第一节核酸的酶促降解第二节核苷酸的降解（一）嘌呤碱的分解（二）嘧啶碱的分解第三节核苷酸的生物合成（一）嘌呤核苷酸的合成（二）嘧啶核苷酸的合成

第一节核酸的酶促降解 第二节核苷酸的降解（一）嘌呤碱的分解（二）嘧啶碱的分解第三节核苷酸的生物合成（一）嘌呤核苷酸的合成（二）嘧啶核苷酸的合成（三）核苷酸从头合成的抗代谢物第十一章核酸的酶促降解与合成

食物核酸 cAMP与cGMP NTP 生物合成组织核酸核苷酸活性中间物质某些辅酶组织核酸核苷酸的代谢动态

食物核蛋白 胃酸蛋白质核酸（RNA及DNA）胰核酸酶（核糖核酸酶，脱氧核糖核酸酶）（磷酸二酯酶）单核苷酸肠胰核苷酸酶（磷酸单酯酶）磷酸核苷核苷酶（水解或磷酸解）碱基戊糖（或磷酸戊糖）

第一节核酸的酶促降解 核酸的分解过程如下：核酸—核苷酸—核苷+磷酸—碱基+戊糖-1-磷酸（一）核酸的解聚作用核酸分解代谢的第一步是水解连接核苷酸之间的磷酸二酯键，而生成低级多核苷酸或单核苷酸。作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶。

核酸内切酶（endonuclease）： 水解核酸分子内磷酸二酯键。核酸外切酶（exonuclease）：从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶。非特异性磷酸二酯酶：蛇毒磷酸二酯酶——水解3’-OH，得到5’-核苷酸牛脾磷酸二酯酶——水解5’-OH，得到3’-核苷酸

第二节核苷酸的降解 • 核苷酸水解下磷酸即成为核苷。核苷经核苷酶（nucleosidase）作用分解为嘌呤碱或嘧啶碱和戊糖。 • 核苷磷酸化酶（nucleoside phosphorylase）核苷 + 磷酸 —— 碱基 + 戊糖-1-磷酸 • 核苷水解酶（nucleoside hydrolease）核苷 + 水 —— 碱基 + 戊糖

（一）嘌呤碱的分解 1、嘌呤碱首先在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨基。 2、次黄嘌呤和黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase）作用下氧化生成尿酸（灵长类，鸟类，排尿酸爬虫类，昆虫）。当血浆中的尿酸含量过高是，尿酸盐晶体可沉积于关节、软组织、软骨、肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾脏疾病，称痛风症。

3、尿酸在尿酸氧化酶（urate oxidase）的作用下，脱掉CO2，氧化生成尿囊素（allantoin）（除灵长类的哺乳动物、腹足类） 4、尿囊素在尿囊素酶（allantionase）的作用下水解生成尿囊酸（硬骨鱼） 5、尿囊酸在尿囊酸酶（allantoicase）作用下生成尿素和乙醛酸（大多数鱼类、两栖类、淡水瓣鳃类） 6、低等动物将尿素分解成NH3和CO2排出体外（甲壳类、咸水瓣鳃类）

（二）嘧啶碱的分解 1、具有氨基的嘧啶先水解脱去氨基（C— U） 2、尿嘧啶嘧啶首先被还原，之后水解使环开裂，进一步水解生成NH3、CO2和 -丙氨酸。

第三节核苷酸的生物合成 有两类基本途径: 1.从头合成途径：利用简单物质（氨基酸、核糖磷酸、 NH3和CO2）为原料，经过一系列酶促反应，合成核苷酸。肝组织主要进行从头合成（de novo synthesis,从无到有） 2.补救合成(或重新利用，salvage pathway)途径：利用体内游离的碱基或核苷（现成原料），经过比较简单的反应过程，合成核苷酸。当核苷酸合成速度不能满足细胞生长的需要，“补救”途径就成为维持生命所必需的，在脑、骨髓等中进行。

天冬氨酸 谷氨酰胺甘氨酸 CO2 一碳单位磷酸核糖 AMP IMP GMP （一）嘌呤核苷酸的合成从头合成途径：从头合成是体内嘌呤核苷酸合成的主要途径原料：磷酸核糖、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2及一碳单位部位：胞液嘌呤环原料来源

活性磷酸核糖形式：磷酸核糖焦磷酸（PRPP） 两个阶段：首先合成IMP，再由IMP转变成AMP与GMP 嘌呤核苷酸是在一磷酸水平上合成的在合成嘌呤核苷酸的过程中逐步合成嘌呤环调节酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基转移酶磷酸核糖酰胺转移酶催化的反应是嘌呤核苷酸合成的托管步骤（committed step，关键步骤），AMP与GMP能够协同抑制此酶的活性

磷酸核糖焦磷酸PRPP的生成 • 构型转变 1、次黄苷酸(IMP)的合成 R-5-P 5磷酸核糖 ATP AMP PRPP合成酶 PP-1-R-5-P 1-焦磷酸-5-磷酸核糖（PRPP）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶 H2N-1-R-5-P 1氨基5磷酸核苷（PRA）

