核酸的降解和
第十一章核酸的降解和核甘酸代谢
嘌呤核苷酸的抗代谢物
嘌呤核苷酸的抗代谢物主要有嘌呤类似物、 谷氨酰胺类似物、叶酸类似物三类。
嘌呤类似物：6-巯基嘌呤 谷氨酰胺类似物：重氮丝氨酸、 6-重氮-5-
氧代正亮氨酸 叶酸类似物：氨基蝶呤、氨甲蝶呤
二、嘧啶核苷酸的生物合成 从头合成途径 补救合成途径
（一）嘧啶核苷酸的从头合成
AMP或GMP的合成又需1个ATP。
（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径
•定义
利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过 简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为 补救合成（或重新利用）途径。
•参与补救合成的酶
腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 腺苷激酶(adenosine kinase)
H
胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP）的合成
dUDP + H2O 酯酶 dUMP + Pi dCMP + H2O 脱氨酶 dUMP + Pi
氨基蝶呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢 叶酸还原酶不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑 制FH4参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。
dUMP
胸腺嘧啶核苷酸合酶
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
(非D特N异as性e)核酸酶
（2）根据切割位点分为 核酸内切酶 核酸外切酶
2、核酸酶的作用特点
核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3端
或5端），逐个水解下核苷酸； 脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA 核糖核酸外切酶:只作用于RNA；
核酸的降解和
P
O
HN C
CH2 O
CHO NH
H2O
OH OH
甲酰甘氨咪核苷酸
HC
N
O
C CH
P
C
H
H
2
2
N O
N
CO 2 OH OH
5-氨基咪唑核苷酸
HO
C C
N
P
O
H2N
CH2 O
C
N
CH
OH OH 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸
COOH
Asp
H2C
O
HC
NH C
COOH
C
N
HO
HN C C
N10-CHO-FH 4 N
N H
O
黄嘌呤 (XMP)
O
O
N
NH
黄嘌呤氧化酶
N
NH
HO—
NN HH
[O]
O H2O
H2O2
NN HH
O
H N
O= N H
O
NH
NO
H
黄嘌呤
脱氨
尿酸（烯醇式）
尿酸（酮式）
氧化 氧化
人和灵长类动物，排泄尿酸
3、嘧啶碱的分解代谢
NH2?
4
3N
5
2 O
N1H
6?
还原 水解 水解
9.3 核苷酸的合成代谢
HN C C
N
P O HC N C N CH CH2 O
OH OH 次黄嘌呤核苷酸
IMP
• 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的
• 而不是首先单独合成嘌呤碱然后再与磷酸核糖 结合而成的
ATP和GTP的生成
O HN C C
生物化学第十一章
氨甲酰磷酸
嘧啶核苷酸合成途径
2.胞苷酸的合成：
3.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成：
嘧啶核苷酸的补救合成途径：
补救合成途径： 由分解代谢产生的嘧啶/ 嘧啶核苷转变为嘧啶核苷酸的过程称为补 救合成途径(salvage pathway)。以 嘧啶核苷的补救合成途径较重要。
嘧啶核苷酸补救合成途径
尿嘧啶+PRPP UMP+PPi
二、嘌呤类似物和嘧啶类似物
1、嘌呤类似物主要有6-巯基嘌呤（6-MP）、2， 6-二氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤等。 2、嘧啶类似物主要有5-氟尿嘧啶（5-FU）和6氮尿嘧啶（6-AU）等。
6-巯基嘌呤（6-MP）的作用机理是什么？
6-MP其结构与次黄嘌呤类似（C6上巯基取代了羟 基），它可进入体内竞争性地抑制次黄嘌呤-鸟 嘌呤磷酸核糖转移酶，抑制了IMP 和GMP 的补 救合成。 6-MP还可经磷酸核糖化而转变为6-巯基嘌呤核苷 酸，从而抑制IMP 转变成AMP 和GMP。 6-巯基嘌呤核苷酸还可反馈抑制嘌呤核苷酸从头 合成的调节酶（磷酸核糖酰胺转移酶），使 PRA合成受阻，从而干扰IMP、AMP 和GMP 的合成。
限制性核酸内切酶：分为3种类型
