杨凌职业技术学院生物工程系第七章 核酸降解和核苷酸代谢v 第一节 核酸的酶促降解 v 一、核酸外切酶 v 二、核酸内切酶 v 第二节 核苷酸的酶促降解 v 一、核苷酸的降解 v 二、嘌呤的降解 v 三、嘧啶的降解 v 第三节 核苷酸的生物合成 v 一、嘌呤核苷酸的生物合成 v 二、嘧啶核苷酸的生物合成杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn第一节 核酸的酶促降解在胃中核蛋白酸水解为核酸和蛋白质，核酸在小肠被胰核在胃中核蛋白酸水解为核酸和蛋白质，核酸在小肠被胰核酸酶（包括酸酶（包括DNaseDNase、RNaseRNase）降解为嘌呤核苷酸、嘧啶核苷）降解为嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸和寡核苷酸。磷酸二酯酶协同胰核酸酶进行消化，水解为酸和寡核苷酸。磷酸二酯酶协同胰核酸酶进行消化，水解为单核苷酸。单核苷酸。肠黏膜细胞中还有核苷酸酶肠黏膜细胞中还有核苷酸酶 ( (磷酸单酯酶磷酸单酯酶) )，水解核苷酸为，水解核苷酸为核苷和核苷和PiPi。脾、肝等组织中的核苷酶进一步水解核苷为戊糖和碱基。脾、肝等组织中的核苷酶进一步水解核苷为戊糖和碱基。杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn第一节 核酸的酶促降解核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基（嘌呤碱，嘧啶碱）（嘌呤碱，嘧啶碱）核酸酶核酸酶核苷酸酶核苷酸酶核苷酶核苷酶杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn核酸酶(Nuclease)v 核酸酶（磷酸二酯酶）： 生物体内有许多磷酸二酯酶可以 催化核酸的解聚作用，作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶 。 v 核酸酶的分类，根据其作用的位置不同 ： v A.核酸内切酶： 能够水解核酸分子内磷酸二酯键的酶又称 为核酸内切酶。 v B.核酸外切酶：从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶称为 核酸外切酶。v 核酸酶的分类，根据底物不同 ： v A.DNA酶v B.RNA酶杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn一、核酸外切酶vv 概念：概念： 从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶。切酶。v 特点：非特异性的磷酸二酯酶，即可以作用于脱氧核糖核 酸和核糖核酸。v 举例：v A.蛇毒磷酸二酯酶：从3端开始逐个水解核苷酸，是一种 35外切酶，水解产物为5核苷酸；v B.牛脾磷酸二酯酶：从5端开始逐个水解核苷酸，是一种 53外切酶，水解产物为3核苷酸。杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn核酸外切酶OHOHOH5353杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn二、核酸内切酶 vv 概念：概念： 能够水解核酸分子内磷酸二酯键的酶。能够水解核酸分子内磷酸二酯键的酶。vv 特点：特点：特异性较强的磷酸二酯酶。特异性较强的磷酸二酯酶。vv 分类：分类：核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶。核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶。vv 了解：了解：还有一些核酸内切酶对磷酸酯键一侧的碱基有专一要还有一些核酸内切酶对磷酸酯键一侧的碱基有专一要 求，例如胰脏核糖核酸酶即是一种高度专一性核酸内切酶，求，例如胰脏核糖核酸酶即是一种高度专一性核酸内切酶， 它作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，产物为它作用于嘧啶核苷酸的磷酸二酯键，产物为33嘧啶单核苷酸嘧啶单核苷酸 或以或以33嘧啶核苷酸结尾的低聚核苷酸。嘧啶核苷酸结尾的低聚核苷酸。 杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn特殊的内切酶 vv 限制性内切酶限制性内切酶 ：能专一性地识别并水解外源双链能专一性地识别并水解外源双链DNADNA上的特异上的特异核苷酸顺序的酶。核苷酸顺序的酶。vv 识别序列：识别序列：即限制性内切酶在双链即限制性内切酶在双链DNADNA上能够识别的特殊核苷酸上能够识别的特殊核苷酸序列。序列。vv 甲基化酶（修饰酶）：甲基化酶（修饰酶）：与限制性内切酶相伴的一种酶，能使自身与限制性内切酶相伴的一种酶，能使自身 DNADNA中的核苷酸甲基化而不被限制酶降解。中的核苷酸甲基化而不被限制酶降解。vv 限制酶的生物学功能：限制酶的生物学功能：它是分析它是分析DNADNA的解剖刀，是的解剖刀，是DNADNA体外重体外重 组技术和进行大分子组技术和进行大分子DNADNA分析的重要工具，它们的发现大大地促分析的重要工具，它们的发现大大地促 进了基因工程的研究，降解外源侵入的进了基因工程的研究，降解外源侵入的DNADNA，但不降解自身细胞，但不降解自身细胞 中的中的DNADNA，因为自身，因为自身DNADNA的酶切位点经修饰甲基化而受到保护的酶切位点经修饰甲基化而受到保护，从而保护自身遗传稳定性。，从而保护自身遗传稳定性。 杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn第二节 核苷酸的酶促降解v 一、核苷酸的降解 v 二、嘌呤的降解v 三、嘧啶的降解杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn一、核苷酸的降解v 核苷酸酶 （磷酸单脂酶）：水解核苷酸，产生核苷和磷酸 。v 核苷酸酶的分类： v A.非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2、3、5， 都能水解下来。 v B.特异性磷酸单酯酶：只能水解3核苷酸或5核苷酸（3核 苷酸酶、5核苷酸酶）核苷酸核苷酸 + H+ H2 2O O 核苷核苷 + Pi+ Pi核苷酸酶核苷酸酶杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn核苷酶v 分类： v A.核苷磷酸化酶：广泛存在，分解产物为含氮碱基和戊糖的 磷酸酯。 v B.核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，分解产物为含 氮碱基和戊糖。