第二十四章核酸的酶促降解和核苷酸代谢

第二十四章第二十四章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

本章重点讨论核酸酶的类别和特点，对本章重点讨论核酸酶的类别和特点，对核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。

第一节核酸的酶促降解第一节核酸的酶促降解

第三节第三节核苷酸的合成代谢

第二节第二节核苷酸的分解代谢

楚雄师范学院化学与生命科学系范树国

第一节核酸的酶促降解第一节核酸的酶促降解

食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。

吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。

人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。


一、核酸酶一、核酸酶

二、限制性内切酶二、限制性内切酶

核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷碱基 + 戊糖 -1-P

磷酸


核酸酶核酸酶

核酸酶的分类核酸酶的分类

（（ 11 ）根据对底物）根据对底物的的

专一性分为专一性分为

（（ 22 ）根据切割位点分为）根据切割位点分为

核糖核酸酶核糖核酸酶 ((RNasRNasee))脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶 ((DNaseDNase))非特异性核酸酶非特异性核酸酶

核酸内切酶

核酸外切酶核酸外切酶


外切核酸酶对核酸的水解位点

5´ p p p p OH

B

p p p p3´

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

5´

p p p p OH

Py Pu Py Py1´

p p p

G A C U

p p p

G A

3´

RNAase I RNAase I RNAase T1RNAase T1

Pu ：嘌呤 Py ：嘧啶


限制性内切酶限制性内切酶

类型

命名

意义

原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源 DNADNA 双螺旋中双螺旋中 4-84-8 个碱个碱

基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的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，并在此

序列的某位点水解序列的某位点水解 DNADNA 双螺旋链，产生粘性末端或平末端，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（这类酶称为限制性内切酶（ restriction endonucleaserestriction endonuclease ）。）。


常用的 DNA 限制性内切酶的专一性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 Ⅲ

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





限制性内切酶类型限制性内切酶类型 II 型：分子量大于型：分子量大于 101055 ，多亚基，需，多亚基，需 S-S- 腺苷蛋氨酸、腺苷蛋氨酸、 AA

TPTP 和和 MgMg2+ 2+ ，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，，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是限制与修饰相排斥的多功能酶 ..

ⅡⅡ 型：分子量小于型：分子量小于 101055 ，需，需 MgMg2+2+ ，切割位点位于识别，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。现在分子生位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物学研究所用的限制性内切酶均为此类。物学研究所用的限制性内切酶均为此类。

ⅢⅢ 型：识别位点为型：识别位点为 5-7 bp5-7 bp 的非对称序列，切割位点在的非对称序列，切割位点在顺序之外离识别序列顺序之外离识别序列 5-10 bp5-10 bp ，切割双链，个别也切割单链。，切割双链，个别也切割单链。是限制与修饰相多功能酶是限制与修饰相多功能酶 ..


限制性内切酶的命名和意义限制性内切酶的命名和意义

Eco Eco R IR I

序号序号属名属名种名种名株名株名

例：例： EcoEco R I R I ，这是从大肠杆菌（，这是从大肠杆菌（ E. coliE. coli ）） RR 菌珠中分离出的一种限制性内菌珠中分离出的一种限制性内

切酶切酶

限制性内切酶是分析染色体结构、制作限制性内切酶是分析染色体结构、制作 DDNANA 限制图谱、进行限制图谱、进行 DNADNA 序列测定和基因分离、基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，用来解剖纤细的的神刀，用来解剖纤细的 DNADNA 分子。分子。


第二节核苷酸的降解第二节核苷酸的降解

二、二、嘧啶的分解

一、一、嘌呤的分解

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


嘌呤终产物

不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同。排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类排尿囊酸动物：硬骨鱼类排尿素动物：大多数鱼类、两栖类某些低等动物能将尿素进一步分解成 NH3 和 CO2 排出。植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、 NH3 ）。微生物分解嘌呤类物质，生成 NH3 、 CO2 及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。


嘧啶的分解

第三节核苷酸的合成代谢

一、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


核糖核苷酸的生物合成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 )

(3) 药物对嘌呤核苷酸合成的影响


药物对嘌呤核苷酸合成的影响

①羽田杀菌素

与 Asp 竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成 AMP 。


② Gln 的结构类似物重氮乙酰丝氨酸、 6- 重氮 -5- 氧正亮氨酸，是 Gln 的结构类似物，抑制 Gln 参与的反应。


叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止 FH4 的生成，从而抑制 FH4 参与的各种一碳单位转移反应。氨基蝶呤、氨甲基蝶呤等与叶酸结构相似，能抑制有叶酸衍生物参加的反应。其中氨基蝶呤在临床上常用于白血病等癌瘤的治疗。