（1）Ⅰ类：由3种不同亚基构成，兼具修饰酶活 性和依赖于ATP 的限制性内切酶活性，需要 Mg2+、S-腺苷甲硫氨酸及ATP的参与。复杂的 多功能酶，在基因工程上的应用价值不大。 （2）Ⅱ类：相对分子量较小，能识别双链DNA 上特异的核苷酸序列，底物作用的专一性强， 且识别序列与切断序列相一致，在分子生物学 中应用最广。 （3）Ⅲ类：只由一条肽链构成，仅需Mg2+，切 割DNA 特异性最强。
Recognize site
1-1.5kb
核酸降解和核苷酸代谢
R-5'-P
R-5'-P
5-氨基咪唑-4-羧酸 核苷酸（CAIR）
5-氨基咪唑核苷酸 （AIR）
甲酰甘氨咪核苷酸 （FGAM）
O
C
HO
C
C H2N
N Asp
H2O
ATP
CH
N
合成酶
R-5'-PFra bibliotekCOOH OC
HC N C H
CH2
C
H2N COOH
延胡索酸 N
CH
N
裂解酶
R-5'-P
O
C
H2N
C
C H2N
二、嘌呤核苷酸的降解
AMP
GMP
嘌呤核苷酸的结构
AMP GMP
H(I) 黄嘌呤氧化酶
（次黄嘌呤）
X
G
（黄嘌呤）
黄嘌呤 氧化酶
嘌呤碱的最终 代谢产物
腺嘌呤脱氨酶含量极少 腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性较高
腺嘌呤脱氨基主要在 核苷和核苷酸水平
鸟嘌呤脱氨酶分布广
鸟嘌呤脱氨基主要 在碱基水平
嘌呤类在核苷酸、核苷和碱基三个水平上的降解
1. 从头合成途径
（1）尿嘧啶核苷酸的合成
2ATP 2ADP+Pi
Gln + HCO3氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ
(CPS-Ⅱ )
H2N C OPO3H2 + Glu
O
氨甲酰磷酸
CO2 + NH3 + H2O
2ATP N-乙酰谷氨酸
2ADP+Pi
氨基甲酰磷酸
Pi
线粒体
鸟氨酸
瓜氨酸
鸟氨酸循环
鸟氨酸
尿素
核酸的降解名词解释
核酸的降解名词解释1. 引言自20世纪的中叶以来，核酸的降解研究已经成为生物科学和医学领域中的重要研究方向之一。
核酸是细胞中的基本生物大分子，其重要性在于其携带和传递遗传信息的作用。
本文将对核酸的降解相关名词进行解释，以帮助读者对该领域的知识有更深入的理解。
2. 核酸核酸是由核苷酸单体通过磷酸二酯键连接而成的生物大分子。
核苷酸分为两类：脱氧核苷酸（DNA）和核苷酸（RNA）。
DNA是遗传物质的主要组成部分，由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶）组成，携带着生物体的遗传信息。
RNA则在遗传信息的转录和翻译中发挥重要作用。
3. 核酸降解核酸的降解是指核酸大分子在生物体内或外受到一系列物理化学条件的作用而发生分解的过程。
核酸降解可分为内源性和外源性两种。
内源性核酸降解是生物体内部产生的降解过程，它在维持细胞正常的代谢和功能调控中起到重要作用。
外源性核酸降解则是指核酸大分子在体外受到物理、化学、酶等条件的作用而发生降解。
4. 核酸酶核酸酶是催化核酸降解的酶类，可将核酸大分子降解为较小的核苷酸、核苷和碱基。
核酸酶分为内切酶和外切酶两类。
内切酶能够在核酸链的内部切割磷酸二酯键，将核酸分解为多个较小的片段。
外切酶则能够从核酸的末端开始切割，逐渐将核酸分解为单个核苷酸或碱基。
5. 碱基酶碱基酶是一类特殊的核酸酶，其作用是催化核酸分子中的碱基的去除。
碱基酶能够将核酸分子中的碱基切除，并使剩余的磷酸二酯键断裂。
6. 核酸降解产物核酸降解的产物可以是较小的核苷酸、碱基和核苷分子。
这些降解产物可被细胞进一步利用，例如用于合成新的核酸、合成蛋白质或供能。
7. 环境因素对核酸降解的影响核酸降解受到许多环境因素的影响，包括温度、pH值、金属离子和酶等。
温度对核酸降解速率有显著影响，通常降解速率随温度的升高而增加。
同时，酸性或碱性条件下，核酸降解速率也会有所不同。
金属离子能够促进或抑制核酸降解的过程，因为它们可以与酶或核酸分子中的功能基团发生配位作用。
核酸的降解和核苷酸代谢(1)
大肠杆菌核糖核苷酸还原酶R2亚基
IMP/GMP+PPi PCR(聚合酶链式反应) （5-磷酸核糖-1-焦磷酸） 肝、肾、胰、心、脑、肉馅、肉汁、沙丁鱼、鱼卵、小虾 PCR(聚合酶链式反应) 1 嘌呤核苷酸的生物合成 ④组成辅酶,如腺苷酸可作为NAD＋、NADP＋、FMN、FAD及CoA等的组成成分; 嘌呤核苷酸的补救合成2 第二类 含嘌呤中等的食物 (每100g食物含嘌呤75～100mg) 甲基丙二酸单酰辅酶A→琥珀酸CoA 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。 （N10-CHO FH4） PCR：polymerase chain reaction 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、CO2等简单物质为原料。 3 脱氧核糖核酸酶(DNase) AMP + PPi IMP/GMP+PPi 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、CO2等简单物质为原料。 利用体内游离的碱基或核苷，反应较简单。 黄嘌呤氧化酶(Xanthine Oxidase)
解 鸟苷酸 27mmol/L (4.
