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
11.1 核酸的酶促降解 11.2 核苷酸的分解代谢 11.3 核苷酸的生物合成
核苷
核苷酶
戊糖
核酸
核酸酶
核苷酸
核苷酸酶
磷酸
碱基
嘌
嘧
呤
啶
分
分
解
解
11.1 核酸的酶促降解
生物体内存在着多种降解核酸的酶类，称为核酸 酶(nuclease) ，它在核酸降解和周转中起着重 要作用。
11.1.2 脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶专一水解DNA，作用方式作为 内切酶，切断双链或单链，作为外切酶有 5→3切割或3→5切割。
例如牛胰脱氧核糖核酸酶(DNase Ⅰ)，可切割 双链和单链DNA，产物为5-磷酸为末端的寡 核苷酸；牛脾脱氧核糖核酶(DNaseⅡ)降解 DNA产生3-磷酸为末端的寡核苷酸。
核苷经核苷酶(nudeosidase)作用分解为嘌呤碱 或嘧啶碱和戊糖。
分解核苷的酶有两类
①核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylase)广泛 存在于生命机体中，催化反应可逆；
②核苷水解酶(nucleoside hydrolase)主要存在 于植物、微生物体内，只作用于核糖核苷， 催化反应不可逆。
核酸酶分类
底物：脱氧核糖核酸酶(dexyribonuclease,DNase) ， 核糖核酸酶(ribonuclease, RNase) RNase
作用方式：核酸外切酶（exonuclease） 核酸内切酶（endonuclease）
11.1.1 核酸酶 11.1.1.1 外切核酸酶
外切酶作用于核酸链的一端，逐个水解下核 苷酸，是非特异性的磷酸二酯酶。为非特异 性磷酸二酯酶。
10核酸酶促降解和核苷酸代谢
10核酸酶促降解和核苷酸代谢
核酸酶是一组分子量较大的蛋白质，是DNA和RNA的重要降解酶，可以促进DNA与RNA的合成、降解、改造等反应。
这些反应包括线粒体DNA 的重组和修复、DNA的合成与维护、RNA的转录、基因表达、以及核苷酸代谢等。
除此之外，核酸酶还可以促进核酸复制、转录和翻译等步骤，具有促进基因表达和改变基因组结构，修复和维护DNA和RNA的能力。
核酸酶分子通过承载一组众多的催化朙朙，可以与目标核酸分子特异性结合，从而促进其降解，从而获得活性核苷酸供后续合成、降解及修复反应中进行活性相互作用。
核苷酸代谢是基因表达和维护生物体内水平的重要过程。
它通过把位于染色体中的胞嘧啶转录成嘧啶碱型核苷酸，并通过不断转化的反应来修改基因表达水平，定期的转录修复等，从而维护细胞内的水平。
核苷酸代谢可以通过核酸酶来促进，核酸酶可以促进核苷酸复制、转录和翻译，从而促进核苷酸的代谢。
核苷酸代谢可以在一些特定的细胞有效地合成、降解、传播和重组信号，以改变基因表达组成如RNA和DNA的重组和修复，从而调节基因的水平。
生物化学第十章核酸的酶促降解和核苷酸代谢
①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ③IMP脱氢酶
②腺苷酸代琥珀酸裂医解学p酶pt ④GMP合成酶
19
• 嘌呤核苷酸从头合成特点
• 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。
医学ppt
20
（3）嘌呤核苷酸合成补救途径
参与补救合成的酶:
医学ppt
27
（4）. dTMP或TMP的生成
脱氧核苷酸还原酶
UDP
dUDP
CTP CDP dCDP dCMP
TMP合酶
dUMP
N5, N10-甲烯FH4
FH2
FH4 FH2还原酶 NADP+ NADPH+H+
脱氧胸苷一磷酸
dTMP
医学ppt
28
（5） 嘧啶核苷酸的补救合成
嘧啶 + PRPP 嘧啶磷酸核糖转移酶 磷酸嘧啶核苷 + PPi
六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
Sal I
‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥
六核苷酸，粘端切口
Sma I
‥ ‥
‥C ‥G
C G
CG GC
G C
G C
‥‥ ‥‥医学ppt
六核苷酸，平端切口 9
限制性内切酶的命名和意义
例：Eco R I，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限
AMP
AT医P学ppt ADP
21
•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。
医学ppt
第十章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢精品PPT课件
三、限制性内切酶
限制性内切酶主要是从细菌中分离得到，能识
别特定的核苷酸顺序，细菌自身的DNA序列已被甲 基化（甲基化酶），不会被水解。因此这些酶仅限 于水解外源 DNA 以保护自身，故称为“限制性” 酶。
