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。
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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。
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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。
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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
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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.
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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。
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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
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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。
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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
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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”。
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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
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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。
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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)。
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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。
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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。
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xanthine oxidase
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嘌呤代谢与痛风（gout） 黄嘌呤氧化酶（Xanthine oxidase）
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次黄嘌呤 别嘌呤醇
奥昔嘌醇
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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