H2C-NH2 | + O=C-OH 甘氨酸 H2N-1-R-5-P 1氨基5磷酸核苷（PRA） GAR合成酶 ATP，Mg2+ NH2 H2C | O=C NH | R-5’-P 甘氨酰胺核苷酸（GAR） • 五员环合成的开始和酰胺的生成

NH H2C CHO | O=C NH | R-5’-P 甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR） NH2 H2C | O=C NH | R-5’-P 甘氨酰胺核苷酸（GAR） N5，N10-甲炔FH4 FH4 转甲酰基酶 • 一碳单位转移和甲酰基酰胺

NH H2C CHO | HN=C NH | R-5’-P 甲酰甘氨咪核苷酸（FGAM） NH H2C CHO | O=C NH | R-5’-P 甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）谷氨酰胺谷氨酸 ATP，Mg2+ • 闭环以前在第3位加上N原子

HC—— N || || H2N-C CH N | R-5’-P 5氨基咪唑核苷酸（AIR） NH H2C CHO | HN=C NH | R-5’-P 甲酰甘氨咪核苷酸（FGAM） ATP，Mg2+，K+ AIR合成酶 -H2O • 闭环

O || N HO-C-C || CH H2N-C N | R-5’-P 5氨基咪唑4羧酸核苷酸（CAIR） HC—— N || || H2N-C CH N | R-5’-P 5氨基咪唑核苷酸（AIR） CO2 • 六员环合成开始

HOOC | H2CO | || HC-HN-C N | C HOOC || CH H2N-C N | R-5’-P 5氨基咪唑4琥珀酸甲酰胺核苷酸（SAICAR） O || N HO-C-C || CH H2N-C N | R-5’-P 5氨基咪唑4羧酸核苷酸（CAIR）天冬氨酸 ATP，Mg2+ 合成酶 • 嘌呤环第一位N的固定

O || H2N-C N C || CH H2N-C N | R-5’-P 5氨基咪唑4甲酰胺核苷酸（AICAR） HOOC | H2C O | || HC-HN-C N | C HOOC || CH H2N-C N | R-5’-P 5氨基咪唑4琥珀酸甲酰胺核苷酸（SAICAR）延胡索酸裂解酶 • 脱掉延胡索酸

O || H2N-C N C || CH O=C-N-C H N | R-5’-P 5甲酰基咪唑4甲酰胺核苷酸（FAICAR） O || H2N-C N C || CH H2N-C N | R-5’-P 5氨基咪唑4甲酰胺核苷酸（AICAR） N10甲酰FH4 FH4 转甲酰基酶 • 嘌呤环最后一位C原子

O || C N HN C | || CH HC C N N | R-5’-P 次黄嘌呤核苷酸（IMP） O || H2N-C N C || CH O=C-N-C H H N | R-5’-P 5甲酰基咪唑4甲酰胺核苷酸（FAICAR） H2O 环水解酶 • 脱水环化

O || C N HN C | || CH HC C N N | R-5’-P IMP 天冬氨酸 Mg2+ GTP 腺苷酸代琥珀酸合成酶 HOOCCH2CHCOOH | NH | C N HN C | || CH HC C N N | R-5’-P NH2 | C N HN C | || CH HC C N N | R-5’-P 腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸延胡索酸 AMP 2、腺苷酸AMP和鸟苷酸GMP的合成（1）腺苷酸：由次黄苷酸氨基化生成，由GTP供给能量。次黄苷酸腺苷酸

O || C N HN C | || CH HC C N N | R-5’-P IMP NAD+ NADH + H+ H2O IMP脱氢酶 O || C N HN C | || CH C C | N N NH2 | R-5’-P GMP O || C N HN C | || CH C C || N N O H | R-5’-P XMP 谷氨酰胺谷氨酸 GMP脱氢酶 ATP （2）鸟苷酸次黄苷酸经氧化生成黄苷酸，再经氨基化生成鸟苷酸。次黄苷酸鸟苷酸黄苷酸

激酶 AMP 激酶 ADP ATP ATP ADP ATP ADP 激酶 GMP 激酶 GDP GTP ATP ADP ATP ADP

AMP GMP NH3 NADP+NH3 NADPH 腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶腺苷酸代琥珀酸 IMP XMP AMP、GMP、IMP的相互转变嘌呤核苷酸的相互转变腺苷酸鸟苷酸黄苷酸次黄苷酸

C N C C C N { 4 3 5 氨基甲酰磷酸天冬氨酸 2 6 1 嘧啶碱合成的元素来源（二）嘧啶核苷酸的合成嘧啶环上的原子来自简单的前体化合物： CO2 、 NH3和天冬氨酸。

1、尿嘧啶核苷酸的合成 1）合成氨甲酰磷酸 2）合成氨甲酰天冬氨酸 3）闭环生成二氢乳清酸 4）二氢乳清酸氧化生成乳清酸 5）乳清酸获得磷酸核糖生成乳清苷酸 6）脱羧生成尿嘧啶核苷酸

