1、第第三三章章核核酸酸化化学学 核酸是一类重要的生物大分子，担负着核酸是一类重要的生物大分子，担负着生命信息的储存与传递。生命信息的储存与传递。 核酸是现代生物化学、分子生物学的重核酸是现代生物化学、分子生物学的重要研究领域，是基因工程操作的核心分要研究领域，是基因工程操作的核心分子。子。核酸概述核酸概述核酸是遗传物质的载体核酸是遗传物质的载体一、核酸的研究发现史一、核酸的研究发现史 18681868年，年，F. F. MiescherMiescher从细胞核中分离得从细胞核中分离得到一种酸性物质，即现在被称为核酸的到一种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。物质。1944年，Avery的转换转化实
2、验orand可分离可分离 19521952年，年， HexsheyHexshey、Chase TChase T2 2噬菌噬菌体（捣碎器实验）体（捣碎器实验） 19531953年，年，WatsonWatson、Crick DNACrick DNA双螺双螺旋模型旋模型 核酶（核酶（RibozymeRibozyme） 人类基因组计划人类基因组计划 9898核中（染色体中）核中（染色体中） 真核真核 线粒体（线粒体（mDNAmDNA） 核外核外 叶绿体（叶绿体（ctDNActDNA）DNA DNA 拟核拟核 原核原核 核外：质粒（核外：质粒（plasmidplasmid） 病毒：病毒：DNADNA病毒
3、病毒核酸的种类和分布核酸的种类和分布 核酸分为两大类：核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid Deoxyribonucleic Acid （DNADNA） 核糖核酸核糖核酸 Ribonucleic AcidRibonucleic Acid（RNARNA）RNARNA主要存在于细胞质中主要存在于细胞质中 l tRNAl rRNAl mRNAl 其它其它 snRNA 反义反义RNA l RNA病毒：病毒：SARS核酸的基本化学组成核酸的基本化学组成核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸碱基碱基戊糖戊糖元素组成：元素组成： C H O N P C H O
4、 N P 核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可用层析或电泳等方法分离鉴定。 组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为所含的糖为 -D-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNA所含的糖则为所含的糖则为-D-核糖。核糖。一、戊糖一、戊糖OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脱氧核糖NNNHNNH2l腺嘌呤腺嘌呤AdenineNHNNHNONH2l鸟嘌呤鸟嘌呤guanin
5、e尿嘧啶尿嘧啶uracilNHNHOONNHNH2O胞嘧啶胞嘧啶cytosineNHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶thymine 核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。核苷核苷 戊糖戊糖+ +碱基碱基 糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键，称为键，称为C-NC-N糖苷键糖苷键(OH)(OH)胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOC
6、H2OHHOHHOHHHOCH2次黄苷（肌苷）次黄苷（肌苷）I黄嘌呤核苷黄嘌呤核苷 X二氢尿嘧啶核苷二氢尿嘧啶核苷 D取代核苷的表示方式7-甲基鸟苷 m5GOHAdenosine Guanosine Cytidine Uridine四、核苷酸（四、核苷酸（nucleotide） 核苷酸核苷酸 核苷核苷+ +磷酸磷酸 戊糖戊糖+ +碱基碱基+ +磷酸磷酸HHHHHHH H H五、核苷酸衍生物五、核苷酸衍生物 1. 1. 继续磷酸化继续磷酸化O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)AMPADPATP2.2.环化磷酸化环化磷酸化l cAMPl