鲤鱼、贝壳类、鳗鱼、熏火退、猪肉、小牛肉； IMP/GMP+PPi
痛风的药物治疗：别嘌呤醇
脱氨酶
通常是在核苷二磷酸水平上发生还原反应；
次黄嘌呤 黄嘌呤
AMP + PPi 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。
黄嘌呤 第四类 含嘌呤很少的食物
②储存能量,三磷酸核苷酸尤其是ATP是细胞的主要能量形式，一些活化的中间产物，如UDP葡萄糖，亦含有核苷酸成分;
• 第三类 含嘌呤较少的食品(每100g食物含嘌呤<75mg) – 龙虾、蟹 ；火腿、羊肉、鸡；麦片、面包、粗粮 ； – 芦笋、四季豆、菜豆、菠菜、蘑菇、干豆类、豆腐
核酸的降解与核苷酸代谢
1、嘧啶核苷酸的从头合成 • 定义
嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、 氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为 原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷 酸的途径。
• 合成部位
主要是肝细胞胞液
•嘧啶合成的元素来源
氨基甲 酰磷酸
天冬氨酸
合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、 CO2、磷酸核糖。
合成特点：用原料先合成嘧啶环，然 后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸
生理意义
●节省: 减少从头合成时能量和原料的消耗 ● 作为某些器官(脑,骨髓和脾)合成核苷酸的途径
遗传疾病 Lesch-Nyhan 莱-尼综合征,自毁容貌综合征 -----罕见的性染色体X连锁遗传病 疾病生化本质: HGPRT基因缺陷 嘌呤合成过多，明显的高尿酸血症，痛风伴 大脑瘫痪、智力减退、舞蹈手足综合征,身体 和精神发育迟缓, 有咬指咬唇的强迫性自残
S
S
NADP+ 硫氧化还原蛋白还原酶 NADPH + H+ （FAD）
激酶 dNDP + ATP
dNTP + ADP
5、 嘌呤核苷酸的抗代谢物
• 嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、 氨基酸或叶酸等的类似物。
嘌呤类似物 氨基酸类似物 叶酸类似物
6-巯基嘌呤
氮杂丝氨酸等 氨蝶呤
6-巯基鸟嘌呤
氨甲蝶呤等
8-氮杂鸟嘌呤等
（5-磷酸核糖）
H2N-1-R-5´-P
（5´-磷酸核糖胺）
IMP
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
AMP
GMP
1） IMP的合成过程
① 磷酸核糖酰胺转移酶 ② GAR合成酶 ③ 转甲酰基酶 ④ FGAM合成酶 ⑤ AIR合成酶
核苷酸代谢
第十章核苷酸代谢1. 核苷酸的分解代谢1)核酸的降解：核酸+H2O+核酸酶→单核苷酸+核苷酸酶→核苷+PPi+核苷酶→戊糖+碱基（嘌呤/嘧啶） +核苷酸酸化酶→戊糖-1-磷酸+碱基※核苷水解酶不对脱氧核糖核苷生效。
2)限制性内切酶：3)嘌呤核苷酸的降解：代谢中间产物——黄嘌呤，终产物尿酸（彻底分解为CO2和NH3）。
嘌呤核苷酸→嘌呤核苷→①腺嘌呤（脱氨→次黄嘌呤+黄嘌呤氧化酶→黄嘌呤）②鸟嘌呤（脱氨→黄嘌呤）黄嘌呤+黄嘌呤氧化酶→尿酸肌肉中的嘌呤核苷酸循环生成氨；AMP+AMP脱氨酶→IMP，肌肉中的IMP→AMP，这一过程为嘌呤核苷酸循环。
4)嘧啶核苷酸的降解：分解成磷酸、核糖和嘧啶碱。
①胞嘧啶+胞嘧啶脱氢酶→尿嘧啶+二氢尿嘧啶脱氢酶（开环）→β-脲基丙酸→β-丙氨酸（脱氨参与有机代谢）+NH3+CO2+H2O②胸腺嘧啶+二氢尿嘧啶脱氢酶→二氢胸腺嘧啶+二氢嘧啶酶→β-脲基异丁酸→β-氨基异丁酸（监测放化疗程度）+NH3+CO2+H2O5)尿酸过高与痛风：尿酸在体内过量积累会导致痛风症，别嘌呤醇可治疗痛风，因与次黄嘌呤相似，可抑制黄嘌呤氧化酶从而抑制尿酸生成。
