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第一节 核酸的酶促降解

第八章 核酸的酶促降解 和核苷酸代谢. 第一节 核酸的酶促降解. 第二节 核苷酸分解代谢. 第三节 核苷酸的合成. 核酸酶 核苷酸酶 核苷酸磷酸化酶 核酸 核苷酸 核苷 碱基 + 戊糖. 磷酸. 第一节 核酸的酶促降解. 核糖核酸酶 (RNase). 脱氧核糖核酸酶 (DNase). 非特异性核酸酶. 一、核 酸 酶. 1 、核酸酶的分类.

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第一节 核酸的酶促降解

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Presentation Transcript

  1. 第八章 核酸的酶促降解 和核苷酸代谢 第一节 核酸的酶促降解 第二节 核苷酸分解代谢 第三节 核苷酸的合成

  2. 核酸酶 核苷酸酶 核苷酸磷酸化酶 核酸 核苷酸 核苷 碱基+戊糖 磷酸 第一节 核酸的酶促降解

  3. 核糖核酸酶(RNase) 脱氧核糖核酸酶(DNase) 非特异性核酸酶 一、核 酸 酶 1、核酸酶的分类 （1）根据对底物的 专一性分为 核酸内切酶 核酸外切酶 （2）根据切割位点分为 核酸内切兼外切酶

  4. p p p p p p p p 1、外切核酸酶对核酸的水解位点 B B B B B B B B 5´ OH 3´ 牛脾磷酸二酯酶（ 5´端外切5 3） 蛇毒磷酸二酯酶（ 3´端外切35） 非特异性核酸酶，作用于DNA、RNA

  5. G A Py Pu Py Py G A C U 1´ OH 3´ 5´ p p p p p p p p p p 2、内切核酸酶对RNA的水解位点示意图 RNase T1 RNase I RNase I RNase T1 曲霉核酸酶 牛胰核酸酶 Pu ：嘌呤 Py：嘧啶 特异性核酸酶，只作用于RNA或DNA

  6. p p p p p p p p 3、脱氧核糖核酸酶 特异性核酸酶，只作用于DNA B B B B B B B B 5´ OH 3´ 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNase I） 牛脾脱氧核糖核酸酶（DNase II）

  7. 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，产生粘性末端或平齐末端，这类酶称为限制性内切酶（ristriction endonuclease）。 具有很强的专一性， 有特异的识别位点，通常具有二重旋转对称性的回文序列

  8. 限制性内切酶类型 Ⅰ型：分子量大于105，多亚基，需S-腺苷蛋氨酸、ATP和Mg2+ ，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105，需Mg2+ ，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。现在分子生物学研究所用的限制性内切酶均为此类。 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5-10bp，切割双链，个别也切割单链。是限制与修饰相多功能酶。

  9. 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 Alu I ‥ ‥A G C T ‥‥ ‥ ‥T C G A ‥ ‥ 四核苷酸，平端切口 Bam H I 六核苷酸，粘端切口 ‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥ 六核苷酸，粘端切口 Bgl I ‥ ‥A G A T C T ‥‥ ‥ ‥T C T A G A ‥‥ Eco R I 六核苷酸，粘端切口 ‥ ‥G A A T T C ‥‥ ‥ ‥C T T A A G ‥‥ Hind Ⅲ 六核苷酸，粘端切口 ‥ ‥A A G C T T‥‥ ‥ ‥T T C G A A ‥‥ 六核苷酸，粘端切口 Sal I ‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥ Sma I 六核苷酸，平端切口 ‥ ‥C C C G G G ‥‥ ‥ ‥G G G C C C ‥‥

  10. 限制性内切酶的命名和意义 例：Eco R I，是从大肠杆菌（E.coli）R菌珠中分离出的第一种限制性内切酶 Eco R I 属名 Escherichia 种名 coli 株名 R 序号 限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、基因体外重组等研究中不可缺少的工具，誉为“分子手术刀”，用来切割DNA分子。 与连接酶（分子缝合针），修饰酶，聚合酶等被称为基因工程的工具酶

  11. 第二节 核苷酸分解代谢 核苷酸酶 核苷磷酸化酶（DNA、RNA） 核苷酸 核苷 碱基+戊糖－1－磷酸 核苷水解酶碱基+戊糖 磷酸 RNA 1、嘌呤的降解 2、嘧啶的降解