7、 cGMP3. 3. 肌苷酸及鸟苷酸肌苷酸及鸟苷酸( (强力味精强力味精) )4. 4. 辅酶辅酶 NADNAD、NADPNADP、FMNFMNIMP GMP六、多聚核苷酸（核酸）六、多聚核苷酸（核酸） 多聚核苷酸是通过一个核苷酸的多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C C3 3-OH -OH 与另一分子核苷与另一分子核苷酸的酸的5-5-磷酸基形成磷酸基形成3,5-3,5-磷酸二酯键相连而成的链磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。状聚合物。5533l 5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P5-P表示）；表示）；3-3-羟基端（常用羟基端（常用3-OH3-OH表表示）示）l 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一
8、个多聚核苷酸链时，必须多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是注明它的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示方式多聚核苷酸的表示方式DNA RNA5PdAPdCPdGPdTOH 3 5PAPCPGPUOH 或5ACGTGCGT 3 5ACGUAUGU 3 ACGTGCGT ACGUAUGUT53OH U53OH OH OH OH OH DNADNA的结构的结构一级结构一级结构 DNADNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于生物界物种的多样性即寓于DNADNA分子中四种核苷酸千变万分子
9、中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。化的不同排列组合之中。 2. 基因与基因组基因与基因组基因（基因（genegene）：一段有功能的）：一段有功能的DNADNA片段，生物细胞中片段，生物细胞中DNADNA分子的最小功能单位（交换单位）。分子的最小功能单位（交换单位）。 蛋白质（蛋白质（mRNA mRNA 蛋白质）蛋白质）产物产物 tRNAtRNA RNA RNA rRNArRNA 调节功能：调节基因调节功能：调节基因无产物无产物 作用未知作用未知结构基因结构基因基因组（基因组（genomegenome）：某生物体（完整单倍体）所含全部遗）：某生物体（完整单倍体）所含全部遗传物质的总和。传
10、物质的总和。包括：核基因组（拟核包括：核基因组（拟核/ /核核DNADNA）及核外（质粒）及核外（质粒/ /质体质体DNADNA） bpbp（碱基对（碱基对） 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012人人两栖两栖类类鱼类鱼类藻类藻类酵母酵母细菌细菌E.ColE.Coli i病毒病毒质粒质粒各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组的大小各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组的大小3. 原核生物基因组特点原核生物基因组特点l 重复序列少，多位编码区重复序列少，多位编码区l 多为操纵子形式组织多为操纵子形式组织l 有重叠基因存在有重叠基因存在4. 真核生物基因组特点真核
11、生物基因组特点l 以染色体存在以染色体存在l 重复序列多重复序列多 基因组计划基因组计划人类基因组计划（人类基因组计划（Human Genome Project， HGP ）酵母基因组计划酵母基因组计划 （YGP）大肠杆菌（大肠杆菌（E.Coli）二、二、DNA的二级结构的二级结构 DNA的双螺旋模型的双螺旋模型 19531953年，年，J. WatsonJ. Watson和和F. F. Crick Crick 在前人研究工作在前人研究工作的基础上，根据的基础上，根据DNADNA结晶结晶的的X-X-衍射图谱和分子模衍射图谱和分子模型，提出了著名的型，提出了著名的DNADNA双双螺旋结构模型，并
12、对模螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了型的生物学意义作出了科学的解释和预测。科学的解释和预测。 在在DNADNA分子中，嘌呤碱基分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总的总数与嘧啶碱基的总数相等。数相等。DNA双螺旋模型要点双螺旋模型要点B型结构型结构 两条链反向平行，右手螺旋两条链反向平行，右手螺旋 碱基在内（碱基在内（AT，GC）碱）碱基平面垂直于螺旋轴基平面垂直于螺旋轴 戊糖在外，双螺旋每转一周戊糖在外，双螺旋每转一周 为为10碱基对（碱基对（bp）A型结构型结构 碱基平面倾斜碱基平面倾斜20，螺旋变粗，螺旋变粗变短，螺距变短，螺距23nm。Z型结构型结构 左手螺旋，只有小沟左手螺旋，
