第九章 核酸的降解与核苷酸代谢
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生物化学第9章-核酸结构、功能与核苷酸代谢教材
第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢【授课时间】4学时第一节核酸的化学组成【目的要求】掌握核酸（DNA和RNA）的分子组成、核苷酸的连接方式、键的方向性。
【教学内容】1．详细介绍：碱基2．一般介绍：戊糖3．一般介绍：核苷4．一般介绍：核苷酸5．详细介绍：核酸中核苷酸的连接方式【重点、难点】重点：核酸组成与核苷酸的连接【授课时间】0.25学时第二节DNA的结构与功能【目的要求】1．掌握DNA的二级结构的特点。
2．掌握DNA的生物学功能。
【教学内容】1．一般介绍：DNA的一级结构2．重点介绍：DNA的二级结构3．一般介绍：DNA的超级结构4．一般介绍：DNA的功能【重点、难点】重点：DNA的二级结构难点：DNA的超级结构【授课学时】1学时第三节RNA的结构与功能【目的要求】1．掌握RNA的种类与功能。
mRNA和tRNA的结构特点。
2．了解核酸酶的分类与功能。
3．了解其他小分子RNA。
【教学内容】1．详细介绍：mRNA的结构与功能2．详细介绍：tRNA的结构与功能3．详细介绍：rRNA的结构与功能4．一般介绍：小分子核内RNA5．一般介绍：核酶【重点、难点】重点：mRNA、tRNA的结构与功能【授课学时】0．5学时第四节核酸的理化性质【目的要求】1．掌握DNA的变性和复性概念和特点2．熟悉核酸分子杂交原理。
3．熟悉核酸的一般性质【教学内容】1．一般介绍：核酸的一般性质2．详细介绍：核酸的紫外吸收3．重点介绍：核酸的变性与复性【重点、难点】重点：核酸的变性与复性【授课学时】1学时第五节核苷酸代谢【目的要求】1．熟悉核苷酸合成途径的原料、主要步骤及特点。
核苷酸分解代谢的终产物。
2．熟悉脱氧核苷酸的生成3．了解嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理。
4．了解尿酸以及痛风症与血中尿酸含量的关系。
【教学内容】1．一般介绍：嘌呤核苷酸的合成2．一般介绍：嘧啶核苷酸的合成3．详细介绍：脱氧核糖核苷酸的生成4．详细介绍：核苷酸的相互转化5．一般介绍：核苷酸分解代谢【重点、难点】难点：嘌呤、嘧啶类抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理【授课学时】1．25学时第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢第一节核酸的化学组成第二节DNA的结构与功能第三节RNA的结构与功能第四节核酸的理化性质第五节核苷酸代谢第一节核酸的化学组成时间15ˊ教学内容核酸分为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)。
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
第九章核酸的酶促降解及核苷酸代谢
c、UMP转变为CTP
CTP合成酶
UMP UDP UTP
CTP
ATP Gln H2O
嘧啶环上各原子的来源
来自NH3 来自CO2
4
C
N3
C5
C2
C6
1
N
来自天冬氨酸
尿嘧嘧啶+PRPP 尿嘧啶+1-P-核糖 尿嘧啶核苷+ATP
UMP+PPi 尿嘧啶核苷+Pi UMP+ADP
-CH=NH
H-CO-CH2OH -CH= -CH2-CH3
亚氨甲基 甲酰基 甲醇基 次甲基 亚甲基
甲基
一碳基团转移酶的辅酶：FH4 一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名
叶酸和 四氢叶酸（FH4）
叶 酸
四
氢
H
叶
10
酸
5
H
CHOCH2
N5N，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