  12. 嘌呤的分解 • 腺嘌呤和鸟嘌呤要经过脱氨氧化转变为黄嘌呤再进行降解 • 不同生物分解嘌呤的酶系不一样 • 生物进化程度愈高，分解嘌呤的能力愈差

  13. 非灵长类哺乳动物 人、猿、鸟 尿素 乙醛酸 CO2 NH3 硬骨鱼 尿囊酸 鱼类、两栖类 低等无脊椎动物

  14. 关键酶：黄嘌呤氧化酶 • 抑制剂－别嘌呤醇 • 最终产物：尿酸 正常人：血尿酸 119-357 μmol/L （2-6 mg/dl） 男 267.7 μmol/L （4.5 mg/dl） 女 208.2 μmol/L （3.5 mg/dl） 血尿酸 > 8 mg/dl 结晶 沉积组织 痛风（gout）

  15. 嘧啶的分解 脱氨基 还原 打破环内双键 水解 开环 再水解

  16. 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

  17. 一、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)

  18. 从头合成(de novo synthesis)途径：利用氨基酸、磷酸戊糖等简单物质为原料，经过一系列酶促反应合成核苷酸。 • 补救途径(或重新利用，salvage pathway) ：利用体内游离的碱基或核苷（现成原料）合成核苷酸。

  19. 1、嘌呤核苷酸的从头合成途径 • 合成部位：胞液 •  嘌呤的各个原子是在磷酸核糖焦磷酸（PRPP） 的C1位上逐渐加上去 的，逐步合成嘌呤环 • 嘌呤环上的N、C原子由氨基酸、甲酸和CO2提供 • 合成过程不是先形成游离的嘌呤，然后生成核苷酸，而是直接形成次黄嘌呤（IMP），由IMP转变成AMP与GMP a、嘌呤环上各原子的来源 b、IMP的从头合成 c、IMP转变为AMP和GMP

  20. 嘌呤环上各原子的来源 来自CO2 C6 来自天冬氨酸 来自甘氨酸 N7 N1 C5 来自甲酸 C8 来自甲酸 C2 C4 N9 N3 来自谷氨酰胺的酰胺氮 【记忆】“竹竿”（Gly）立中央，“谷子”(Gln)下面长，二氧化碳“天”(Asp)上飘，“假仙”（甲酰）在两旁

  21. IMP的生物合成 磷酸核糖焦磷酸（PRPP）

  22. IMP转变为GMP和AMP

  23. 活性磷酸核糖形式：磷酸核糖焦磷酸（PRPP） •  嘌呤的各个原子是在PRPP的C1位上逐渐加上去 的，逐步合成嘌呤环 • 两个阶段：首先合成IMP，再由IMP转变成AMP 与GMP • 调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨基 转移酶

  24. ATP R-5-P + PRPP合成酶 - - PRPP + 酰胺转移酶 - - GAR IMP 腺苷酸代琥珀酸 XMP AMP GMP GDP ADP GTP ATP 图5-9 嘌呤核苷酸从头合成的调节

  25. 2、嘧啶核苷酸从头合成途径 • 部位：胞液 • 原料：磷酸核糖、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2 • 两个阶段：首先合成UMP，再由UMP转变成CTP与dTMP • 先合成嘧啶环，再与PRPP合成嘧啶核苷酸 • 胞嘧啶的生成发生在三磷酸水平，由UTP转变为CTP • 调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶（PRPP合成酶）、氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（CPSⅡ，位于细胞液中）

  26. a、嘧啶环上原子的来源 b、UMP的从头合成 c、UMP转变为CTP CTP合成酶 CTP UMP UDP UTP ATP Gln H2O

  27. 嘧啶环上各原子的来源

  28. O O || || 谷氨酰胺 + HCO3 H2N-C-O-P-OH + 谷氨酸 | O- - 氨基甲酰磷酸合成酶II 2ATP 2ADP + Pi 氨基甲酰磷酸

  29. 尿嘧啶核苷酸合成途径

  30. UMP UDP dUDP UTP dUMP CTP dTMP 还原酶 TMP合成酶 UMP转变为CTP和dTMP 尿苷酸激酶 二磷酸核 苷激酶 NH3(Gln) ATP CTP合成酶

  31. ATP + CO2 + 谷氨酰胺 = 氨基甲酰磷酸 天冬氨酸 = 氨甲酰天冬氨酸 PRPP || ATP + 5磷酸核糖 UMP UTP CTP - - 嘌呤核苷酸 - - 嘧啶核苷酸 实线表示代谢途径；虚线表示调节途径； 代表抑制 - 嘧啶从头合成的调节