（一）核酸外切酶
➢ 作用于核苷酸链的一端，逐个水解下核苷酸。 ➢ 是非特异性的磷酸二酯键
3’-核酸外切酶：从3’-OH 端开始，生成 5’- 单
核苷酸，如蛇毒磷酸二酯酶。 5’-核酸外切酶：从5’-OH 端开始，生成3’单核苷酸，如牛脾磷酸二酯酶。
外切核酸酶对核酸的水解位点
BBBBBBBB
5´ p
RNAase T1
Pu ：嘌呤
Py：嘧啶
牛胰核酸酶（牛胰 RNase） 作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，其专一作用
于 RNA，对 DNA 不作用。
核酸酶促水解作用部位
二、脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶专一水解 DNA ，作用方式作为 内切酶，切断双链，或切断单链，作为外切酶有 5′ 3′切割或是 3′ 5′切割。
（1）5’端凸出（如EcoR I切点）
5’-
GAATTC
-3’
3’-
CTTAAG
-5’
5’-
G AATTC
-3’
3’-
CTTAA G
-5’
（2）3’端凸出（如Pst I切点）
5’-
CTGCAG
-3’
3’-
GACGTC
-5’
5’-
CTGCA
G
-3’
3’-
G
ACGTC
-5’
生物化学_09 核酸降解和核苷酸的代谢
IMP转变为GMP和 转变为GMP （3）IMP转变为GMP和AMP
2、 补救途径
(利用已有的碱基和核苷合成核苷酸) (1) 磷酸核糖转移酶途径（重要途径）
核苷磷酸化酶
嘌呤核苷 + 磷酸 腺嘌呤 + 5-PRPP
次黄嘌呤(鸟嘌呤) 磷酸核糖转移酶
嘌呤碱 + 戊糖-1-磷酸 AMP + PPi
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
基因组DNA 基因组 不被切割
限制—修饰的酶学假说 限制 修饰的酶学假说 1968年，Meselson 和Yuan发现了 型限制性核酸内切酶 年 发现了I型限制性核酸内切酶 发现了 1970年，Smith和Wilcox从流感嗜血杆菌中分离纯化了 年 和 从流感嗜血杆菌中分离纯化了 第一个II型限制性核酸内切酶 第一个 型限制性核酸内切酶Hind II 型限制性核酸内切酶
（2）尿嘧啶核苷酸的合成 ）
天冬氨酸转氨甲酰酶 二氢乳清酸酶
乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+ 二氢乳清酸脱氢酶
乳清苷酸脱羧酶
（3） 胞嘧啶核苷酸的合成
尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln（动物） 细菌） 尿嘧啶核苷三磷酸可直接与 （动物） 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。
二、脱氧核糖核酸酶
只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 DNA磷酸二酯键的酶 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ） 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ）： 可切割双链和单链DNA 降解产物为3 DNA， 可切割双链和单链 DNA， 降解产物为 3’ - 磷酸 为末端的寡核苷酸。 为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶： 限制性核酸内切酶： 细菌产生的、能识别并特异切割外源DNA DNA特定 细菌产生的 、 能识别并特异切割外源 DNA 特定 中的磷酸二脂键( 序列中的磷酸二脂键 对碱基序列专一） 序列中的磷酸二脂键(对碱基序列专一）的核酸内 切酶。 切酶。
核酸的降解
第九章核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸在生物体内核酸酶、核苷酸酶、核苷酶等的作用下，分解为氨、尿素、尿囊素、尿囊酸、尿酸等终产物，排泄到体外。
在核酸的分解过程中，产生的核糖可以沿磷酸戊糖途径代谢，产生的核苷酸及其衍生物几乎参与细胞的所有生化过程。
如A TP是生物体内的通用能源；腺苷酸还是几种重要辅酶的组成成分；cAMP和cGMP作为激素作用的第二信使，是生物体内物质代谢的重要调节物质。
第一节核酸的分解代谢动物和异养型微生物可以分泌消化酶来分解食物中的核蛋白和核酸类物质，以获得各种核苷酸、核苷及嘌呤碱、嘧啶碱和戊糖。
植物一般不能消化体外的有机物质。
但所有生物细胞都含有与核酸代谢有关的酶类，能使细胞内的核酸分解，促使核酸更新。
在体内，核酸的分解过程如下：嘌呤碱和嘧啶碱+ 戊糖—1—磷酸。
一、核酸的降解（解聚）在生物体内能催化磷酸二酯键水解而使核酸解聚的酶，称为核酸酶。
其中专一作用于RNA的称为核糖核酸酶（RNase）；专一水解DNA的称为脱氧核糖核酸酶（DNase）。