13、只有小沟2.0 nm小小沟沟大大沟沟双螺旋双螺旋DNADNA的结构参数的结构参数P187P187类型旋转方向螺旋直径（nm）螺距（nm）每转碱基对数目碱基对间垂直距离（nm）碱基对与水平面倾角ADNABDNAZDNA右右左2.02.31.82.83.44.51110120.2550.340.272007双螺旋稳定的力双螺旋稳定的力 氢键氢键 碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力）碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力） 离子键等离子键等 则则DNA变性剂（热、变性剂（热、pH、脲、脲/酰胺、有机溶剂）酰胺、有机溶剂）DNADNA的三级结构的三级结构 DNA双螺旋的进一步扭曲构成三级结构，超螺旋 原核
14、 双链环状DNA（dcDNA） 病毒 单链环状DNA（scDNA） 单链线性DNA（ssDNA） DNA的三级结构-超螺旋超螺旋是指双螺旋进一步扭曲或再螺旋的构象正超螺旋（变紧）和负超负超螺旋螺旋（变松）人类46条染色体的DNA总长可达1.7m，经过螺旋化压缩，实际总长只有200nm如线粒体DNA、细菌质粒DNA、病毒DNADNA的存在形式-核小体真核生物中DNA双螺旋沿着组蛋白八聚体核心的短轴绕1.75圈，形成左手超螺旋，称核小体核小体。染色质的基本结构单位是核小体。串珠状结构进一步卷曲形成螺线管，后者再进一步卷曲形成超螺旋管，形成染色单体。组蛋白组蛋白八聚体八聚体核小体核小体H1组蛋白组蛋
15、白RNARNA的结构特点的结构特点1. 碱基组成碱基组成 A、G、C、U （AU/GC） 稀有碱稀有碱基较多，稳定性较差，易水解基较多，稳定性较差，易水解2. 多为单链结构，少数局部形成螺旋多为单链结构，少数局部形成螺旋3. 分子较小分子较小4. 分类分类l mRNAl tRNA l rRNAtRNA:P198占占RNA总量的总量的15一种氨基酸对应最少一种一种氨基酸对应最少一种RNAl分子量分子量25000左右，大约由左右，大约由7090个核苷酸组成，沉降系数个核苷酸组成，沉降系数为为4S左右。左右。l分子中含有较多的修饰成分。分子中含有较多的修饰成分。l3-末端都具有末端都具有CpCpAO
16、H的结的结构。构。tRNA的三级结构的三级结构tRNA的三级结构-倒L型指tRNA的三叶草型结构进一步扭曲折叠形成一种形状象倒L型字母的三维结构。第三节第三节 核酸的性质及研究技术核酸的性质及研究技术一、一般的理化性质一、一般的理化性质l 两性解离两性解离 / 一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微 溶于水，不溶于有机溶剂溶于水，不溶于有机溶剂P200l线性大分子（粘度高。抗剪切力差）线性大分子（粘度高。抗剪切力差）l可用电泳或离子交换（色谱）进行分离可用电泳或离子交换（色谱）进行分离l室温条件下，室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，在碱中变性，但不水
17、解，RNA水解水解l加热条件下，加热条件下，D核糖浓盐酸苔黑酚核糖浓盐酸苔黑酚 绿色绿色 D2脱氧核糖酸二苯胺脱氧核糖酸二苯胺 蓝紫色蓝紫色0.14摩尔法：摩尔法：P200二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性 在核酸分子中，由于嘌呤碱在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸收因而具有独特的紫外线吸收光谱，一般在光谱，一般在260nm260nm左右有左右有最大吸收峰，可以作为核酸最大吸收峰，可以作为核酸及其组份定性和定量测定的及其组份定性和定量测定的依据。依据。 以以A A260260/A/A280280进行定性、定量进行定性、定
18、量 DNADNA和和RNARNA溶液中加入溴化乙溶液中加入溴化乙锭（锭（EBEB），在紫外下发出荧），在紫外下发出荧光光三、核酸的变性、复性与分子杂交三、核酸的变性、复性与分子杂交1. 1. 变性变性稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链结构的过程。核酸的的一级结构结构的过程。核酸的的一级结构( (碱基顺序碱基顺序) )保持不变。保持不变。变性表征变性表征 生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效应）收增加（增色效应）变性因素变性因素 pHpH（11.311.3或或5