1）合成氨甲酰磷酸 O O || || 谷氨酰胺 + HCO3 H2N-C-O-P-OH + 谷氨酸 | O- - 氨基甲酰磷酸合成酶II 2ATP 2ADP + Pi 氨基甲酰磷酸

CO2 + 谷氨酰胺 2ATP 谷氨酸 2ADP+Pi 氨基甲酰磷酸合成酶II O || HO-C H2N CH2 | | O=C CH N COOH H HOOC CH2 + | CH H2N COOH 天冬氨酸氨基甲酰基转移酶 NH2 | O=C | O—— Pi P 氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸 2）合成氨甲酰天冬氨酸

O || C HN CH2 | | O=C CH N COOH H O || HO-C H2N CH2 | | O=C CH N COOH H 二氢乳氢酸酶 H2O 氨甲酰天冬氨酸二氢乳氢酸 3）闭环生成二氢乳清酸

O || C HN CH2 | | O=C CH N COOH H O || HN | O N COOH H 脱氢酶 NAD+ NADH+H+ 二氢乳氢酸乳氢酸 4）二氢乳清酸氧化生成乳清酸

O || HN | O N COOH | R—5’—P O || HN | O N COOH H 磷酸核糖转移酶 PRPP PPi 乳氢酸乳氢酸核苷酸（OMP） • 5）乳清酸获得磷酸核糖生成乳清苷酸

O || HN | O N | R—5’—P O || HN | O N COOH | R—5’—P 脱羧酶 CO2 OMP 尿嘧啶核苷酸（UMP） • 6）脱羧生成尿嘧啶核苷酸

UMP UDP dUDP UTP dUMP CTP dTMP 还原酶 TMP合成酶

2、胞苷酸（CTP ）的合成 尿嘧啶、尿嘧啶核苷和尿嘧啶核苷酸都不能氨基化变成相应的胞嘧啶化合物，只有尿嘧啶核苷三磷酸才能氨基化生成胞嘧啶核苷三磷酸。 UTP + 谷氨酰胺 + ATP + H2O —— CTP +谷氨酸 + ADP + Pi

O || HN | O N | R—5’-P 尿苷酸激酶 UDP UTP ATP ADP ATP ADP 二磷酸核苷激酶 UMP NH2 | N | O N | R—5’-PPP CTP合成酶谷氨酸谷氨酰胺 ADP+Pi ATP CTP CTP的合成

ATP + CO2 + 谷氨酰胺 = 氨基甲酰磷酸天冬氨酸 = 氨基甲酰天冬氨酸 PRPP || ATP + 5磷酸核糖 UMP UTP CTP - - 嘌呤核苷酸 - - 嘧啶核苷酸实线表示代谢途径；虚线表示调节途径；代表抑制 - 从头合成的调节

O || HN | O N | dR—5’-P O || CH3 HN | O N | dR—5’-P TMP合成酶 N5，N10甲烯FH4 FH2 FH2还原酶 FH4 NADP+ NADPH + H + dUMP 一磷酸胸苷（dTMP） 3、胸苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP ）的生成

胸腺嘧啶脱氧核酸的形成需要两个步骤。首先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再经甲基化转变为胸腺嘧啶。胸腺嘧啶脱氧核酸的形成需要两个步骤。首先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再经甲基化转变为胸腺嘧啶。通常核糖核苷酸是在核苷二磷酸的水平下被还原的，因此尿嘧啶核糖核苷酸是由UDP还原成dUDP，再脱下一分子磷酸而形成。在有些生物体内，dUMP也可以由dCMP经胞嘧啶脱氧核糖核苷酸脱氨酶作用脱去氨基而形成。

（三）核苷酸从头合成的抗代谢物 O || C N HN C | || CH HC C N N H 次黄嘌呤 SH | C N HN C | || CH HC C N N H 6巯基嘌呤（6MP） SH | C N N C | || CH C C | N N H2N H 6巯基鸟嘌呤 O || C N HN C | || N HC C | N N H2N H 8氮杂鸟嘌呤 1、嘌呤类似物

O NH2 || | H2N-C-CH2-CH2-CH-COOH 谷氨酰胺 O NH2 || | 氮杂丝氨酸 N+=N-CH2-C-O-CH2-CH-COOH （重氮乙酰丝氨酸） O NH2 || | 6重氮5氧正亮氨酸 N+=N-CH2-C-CH2-CH2-CH-COOH 2、谷氨酰胺和天冬氨酸类似物

NH2 | R O COOH C N | || H | N C C——CH2--N- ——C——N-CH | || | | C C CH CH2 | N N | H2N CH2 | COOH R=H 氨蝶呤 R=CH3 氨甲蝶呤（MTX） 3、叶酸类似物

4、嘧啶类似物

第一节 核酸的酶促降解 第二节 核苷酸的降解 （一） 嘌呤碱的分解 （二） 嘧啶碱的分解 第三节 核苷酸的生物合成 （ 一） 嘌呤核苷酸的合成 （二） 嘧啶核苷酸的合成