核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶中，能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶称为核酸内切酶（Endonuclease）；而能从DNA或RNA以及低聚多核苷链的一端逐个水解下单核苷酸的酶称为核酸外切酶（Exonuclease)。
二、核苷酸的降解各种单核苷酸受细胞内磷酸单酯酶或核苷酸酶的作用水解为核苷和磷酸。
核苷在核苷酶的作用下进一步分解。
核苷酶的种类很多，可以分为两大类：一类是核苷磷酸化酶（Nucleoside Phosphorylase），一类是核酸水解酶（Nucleoside hydrolase）。
三、碱基的分解1．嘌呤的分解嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下脱去氨基。
在许多动物体内广泛含有鸟嘌呤脱氨酶，可以催化鸟嘌呤水解脱氨生成黄嘌呤。
但腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性很高。
因此，腺嘌呤的脱氨反应是在腺苷酸和腺苷的水平上进行的。
生物化学合工大第十二章核酸的酶促降解和核苷酸代谢ppt课件
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)
嘌呤环上各原子的来源
来自CO2 来自天冬氨酸
来自甘氨酸
来自“甲酸盐”
来自“甲酸盐”
来自谷氨酰胺的酰胺氮
5-磷酸核糖焦磷酸
甘氨酸
5-磷酸 核糖胺
HCHLeabharlann CH2N5N，5-NC1H0-OC-HF2H-F4 H4
一碳基团的 S-腺苷蛋氨酸 来源与转变
参与 甲基化反应
N5-CH2-FH4
丝氨酸 FH4
NAD+
NDAH+H+ N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶
N5 N10 - CH2-FH4
为胸腺嘧啶合 成提供甲基
NAD+ NDAH+H+
N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶
1、核酸酶的分类
（1）根据对底物的 专一性分为
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 （2）根据切割位点分为 核酸外切酶
2、核酸酶的作用特点
外切核酸酶对核酸的水解位点
BBBBBBBB
5´ p
p
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
组氨酸 苷氨酸
FH4
N5， N10 = CH-FH4
参与嘌呤合成
HCOOH FH4
H2O 环水化酶
H+
N10 -CHO-FH4
第八章 核酸的酶促降解
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 1 页 共 8 页
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 核苷酸的降解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢
1
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 8 页
一、降解方式
3
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 8 页
应用极广。
限制性内切酶的命名较为特殊：如大肠杆菌的一种限制性内切 E——EcoRI
E coR I
细菌属
酶编号
菌名 菌株
5ˊ pGAATTCp
3ˊ 5ˊ pG pAATTCp
3ˊ
3ˊ pCTTAAG
5ˊ 3ˊ pCTTAAp Gp 5ˊ
5
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 6 页 共 8 页
R5 P ATP
Gln Gly
甲酸
CO2 甲酸 Gln Asp
G TP A sp
AMP
PRPPP P OCH2 O P P
IMP GMP
G ln A T P
二、嘧啶核苷酸的合成
（一）嘧啶环组成成分来源
氨甲酰磷酸 Asp
UDP
第九章核酸的酶促降解和核苷酸代谢
嘧啶的分解
第二节．核苷酸的合成代谢
植物、动物和微生物，一般都能够合成各 种嘌呤和嘧啶核苷酸，它们的合成途径大致 相同。通常核苷酸的生物合成有两条主要途 径: 一条是利用简单的原料如氨基酸、甲酸 盐和CO2等的从头合成(de novo synthesis); 另一条是利用核酸降解的中间产物或外 源的核苷，嘌呤碱和嘧啶碱合成新的核苷酸 、此途径称补救(salvage)途径。
限制性内切酶:识别并水解特异核 酸序列的核酸内切酶。
3. Nuclease(核酸酶)
既可水解RNA又可水解 DNA磷酸二酯键的核酸酶称 非特异核酸酶，例如小球菌核 酸酶S1是内切酶，可作用 RNA或变性DNA，产生3’-核 苷酸。
