第九章 核酸的降解与核苷酸代谢
生物化学-核苷酸代谢
①二氢叶酸还原酶 ②核苷酸甘氨酰胺 （GAR）转甲酰酶 ③5-甲酰氨基咪唑4-甲酰胺核苷酸 （AICAR0转甲酰 酶
嘌呤核苷酸合成和 嘧啶核苷酸合成
氨蝶呤和甲 氨蝶呤
叶酸
①急性白血病 ②头颈部肿瘤 ③妊娠滋养细 胞瘤 ④成骨肉瘤 ⑤淋巴癌 ⑥肝癌 ⑦乳腺癌 ⑧卵巢癌
嘌呤核苷酸合成
部分核苷酸代谢类似物的临床应用
原 因
调节失常
遗传缺陷
临床特点
嘌呤产生和排谢过多
遗传类型
x-染色体连锁隐性 遗传
1．嘌呤核苷酸代谢障碍
Lesch-Nyhan HGPRT 综合征
嘌呤产生排泄多,脑性瘫痪、 x-染色体连锁隐性 自毁容貌症 遗传
免疫缺陷症, ①腺苷脱氨酶
②嘌呤核苷磷酸化酶 肾结石 黄嘌呤尿 APRT 黄嘌呤氧化酶
遗传缺陷
氮杂丝氨酸 5-氨基咪唑-4甲酰胺核苷酸 腺嘌呤 次黄嘌呤 鸟嘌呤 甲酰甘氨咪 核苷酸
部分核苷酸代谢类似物的临床应用
药物名称 正常代谢物 治疗的疾病 ①白血病 ②自身免疫性病 ③妊娠滋养细胞肿 瘤 主要作用的酶 ①IMP脱氢酶 ②腺苷酸代琥珀 酸合成酶 黄嘌呤氧化酶 作用的代谢途径 嘌呤核苷酸合成 6-巯基嘌呤 嘌呤核苷酸
第二节 核酸的降解与核苷酸代谢
食物核蛋白
一、 核 酸 与 核 苷 酸 降 解
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)。
第九章 核苷酸代谢
图9-7
嘧啶的元素来源
（2）嘧啶核苷酸从头合成的特点 嘧啶核苷酸从头合成途径不同于嘌呤核苷酸 的合成。其特点是： ①合成所需要的酶系大多在胞液内，但个别酶 如二氢乳清酸脱氢酶则位于线粒体内。 ②合成从CO2和谷氨酰胺开始，经6步反应先合 成出尿嘧啶核苷酸（UMP）。 ③由UMP出发再合成其它的嘧啶核苷酸。
2) 嘧啶核苷酸的负性调节同样由合成产物的反 馈抑制进行调节。主要集中在对4个关键酶的反 馈抑制上。
第一个关键酶是氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ （CPSⅡ），由UMP反馈抑制。 第二个关键酶是天冬氨酸转氨基甲酰酶 (CAT)，由UMP和CTP反馈抑制。
第三个关键酶是磷酸核糖焦磷酸激酶 （OPRT），由ADP和GDP反馈抑制。 第四个关键酶是CTP合成酶(CTPS)，由CTP反 馈抑制。CTP对天冬氨酸转氨酶的反馈调节为变 构调节。该酶有6个催化亚基和6个调节亚基。当 CTP浓度升高时，CTP就与调节亚基结合，使调节 亚基和催化亚基逐步变构，从而使酶由活性状态 逐步转变为无活性状态，实现反馈抑制调节。
图9-3
嘌呤核苷酸的从头合成
图9-4
由IMP合成AMP和GMP
(5) 嘌呤核苷酸从头合成的调节 细胞和机体能够对嘌呤核苷酸的从头合成 进行调节，以保持细胞和机体内相对稳定的嘌呤 核苷酸供应。嘌呤核 苷酸从头合成的调节包 括正性调节和负性调节两种方式。 正性调节是指促进嘌呤核苷酸合成的调节。 而负性调节是指抑制嘌呤核苷酸合成的调节。
1）正性调节表现为前后两端调节 前端正性调节主要是对两个关键酶的促进作用。这 两个关键酶是PRPPK和GPAT，底物ATP、5’-磷酸核糖和 PRPP分别促进其活性，增加IMP的合成。 后端正性调节主要是由ATP促进GMP合成酶和GTP促 进腺苷酸代琥珀酸合成酶这两个关键酶的活性，增加 GTP和ATP的合成。
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。
核酸的降解与核苷酸代谢9MetabolismofNucl
ADP
ATP
XMP
GMP
GDP
GTP
+
+
_
_
_
_
_
IMP
腺苷酸代 琥珀酸
XMP
AMP
ADP
ATP
GMP
GDP
GTP
ATP
GTP
_
_
+
+
调节方式：反馈调节和交叉调节
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。
2
3、嘌呤核苷酸的相互转变
IMP
AMP
腺苷酸代 琥珀酸
XMP
GMP
NH3
腺苷酸脱氨酶
鸟苷酸还原酶
NADPH+H+
NADP+
NH3
4、 脱氧核糖核苷酸的生成
在核苷二磷酸水平上进行 （N代表A、G、U、C等碱基）
脱氧核苷酸的生成
dNDP + ATP
激酶
dNTP + ADP
二磷酸脱氧核苷
01
能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。
02
主要的抗代谢药物是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。
UMP
UTP
CTP