  32. APRT 腺嘌呤 + PRPP AMP + PPi HGPRT 次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPi HGPRT 鸟嘌呤 + PRPP 鸟嘌呤 + PPi APRT：腺嘌呤磷酸核糖转移酶 HGPRT：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 3、核苷酸合成补救途径 嘌呤碱直接利用

  33. 自毁容貌症（Lesch Nyhan 综合症）：先天缺少次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT） • 痛风：尿酸生成过量或尿酸排出过少。次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）不完全缺乏 • 用别嘌呤醇对嘌呤氧化酶的抑制可缓解症状

  34. OH | H CC N C | || N HC C N NH 别嘌呤醇 OH | CN N C | || CH HC C N NH 次黄嘌呤 • 别嘌呤醇治疗痛风的机理：次黄嘌呤类似物，竞争性抑制黄嘌呤氧化酶；或转变为别嘌呤醇核苷酸，抑制嘌呤核苷酸从头合成

  35. 嘧啶碱直接利用 嘧啶磷酸核苷转移酶 尿嘧啶 + PRPP 一磷酸嘧啶核苷 + PPi 核苷直接利用 尿苷激酶 尿苷 + ATP UMP + ADP

  36. 激酶 AMP 激酶 ADP ATP ATP ADP ATP ADP 激酶 GMP 激酶 GDP GTP ATP ADP ATP ADP 4、核苷二磷酸和三磷酸的合成

  37. 二、脱氧核糖核苷酸的合成 通过二磷酸和三磷酸核糖核苷酸的还原 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

  38. SH S 硫氧还蛋白（还原型） 硫氧还蛋白（氧化型） SH S P-P-CH2 P-P-CH2 N N O O + H2O OH OH OH H 核糖核苷二磷酸 脱氧核糖核苷二磷酸 核糖核苷酸的还原反应 NADP+ NADPH+H+ 硫氧还蛋白还原酶 FAD ATP 、Mg2+ 核糖核苷酸还原酶（B1和B2）

  39. N5、N10 亚甲基 FH4 FH2 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 O O HN HN CH3 胸腺嘧啶核苷酸合成酶 O N O N dR-P dR-P 二氢叶酸还原酶 Ser羟甲基转移酶 NADP++Gly NADPH+H++Ser

  40. 核苷酸的合成及相互关系

  41. 【重要内容】 1 核酸的酶促降解 核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、限制性内切酶 2 核苷酸的降解 3 核苷酸的合成代谢 （1）核糖核苷酸的生物合成 嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径 嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径 （2）脱氧核苷酸的生物合成 核糖核苷酸的还原 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

  42. 测 试 • 一、是非题 • 1. 糖酵解过程在有氧无氧条件下都能进行（ ） • 2. TCA被认为是需氧途径，因为氧在循环中是底物（ ） • 3.EMP途径是人体内糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径（ ） • 4.剧烈运动后肌肉发酸是因为丙酮酸被还原为乳酸的结果（ ） • 5.只有偶数碳原子的脂肪才能被氧化降解成乙酰CoA。（ ） • 6.谷氨酸在转氨基作用和使游离氨再利用方面都有重要作用（ ） • 7.芳香族氨基酸都是通过莽草酸途径产生的（ ） • 8.尿嘧啶的分解产物β－丙氨酸能转化成脂肪酸（ ） • 9.嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的生物合成途径都是先合成碱基环再与磷酸核糖生成核苷酸（ ） • 10.乙醛酸循环是生物体内普遍存在的一条代谢途径，该循环可作为TCA循环的辅助途径（ ） • 二、问答题 • 蛋白质代谢与脂肪代谢、糖代谢有何联系？

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