第9章核酸的酶促降解和核苷酸代謝

第一節(jié)核酸的酶促降解第二節(jié)核苷酸的分解第三節(jié)核苷酸的合成核酸酶實質(zhì)是磷酸二脂酶。根據(jù)酶對底物的專一性分為：核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、非特異性核酸酶。根據(jù)酶的作用方式分：內(nèi)切酶、外切酶。第一節(jié)核酸的酶促降解

核酸酶

核酸核苷酸

3’、5’-磷酸二酯鍵一、核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯鍵的酶（RNase）牛胰核糖核酸酶I（RNaseI），作用位點是嘧啶核苷-3’-磷酸與其它核苷酸間的連接鍵。（內(nèi)切核酸酶）核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位點是3’-鳥苷酸與其它核苷酸的5’-OH間的鍵。（內(nèi)切核酸酶）5′

p

p

p

pOHPyPuPyPu1′

p

p

pGACU

p

p

pGA3′RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1只能水解DNA磷酸二酯鍵的酶。牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseⅠ）：可切割雙鏈和單鏈DNA，降解產(chǎn)物為3’-磷酸為末端的寡核苷酸。限制性核酸內(nèi)切酶：細菌產(chǎn)生的、能識別并特異切割外源DNA特定序列中的磷酸二脂鍵(對堿基序列專一）的核酸內(nèi)切酶。

二、脫氧核糖核酸酶限制性內(nèi)切酶類型

I型：識別位點與切割位點相差甚遠Ⅱ型：切割位點位于識別位點上，產(chǎn)物為專一性片段。Ⅲ型：識別位點為5-7bp的非對稱序列

，切割位點在順序之外離識別序列5-10bp限制性核酸內(nèi)切酶的類型主要特性I型II型III型限制修飾多功能單功能雙功能蛋白結(jié)構(gòu)異源三聚體同源二聚體異源二聚體輔助因子ATPMg2+SAMATPMg2+SAMMg2+識別序列TGAN8TGCT回文序列GAGCCAACN6GTGCCAGCAG切割位點距識別序列1kb處識別序列內(nèi)或附近距識別序列下游隨機性切割特異性切割24-26bp處50年代初發(fā)現(xiàn)了由寄主控制的限制和修飾現(xiàn)象(B)(K)大腸桿菌B大腸桿菌K114×10—

410—4E.O.P成斑率efficiencyofplating宿主的限制和修飾現(xiàn)象限制—修飾的酶學(xué)假說(B)(B)酶切位點不被修飾噬菌體DNA被切割酶切位點被修飾基因組DNA不被切割1968年，Meselson和Yuan發(fā)現(xiàn)了I型限制性核酸內(nèi)切酶1970年，Smith和Wilcox從流感嗜血桿菌中分離純化了第一個II型限制性核酸內(nèi)切酶HindII限制性核酸內(nèi)切酶的類型首先由M.Meselson和R.Yuan在1968年從大腸桿菌

B株和

K株分離的。（1）識別位點序列EcoB：

TGA(N)8TGCTEcoK：AAC(N)6GTGC1.I型限制性內(nèi)切酶

如

EcoB和

EcoK未甲基化修飾的特異序列。需ATP、Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。（3）作用機理在距離特異性識別位點約1000—1500bp處隨機切開一條單鏈。Recognizesitecut1-1.5kb（2）切割位點首先由H.O.Smith和K.W.Wilcox在1970年從流感嗜血菌中分離出來分離的第一個酶是HindⅡ

。

（1）識別位點序列未甲基化修飾的雙鏈DNA上的特殊靶序列（多數(shù)是回文序列）。與DNA的來源無關(guān)。2.II類限制性內(nèi)切酶

EcoRI5’-GAATTC-3’

3’-CTTAAG-5’

PstI5’-CTGCAG-3’

3’-GACGTC-5’

產(chǎn)生粘性末端EcoRV5’-GATATC-3’

3’-CTATAG-5’

產(chǎn)生平齊末端（2）切割位點切開雙鏈DNA。形成粘性末端（stickyend）或平齊末端（bluntend）。如：識別位點處。（3）粘性末端（stickyends，cohensiveends）含有幾個核苷酸單鏈的末端。分兩種類型：①

5’端凸出（如EcoRI切點）GAATTC

CTTAA

G

GAATTC

CTTAAG5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

CTGCAG

②

3’端凸出（如PstI切點）GACGTC

5’--3’

3’--5’

5’--3’

3’--5’

CTGCAG

GACGTC

3.III類限制性內(nèi)切酶

在完全肯定的位點切割DNA，但反應(yīng)需要ATP、

Mg2+和SAM（S-腺苷蛋氨酸）。用途不大。EcoP1:AGACCEcoP15:CAGCAG限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號屬名種名株名例：EcoRI是從大腸桿菌（E.coli）R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DNA限制圖譜、進行DNA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，是一把天賜的神刀，用來解剖纖細的DNA分子。產(chǎn)生3ˊ-OH和5ˊ-P的末端限制性內(nèi)切酶Ⅱ既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯鍵的核酸酶。小球菌核酸酶（內(nèi)切酶），可作用于RNA或變性的DNA，產(chǎn)生3’-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶（外切酶）。三、非特異性核酸酶蛇毒磷酸二酯酶能從RNA或DNA鏈的游離的3’-OH逐個水解，生成5’-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶從游離的5’-OH開始逐個水解，生成3’核苷酸。