19、.05.0） 变性剂（脲、甲酰胺、甲醛）变性剂（脲、甲酰胺、甲醛） 低离子强度低离子强度 加热加热 DNADNA的变性过程的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因此，通常将紫外吸收的增加量达最大量一半时的温度称熔解此，通常将紫外吸收的增加量达最大量一半时的温度称熔解温度，用温度，用T Tm m表示。表示。 一般一般DNADNA的的T Tm m值在值在70-8570-85 C C之间。之间。DNADNA的的T Tm m值与分子中的值与分子中的G G和和C C的的含量有关。含量有关。 G G和和C C的含量高，的含量高，T Tm m值高。因而测定值
20、高。因而测定TmTm值，可反映值，可反映DNADNA分子中分子中G, G, C C含量，可通过经验公式计算：（含量，可通过经验公式计算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.44G+C)%=(Tm-69.3)X2.442. 热变性和热变性和Tm3. 核酸的复性核酸的复性 变性核酸的互补链在适当的条件下，重新缔合成为双变性核酸的互补链在适当的条件下，重新缔合成为双螺旋结构的过程称为螺旋结构的过程称为复性复性。 DNADNA复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复，具有减色效应。般只能得到部分的恢复，具有减色效应。 将热变性的将热
21、变性的DNADNA骤然冷却至低温时，骤然冷却至低温时，DNADNA不可能复性。不可能复性。变性的变性的DNADNA缓慢冷却时可复性，因此又称为缓慢冷却时可复性，因此又称为“退火退火”。 退火温度退火温度T Tm m2525 复性影响因素复性影响因素 片段浓度片段浓度/ /片段大小片段大小/ /片段复杂性（重复序列数目）片段复杂性（重复序列数目）/ / 溶液离子强度溶液离子强度 4.4.分子杂交分子杂交 DNADNA单链与在某些区域有互补序列的异源单链与在某些区域有互补序列的异源DNADNA单链单链或或RNARNA链形成双螺旋结构的过程。这样形成的新链形成双螺旋结构的过程。这样形成的新分子称为分
22、子称为杂交杂交DNADNA分子分子。 核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。重要意义。 Southern Southern 杂交（杂交（Southern boltingSouthern bolting）P204P204 Northern Northern 杂交（杂交（Northern boltingNorthern bolting） Western Western 杂交杂交 （Western boltingWestern bolting）四、核酸的含量与纯度测定四、核酸的含量与纯度测定P2021. 定磷、定糖定磷、定糖2. 凝胶电脉凝胶电
23、脉五、核酸的序列测定五、核酸的序列测定1. 双脱氧链终止法双脱氧链终止法（Sanger酶法）酶法）2. Gilbert化学降解法化学降解法第四节第四节 核酸的降解与核核酸的降解与核苷酸代谢苷酸代谢 核苷酸核苷酸(nucleotide)是构成核酸是构成核酸(nucleic acid)的基本单位，人体所需的核苷酸都是的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体由机体自身合成自身合成的。的。 食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用。被人体所利用。 在核酸类物质的在核酸类物质的水解产物水解产物中，只有中，只有磷酸磷酸和和戊糖戊糖可被吸收利用。可被吸收利用。小肠小
24、肠单核苷酸单核苷酸胰核酸酶胰核酸酶食物中核酸的消化食物中核酸的消化核苷酶核苷酶小肠小肠戊糖戊糖含氮碱含氮碱核苷酸酶核苷酸酶磷酸磷酸核苷核苷小肠小肠核蛋白核蛋白胃胃HCl蛋白质蛋白质核酸核酸 核苷酸起着重要的作用：核苷酸起着重要的作用：P204 一、核酸的酶促降解：一、核酸的酶促降解：P204 1.核酸酶核酸酶 2.酶降解产物酶降解产物 核酸的酶促降解：核酸的酶促降解： A 核酸外切酶（核酸外切酶（exonulease） 从核酸链的末端开始逐个顺从核酸链的末端开始逐个顺次水解下核苷酸的酶称之。次水解下核苷酸的酶称之。 产物为单核苷酸。产物为单核苷酸。B B、核酸内切酶（、核酸内切酶（endonu
25、clease） 能够水解核酸分子内磷酸二酯键的酶称能够水解核酸分子内磷酸二酯键的酶称核核酸内切酶酸内切酶。 一般的核酸内切酶专一性不强（专一性强一般的核酸内切酶专一性不强（专一性强的不多），的不多）， 限制性内切酶具有很强的碱基专一性。限制性内切酶具有很强的碱基专一性。牛脾磷酸二脂酶：作用牛脾磷酸二脂酶：作用5/ -端，产物端，产物3/-核苷酸核苷酸蛇毒磷酸二脂酶：作用蛇毒磷酸二脂酶：作用3/ -端，产物端，产物5/-核苷酸核苷酸C C、 限制性内切酶限制性内切酶（reestrietionreestrietion endonucleaseendonuclease） 在原核生物体内一类能识别双链