尿酸中体内彻底分解形成CO2和氨。
2. 核苷酸的合成代谢：分布广、功能强；从头合成：利用核糖磷酸、氨基酸CO2和NH3等简单的前提分子，经过酶促反应合成核苷酸。
补救合成：简单、省能，无需从头合成碱基；利用体内现有的核苷和碱基再循环。
嘌呤核苷酸合成前体：次黄嘌呤核苷酸（IMP/肌苷酸）+5-磷酸核糖（起始物）↓活化形式1)嘌呤核糖核苷酸的从头合成途径：主要调节方式——反馈调节；ATP+5-磷酸核糖+5-磷酸核糖焦磷酸合成酶（PRPP合成酶）→5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）腺嘌呤核苷酸AMP鸟嘌呤核苷酸GMPIMP+Asp+腺苷酸琥珀酸合成酶→腺苷酸琥珀酸+腺苷酸琥珀酸裂合酶→延胡索酸+AMPIMP+IMP脱氢酶→黄嘌呤核苷酸+鸟嘌呤核苷酸合成酶→GMP补救合成途径：脑、骨髓组织缺乏从头合成所需要的酶，依靠嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸。
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O
次黄嘌呤
(IMP)
黄嘌呤
(XMP)
O
N N H N H NH
黄嘌呤氧化酶
O
N HO— N H N H NH H N O= N H
O
NH N H
O
[O] H 2O
H2O2
O
O
黄嘌呤
尿酸（烯醇式）
尿酸（酮式）
脱氨 氧化 氧化
人和灵长类动物，排泄尿酸
3、嘧啶碱的分解代谢
3N 2 O NH 1 NH 2? 4 5 6?
XMP （黄嘌呤）
GMP
② 嘌呤核苷酸的补救合成
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
腺嘌呤+PRPP
磷酸核糖焦磷酸
APRT
AMP+PPi
次黄嘌呤+PRPP
次 黄 嘌 呤 -鸟 嘌 呤 磷 酸 核 糖 转 移 酶 (HGPRT)
IMP+PPi
鸟嘌呤+PRPP
次黄嘌呤-鸟嘌呤 磷酸核糖转移酶(HGPRT)
腺苷激酶
GMP+PPi
H2C HC COOH O P
O NH C
H H N C C N CH O
O C
C
H 2N O OH C N
N CH
N10 -CHO-FH 4
CH2
H2N O
N
延胡索酸
P
CH2
FH4
OH OH 5-氨基咪唑-4(N-琥珀酸) -甲酰胺核苷酸
OH
5-氨基咪唑-4 -甲酰胺核苷酸
H H N O O P HC CH2 OH
2、嘧啶核糖核苷酸的合成
• 从头合成 • 补救途径
①从头合成
Gln
C N
3
4 5
C 天冬氨酸 C6
1
氨基甲酰磷酸
2
C N
CO2
+C O 2 谷氨酰胺
2ATP 氨基甲酰磷酸合成酶 -Ⅱ Glu 2ADP+Pi
嘧啶核苷酸的合成过程
O H2N C O
O-
P OH O
HOOC CH2
CH COOH NH2
别嘌呤醇治疗痛风症的机理 别嘌呤醇与次黄嘌呤结构类似，可抑制黄嘌呤氧化酶，从 而抑制尿酸的生成。
自毁容貌症（Lesch-Nyhan综合症）
HGPRT(次黄嘌呤鸟嘌呤核糖转移酶缺乏症，属于先天 性嘌呤代谢异常症)完全缺失的患儿，表现为自毁容貌 征。 临床表现：尿中尿酸排出量过量，50mg/kg体重/24hr。 智力发育障碍，攻击性性格，肌肉痉挛，强制性自咬唇 舌和指尖 分子基础：HGPRT先天缺陷（X性连锁隐性遗传）
9.1 核酸的降解
核酸
磷酸二酯酶
核苷酸
核苷酸酶
核苷水解酶
核苷
碱基 + 戊糖
磷酸
细胞中DNA的含量相当稳定，RNA的含量有显著变化 表明DNA在细胞内是一种较为稳定的成分，RNA容易被酶降解
9.2 核苷酸的分解代谢
核苷酸的酶水解 嘌呤碱的分解代谢 嘧啶碱的分解代谢
1、核苷酸的酶水解
核苷酸
核苷酸酶
核苷水解酶
核苷
碱基 + 戊糖
磷酸
进入磷酸戊糖途径 或重新合成核酸
2、嘌呤碱的分解代谢
反应部位：主要肝、肾、小肠