第二節(jié)核苷酸的降解核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸單酯酶）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、核苷酸的降解

一、核苷酸的降解

1、核苷酸酶（磷酸單脂酶）水解核苷酸，產(chǎn)生核苷和磷酸。2、核苷磷酸化酶廣泛存在，反應(yīng)可逆

核苷+磷酸核苷磷酸化酶堿基+戊糖-1-磷酸不同生物降解的產(chǎn)物不同

二、嘌呤的降解（人類和靈長類動物）（靈長類以外的哺乳動物）尿囊酸酶H2O脲酶2H2O4NH3+2CO2乙醛酸尿素OHNH2尿囊酸（植物）（魚類、兩棲類）（海洋無脊椎動物）脫氨氧化水解三、嘧啶的降解脫氨還原水解一、嘌呤核苷酸的生物合成從頭合成途徑補救途徑二、嘧啶核苷酸的生物合成從頭合成途徑補救合成途徑第三節(jié)核苷酸的生物合成三、脫氧核苷酸的合成（1）嘌呤環(huán)上各原子的來源N3N9N7N1C2C6C4C5C8來自谷氨酰胺的酰胺氮來自甲酸來自甲酸來自天冬氨酸來自甘氨酸來自CO2一、嘌呤核苷酸的生物合成（AMP、GMP)合成嘌呤核苷酸，先合成IMP，再轉(zhuǎn)化為AMP、GMP。1、

從頭合成IMP的合成是從5-磷酸核糖開始的，先于ATP反應(yīng)生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤環(huán)的各原子在PRPP的C-1位置上逐漸加上去。（2）

IMP的合成5-P核糖ATPAMP5-P核糖-1-焦磷酸

IMP945783612川IMP的合成是從5-磷酸核糖開始的，先于ATP反應(yīng)生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤環(huán)的各原子在PRPP的C-1位置上逐漸加上去。5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲酰THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP→IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPi總反應(yīng)式：（3）IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP嘌呤核苷+磷酸核苷磷酸化酶嘌呤堿+戊糖-1-磷酸2、

補救途徑(利用已有的堿基和核苷合成核苷酸)(1)磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（重要途徑）次黃嘌呤（鳥嘌呤）+5-PRPP次黃嘌呤(鳥嘌呤)磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶IMP（GMP)+PPi腺嘌呤+5-PRPP腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶AMP+PPi腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷，后者在腺苷激酶的作用下與ATP反應(yīng)，生成腺嘌呤核苷酸。2、核苷激酶途徑（生物體內(nèi)只發(fā)現(xiàn)有腺苷激酶）堿基+核糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷+Pi腺苷+ATP腺苷激酶腺苷酸+ADP與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸時，首先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖結(jié)合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)化為胞嘧啶核苷酸。二、嘧啶核苷酸的合成1、

從頭合成（1）嘧啶環(huán)上各原子的來源

來自天冬氨酸來自CO2來自NH3NNCCCC654321氨甲酰磷酸（2）尿嘧啶核苷酸的合成天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶二氫乳清酸酶二氫乳清酸脫氫酶乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+乳清苷酸脫羧酶尿嘧啶核苷三磷酸可直接與NH3（細菌）或Gln（動物）反應(yīng)，生成胞嘧啶核苷三磷酸。UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶／Mg2+UDP+ADPUDP+ATP核苷二磷酸激酶／Mg2+UTP+ADPCTP合成酶UTP+Gln（NH4+）+ATP+H2OCTP+Glu+ADP+Pi（3）胞嘧啶核苷酸的合成嘧啶堿與1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。嘧啶堿+1-磷酸核糖核苷磷酸化酶嘧啶核苷+Pi尿苷（胞苷）+ATP尿苷激酶／Mg2+UMP（CMP）+ADP（2）磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（胞嘧啶不行）尿嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶+5-PRPPUMP+PPi2、

補救途徑（1）

嘧啶核苷激酶途徑（重要途徑）嘌啶核苷酸與嘧啶核苷酸合成的比較相同點1.

合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2.

都有從頭和補救途徑

3.

先合成有關(guān)的核苷酸,再合成核苷酸。不同點1.

在5'-P-R基礎(chǔ)上合成嘌呤環(huán)2.

最先合成的核苷酸是IMP

3.

在IMP基礎(chǔ)上完成AMP和GMP的合成1.

先合成嘧啶環(huán)再與5'-P-R結(jié)合2.

先合成UMP3.

以UMP為基礎(chǔ),完成CTP,TMP的合成

脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸衍生而來的。三、脫氧核苷酸的合成核糖核苷酸還原酶二、核苷酸的生物合成3、脫氧核糖核苷酸的生物合成核糖核苷酸還原需要二個氫，其最終的給體是NADPH硫氧還蛋白谷氧還蛋白（1）核糖核苷酸的還原反應(yīng)NADP+NADPH+H+硫氧還蛋白還原酶FAD核糖核苷酸還原酶（B1和B2）ATP、Mg2+硫氧還蛋白（還原型）SHSH硫氧還蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O