第7章_ 核酸降解与苷酸代谢

FH4
dR-5-P
dTMP
dTMP→dTDP→dTTP→参与DNA合成。
核酸的酶促降解和核苷酸的代谢
1
核酸的酶促降解 核酸酶、限制性内切酶
2
3
核苷酸的降解
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
一、核酸外切酶 二、核酸内切酶 三、限制性内切酶
一、外切核酸酶
B
5´ OH
B
B
B
p
B
B
B
B
p
p
p
p
p
p
OH 3´
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）
外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯 酶从多核苷酸链的3′端开始逐个水解核苷酸链，产物为5′-核苷 酸。牛脾磷酸二酯酶从多核苷酸链的5′端开始逐个水解核苷酸 链，产物为3′-核苷酸
NADPH+H
+
二氢嘧啶酶 β -脲基丙酸
H2O
NADP
+
β -脲基丙酸酶 β -丙氨酸 + NH3 + CO2
H2O
↓ 乙酰辅酶A
（二）胸腺嘧啶的降解：
二氢胸腺嘧啶脱氢酶 T
NADPH+H
+
DHT
NADP
+
二氢嘧啶酶 β -脲基异丁酸
H 2O
β -脲基异丁酸酶 β -氨基异丁酸 + NH3 + CO2
NDP
dNDP
ADP 核糖核苷酸还原酶 Mg2+ GDP CDP UDP
NADPH+H+
dADP dGDP dCDP dUDP
NADP++H2O
◆dTMP的合成：
O C O C
HN
C O N
CH
CH
TMP合成酶
HN C N
C
CH
CH3
N5， N10-CH2-FH4 FH2 O
dR-5-P
dUMP
HN C O
O C N H
CH2 CH2
二氢尿嘧啶 HO 2
H2N C O
COOH CH CH3 N H CH2
β-脲基异丁酸 H2O
H2N C O
COOH CH2 N H CH2
H2O
H2N
CH2 CH CH3
COOH
CO 2 H2N CH2 CH2 COOH
β-丙氨酸
+
NH 3
β-氨基异丁酸
第三节 核苷酸的合成代谢
1、从头合成的过程： （1）UMP的合成： UMP合成原料：谷氨酰胺、CO2、（谷氨 酰胺+CO2→氨基甲酰磷酸）、天冬氨酸、 PRPP。
C
4
氨基甲酰磷酸
N3 C2
1
5C
天冬氨酸
6C
N

合成过程：
氨基甲酰磷 酸合成酶
Gln+HCO3－
2ATP
H2N-CO-O-HPO3-+Glu
2ADP＋ Pi
反应过程：
5-磷酸核糖焦磷酸
腺嘌呤 ＋ PRPP
次黄嘌呤 ＋ PRPP 鸟嘌呤 ＋ PRPP
APRT HGPRT HGPRT 腺苷激酶 ATP ADP
AMP ＋ PPi
IMP ＋ PPi GMP ＋ PPi
腺嘌呤核苷
AMP
二、嘧啶核苷酸的合成 （一）从头合成 先合成嘧啶环，再由嘧啶和PRPP合成嘧啶 核苷酸。 先合成UMP，再进一步转变为胞嘧啶核苷 酸和胸腺嘧啶核苷酸。
氨基甲酰磷酸
（2）UTP、CTP的合成：
尿苷酸激酶

尿苷酸激酶
UMP
ATP
ADP
UDP
ATP
ADP
UTP

UTP+Gln+ATP
CTP合成酶
CTP+Glu+ADP+Pi
NH2
C
N C O N
CH CH
R-5-PPP
（二）嘧啶核苷酸的补救合成
尿嘧啶核苷
尿苷激酶 ATP ADP
UMP
三、脱氧核糖核苷酸的生成： 脱氧核糖核苷酸（包括嘌呤脱氧核苷酸 和嘧啶脱氧核苷酸）是在二磷酸核苷 （NDP）水平还原生成的。
说明 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
Bam H I Eco R I Hind Ⅲ Sal I Sma I
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，平端切口

