第十一章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢
本章重点讨论核酸酶的类别和特点, 对核
苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍 。
第一节 核酸的酶促降解
第三节 核苷酸的合成代谢
第二节 核苷酸的分解代谢
第一节 核酸的酶促降解
一,核酸酶
二,限制性内切酶
核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶
核酸 核苷酸 核苷 碱基 +戊糖 -1-P
磷酸
核 酸 酶
1、核酸酶的分类
（ 1）根据对底物的
专一性分为
（ 2）根据切割位点分为
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
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
5′ p p p p OH
B
p p p p 3′
B B B B B B B
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）
内切核酸酶对 RNA的水解位点示意图
5′
p p p p OH
Py Pu Py Py
1′
p p p
G A C U
p p p
G A
3′
RNAase I RNAase I RNAase T1 RNAase T1
Pu,嘌呤 Py：嘧啶
限制性内切酶
? 类型
? 命名
? 意义
原核生物中存在着一类能识别外源 DNA双螺旋中 4-8个碱基
对所组成的特异的具有二重旋转对称性的 回文序列,并在此序
列的某位点水解 DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类
酶称为限制性内切酶（ ristriction endonuclease）。
常用的 DNA限制性内切酶的专一性
酶 辨认的序列和切口 说明
‥ ‥ A G C T ‥‥
‥ ‥ T C G A ‥ ‥
‥ ‥ G G A T C C ‥‥
‥ ‥ C C T A G G ‥‥
‥ ‥ A G A T C T ‥‥
‥ ‥ T C T A G A ‥‥
‥ ‥ 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 ‥‥
Bam H I
Alu I
Bgl I
Eco R I
Hind Ⅲ
Sal I
Sma I
四核苷酸，平端切口
六核苷酸，平端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
限制性内切酶类型
I型：分子量大于 105，多亚基，需 S-线苷蛋氨酸,ATP
和 Mg2+,识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限
制与修饰相排斥的多功能酶,
Ⅱ 型：分子量小于 105，需 Mg2+,切割位点位于识别
位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生
物学研究所用的限制性内切酶均为此类。
ⅡI 型：识别位点为 5-7bp的非对称序列,切割位点在
顺序之外离识别 序列 5-10bp，切割双链，个别也切割单链。
是限制与修饰相多功能酶,
限制性内切酶的命名和意义
Eco R I
序号 属名 种名 株名
例,Eco R I，这是从大肠杆菌（ Ecoli） R菌珠中分离出的一种限制性内切酶
限制性内切酶是分析染色体结构、制作 DNA限
制图谱、进行 DNA序列测定和基因分离、基因体外
重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，
用来解剖纤细的 DNA分子。
第二节 核苷酸的降解
二, 嘧啶的降解
一,嘌呤的降解
核苷酸酶 核苷磷酸化酶
核苷酸 核苷 碱基 +（ 脱氧 ） 戊糖 -1-P
磷酸
嘌
呤
的
分
解
嘧
啶
的
分
解
第三节 核苷酸的合成代谢
一,核糖核苷酸的生物合成
二,脱氧核糖核苷酸的生物合成
三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷
三磷酸（自学）
四,各种核苷酸的相互转变
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
来自谷氨酰胺的酰胺氮
来自“甲酸盐”
来自天冬氨酸 来自甘氨酸
来自 CO2
来自“甲酸盐”
5-磷酸核糖焦磷酸
5-磷酸
核糖胺 甘氨酸
甘氨酰胺核苷酸 甲酰甘氨酰胺核苷酸
甲酰甘氨咪核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑 -4-羧核苷酸
IMP的
生物合成
5-氨基咪唑 -4-琥珀
基 -甲酰胺核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
氨甲酰核苷酸
5-甲酰氨基咪唑 -
4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤核苷酸
（ IMP）
甲酰 THFA
IMP转变为 GMP和 AMP
嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）
磷酸核糖转移酶 嘌呤 +PRPP A(G)MP+PPi
嘌呤 +1-P-核糖 嘌呤核苷
A(G)MP
ATP
ADP
嘧啶核苷酸从头合成途径
c,UMP转变为 CTP
CTP CTP合成酶
ATP Gln H2O
UMP UDP UTP
a,嘧啶环上原子的来源
b,UMP的从头合成
嘧啶环上各原子的来源
天冬氨酸
CO2
NH3
N
N