４．PDase(磷酸二酯酶)
蛇毒磷酸二酯酶则能从RNA链 或DNA链的3’-羟基末端逐个切割核 苷酸，生成5’-核苷酸。牛脾磷酸二 酯酶从RNA链或DNA链的５’-羟 基末端逐个切割核苷酸，生成３’核苷酸。
dTMP的来源: a.dUDP+H2O--------→dUMP+Pi b.dCMP+H2O--------→dUMP + NH3 7,8-FH2 +NADPH+H+==========5,6,7,8-FH
Ser羟甲基转移酶 还原酶
+ +NADP 4
脱氨
Ser+FH4==============Gly+M5、N10-甲叉FH4+H2O
ATP ADP ATP ADP
AMP
ADP 激 酶
ATP
GMP
GDP 激 酶 GTP
(2)补救合成途径:
依靠外源的或体内分解的嘌呤核苷合成嘌呤核苷 酸。 G GMP
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核酸是构成生物体遗传物质的重要分子之一、它们在生物体内起着关键的功能，包括存储遗传信息、传递遗传信息和参与生物体的代谢过程。
然而，核酸分子并不是永久存在的，它们会经历酶促降解和核苷酸代谢过程。
酶促降解是一种通过酶催化反应将核酸分子分解为较小的碎片的过程。
这一过程在细胞中起着至关重要的作用，因为它能够控制细胞内的核酸浓度，并对细胞进行修复和调控。
具体而言，核酸的酶促降解主要通过核酸酶参与。
核酸酶可以识别特定的核酸分子，切割磷酸二酯键并将其分解成较小的碎片。
酶促降解的过程是高度调控的，这意味着细胞可以根据需要来降解核酸分子。
核酸酶的酶促降解反应可以发生在DNA和RNA分子上。
在DNA分子中，核酸酶可以通过识别特定的序列或结构来切割DNA链。
这些酶可以在DNA复制、修复和重组过程中发挥重要的作用。
在RNA分子中，核酸酶则可以通过识别特定的次级结构来切割RNA链。
这些酶在RNA降解和剪接等过程中起着关键作用。
核苷酸的合成通常发生在两个方向上。
一方面，细胞通过核苷酸合成途径将脱氧核苷酸和核苷酸合成为DNA和RNA的单体。
这些途径包括脱氧核苷酸合成途径和核苷酸合成途径。
另一方面，细胞还可以通过核苷酸分解途径将核苷酸分解为核苷和磷酸。
这些途径包括核苷酸降解途径和氨基酸代谢途径。
核酸酶和核苷酸代谢的失调会导致DNA和RNA的不稳定和降解，影响细胞的正常功能。
此外，核苷酸代谢紊乱还与多种人类疾病的发生和发展密切相关。
因此，研究核酸的酶促降解和核苷酸代谢机制对于理解生物体的正常功能和疾病的发生具有重要意义。
第12章 核酸代谢
①尿嘧啶核苷酸的生物合成
20世纪40年代已阐明嘧啶环合成途径。
嘧啶核苷酸是由天门冬酰胺、 PRPP和氨基甲
酰磷酸等形成的。
嘧啶环上各原子的来源
C
来自NH3 4
N3 C2
C5 C6
来自天冬氨酸
来自CO2
N 用同位素标记实验证明：嘧啶环上的N3来自NH3， C2来源于CO2，其余4个原子来源于天冬氨酸。
灵长类、鸟类、爬虫类以及大多数昆虫中嘌
呤的最终产物为尿酸；除灵长类以外的哺
乳动物、腹足类则为尿囊素；某些硬骨鱼 中则尿囊素再继续分解为尿囊酸；大多数 鱼类、两栖类中尿囊酸再分解为尿素和乙 醛酸；海洋无脊椎动物星虫类、甲壳类则 将尿素分解为氨和CO2。
• 体内嘌呤核苷酸的分解代谢主要发生在肝、小肠 及肾中。
2 核酸内切酶
核酸内切酶特异地水解多核苷酸内部各键，是特异性 强的磷酸二酯酶。 如牛胰核酸酶作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，生成 嘧啶核苷 -3-磷酸或末端为嘧啶核苷 -3-磷酸的寡核 苷酸。
牛胰核酸酶专一作用于RNA，对DNA及其它磷酸二酯
化合物不作用或作用活性很低。
牛胰 RNase 具有高度热稳定性。许多 RNAase 也都是
大肠杆菌的EcoR I对DNA的识别顺序和酶作用 产物的粘性末端。
限制酶的命名较为特殊。以EcoRI为例，第1个大写字 母 E 为大肠杆菌的属名 (Escherichia) 的第 1 个字母， 第 2 、 3 两个小写字母 co 为它的种名 (coli) 的头两个 字母。第4个字母用大写R，表示所用大肠杆菌的菌 株。最后一个罗马字表示从该细菌中分离出来的这 一类酶的编号。
脱氧核糖核酸酶专一水解DNA，
作用方式:作为内切酶，可切断双链或单链;
核酸的酶促降解与苷酸代谢
C
HN
CH
C O
CH
N H
尿嘧啶
NADPH
+ H+
NADP +
O
C
HN
C H2
C
CH 2
O
N H 二氢尿嘧啶
H 2O
H 2N
C O
CO OH C H2
CH 2 N H
H 2O
H 2N
CH 2 CH 2 CO OH
β-丙 氨 酸
HN C
O
HN C
O
O
C C CH 3
CH N H
NADPH
胸腺嘧啶 + H+
两栖类------尿素、乙醛酸
医学ppt
10
最终产物
人、灵长类、鸟类、爬行类等------尿酸 其他哺乳动物----尿囊素 硬骨鱼类------尿囊酸 两栖类------尿素、乙醛酸 植物---------尿囊酸