NH2 N N N
OH
N
N H
N
N H
N
NH2
腺嘌呤 + H2O
NH3
鸟嘌呤 + H 2O
NH3
O
O
N
NH
黄嘌呤氧化酶 [O2]
N
NH
N H
N
(Z)
H2O
H 2O 2
N H
N H
ATP和GTP的生成
HOOCCH 2CHCOOH O C C N O OH OH C N N CH GTP Asp H N P O CH2 HC NH C C N O OH OH OH 腺苷酸代琥珀酸 OH C N N CH 延胡索酸 HC P O CH2 N O C N CH H N
NH2
C C N
腺嘌呤核苷
ATP ADP
AMP
嘌呤核苷酸补救合成的生理意义
• 节约能量和一些氨基酸的消耗。 • 有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进 行嘌呤核苷酸的补救合成。 • 缺乏补救途径会引起嘌呤核苷酸合成速度降低， 结果大量积
累尿酸，并导致肾结石和痛风。
痛风症
嘌呤代谢异常的一种疾病 血中尿酸含量：超过8mg% 临床表现：血中尿酸含量升高，难溶性的尿酸盐沉积于关 节和软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病。
O
O
OH
NH2
5-磷酸核糖
R-5-P
OH OH 磷酸核糖焦磷酸 PRPP NH2 N5,N10-CH=FH4
O
P ～P
Gln
Glu
5-磷酸核糖胺 PRA H2C
H2C ATP P Gly O CH2 O O C
NH
CHO NH
O
P
NH
FH4
CH2
O O
C
OH
OH
Gln
OH OH 甲酰甘氨酰胺核苷酸
O C
用于合成嘌呤环
合成嘌呤碱的原子来源
CO2
6 1
甘氨酸 N7 C
8
C
5C
天冬氨酸
N10-甲酰-FH4
N C
3N
2
4C
N5-N10-亚甲基FH4
N9
谷氨酰胺 (酰胺基)
甘氨坐中间，谷氨站两边， 左手开天门，头顶二氧碳。
O P CH 2 OH O OH OH ATP AMP P
O CH2
P
O CH2 OH
还原 水解
水解
9.3 核苷酸的合成代谢
嘌呤核糖核苷酸的合成 嘧啶核糖核苷酸的合成 脱氧核糖核苷酸的合成
1、嘌呤核糖核苷酸的合成
从头合成途径 补救合成途径
①从头合成途径
原料：
Gly Gln Asp CO2 N5-N10-亚甲基FH4 N10-甲酰-FH4 磷酸核糖 ATP
O HN O C C N R CH CH
5
天冬氨酸氨基甲酰转移酶
尿嘧啶核苷酸激酶 UDP ATP
Pi
HO NH2 C O C
O C C C N O OH N N CH H2 O H N HC P O CH2 OH
O C C N O OH C N N CH
5-甲 酰 氨 基 -4-氨 基 甲 酰 咪 唑 核 苷 酸 (FAICAR)
次黄嘌呤核苷酸 IMP
• 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的 • 而不是首先单独合成嘌呤碱然后再与磷酸核糖 结合而成的
H N P O CH2 HC
ADP
ATP
次黄嘌呤核苷酸
AMP
O
IMP
NAD + H2 O NADH H N O P O CH2 OH C
O C C N H O C N N CH Gln Glu ATP
H N H N C 2 P O CH2 OH
C C N H O C N N CH
GDP GTP
OH
OH
Glu
甘氨酰胺核苷酸
H 2C O
H C
NH CHO NH
N
HO O P CO 2 CH2
C C N
N CH
P
HN C CH2 O OH N
CH
H 2N O
OH
甲酰甘氨咪核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸
OH OH 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸
COOH
Asp