嘌呤碱的最终 代谢产物
黄嘌呤氧化酶
G
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。 排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类 排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类 排尿囊酸动物：硬骨鱼类 排尿素动物：大多数鱼类、两栖类 某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。 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）。 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）。
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是构成生物体遗传物质的重要分子之一、它们在生物体内起着关键的功能，包括存储遗传信息、传递遗传信息和参与生物体的代谢过程。
然而，核酸分子并不是永久存在的，它们会经历酶促降解和核苷酸代谢过程。
酶促降解是一种通过酶催化反应将核酸分子分解为较小的碎片的过程。
这一过程在细胞中起着至关重要的作用，因为它能够控制细胞内的核酸浓度，并对细胞进行修复和调控。
具体而言，核酸的酶促降解主要通过核酸酶参与。
核酸酶可以识别特定的核酸分子，切割磷酸二酯键并将其分解成较小的碎片。
酶促降解的过程是高度调控的，这意味着细胞可以根据需要来降解核酸分子。
核酸酶的酶促降解反应可以发生在DNA和RNA分子上。
在DNA分子中，核酸酶可以通过识别特定的序列或结构来切割DNA链。
这些酶可以在DNA复制、修复和重组过程中发挥重要的作用。
在RNA分子中，核酸酶则可以通过识别特定的次级结构来切割RNA链。
这些酶在RNA降解和剪接等过程中起着关键作用。
核苷酸的合成通常发生在两个方向上。
一方面，细胞通过核苷酸合成途径将脱氧核苷酸和核苷酸合成为DNA和RNA的单体。
这些途径包括脱氧核苷酸合成途径和核苷酸合成途径。
另一方面，细胞还可以通过核苷酸分解途径将核苷酸分解为核苷和磷酸。
这些途径包括核苷酸降解途径和氨基酸代谢途径。
核酸酶和核苷酸代谢的失调会导致DNA和RNA的不稳定和降解，影响细胞的正常功能。
此外，核苷酸代谢紊乱还与多种人类疾病的发生和发展密切相关。
因此，研究核酸的酶促降解和核苷酸代谢机制对于理解生物体的正常功能和疾病的发生具有重要意义。
核酸的降解和核苷酸的代谢
二 、核苷酸的生物降解
1、嘌呤的分解
嘌呤碱包括：A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤
不同动物嘌呤代谢的最终产物也不同 人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸
其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素
硬骨鱼类：尿囊酸
尿囊素酶
尿酸酶
大多数鱼类、两栖类：尿素 尿囊酸酶
• 某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和 CO2排出。
Py Pu Py Py
G
A
C
U
G
A
1´
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p OH
5´
3´
RNAase I
RNAase I
RNAase T1
RNAase T1
Pu ：嘌呤
Py：嘧啶
RNA: DNA:
RNase(酶稳定、耐高温) DNase(种类多、工具酶)
作用类别：
核酸内切酶： 磷酸二酯酶，作用点在核酸内部，产 物是寡核苷酸链。 核酸外切酶： 磷酸单酯酶，作用于核酸两端，产物 是单核苷酸。
甘油醛-3-磷酸
1.核酸酶
核酸酶的分类
核糖核酸酶(RNase)：只水解RNA磷酸
根据对底物的 专一性分为
二酯键的酶（RNase）
脱氧核糖核酸酶(DNase)：只能水解
DNA磷酸二酯键的酶。
非特异性核酸酶：既可水解RNA，又
可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶
核酸内切酶 根据切割位点分为
核酸外切酶
内切核酸酶对RNA的水解位点示意图
来自NH3 氨甲酰磷酸
来自CO2
4
C
N3
C5
C2
C6
1
N
来自天冬氨酸
核酸的降解与核苷酸代谢
(Degradation of nucleic acid and nucleotides metabolism)