转基因技术
载 体 DNA (限 制 性 内 切 酶 切 开 )
＋
目的基因
＋
宿主细胞
重组体
已转化的宿主细胞
繁殖 阳性克隆株
表达
甲基化酶
腺嘌呤
O N N H HN N N N 次黄嘌呤 H O HN N
O
HN
N N N H黄嘌呤
O
O
HN H N
O
H2N
N
鸟嘌呤
N H
O
N
N H
尿酸
O HN H N
O
O H2N
H N
O
O
N
尿酸
N H
O
O
N
尿囊素
N H O H2N OH
NH3＋CO2
NH2 H2 N 尿素 COOH CHO
乙醛酸
NH2 O N

这种酶能使细菌自身DNA中的核苷酸甲基化而 不被限制酶降酸的分解代谢
一、核苷酸的分解代谢 二、嘌呤的分解代谢
三、嘧啶的分解代谢
一、核苷酸的分解代谢
核苷酸酶
Pi
核苷酸
核苷
核苷酶
碱基 ＋ 核糖
核苷磷酸化酶
1-磷酸核糖
碱基
二、嘌呤核苷酸的分解：
NH2 N N
（二）常用的DNA限制性内切酶的专一性
酶 辨认的序列和切口
‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥ ‥ ‥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 ‥‥
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
IMP 次黄嘌呤核苷酸
AMP与GMP的生成
天冬氨酸 GTP
IMP
NAD+
NADH+H+
腺苷酸代琥珀酸
延胡索酸
黄嘌呤核苷酸 （XMP）
谷氨酰胺 ATP
AMP
GMP
（二）补救合成途径（salvage pathway）

概念：细胞利用现成的嘌呤碱基或嘌呤核苷重 新合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成途径。
H 2O
↓ 琥珀酰辅酶A
N C O
NH2 C CH N H CH
胞嘧啶
HN C O
O C N H
C
CH3
胸腺嘧啶
CH
NADPH H+ +
+ NADP
NH 2
HN C O
O C N H
CH CH
尿嘧啶 NADPH H+ + NADP
+
HN C O
O C N H
CH CH3 CH2
二氢胸腺嘧啶 H2O
第7章 核酸降解 和核苷酸代谢
• 核酸的酶促降解 • 核苷酸的分解代谢 • 核苷酸的生物合成
核酸酶——水解核酸的酶
核糖核酸酶
核酸酶
脱氧核糖核酸酶
按作用底物（DNA或RNA）分类
核酸酶——水解核酸的酶
核酸内切酶
核酸酶
核酸外切酶
按作用方式分类：水解分子内磷酸二酯键或水解分子外磷酸二酯键
第一节 核酸的酶促降解
旋中4-8个碱基对所组成的特异的回文序列，并在
此序列的某位点水解DNA的酶，这类酶称为限制
性内切酶（ristriction endonuclease）。
(一) 限制性内切酶类型
I型：识别位点与切割位点相差甚远，产物 为异质的。 Ⅱ型：切割位点位于识别位点上，产物为专 一性片段，对核酸研究特别有用。现在分子生 物学研究所用的限制性内切酶均为此类。 III型：有专一的识别顺序，但不是对称的 回文顺序,在识别顺序旁边几个核苷酸对的固 定位置上切割双链。
核苷酸合成的2条途径： 1、从头合成途径： 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、二氧化 碳等简单化合物为原料，经一系列酶促反应合 成核苷酸的过程。主要的合成途径。 2、补救合成途径： 利用体内游离的碱基或核苷，经过简单反应过 程合成核苷酸。次要合成途径。
一、嘌呤核苷酸的合成： （一）嘌呤核苷酸的从头合成途径 1.嘌呤环各组成成分的来源 同位素实验证明 原料：天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位 （甲酸盐）、CO2、PRPP
二、内切核酸酶
Py
1´
Pu
Py
Py
G
A
C
U
G
A
p
5´
p
p
p
p
p
p
p
p
p
OH
3´
RNAase I Pu ：嘌呤
RNAase T1 Py：嘧啶
如牛胰核糖核酸酶作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键， 生成3-p-嘧啶核苷或末端为3'-p-嘧啶核苷的寡核苷酸。
三 、限制性内切酶
原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