,牛脾磷酸二酯酶（,5,端外切）,蛇毒磷酸二酯酶（,3,端外切）,2、核酸酶的作用特点,内切核酸酶对RNA的水解位点示意图,5,p,p,p,p,OH,Py,Pu,Py,Py,1,p,p,p,G,A,C,U,p,p,p,G,A,3,RNAase I,RNAase T,1,Pu：,嘌呤,Py：,嘧啶,牛胰核糖核酸酶I(RNaseI)核糖核酸酶T1（RNaseT1）,二、限制性内切酶,1常用的DNA限制性内切酶,限制性内切酶的命名和意义,Eco R I,序号,属名,种名,株名,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,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。,第二节,核苷酸的分解代谢,一、核苷酸的降解,核苷酸+H,2,O 核苷+Pi,核苷+H,2,O 嘌呤（或嘧啶）+戊糖,（,核苷水解酶,主要存在于,植物,和,微生物体内,，并且只能,对核糖核苷起作用,，对脱氧核糖核苷不起作用。）,核苷+H,3,PO,4,嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖,（,核苷磷酸化酶,存在广泛）,核苷酸酶,核苷水解酶,核苷磷酸化酶,二、嘌呤的降解,：,这是一个,氧化,降解过程，不同生物降解的产物不同(,肝、小肠和肾,)。,腺嘌呤,鸟嘌呤,H,2,O,H,2,O,NH,3,NH,3,次黄嘌呤,黄嘌呤,H,2,O+O,2,H,2,O,2,H,2,O+O,2,H,2,O,2,尿囊素,尿酸,H,2,O CO,2,+H,2,O,2,2H,2,O+O,2,尿囊酸,尿素,+乙醛酸,H,2,O 2H,2,O,4NH,3,+2CO,2,（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）,（灵长类以外的哺乳动物）,（植物）,（鱼类、两栖类）,（海洋无脊椎动物）,腺嘌呤脱氨酶,鸟嘌呤脱氨酶,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤,氧化酶,尿酸氧化酶,尿囊,素酶,尿囊酸酶,脲酶,(硬骨鱼),脱氨 氧化 水解,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,三、嘧啶的降解,：,胞嘧啶,尿嘧啶,二氢尿嘧啶,H,2,O NH,3,NAD(P)H+H,+,NAD(P),+,H,2,O,-丙氨酸,-脲基丙酸,H,2,O,胸腺嘧啶,二氢胸腺嘧啶,NAD(P)H+H,+,NAD(P),+,H,2,O,-氨基异丁酸,-脲基异丁酸,H,2,O,胞嘧啶脱氨酶,二氢尿嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶,二氢尿嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶,NH,3,+CO,2,+,NH,3,+CO,2,+,NADPH+H,+,-,哺乳动物,NADH+H,+,-,细 菌,脱氨 还原 水解,第三节,核苷酸的合成代谢,一、嘌呤核苷酸的生物合成,从头合成途径,补救途径,二、嘧啶核苷酸的生物合成,从头合成途径,补救合成途径,三、脱氧核苷酸的合成,从头合成途径,补救合成途径,一、嘌呤核苷酸的生物合成,是指利用,磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳,等简单物质为原料，经过一系列复杂的酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。,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。,（一）嘌呤核苷酸的,从头合成,定义,合成部位,嘌呤碱合成的元素来源,CO,2,天冬氨酸,甲酰基,（一碳单位）,甘氨酸,甲酰基,（一碳单位）,谷氨酰胺,（酰胺基）,过程,1.IMP的合成,2.AMP和GMP的生成,R-5-P,（5-磷酸核糖）,ATP,AMP,PRPP,合成酶,PP-1-R-5-P,（磷酸核糖焦磷酸）,在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下,IMP,AMP,GMP,H,2,N-1-R-5-P,（5,-,磷酸核糖胺,）,谷氨酰胺,谷氨酸,酰胺转移酶,拮抗物:重氮丝氨酸,1.IMP的合成过程,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,IMP生成总反应过程,叶酸拮抗物:氨基蝶呤,氨甲,蝶呤,腺苷酸代琥珀酸合成酶,IMP脱氢酶,腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶,2、AMP和GMP的生成,AMP,ADP,ATP,ADP,ATP,激酶,ADP,ATP,激酶,GMP,GDP,GTP,ADP,ATP,激酶,ADP,ATP,激酶,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。,嘌呤核苷酸从头合成,特点,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。,（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径,定义,腺嘌呤磷酸核糖转移酶,(adenine phosphoribosyl transferase,APRT),次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶,(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase,HGPRT),腺苷激酶,(adenosine kinase),参与补救合成的酶,腺嘌呤,+,PRPP,AMP+PPi,APRT,次黄嘌呤,+,PRPP,IMP+PPi,HGPRT,鸟嘌呤,+,PRPP,HGPRT,GMP+PPi,合成过程,腺嘌呤核苷,腺苷激酶,ATP,ADP,AMP,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。,嘌呤核苷酸的抗代谢物,嘌呤核苷酸的抗代谢物主要有,嘌呤,类似物,、,谷氨酰胺,类似物,、,叶酸,类似物三类。,嘌呤,类似物：,6-巯基嘌呤,谷氨酰胺,类似物：,重氮丝氨酸、,6-重氮-5-氧代正亮氨酸,叶酸,类似物,：氨基蝶呤、氨甲蝶呤,二、嘧啶核苷酸的生物合成,从头合成途径,补救合成途径,（一）嘧啶核苷酸的从头合成,主要是肝细胞胞液,是指利用,磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO,2,等,简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。,定义,合成部位,嘧啶合成的元素来源,(,谷氨酰胺、天冬氨酸、,CO,2,),。,氨基,甲酰磷酸,天冬氨酸,合成过程,1.尿嘧啶核苷酸的合成,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,2.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,从头合成的调节,-,-,-,ATP+CO,2,+,谷氨酰胺,氨基甲酰磷酸,UMP,氨基甲酰天冬氨酸,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP+5-,磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,-,（二）嘧啶核苷酸的补救合成,嘧啶+,PRPP,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,（1）核糖核苷酸的还原反应,NADP,+,NADPH+H,+,硫氧还蛋白还原酶,FAD,核糖核苷酸还原酶,（B1和B2）,ATP、Mg,2+,硫氧还蛋白（还原型）,SH,SH,硫氧还蛋白（氧化型）,S,S,O,P-P-CH,2,N,OH,OH,核糖核苷二磷酸,O,P-P-CH,2,N,OH,H,+H,2,O,脱氧核糖核苷二磷酸,ADP、GDP、CDP、UDP,腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核苷酸。,还原反应一般在核苷二磷酸（,NDP,）水平上进行,三、脱氧核苷酸的生物合成,（大肠杆菌、动物、植物）,由尿嘧啶脱氧核苷酸（,dUMP,）,经甲基化生成。,Ser,提供,甲基,，,NADPH,提供,还原当量,。,（2）胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成,H,胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP）的合成,dUDP+H,2,O dUMP+Pi,dCMP+H,2,O dUMP+Pi,胸腺嘧啶核苷酸合酶,dUMP,dTMP,N,5,10,亚甲基,四氢叶酸,二氢叶酸,酯酶,脱氨酶,甲基化,氨基蝶呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，阻止,FH4,的生成，从而抑制,FH4,参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。,Ser,