组氨酸 FH4 苷氨酸
N5， N10 = CH-FH4
参与嘌呤合成
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 第二节 核苷酸的分解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢
生物化学之核苷酸代谢
生尿酸，同时补救途径不通会引起嘌呤核苷
酸从头合成速度增加，更加大量累积尿酸， 从而导致肾结石和痛风
3、脱氧核苷酸的生成
O P -P O N 核糖核苷酸还原酶 OH
硫 化 原 白 氧 还 蛋
CH2
O P -P CH2 O
N
OH NDP
SH
硫 化 原 白 氧 还 蛋
OH S S
H dNDP
SH 硫氧化还原蛋白还原酶 NADP NADP H
次黄嘌呤核苷酸 IMP
ATP和GTP的生成
HOOCCH CHCOOH 2 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
Glu
P O CH2 OH
OH
OH
XMP
GMP
(Xanthosine monophosphate)
嘌呤核苷酸从头合成的调节
原则之一：满足需求，防止供过于求。
(-) (+) R-5-P
PRPP合 成 酶
(-) (+) PRPP (-) PAR (-) IMP XMP (-) GMP GDP GTP
次黄嘌呤
6-巯 基 嘌 呤 6MP (6-mercaptopurine)
SH
OH H N HC P O CH2 OH C C N O OH C N N CH H N HC P O CH2 OH
C C N O OH C N N CH
次 黄 嘌 呤 核 苷 酸 (IMP)
6-巯 基 嘌 呤 核 苷 酸
嘌呤核苷酸的抗代谢物-2
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
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。
核苷酸代谢
第九章 核苷酸代谢
(Metabolism of Nucleotides)
第一节 核苷酸的生物学功能 第二节 核酸的降解与核苷酸代谢 一、核酸和核苷酸的降解 二、核苷酸的代谢 第三节 核苷酸代谢障碍和抗代谢物
（一）碱基 (base)
嘧啶
嘌呤
(A)
(G)
腺嘌呤
鸟嘌呤
(C)
(T)
(U)
胞嘧啶
胸腺嘧啶
C、T、U 先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连 肝（胞液） CPS-II、ACT UMP 脑、骨髓、脾脏 游离嘧啶碱、嘧啶核苷 NH3、CO2、β-Ala( C, U )、
分解产物
β-氨基异丁酸( T )
第三节 核苷酸代谢障碍和 抗代谢物
Disorders of Nucleotides Metabolism and Antimetabolic Substances
(四) 核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成
其他核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成与此相同
嘌呤、嘧啶核苷酸合成与分解的区别
嘌 呤 嘧 啶
Asp、氨基甲酰磷酸（CO2、Gln）
合成原料
从 头 合成碱基 合 成 从头合成
合成部位 关键酶 最初产物
成补 合成部位 救 合 合成原料
Asp、Gln、Gly、CO2、
一碳单位 A、G 在磷酸核糖分子上逐步合成 肝、小肠、胸腺（胞液） PRPPK、GPAT IMP 脑、骨髓、脾脏 游离嘌呤碱、嘌呤核苷 尿酸
• 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）
HGPRT缺乏-----自毁容貌症 （Lesh-Nyhan综合症）
(Metabolism of Nucleotides)