一、核酸和核苷酸的分解代谢 二、核苷酸的生物合成
核苷酸的功能
• 核苷酸是核酸生物合成的前体 • 核苷酸衍生物是许多生物合成的活性中间物，例如： UDP-葡萄糖和CDP-二酯酰甘油分别是糖原和磷酸甘油 酯合成的中间物 • ATP是生物能量代谢中通用的高能化合物 • 腺苷酸是三种重要辅酶的组分
嘌呤碱的分解
• 嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下水解 脱去氨基。 • 脱氨反应也可以在核苷或核苷酸的水平上进行， 在动物组织中腺嘌呤脱氨酶的含量极少，而腺嘌 呤核苷脱氨酶和腺嘌呤核苷酸脱氨酶的活性极高。
嘌呤碱基的脱氨
嘌呤的降解
腺嘌呤 H2 O
腺嘌呤脱氨酶
鸟嘌呤 H2O
鸟嘌呤脱氨酶
NH3 NH3 黄嘌呤氧化酶 次黄嘌呤 黄嘌呤 H2O+O2 H2 O2 尿囊素 H2O 尿囊
素酶
尿酸氧化酶 黄嘌 呤氧 化酶
H2O+O2 H2 O2
CO2+H2O2
尿囊酸酶
尿酸 2H2O+O2 尿素 + 乙醛酸
尿囊酸
H2 O
脲酶
4NH3 + 2CO2
嘌呤的分解代谢
NH2 N N H N N N N H O NH N NH2 O N H N H O H N
O NH
Adenine
+H2O NH3 OH N N H N 次黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤氧化酶 H 2O N 次黄嘌呤 H 2O 2 腺嘌呤脱氨酶
and swelling in their feet.
A CASE STUDY : GOUT
核酸的降解和核苷酸代谢 (2)
核酸的降解和核苷 酸代谢 (2)
核酸
核酸酶
核苷酸
核苷 核苷酸酶 磷酸
戊糖 核苷酶 碱基
嘧啶分解 嘌呤分解
1 核酸的酶促降解
• 核酸酶
– 对底物的作用位点：
• 核酸外切酶 • 核酸内切酶
– 对底物的选择性：
• 核糖核酸酶 • 脱氧核糖核酸酶 • 限制性内切酶(具有位点专一性)
1.1 核酸酶
1.外切核酸酶对核酸的水解位点
当体内核酸大量分解(白血病、恶性肿瘤等)或食入 高嘌呤食物时，血中尿酸水平升高，超过 0.48mmol/L(8mg/dl)时，尿酸盐过饱和形成结晶， 沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，而导致关节 炎、尿路结石及肾疾患，称为痛风症。
痛风的尿酸钠结晶
痛风的药物治疗：别嘌呤醇
别嘌呤醇
次黄嘌呤
别黄嘌呤
痛风症的治疗机制
核苷的直接利用
尿苷磷酸化酶
尿嘧啶+ 1-磷酸核糖
尿嘧啶核苷 + Pi
尿苷激酶
尿苷/胞苷+ATP
UMP/CMP + ADP
核酸的酶促降解
①生成乳清苷酸
②由乳清苷酸转化成其它化合物
↗CO2 乳清苷酸→UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶
UDP+ADP UDP+ATP核苷二磷酸激酶UTP+ADP UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP合成酶 →CTP+谷氨酸+ADP+Pi (2)补救途径与嘌呤核苷酸补救途径相 似
AMP-S
AMP
XMP
GMP
Gln
（2）补救合成途径 嘌呤碱和PRPP在特异的磷酸核糖转 移酶作用下生成嘌呤核苷酸
腺嘌呤+PRPP腺嘌呤磷酸核糖转移酶 →AMP+PPi
鸟嘌呤+PRPP次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 →GMP+PPi
2、嘧啶核苷酸的生物合成
（1）从头合成。 特点：A、先合 成嘧啶环，再与PRPP作用生成 嘧啶核苷酸；B、初产物为乳清
腺苷酸及鸟苷酸的合成：
IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天 冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMPS），然后裂解产生AMP；IMP也可在IMP脱氢酶 的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷 酸（XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下， 由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。
IMP
Asp NAD+
根据核酸酶对底物的专一性将其分为 三类：核糖核酸酶；脱氧核糖酸 酶；非特异性核酸酶。
脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶专一水解DNA而不作用 于RNA。分为内切酶和外切酶。
内切酶中的限制性内切酶是一种重要 的工具酶。它作用于特定的核苷酸序列， 有极高的专一性，切割后形成平齐末端 和粘性末端。
核酸的降解和核苷酸代谢
甲酰FH4
合成酶
关键酶
18
⑵ IMP → → →AMP﹑GMP
6
2
6
2 19
（二） 嘌呤核苷酸的补救合成
两个酶：① 腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）
② 次黄嘌呤(鸟嘌呤)磷酸核糖转移酶（HGPRT） 反应： 腺嘌呤 ＋ PRPP APRT AMP ＋ PPi
次黄嘌呤 ＋ PRPP HGPRT IMP ＋ PPi
2. 补救合成途径（salvage pathway）: 利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，
合成嘌呤核苷酸的过程。 （脑﹑骨髓等只能进行此途径）
14
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
组织：肝﹑小肠粘膜及胸腺 细胞内定位：细胞液 嘌呤环中各 碳、氮原子的来源： 甲酸盐
甲酸盐 15
⒈ 合成途径 两个阶段： ⑴ 5-磷酸核糖→ → →次黄嘌呤核苷酸（IMP） ⑵ IMP → → →AMP﹑GMP
源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割 DNA,常作为工具酶。
4
核酸外切酶对核酸的水解位点
BBBBBBBB
5´ p
p
p
p
p
p
p
p
OH 3´
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
5
限制性内切酶
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。
六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
Eco R I Hind Ⅲ
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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
核苷酸酶
水
磷酸
核苷
解
核苷磷酸化酶
何处去？
磷酸-戊糖
碱基
分解
？ 合成
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？ A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤
一、嘌呤的分解
2. 在核苷磷酸化酶作用下，与1-磷酸核糖作用 核苷磷酸化酶 尿苷+ Pi 尿嘧啶 + 1-磷酸核糖
尿苷激酶 尿苷+ATP UMP + 磷酸 B. 胞嘧啶 C. 核糖 D. 腺苷 E. 鸟嘌呤 2.催化1-磷酸核苷降解成为核苷的过程是由哪种酶催化完成 A. 磷酸二酯酶 B.内切核酸酶 C. 磷酸化酶 D. 核苷酸酶 E. 磷酸核糖转移酶 3.嘌呤从头合成的关键步骤是 A. 由PRPP与谷氨酸合成磷酸核糖胺 B.由PRPP与谷氨酰胺合成磷酸核糖胺 C.谷氨酰胺全部加入到磷酸核糖单位中 D.N5N10甲炔四氢叶酸提供的甲酰基与甘氨酰胺核苷酸形成甲酰甘 氨酰胺核苷酸 E. CO2与氨基咪唑核苷酸生成5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸
4. 人类，嘌呤的主要分解产物是 A. 氨 B. 尿囊素 C. 次黄嘌呤 D. 尿素 E. 尿酸 5.人类从头合成嘧啶过程中的调节步骤涉及哪些底 物 A. 乳清酸和磷酸核糖焦磷酸 B. XMP与谷氨酰胺 C. 天冬氨酸与氨基甲酰磷 D. CO2与谷氨酰胺
6. 人类，嘧啶的主要分解产物是 A. β-丙氨酸 B. 尿囊素 C. 次黄嘌呤 D. 尿素 E. 尿酸 7. 嘧啶环的来源于 A. 天门冬氨酸、谷氨酰胺、 CO2 B. 谷氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸 C. 天冬氨酸、CO2、甘氨酸 D. CO2、谷氨酰胺、苯丙氨酸 8. 嘌呤环上的四个氮原子来源于 A.天门冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸 B.天门冬氨酸、谷氨酰胺、氨 C.天门冬氨酸、甘氨酸 D.甘氨酸、谷氨酰胺、氨 E. 尿素、氨
+
3
胞嘧啶
2 +
+
+
2
3
3
第三节 核苷酸的生物合成