医学ppt
11
二
嘧 啶 的 分 解
N
C O
NH 2 C
CH
CH
N H
胞嘧啶
NH 2
O
医学ppt
6
第二节 核苷酸的分解代谢
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
医学ppt
7
一、核苷酸的分解代谢
核苷酸 核苷酸酶 核苷 核苷酶 碱基 ＋ 核糖
Pi
核苷磷酸化酶
1-磷酸核糖 碱基
医学ppt
8
二、嘌呤的分解
NH2
N
N
N
N H
O HN
N O
HN
H2N
N
O
N
核酸的酶促降解和核苷酸代谢客观题带答案
核酸的酶促降解和核苷酸代谢（客观题带答案）核酸的酶促降解和核苷酸代谢一、名词解释1.核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylase)：能分解核苷生成含氮碱和戊糖的磷酸酯的酶。
2.从头合成(de novo synthesis )：生物体内用简单的前体物质合成生物分子的途径，例如核苷酸的从头合成。
3.补救途径(salvage pathway)：与从头合成途径不同，生物分子的合成，例如核苷酸可以由该类分子降解形成的中间代谢物，如碱基等来合成，该途径是一个再循环途径。
4.限制性内切酶:二、单选题（在备选答案中只有一个是正确的）（ 3 ）1．嘌呤核苷酸从头合成时首先生成的是：①GMP; ②AMP; ③IMP; ④ATP（ 2 ）2.提供其分子中全部N和C原子合成嘌呤环的氨基酸是：①天冬氨酸; ②甘氨酸; ③丙氨酸; ④谷氨酸（ 1 ）3.嘌呤环中第4位和第5位碳原子来自下列哪种化合物？①甘氨酸②天冬氨酸③丙氨酸④谷氨酸（ 3 ）4.嘌呤核苷酸的嘌呤核上第1位N原子来自①Gly②Gln③ASP④甲酸三、多项选择题1.嘧啶分解的代谢产物有：(ABC)A．CO2; B．β-氨基酸C．NH3D．尿酸2.嘌呤环中的氮原子来自(ABC)A．甘氨酸; B．天冬氨酸; C．谷氨酰胺; D．谷氨酸四、填空题1．体内脱氧核苷酸是由____核糖核苷酸_____直接还原而生成，催化此反应的酶是____核糖核苷酸还原酶______酶。
2.人体内嘌呤核苷酸分解代谢的最终产物是______尿酸______，与其生成有关的重要酶是___黄嘌呤氧化酶_________。
3.在生命有机体内核酸常与蛋白质组成复合物，这种复合物叫做染色体。
4.基因表达在转录水平的调控是最经济的，也是最普遍的。
五、问答题：1.降解核酸的酶有哪几类？举例说明它们的作用方式和特异性。
2.什么是限制性内切酶？有何特点？它的发现有何特殊意义？3．简述蛋白质、脂肪和糖代谢的关系？蛋白质AA糖EMP 丙酮酸乙酰辅酶A TCA脂肪甘油脂肪酸六、判断对错：（对）人类和灵长类动物缺乏尿酸氧化酶，因此嘌呤降解的最终产物是尿酸。
第八章核酸的降解和核苷酸代谢
降解
核酸
核苷酸
Pi
核苷
戊糖
碱基
二、核苷酸的分解代谢
1.嘌呤碱的分解
NH 2 N
N
N H
N
次黄嘌呤
黄嘌呤
NH3 + CO2
（微生物）
G
R NH2
尿酸（醇式）
尿素
2.嘧啶碱的分解
NH 2 N
N
O
H
NH2
O NH
还原 二氢尿嘧啶
N
O
H
（开环）
H2O
Β－丙AA
H2O
Β－脲基丙酸
三、核苷酸的生物合成
概述： 基本途径
N5,N10-次甲基四氢叶酸
一、核酸的酶促降解
1.核酸水解：
DNA 稳定，耐酸碱
RNA 易水解：碱中水解
2. 酶促水解：
RNA:
RNase(酶稳定、耐高温)
DNA:
DNase(种类多、工具酶)
作用类别：
核酸内切酶 磷酸二酯酶 核酸外切酶 磷酸单酯酶
非特异性 特异性
3.限制性核酸内切酶
（Restriction endonuclease）
具有识别双链DNA分子中特定核苷酸序 列，并由此切割DNA双链的核酸内切酶 统称为限制性核酸内切酶
发现： 1952， Smith Human 用T4 phage 感染E.coli. 提出了限制与修饰现象。
命名：
三字母： 属名＋种名＋株名
Ⅰ类本同Ⅱ类
从头合成
ATP
（CO2/NH3/AA/戊糖）
核苷酸
半合成（补救合成）
分解的现成嘌呤、嘧啶
dNDP
核苷酸合成的两条途径
补救途径
核酸的酶促降解与核苷酸代谢
A+P R P P
A M P+P P i
腺 嘌 呤
次 黄 嘌 呤 / 鸟 嘌 呤 磷 酸
G /I +P R P P
G M P /IM P+P P i
鸟 嘌 呤 / 次 黄 嘌 呤
核 糖 转 移 酶
2024/6/22
（三）、 嘧啶核苷酸的合成
嘧啶环各原子的来源 氨基甲酰磷酸
C
4
N3
5C
C2 6C
1
N
一、 核苷酸的生理功能
1、 核酸合成的原料：
2、 能量的利用形式： ATP、GTP、UTP、CTP
3、 参与代谢和生理调节： ATP/ADP/AMP, cAMP、 cGMP
4、 组成辅酶（基）：腺苷酸
5、 活性中间代谢物：UDPG、ADPG葡萄糖:糖原合成
• 合成
CDP- 胆碱:磷酸甘油酯
2024/6/22
作用于核糖或 脱氧核糖核苷
作用于核糖核苷
2024/6/22
核苷
2024/6/22