第一节 核苷酸的生物学功能 第二节 核酸的降解与核苷酸代谢 一、核酸和核苷酸的降解 二、核苷酸的代谢 第三节 核苷酸代谢障碍和抗代谢物
（一）碱基 (base)
嘧啶
嘌呤
(A)
(G)
腺嘌呤
鸟嘌呤
(C)
(T)
(U)
胞嘧啶
胸腺嘧啶
C、T、U 先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连 肝（胞液） CPS-II、ACT UMP 脑、骨髓、脾脏 游离嘧啶碱、嘧啶核苷 NH3、CO2、β-Ala( C, U )、
分解产物
β-氨基异丁酸( T )
第三节 核苷酸代谢障碍和 抗代谢物
Disorders of Nucleotides Metabolism and Antimetabolic Substances
(四) 核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成
其他核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成与此相同
嘌呤、嘧啶核苷酸合成与分解的区别
嘌 呤 嘧 啶
Asp、氨基甲酰磷酸（CO2、Gln）
合成原料
从 头 合成碱基 合 成 从头合成
合成部位 关键酶 最初产物
成补 合成部位 救 合 合成原料
Asp、Gln、Gly、CO2、
一碳单位 A、G 在磷酸核糖分子上逐步合成 肝、小肠、胸腺（胞液） PRPPK、GPAT IMP 脑、骨髓、脾脏 游离嘌呤碱、嘌呤核苷 尿酸
• 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）
HGPRT缺乏-----自毁容貌症 （Lesh-Nyhan综合症）
核酸的降解和核苷酸代谢
APRT
HGPP
01
补救合成的特点：过程简单，耗能少。
02
补救合成的生理意义：⒈ 减少能量和氨基酸的消耗
03
弥补某些组织（脑、骨髓）不能
04
从头合成嘌呤核苷酸的不足。
（三） 嘌呤核苷酸生物合成（从头合成）的调节
01
02
03
04
05
IMP
5-磷酸核糖胺
GMP
5-磷酸核糖焦磷酸
AMP
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
二﹑嘧啶核苷酸的合成 （一）嘧啶核苷酸的从头合成 嘧啶环由氨甲酰磷酸和 天冬氨酸合成的
⒈从头合成途径 ⑴尿嘧啶核苷酸(UMP)的合成
D
C
B
A
尿苷酸激酶
核酸外切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） DNA/RNA
蛇毒磷酸二酯酶（ 3´端外切3得5） DNA/RNA
限制性内切酶
01
01
02
03
04
05
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
核酸的降解和核苷酸代谢
01
核苷酸的生物学功能：
02
作为核酸合成的原料（主要功能）
03
体内能量的利用形式（ATP GTP UTP CTP）
HGPP
01
补救合成的特点：过程简单，耗能少。
02
补救合成的生理意义：⒈ 减少能量和氨基酸的消耗
03
弥补某些组织（脑、骨髓）不能
04
从头合成嘌呤核苷酸的不足。
（三） 嘌呤核苷酸生物合成（从头合成）的调节
01
02
03
04
05
IMP
5-磷酸核糖胺
GMP
5-磷酸核糖焦磷酸
AMP
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
二﹑嘧啶核苷酸的合成 （一）嘧啶核苷酸的从头合成 嘧啶环由氨甲酰磷酸和 天冬氨酸合成的
⒈从头合成途径 ⑴尿嘧啶核苷酸(UMP)的合成
D
C
B
A
尿苷酸激酶
核酸外切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） DNA/RNA
蛇毒磷酸二酯酶（ 3´端外切3得5） DNA/RNA
限制性内切酶
01
01
02
03
04
05
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