一 总论
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C1上逐个安插成嘌呤碱成分，形成A(G)MP。
“补救”途径 (脑和骨髓) 主要发生在肝 内外 核糖 脏，常因各种 源核 抑制物甚至生 酸分 理紧张导致其 碱基、Pi 解 中的某些酶缺 乏，影响细胞 生长。 脱氧核糖
“从头合成”途径（通常情况下占95%） 核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi
辅酶
核糖核苷酸
RNA
脱氧核糖核苷酸
DNA
核酸类补品原理所在 可提高康复速度
记忆法
甘氨坐中间，谷氮站两边； 左手开天门，头顶二氧碳； 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， 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、 CO2、及天门冬氨酸掺入碳原子或氮原子 形成嘌呤核苷酸； 3. 合成的起始物质是5-磷酸核糖-1-焦磷 酸（PRPP）
A-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 出体外。
H2O2在SOD（超氧化物歧化酶）或过氧化氢酶作用下 分解为H2O。
G-鸟嘌呤分解与A类似，产物也是尿酸。
脱氨基酶
黄嘌呤
尿酸
OH OH NH2 OH
HO H
HNH H N N
H2O
2
N N
H 2O
O O 2
本章小结
1.核苷酸的降解。 2.嘌呤分解产生尿酸，嘧啶分解产生 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 源及主要合成步骤。
4.从PRPP到嘌呤核苷酸的合成大致经历两 个阶段； PRPP 次黄嘌呤核苷酸（IMP）
10步反应 腺苷酸代琥珀酸 （AMPS）
AMP
IMP
黄嘌呤核苷酸（XMP） GMP
腺苷酸代琥珀酸裂解酶 腺苷酸代琥珀酸 延胡索酸 （AMPS）
GDP+Pi
AMP
Mg 2+ 天冬氨酸
IMP
NAD+
GTP
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，在三 磷酸核苷水平上进行的：
CTP合成酶， Mg 2+
UTP CTP
谷氨酰胺 谷氨酸
ATP
ADP
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
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤氧化酶
HO O
N N 核苷磷酸化酶
N Pi N 次黄嘌呤 H H H 2O 2
A-腺嘌呤
核糖-1-磷酸 H 2O 2
核糖
次黄苷 腺苷
二、嘧啶的分解 β-氨基异丁酸
OO HO H O NH 乙酸 尿嘧啶 H O CH 2 H O HO H 3 CH H HO H CH 33 NH 乙酸+3NH +2CO 3 NADPH+H CH H O NADPH+H 3 CH HN O H 胸腺嘧啶 NH2 H 2 H H2 HO H HO H H2 CO CH 2 H H β-氨基异丁酸 NADPH H NADPH H N +CO +NH N O H 2 2 O N β-丙氨酸 NH H H HO H 3 排出体外或进入有机酸 H CO22 HOCO H+NH H 代谢。 2 CO 2 3 2 NH 3
嘌呤核苷
嘌呤核苷酸
嘧啶碱
天冬氨酸
NH3 CO2
N C
C
C C
-OOC
CH2 CH
+
N
嘧啶环合成后+磷酸核糖
H3N
C(U)MP
COO
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PRPP结合形 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II合成氨基甲 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 的作用下合成 氨甲酰天冬氨酸，再经脱水、脱氢形成乳 清酸； 3.乳清酸与PRPP的5-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）。
腺苷酸代琥珀酸合成酶
谷 氨 酰 胺 谷 氨 酸
NADH+H+ H2 O
XMP
ATP ADP+Pi
次黄嘌呤核苷酸脱氢酶
GMP
鸟苷酸合成酶
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 核苷磷酸化酶 嘌呤核苷+ Pi 嘌呤 + 1-磷酸核糖 核苷磷酸激酶