C
C
C C 6
5
4
3
2
1
H2N-CO- P
氨甲酰磷酸
尿嘧啶核苷酸合成途径
嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）
尿嘧啶 +PRPP
尿嘧啶 +1-P-核糖
尿嘧啶核苷 +ATP
UMP+PPi
尿嘧啶核苷 +Pi
UMP+ADP
脱氧核苷酸的合成
2,脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
1,脱氧核苷酸的合成
核糖核苷酸的还原反应
核糖核苷酸还原酶
NADP+ NADPH+H+
硫氧还蛋白
还原酶
FAD
ATP, Mg2+
硫氧还蛋白
（还原型）
SH
SH
硫氧还蛋白
（氧化型）
S
S
O
P-P-CH2 N
OH OH
核糖核苷二磷酸
O
P-P-CH2 N
OH H
+ H2O
脱氧核糖核苷二磷酸
核糖核苷酸的还原反应
FAD
核糖核苷酸还原酶
ATP, Mg2+
硫氧还蛋白 SH
SH
硫氧还蛋白 S
S
硫氧还蛋白
还原酶
核糖核苷二磷酸
+ H2O
脱氧核糖核苷二磷酸
FADH2
谷氧还蛋白 S
S 谷氧还蛋白
SH
SH
NADP+ NADPH+H+
谷氧还蛋白
还原酶
O
P-P-CH2 N
OH OH
O
P-P-CH2 N
OH H
GSSG 2GSH
谷胱甘肽
还原酶
核糖核苷酸还原酶示意图
底物特异性
调节位点
酶 活 性
调节位点
活性位点
R1亚基
R2亚基
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
胸腺嘧啶核苷酸合成酶
NADPH+H++Ser NADP++Gly
N5,N10— CH2 — FH4 FH2
二氢叶酸
还原酶
Ser羟甲基
转移酶
O N
HN
O
dR-P
CH3
O N
HN
O
dR-P
叶酸 和 四氢叶酸（ FH4）
叶
酸
四
氢
叶
酸 H
H
10
5
N5,N10-CH2-FH4 N5-CHO-FH4
CH2 CHO
一碳基团的
来源与转变
S-腺苷蛋氨酸
N5-CH2-FH4
N5 N10 - CH2-FH4
N5,N10 = CH-FH4
N10 -CHO-FH4
N5, N10 -CH2-FH4还原酶
N5, N10 -CH2-FH4脱氢酶
环水化酶
丝 氨酸
组氨酸
苷氨酸
参与 甲基化 反应
为 胸腺嘧啶 合成提供 甲基
参与 嘌呤 合成
FH4
FH4
FH4
HCOOH
H2O
NAD+
NDAH+H+
NAD+
NDAH+H+
H+
参与 嘌呤 合成
核
苷
酸
的
合
成
及
相
互
关
系
七、核酸的酶促降解和核苷酸的代谢
1 核酸的酶促降解
核糖核酸酶, 脱氧核糖核酸酶, 限制性内切酶
2 核苷酸的降解
3 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
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
本章重点讨论核酸酶的类别和特点, 对核
苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍 。
第一节 核酸的酶促降解
第三节 核苷酸的合成代谢
第二节 核苷酸的分解代谢
第一节 核酸的酶促降解
一,核酸酶
二,限制性内切酶
核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶
核酸 核苷酸 核苷 碱基 +戊糖 -1-P
磷酸
核 酸 酶
1、核酸酶的分类
（ 1）根据对底物的
专一性分为
（ 2）根据切割位点分为
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
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
5′ p p p p OH
B
p p p p 3′
B B B B B B B
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）
内切核酸酶对 RNA的水解位点示意图
5′
p p p p OH
Py Pu Py Py
1′
p p p
G A C U
p p p
G A
3′
RNAase I RNAase I RNAase T1 RNAase T1
Pu,嘌呤 Py：嘧啶
限制性内切酶
? 类型
? 命名
? 意义
原核生物中存在着一类能识别外源 DNA双螺旋中 4-8个碱基
对所组成的特异的具有二重旋转对称性的 回文序列,并在此序
列的某位点水解 DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类
酶称为限制性内切酶（ ristriction endonuclease）。
常用的 DNA限制性内切酶的专一性
酶 辨认的序列和切口 说明
‥ ‥ A G C T ‥‥
‥ ‥ T C G A ‥ ‥
‥ ‥ G G A T C C ‥‥
‥ ‥ C C T A G G ‥‥
‥ ‥ A G A T C T ‥‥
‥ ‥ T C T A G A ‥‥
‥ ‥ 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 ‥‥
Bam H I
Alu I
Bgl I
Eco R I
Hind Ⅲ
Sal I
Sma I
四核苷酸，平端切口
六核苷酸，平端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，粘端切口
限制性内切酶类型
I型：分子量大于 105，多亚基，需 S-线苷蛋氨酸,ATP
和 Mg2+,识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限