பைடு நூலகம்
（一）、嘌呤核苷酸的分解代谢
2024/6/22
（二）、嘧啶核苷酸的分解代谢
嘧啶核苷酸
胞嘧啶 尿嘧啶
嘧啶碱+磷酸核糖 NH3、CO2、β-丙氨 酸
胸腺嘧啶
NH3、CO2、β-氨基异丁酸
2024/6/22
N H2 C N CH
11）FAICAR脱水环化，生成IMP
2024/6/22
2024/6/22
腺苷酸代琥珀酸 2.AMP和GMP的生成 腺苷酸
次黄嘌呤 核苷酸
2024/6/22
黄嘌呤核苷酸
鸟苷酸
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华中农业大学生物化学考研试题库附答案核酸的降解和核苷酸代谢
第12章核酸的降解和核苷酸代谢一、教学大纲基本要求核酸的酶促降解，水解核酸的有关酶（核酶外切酶、核酶内切酶、限制性内切酶），核苷酸、嘌呤碱、嘧啶碱的分解代谢，嘌呤核苷酸的合成，嘧啶核苷酸的合成，脱氧核糖核苷酸的合成，辅酶核苷酸的合成。
二、本章知识要点(一)核酸的酶促降解核酸酶（nucleases）：是指所有可以水解核酸的酶，在细胞内催化核酸的降解，以维持核酸（尤其是RNA）的水平与细胞功能相适应。
食物中的核酸也需要在核酸酶的作用下被消化。
核酸酶按照作用底物可分为：DNA酶（DNase）、RNA酶（Rnase）。
按照作用的方式可分为：核酸外切酶和核酸内切酶，前者指作用于核酸链的5‘或3’端，有５’末端外切酶和３’末端外切酶两种；后者作用于链的内部，其中一部分具有严格的序列依赖性（4～8 bp），称为限制性内切酶。
核酸酶在DNA重组技术中是不可缺少的重要工具，尤其是限制性核酸内切酶更是所有基因人工改造的基础。
（二）核苷酸代谢1.核苷酸的生物学功能①作为核酸合成的原料，这是核苷酸最主要的功能；②体内能量的利用形式；③参与代谢和生理调节；④组成辅酶。
核苷酸最主要的功能是作为核酸合成的原料，体内核苷酸的合成有两条途径，一条是从头合成途径，一条是补救合成途径。
肝组织进行从头合成途径，脑、骨髓等则只能进行补救合成，前者是合成的主要途径。
核苷酸合成代谢中有一些嘌呤、嘧啶、氨基酸或叶酸等的类似物，可以干扰或阻断核苷酸的合成过程，故可作为核苷酸的抗代谢物。
不同生物嘌呤核苷酸的分解终产物不同，人体内核苷酸的分解代谢类似于食物中核苷酸的消化过程，嘌呤核苷酸的分解终产物是尿酸。
嘧啶核苷酸的分解终产物是β-丙氨酸或β-氨基异丁酸。
核苷酸的合成代谢受多种因素的调节。
(1)嘌呤核苷酸代谢①嘌呤核苷酸的合成代谢：体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径，一是从头合成途径，一是补救合成途径，其中从头合成途径是主要途径。
嘌呤核苷酸合成部位在胞液，合成的原料包括磷酸核糖、天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位及CO2等。
核酸的酶促降解
①生成乳清苷酸
②由乳清苷酸转化成其它化合物
↗CO2 乳清苷酸→UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶
UDP+ADP UDP+ATP核苷二磷酸激酶UTP+ADP UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP合成酶 →CTP+谷氨酸+ADP+Pi (2)补救途径与嘌呤核苷酸补救途径相 似
AMP-S
AMP
XMP
GMP
Gln
（2）补救合成途径 嘌呤碱和PRPP在特异的磷酸核糖转 移酶作用下生成嘌呤核苷酸
腺嘌呤+PRPP腺嘌呤磷酸核糖转移酶 →AMP+PPi
鸟嘌呤+PRPP次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 →GMP+PPi
2、嘧啶核苷酸的生物合成
（1）从头合成。 特点：A、先合 成嘧啶环，再与PRPP作用生成 嘧啶核苷酸；B、初产物为乳清
腺苷酸及鸟苷酸的合成：
IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天 冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMPS），然后裂解产生AMP；IMP也可在IMP脱氢酶 的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷 酸（XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下， 由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。
IMP
Asp NAD+
根据核酸酶对底物的专一性将其分为 三类：核糖核酸酶；脱氧核糖酸 酶；非特异性核酸酶。
脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶专一水解DNA而不作用 于RNA。分为内切酶和外切酶。