核苷核苷 + Pi + Pi 碱基碱基 + + 戊糖戊糖-1-P-1-P核苷核苷 + H+ H2 2O O 碱基碱基 + + 戊糖戊糖核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷水解酶核苷水解酶杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn核苷酸的酶促降解杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn二、嘌呤的降解黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸G GNHNH3 3尿素尿素NHNH3 3+ CO+ CO2 2尿囊素尿囊素尿囊酸尿囊酸次黄嘌呤次黄嘌呤杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn二、嘌呤的降解杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn二、嘌呤的降解v 不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此终产物也不 同： v 排尿酸生物：灵长类、鸟类、昆虫、爬虫类 v 排尿囊素生物：哺乳类（灵长类除外）、腹足类 v 排尿囊酸生物：硬骨鱼类 v 排尿素生物：大多数鱼类、两栖类 v 某些低等动物：能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出v 植物：分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（ 尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）v 微生物：分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸 、乙酸、乳酸等）。 杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn二、嘧啶碱的分解-NH-NH2 2二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶脲基丙酸脲基丙酸丙丙氨酸氨酸HH2 2OOHH2 2OO（开环）（开环）杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn二、嘧啶碱的分解杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn二、嘧啶碱的分解杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn知识点v 1.核酸酶v 2.限制性内切酶 v 3.DNA和RNA水解的产物有哪些？ v 4.核苷酶的分类及其降解产物有什么不同。 v 5.试讲嘌呤碱的降解过程。 v 6.试讲不同的生物嘌呤碱的降解产物。杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn第三节 核苷酸的生物合成v 一、嘌呤核苷酸的生物和合成v 二、嘧啶核苷酸的生物合成基本途径基本途径从头合成：从头合成：即由一些小分子化合物为原料即由一些小分子化合物为原料 进行合成，进行合成，如如COCO2 2、甲酸、甲酸、AAAA、戊糖。、戊糖。半合成（补救合成）：半合成（补救合成）：即预先形成的碱即预先形成的碱 基或核苷合成核苷酸，如基或核苷合成核苷酸，如嘌呤、嘧啶。嘌呤、嘧啶。杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn一、嘌呤核苷酸的生物合成v 嘌呤核苷酸的从头合成途径 v （一）嘌呤环上原子的来源 v （二）IMP的合成 v （三）IMP转变为AMP和GMP杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn（一）嘌呤环上原子的来源N3N9N7 N1C2C6C4C5C8来自谷氨酰胺的酰胺氮来自甲酸 来自甲酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自CO2杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn（二）IMP的合成v 特点：不是由游离的核糖和磷酸结结合形成；而是由5-P-核 糖经过经过 一系列酶促反应应首先合成IMP，进进而合成AMP和 GMP。杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn在谷氨酰胺、甘氨酸、一 碳单位、二氧化碳及天冬 氨酸的逐步参与下IMPAMPGMPH2N-1-R-5-P （5-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶R-5-P （5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PRPP （5-磷酸核糖-1-焦磷酸）（二）IMP的合成杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn（三）IMP转变为AMP和GMP杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn二、嘧啶核苷酸的生物合成v 嘧啶核苷酸的从头合成途径 v （一）嘧啶环上原子的来源 v （二）UMP的合成 v （三）UMP转变为CMP v 特点：先闭合形成含有嘧啶环的乳清酸，然后生成UMP， 其他嘧啶核苷酸再由UMP转变而成。杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn（一）嘧啶环上原子的来源来自天冬氨酸来自CO2来自NH3NNCCCC65432 1杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn（二）UMP的合成杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn（三）UMP转变为CMPv 特点：胞嘧啶核苷酸的合成是在尿嘧啶核苷三磷酸的水平 上进行的。v 原因：因为尿嘧啶核苷酸、尿嘧啶核苷和鸟嘧啶都不能直 接氨基化生成相应的胞嘧啶化合物，只有进一步磷酸化形 成尿嘧啶核苷三磷酸才能氨基化生成胞嘧啶核苷三磷酸。杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn（三）UMP转变为CMPv UMP + ATP UDP + ADP（尿嘧啶核苷酸激酶） v UDP + ATP UTP + ADP（核苷二磷酸激酶） v UTP+谷氨酰胺/氨气+ATP+H2O CTP+谷氨酸+ ADP+Pi （CTP合成酶）v 胞嘧啶核苷+ ATP CMP + ADP （尿苷激酶） 杨凌职业技术学院生物工程系http:/www.ylvtc.cn（四）脱氧核糖核苷酸的生物合成v 特点： v DNA的合成需要三磷酸脱氧核糖核苷酸；v 三磷酸脱氧核苷酸是在二磷酸脱氧脱氧核糖核苷酸磷酸化 的基础上进行的； v 二磷酸脱氧核糖核苷酸（ dADP、dGDP、dCDP和dUDP ）是由ADP、GDP、CDP和UDP 还原得来得。v 特例： v dTMP是在胸腺嘧啶核苷酸合成酶催化下