核酸的降解和核苷酸代谢
01
核苷酸的生物学功能：
02
作为核酸合成的原料（主要功能）
03
体内能量的利用形式（ATP GTP UTP CTP）
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。
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
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核糖核苷酸 RNA 脱氧核糖核苷酸
核酸类补品原理所在 可提高康复速度 DNA
记忆法
甘氨坐中间，谷氮站两边； 甘氨坐中间，谷氮站两边； 左手开天门，头顶二氧碳； 左手开天门，头顶二氧碳； 两个碳单位，一边分一个。 两个碳单位，一边分一个。
嘌呤核苷酸合成要点 1.嘌呤核苷酸的合成不是先合成嘌呤环， 1.嘌呤核苷酸的合成不是先合成嘌呤环， 嘌呤核苷酸的合成不是先合成嘌呤环 而是核糖与磷酸先合成磷酸核糖； 而是核糖与磷酸先合成磷酸核糖； 2.逐步由谷氨酰胺 甘氨酸、一碳基团、 逐步由谷氨酰胺、 2.逐步由谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、 CO2、 CO2、及天门冬氨酸掺入碳原子或氮原子 形成嘌呤核苷酸； 形成嘌呤核苷酸； 合成的起始物质是5 磷酸核糖3. 合成的起始物质是5-磷酸核糖-1-焦磷 酸（PRPP） PRPP）
嘧啶碱
天冬氨酸
NH3 CO2
N C
C
N
C C
-OOC
CH2 CH
+
H3N
C(U)MP
COO
嘧啶环合成后+磷酸核糖 嘧啶环合成后 磷酸核糖
记忆方法
天冬氨酸右边站 臭气直往左上窜 剩余废物二氧化碳
嘧啶从头合成途径要点
嘧啶核苷酸先合成一个嘧啶环骨架，再与 嘧啶核苷酸先合成一个嘧啶环骨架，再与PRPP结合形 结合形 成嘧啶核苷酸，合成分三阶段： 成嘧啶核苷酸，合成分三阶段： 1. 以CO2和谷氨酰胺在氨基甲酰磷酸合成酶 合成氨基甲 和谷氨酰胺在氨基甲酰磷酸合成酶 氨基甲酰磷酸合成酶II合成氨基甲 酰磷酸; 酰磷酸 2.氨基甲酰磷酸和天门冬氨酸在天冬氨酸氨甲酰转移酶 氨基甲酰磷酸和天门冬氨酸在天冬氨酸氨甲酰转移酶 氨基甲酰磷酸和天门冬氨酸在 氨甲酰天冬氨酸，再经脱水、 的作用下合成 氨甲酰天冬氨酸，再经脱水、脱氢形成乳 清酸； 清酸； 3.乳清酸与 乳清酸与PRPP的5-磷酸核糖生成乳清酸核苷酸 乳清酸与 的 磷酸核糖生成乳清酸核苷酸 （OMP）, 进一步脱羧生成尿嘧啶核苷酸（UMP）。 ） 进一步脱羧生成尿嘧啶核苷酸（ ）。
β-氨基异丁酸
+
3
胞嘧啶
2 +
+
+
2
3
3
第三节 核苷酸的生物合成
一 总论 从头合成” 二 “从头合成”中碱基各原子来源
通过放射性同位素法推断
天冬氨酸
一碳单位
N1 C2
C C N 6
5 7 8 9
CO2
甘氨酸
C N N
3
4
C
一碳单位
嘌 呤 碱
谷氨酰胺 磷酸核糖C 上逐个安插成嘌呤碱成分，形成A(G)MP。 磷酸核糖 1上逐个安插成嘌呤碱成分，形成 。
脱氨基酶 黄嘌呤
尿酸
OH 2 OH OH NH
HO H
N N N
HNH H N N N
H2O
黄嘌呤氧化酶
H2O
2
O2 O
N N Pi N 次黄嘌呤 H H H2 O 2 H
A-腺嘌呤 腺嘌呤
黄嘌呤氧化酶
O HO O
N N N 核苷磷酸化酶
核糖-1-磷酸 核糖 H2O2 磷酸
核糖
次黄苷 腺苷
二、嘧啶的分解
HO H OOO CH O 乙酸 NH2 尿嘧啶 H O CH3 HO OH H CHH H H 3 NH3 +2CO 乙酸+3NH 3 乙酸 CHNADPH+H HO 3 NADPH+H HN 2 H2 CH2 H 胸腺嘧啶 ON H H H HO OH H H H CO2 CH2 H氨基异丁酸 H NADPH β-氨基异丁酸 NADPH O O 2NN H +CO +NH HHNHN 2 β-丙氨酸 H 2 CO22 HO OH HH H 排出体外或进入有机酸 3 CO H CO +NH 代谢。 2 3 代谢。 3 2 NH