内切酶中的限制性内切酶是一种重要 的工具酶。它作用于特定的核苷酸序列， 有极高的专一性，切割后形成平齐末端 和粘性末端。
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谷氧还蛋白
硫氧还蛋白
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
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
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
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
5-磷酸核糖-1-焦磷酸 （Phosphoribosyl pyrophosphate PRPP） PRPP是嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的重要中间产物，也 参与嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的补救合成。它是由PPP代谢途 径中的重要物质5-磷酸核糖经PRPP焦磷酸激酶催化与ATP反应而 生成的，是核苷酸合成的极其重要的前体。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1.1 核酸酶—核酸外切酶
1957年在曲霉(Aspergillus)中分离提纯出RNaseT1，由105个AA组成。专一水解鸟苷 酸二酯键，产生 3-GMP或以3-GMP为末端的寡核苷酸。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1.2脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶(DNase)：专一水解DNA。 内切酶：切断双链或单链。 外切酶：有5→3切割或3→5切割。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
3.5 脱氧核苷酸的合成
2- 脱氧核糖核苷酸是 DNA 合成前体 , 由相应的核苷还原酸通过以氢代替 2OH基团还原得来。通常是在核苷二磷酸水平上发生还原反应 ; 一些微生物如乳 酸杆菌,枯草杆菌等则以核苷三磷酸为还原底物。 催化核糖环还原 的核糖核酸还原酶有两种类型 第一类酶在自然界广泛分布并存在于哺乳动物细胞中. 由一种以上多肽链 组成,含有非正铁血红素, 对核苷 二磷酸的还原作用有专一性。
第二类酶在某些微生物中，只含有一种多肽链，需要钴胺素(VB12)作为辅 酶,不含非正铁血红素,是在核苷二磷酸还是三磷酸水平上的还原则取 决于酶的来源。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
3.5 脱氧核苷酸的合成
大肠杆菌的I型酶系：含有四种蛋白 硫氧还蛋白(thioredoxin)：是小分子电子传递蛋白，分子中有两个Cys 残基。 硫氧还蛋白还原酶(thforedoxin reductase)：催化下，硫氧还蛋白分子中的 两个Cys残基,在氧化型硫氧还蛋白中Cys之间形成二硫键，由 NADPH供给氢，而被还原为两个-SH，作为核糖核苷酸还原反应 中还原性底物。 蛋白质B1和B2：蛋白质B1和B2是核糖核酸还原酶的不同亚基，B1上有 底物结合部位和变构部位，B2上有催化部位。B1和B2只有合在 一起并且有镁离子存在时，才形成有催化活性的复合物。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
2.1 核苷酸的水解
核苷经核苷酶(nudeosidase) 分解为嘌呤或嘧啶和戊糖。 核苷水解酶(nucleoside hydrolase)
核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylase)
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
2.2 嘌呤的降解
腺嘌呤和鸟嘌呤经脱氨氧化转变为黄嘌呤再进行降解。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
AMP和GMP合成
延胡索酸
天冬氨酸 腺苷酸代琥 珀酸裂解酶 腺苷酸代琥 珀酸合成酶
腺苷酸
次黄嘌呤 脱氢酶 黄嘌呤-谷氨 酰胺 氨基转 移酶（GMP 合成酶）
黄嘌呤
鸟苷酸
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
3.2 嘌呤核苷酸合成的调控
Regulatory mechanisms in the biosynthesis of adenine and guanine nucleotides in E. coli. Regulation of these pathways differs in other organisms.