制与修饰相排斥的多功能酶,
Ⅱ 型：分子量小于 105，需 Mg2+,切割位点位于识别
位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生
物学研究所用的限制性内切酶均为此类。
ⅡI 型：识别位点为 5-7bp的非对称序列,切割位点在
顺序之外离识别 序列 5-10bp，切割双链，个别也切割单链。
是限制与修饰相多功能酶,
限制性内切酶的命名和意义
Eco R I
序号 属名 种名 株名
例,Eco R I，这是从大肠杆菌（ Ecoli） R菌珠中分离出的一种限制性内切酶
限制性内切酶是分析染色体结构、制作 DNA限
制图谱、进行 DNA序列测定和基因分离、基因体外
重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，
用来解剖纤细的 DNA分子。
第二节 核苷酸的降解
二, 嘧啶的降解
一,嘌呤的降解
核苷酸酶 核苷磷酸化酶
核苷酸 核苷 碱基 +（ 脱氧 ） 戊糖 -1-P
磷酸
嘌
呤
的
分
解
嘧
啶
的
分
解
第三节 核苷酸的合成代谢
一,核糖核苷酸的生物合成
二,脱氧核糖核苷酸的生物合成
三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷
三磷酸（自学）
四,各种核苷酸的相互转变
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
来自谷氨酰胺的酰胺氮
来自“甲酸盐”
来自天冬氨酸 来自甘氨酸
来自 CO2
来自“甲酸盐”
5-磷酸核糖焦磷酸
5-磷酸
核糖胺 甘氨酸
甘氨酰胺核苷酸 甲酰甘氨酰胺核苷酸
甲酰甘氨咪核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑 -4-羧核苷酸
IMP的
生物合成
5-氨基咪唑 -4-琥珀
基 -甲酰胺核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
氨甲酰核苷酸
5-甲酰氨基咪唑 -
4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤核苷酸
（ IMP）
甲酰 THFA
IMP转变为 GMP和 AMP
嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）
磷酸核糖转移酶 嘌呤 +PRPP A(G)MP+PPi
嘌呤 +1-P-核糖 嘌呤核苷
A(G)MP
ATP
ADP
嘧啶核苷酸从头合成途径
c,UMP转变为 CTP
CTP CTP合成酶
ATP Gln H2O
UMP UDP UTP
a,嘧啶环上原子的来源
b,UMP的从头合成
嘧啶环上各原子的来源
天冬氨酸
CO2
NH3
N
N
C
C
C C 6
5
4
3
2
1
H2N-CO- P
氨甲酰磷酸
尿嘧啶核苷酸合成途径
嘧啶核苷酸补救合成途径（自学）
尿嘧啶 +PRPP
尿嘧啶 +1-P-核糖
尿嘧啶核苷 +ATP
UMP+PPi
尿嘧啶核苷 +Pi
UMP+ADP
脱氧核苷酸的合成
2,脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
1,脱氧核苷酸的合成
核糖核苷酸的还原反应
核糖核苷酸还原酶
NADP+ NADPH+H+
硫氧还蛋白
还原酶
FAD
ATP, Mg2+
硫氧还蛋白
（还原型）
SH
SH
硫氧还蛋白
（氧化型）
S
S
O
P-P-CH2 N
OH OH
核糖核苷二磷酸
O
P-P-CH2 N
OH H
+ H2O
脱氧核糖核苷二磷酸
核糖核苷酸的还原反应
FAD
核糖核苷酸还原酶
ATP, Mg2+
硫氧还蛋白 SH
SH
硫氧还蛋白 S
S
硫氧还蛋白
还原酶
核糖核苷二磷酸
+ H2O
脱氧核糖核苷二磷酸
FADH2
谷氧还蛋白 S
S 谷氧还蛋白
SH
SH
NADP+ NADPH+H+
谷氧还蛋白
还原酶
O
P-P-CH2 N
OH OH
O
P-P-CH2 N
OH H
GSSG 2GSH
谷胱甘肽
还原酶
核糖核苷酸还原酶示意图
底物特异性
调节位点
酶 活 性
调节位点
活性位点
R1亚基
R2亚基
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
胸腺嘧啶核苷酸合成酶
NADPH+H++Ser NADP++Gly
N5,N10— CH2 — FH4 FH2
二氢叶酸
还原酶
Ser羟甲基
转移酶
O N
HN
O
dR-P
CH3
O N
HN
O
dR-P
叶酸 和 四氢叶酸（ FH4）
叶
酸
四
氢
叶
酸 H
H
10
5
N5,N10-CH2-FH4 N5-CHO-FH4
CH2 CHO
一碳基团的
来源与转变
S-腺苷蛋氨酸
N5-CH2-FH4
N5 N10 - CH2-FH4
N5,N10 = CH-FH4
N10 -CHO-FH4
N5, N10 -CH2-FH4还原酶
N5, N10 -CH2-FH4脱氢酶
环水化酶
丝 氨酸
组氨酸
苷氨酸
参与 甲基化 反应
为 胸腺嘧啶 合成提供 甲基
参与 嘌呤 合成
FH4
FH4
FH4
HCOOH
H2O
NAD+
NDAH+H+
NAD+
NDAH+H+
H+
参与 嘌呤 合成
核
苷
酸
的
合
成
及
相
互
关
系
七、核酸的酶促降解和核苷酸的代谢
1 核酸的酶促降解
核糖核酸酶, 脱氧核糖核酸酶, 限制性内切酶
2 核苷酸的降解
3 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
脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