补救途径
1. 在核苷酸焦磷酸化酶作用下 焦磷酸酶 尿嘧啶 + PRPP UMP + PPi
2. 在核苷磷酸化酶作用下，与1-磷酸核糖作用 在核苷磷酸化酶作用下， 1-磷酸核糖作用 核苷磷酸化酶 尿苷+ Pi 尿嘧啶 + 1-磷酸核糖 磷酸核糖 尿苷激酶 尿苷+ATP UMP + ADP
本章小结
1.核苷酸的降解。 1.核苷酸的降解。 核苷酸的降解 2.嘌呤分解产生尿酸 嘌呤分解产生尿酸， 2.嘌呤分解产生尿酸，嘧啶分解产生 丙氨酸和β 氨基丁氨酸。 β-丙氨酸和β-氨基丁氨酸。 3.嘌呤和嘧啶碱基从头合成的原子来 3.嘌呤和嘧啶碱基从头合成的原子来 源及主要合成步骤。 源及主要合成步骤。
一、嘌呤的分解
A-腺嘌呤的分解（在核苷酸或核苷水平上） 腺嘌呤的分解（在核苷酸或核苷水平上） 不同种类动物将尿酸直排或进行不同程度继续降解排 不同种类动物将尿酸直排或进行不同程度继续降解排 尿酸 出体外。 出体外。 H2O2在SOD（超氧化物歧化酶）或过氧化氢酶作用下 （超氧化物歧化酶） 过氧化氢酶作用下 分解为H 。 分解为 2O。 G-鸟嘌呤分解与A类似，产物也是尿酸。 鸟嘌呤分解与A类似，产物也是尿酸 尿酸。 若浓度过高会引起尿结石、风湿性关节炎。 浓度过高会引起尿结石、风湿性关节炎。 会引起尿结石
UMP
一磷酸核苷激酶 ATP ADP
UDP
二磷酸核苷激酶 ATP ADP
UTP
尿嘧核苷酸经氨基化生成胞嘧啶核苷酸， 尿嘧核苷酸经氨基化生成胞嘧啶核苷酸，在三 磷酸核苷水平上进行的： 磷酸核苷水平上进行的：
CTP合成酶， Mg 2+ 合成酶， 合成酶 UTP 谷氨酰胺 谷氨酸 ATP ADP CTP
腺苷酸代琥珀酸裂解酶 腺苷酸代琥珀酸 延胡索酸 AMPS） （AMPS）
GDP+Pi 天冬氨酸 GTP
AMP
Mg 2+
IMP
NAD+
腺苷酸代琥珀酸合成酶
谷 氨 酰 胺 谷 氨 酸
NADH+H+ H2 O
XMP
酶
ATP ADP+Pi
GMP
苷酸合成酶
苷酸
补救途径
1. 在核苷酸焦磷酸化酶作用下 腺苷酸焦磷酸化酶 腺嘌呤 + PRPP 腺苷酸 + PPi 鸟苷酸焦磷酸化酶 鸟嘌呤 + PRPP 鸟苷酸 + PPi 2. 在核苷磷酸化酶作用下，与1-磷酸核糖作用 在核苷磷酸化酶作用下， 磷酸核糖作用 核苷磷酸化酶 嘌呤核苷+ 嘌呤核苷 Pi 嘌呤 + 1-磷酸核糖 磷酸核糖 核苷磷酸激酶 嘌呤核苷 嘌呤核苷酸
第九章 核苷酸代谢
第一节 核酸的降解
核酸
核酸酶
进入磷酸戊糖途径 或重新合成核酸核苷酸核源自酸酶水磷酸核苷
解
核苷磷酸化酶
何处去？ 何处去？
磷酸-戊糖 磷酸 戊糖
碱基
分解 合成
？
特定部位的— 特定部位的—限制性内切酶 内切酶 DNA RNA 外切酶
第二节 碱基的分解
提问：嘌呤碱包括哪几种？ 提问：嘌呤碱包括哪几种？ A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤 腺嘌呤、 鸟嘌呤 腺嘌呤
“补救”途径 补救” 补救 (脑和骨髓 脑和骨髓) 脑和骨髓 主要发生在肝 主要发生在肝 内外 核糖 脏，常因各种 源核 抑制物甚至生 抑制物甚至生 酸分 理紧张导致其 理紧张导致其 、Pi 碱基、 碱基 解 中的某些酶缺 乏，影响细胞 生长。 生长。 脱氧核糖
“从头合成”途径（通常情况下占 从头合成” 通常情况下占95%） 从头合成 ） 核糖、氨基酸、 核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi 辅酶
4.从PRPP到嘌呤核苷酸的合成大致经历两 4.从PRPP到嘌呤核苷酸的合成大致经历两 个阶段； 个阶段； 次黄嘌呤核苷酸（IMP） PRPP 次黄嘌呤核苷酸（IMP）
10步反应 10步反应 腺苷酸代琥珀酸 AMPS） （AMPS） AMP
IMP
黄嘌呤核苷酸（XMP） 黄嘌呤核苷酸（XMP） GMP