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
嘧啶碱的直接利用
尿嘧啶磷酸核糖转移酶催化尿嘧啶转变成尿苷酸，目前
尚未发现胞嘧啶磷酸核糖转移酶 。在 UMP的生物合成途径
中，有乳清酸磷酸核糖转移酶催化乳清酸生成乳苷酸的反应。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
核苷的直接利用
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
胸腺嘧啶核苷酸的合成
胸腺嘧啶脱氧核苷酸，由dUMP在dTMP合成酶催化下甲基化生成, 叶酸衍 生物作为一碳单位供体和还原剂。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
胸腺嘧啶核苷酸的合成与肿瘤抑制
重氮丝氨酸 氟尿嘧啶
阿西维辛
甲氨蝶呤
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
3.4 核苷酸合成的救补途径(salvage pathway)
哺乳动物和微生物中，存在许多催化嘌呤和嘧啶合成单 核苷酸的酶，使核酸降解产物或外源补充的碱基得到直接利 用。
用放射性同位素标记的碱基和核苷，常常用于
研究核酸 合成，其原理就是依据“补救途径”。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
嘌呤碱的直接利用
哺乳动物和微生物中，存在许多催化嘌呤和嘧啶 合成单核苷酸的酶，使核酸降解产物或外源补充的碱 基得到直接利用。
核酸 核酸酶 核苷酸
核苷
核苷酸酶 碱基 嘌 呤 分 解 嘧 啶 分 解
磷酸
戊糖
核苷酶
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1 核酸的酶促降解
生物体内存在多种降解核酸酶类，统称为核酸酶(nuclease) ,在核酸降解和周转中 起着重要作用。ຫໍສະໝຸດ 核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1.1 核酸酶—核酸外切酶
外切酶作用于核酸链一端，逐个水解下核苷酸，是非特异性磷酸二酯酶。 蛇毒磷酸二酯酶从DNA或RNA的游离3-羟基端开始，逐个水解下5-核苷酸； 牛脾磷酸二酯酶从游离 5-羟基端开始，逐个水解下3-核苷酸。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
3 核苷酸的生物合成
从头合成(de novo synthesis)
合成途径
利用氨基酸、磷酸戊糖、CO2和NH3等简单的化 合物合成核苷酸。 救补途径(salvage pathway) 利用核酸降解或进食等从外界补充的 含氮碱基或核苷合成新的核苷酸。
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
3.3 嘧啶核苷酸的合成
Pyrimidine nucleotides are made from aspartate, PRPP, and carbamoyl phosphate.
尿嘧啶的生物合成
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
胞嘧啶的生物合成 尿嘧啶核苷酸转变为胞嘧啶核苷酸是在核苷三磷酸的 水平上进行的。 在细菌中UTP直接与NH3作用产生CTP。动物组织中由 Gln提供NH3，反应要有ATP供能，由CTP合成酶催化 反应。
尚未发现有碱基专一性DNase，但有序列专一性，即限制性 内切酶(restriction endonuclease)。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1.3 限制性内切酶(restriction endonuclease)
限制性内切酶，restriction enzyme，在某些细菌细胞内存在的一类能识别 一定序列并水解外源dsDNA的核酸内切酶，并形成粘性末端（"sticky" ends） 或平齐末端（“blunt" ends） 。
生物体内核苷酸常以核苷二磷酸(d)NDP ，核苷三磷酸(d) NTP形式参与合成 反应。是在 (d) NMP 水平上，ATP提供Pi，由相应专一激酶催化合成的。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成
核苷二磷酸激酶(nucleoside diphosphoate kinase)使核 苷二磷酸和核苷三磷酸相互转变。 核苷二磷酸激酶特异性很低，所有核苷二磷酸和核苷 三磷酸都可以作为磷酸根的受体和供体。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
“blunt" ends
回文结构
"sticky" ends
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
限制性内切酶命名
EcoRI： 第1个大写E：大肠杆菌属名(Escherichia)第1个字母； 第2,3小写co：种名(coli)的头两个字母； 第4个大写R： 所用大肠杆菌的菌株； 第5个罗马字：从该细菌中分离出来这一类酶的编号。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
xanthine oxidase
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
嘌呤代谢与痛风（gout） 黄嘌呤氧化酶（Xanthine oxidase）
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
次黄嘌呤 别嘌呤醇
奥昔嘌醇
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
2.3 嘧啶的降解
嘧啶分解时有氨基的首先水解脱氨基。 胞嘧啶首先水解脱氨基，转化为尿嘧啶。 尿嘧啶和胸腺嘧啶经还原打破环内双键，水解开环成链状化合物，再水解 成CO2, NH3, -丙氨酸，-氨基异丁酸， -氨基异丁酸脱氨基后进入有机酸代 谢或直接排出体外。
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
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
2 核苷酸的分解代谢
核苷酸经核苷酸酶(nucleotidase)催化，水解为核苷及无机 磷酸。 非特异性的核苷酸酶，能作用于一切核苷酸。 特异性强的核苷酸酶只能水解3-核苷酸或5-核苷酸，分 别称为3-核苷酸酶或5-核苷酸酶。
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
1 核酸的酶促降解
2 核苷酸的分解代谢
3 核苷酸的生物合成
第三部分：生物大分子前体的合成
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
基本要求： （1）掌握常见核酸酶、核苷酸的合成代谢 （2）理解核苷酸的合成的补救途径 （3）了解核苷酸的分解代谢
教学重点及难点：
（1）限制性内切酶 （2）核苷酸的合成代谢
核苷酸的生物合成与癌症治疗
北宋（ 1170年）东轩居士著《卫济宝书》：“痈疽五发，一 曰癌……”。
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