③叶酸类似物


5－氟尿嘧啶结构与胸腺嘧啶相似，在体内转化为相应的核苷一磷酸及核苷三磷酸后，可阻断 TMP 的合成，或掺入RNA 分于破坏其结构与功能。是临床上使用较多的抗癌药。此外，某些改变了核糖结构的核苷类似物，如阿糖胞苷、环胞苷等也是重要的抗癌药。

④嘧啶类似物


嘌呤环上各原子的来源

来自谷氨酰胺的酰胺氮

来自“甲酸盐”

来自天冬氨酸来自甘氨酸

来自 CO2

来自“甲酸盐”


5- 磷酸核糖焦磷酸5- 磷酸核糖胺甘氨酸

甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸

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

IMP 转变为 GMP 和 AMP


嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）

嘌呤 +1-P- 核糖嘌呤核苷

A(G)MP

ATP

ADP

（利用已有的碱基和核苷合成核苷酸）

Lesch-Nyan 综合症

嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan 综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷， AM

P 合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。


嘧啶核苷酸从头合成途径

c 、 UMP 转变为 CTP

CTPCTP 合成酶

ATP Gln H2O

UMP UDP UTP

a 、嘧啶环上原子的来源

b 、 UMP的从头合成


嘧啶环上各原子的来源

天冬氨酸

CO2

NH3

N

N

C

C

CC 6

5

4

3

21

H2N-CO- P

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（自学）

尿嘧啶 +PRPP

尿嘧啶 +1-P- 核糖

尿嘧啶核苷 +ATP

UMP+PPi

尿嘧啶核苷 +Pi

UMP+ADP


脱氧核苷酸的合成脱氧核苷酸的合成

2 、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

1 、脱氧核苷酸的合成


核糖核苷酸的还原反应

核糖核苷酸还原酶

NADP+ NADPH+H+

硫氧还蛋白还原酶FAD

ATP 、 Mg2+

硫氧还蛋白（还原型）

SH

SH硫氧还蛋白（氧化型）

S

S

OP-P-CH2 N

OH OH核糖核苷二磷酸

OP-P-CH2 N

OH H

+ H2O

脱氧核糖核苷二磷酸

硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶

核糖核苷酸还原酶


核糖核苷酸的还原反应

FAD

核糖核苷酸还原酶ATP 、 Mg2+

硫氧还蛋白SH

SH硫氧还蛋白

S

S

硫氧还蛋白还原酶

核糖核苷二磷酸

+ H2O

脱氧核糖核苷二磷酸

FADH2

谷氧还蛋白S

S谷氧还蛋白

SH

SH

NADP+NADPH+H+

谷氧还蛋白还原酶

OP-P-CH2 N

OH OH

OP-P-CH2 N

OH H

GSSG 2GSH谷胱甘肽

还原酶

核糖核苷酸还原酶示意图

底物特异性调节位点

酶活性调节位点

活性位点

R1 亚基

R2 亚基

脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶

NADPH+H++SerNADP++Gly

N5 、 N10—CH2 — FH4 FH2

二氢叶酸还原酶

Ser羟甲基转移酶

O N

HN

O

dR-P

CH3

O N

HN

O

dR-P

叶酸和四氢叶酸（ FH4 ）

叶酸

四氢叶酸 H

H

105

NN55 ，， NN1010-CH-CH22-FH-FH44NN55-CHO-FH-CHO-FH44

CHCH22CHOCHO

一碳基团的来源与转变

S-S- 腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸

NN55-CH-CH22-FH-FH44

NN5 5 NN10 10 -- CHCH22-FH-FH44

NN55 ，， NN10 10 = CH-= CH-FHFH44

NN10 10 -CHO-FH-CHO-FH44

NN5 5 ，， NN10 10 -CH-CH22-FH-FH44 还原酶还原酶

NN5 5 ，， NN10 10 -CH-CH22-FH-FH44 脱氢酶脱氢酶

环水化酶环水化酶

丝氨酸丝氨酸

组氨组氨酸苷氨酸苷氨酸酸

参与参与甲基化甲基化反应反应

为为胸腺嘧啶胸腺嘧啶合合成提供成提供甲基甲基

参与参与嘌呤嘌呤合成合成

FHFH44

FHFH44

FHFH44

HCOOHHCOOH

HH22OO

NADNAD++

NDAH+HNDAH+H++

NADNAD++

NDAH+HNDAH+H++

HH++

参与参与嘌呤嘌呤合成合成

核苷酸的合成及相互关系

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第二十四章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢

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