26、在原核生物体内一类能识别双链DNADNA上上 特定的一段核苷酸序列并在特定的一段特定的一段核苷酸序列并在特定的一段核苷酸序列并在特定位点切断核苷酸序列并在特定位点切断DNADNA两条链两条链的核酸内切酶。的核酸内切酶。 平头末端：切口齐的；平头末端：切口齐的； 粘性末端；切口交错。粘性末端；切口交错。 1 1、限制性内切酶的酶切点：、限制性内切酶的酶切点：酶酶 限制和修饰部位限制和修饰部位 来源来源产生平头末端产生平头末端 Hin d 5GTPyPuAC3 流感嗜血菌流感嗜血菌 3CAPuPyTG5 产生粘性末端产生粘性末端 大肠杆菌大肠杆菌EcoR 5GAATTG3 3GTTAAG5 二、核
27、苷酸的分解代谢：二、核苷酸的分解代谢：P205 1.核苷酸的分解核苷酸的分解 2.核苷的分解核苷的分解 嘌呤和嘧啶的分解嘌呤和嘧啶的分解嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢 嘌呤核苷酸的分解首先是在嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶核苷酸酶的的催化下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后催化下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在再在核苷酶核苷酶的催化下分解生成嘌呤碱，的催化下分解生成嘌呤碱，最后在最后在黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶的作用下氧化生成的作用下氧化生成尿酸尿酸(uric acid)，再经尿液排出体外。，再经尿液排出体外。 尿酸尿酸是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的终产物终产
28、物。但在鸟类，尿酸则可继续分解。但在鸟类，尿酸则可继续分解产生产生尿囊素尿囊素。 正常人血浆中尿酸含量约为正常人血浆中尿酸含量约为0.120.36mmol/L (26mg%)。 尿酸水溶性较差，当血浆中尿酸含量超尿酸水溶性较差，当血浆中尿酸含量超过过8mg%时，即可形成尿酸盐晶体。时，即可形成尿酸盐晶体。 痛风症痛风症患者由于体内患者由于体内嘌呤核苷酸分解代嘌呤核苷酸分解代谢异常谢异常，可致血中，可致血中尿酸水平升高尿酸水平升高，以，以尿尿酸钠酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾，临床上表现为皮下结节，关节疼痛肾，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。等。 临床上常用
29、临床上常用别嘌呤醇别嘌呤醇（allopurinol）治疗）治疗痛风症。痛风症。鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制 别嘌呤醇别嘌呤醇的分子结构与次黄嘌呤类似，的分子结构与次黄嘌呤类似，可竞争性抑制可竞争性抑制黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶的活性，从的活性，从而减少体内而减少体内尿酸尿酸的生成。的生成。 同时，同时，别嘌呤别嘌呤与与PRPP反应生成的反应生成的别嘌呤别嘌呤核苷酸核苷酸，可反馈抑制嘌呤核苷酸从头合，可反馈抑制嘌呤核苷酸从头合成途径的关键酶。成途径的关键酶。 嘧啶的分解嘧啶的分解 包
30、括脱氨、还原、水解开环等反应，包括脱氨、还原、水解开环等反应， 产物：产物： CO2 + NH3 + 丙氨酸丙氨酸 氨基异丁酸氨基异丁酸核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢P208P208嘌呤核苷酸的合成代谢嘌呤核苷酸的合成代谢 通过利用一些简单的前体物，如通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis)。 这一途径主要见于这一途径主要见于肝肝，其次为，其次为小肠小肠和和胸腺胸腺。 所有合成反应在所有合成反应在胞液胞液中进行。中
31、进行。（一）嘌呤核苷酸的从头合成：（一）嘌呤核苷酸的从头合成：嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2甲酰基甲酰基（N5,N10-CH=FH4）甲酰基甲酰基（N10-CHO FH4）天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）甘氨酸甘氨酸 次黄苷酸的合成：次黄苷酸的合成： 首先在首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，的催化下，消耗消耗ATP，由由5-磷酸核糖磷酸核糖合成合成PRPP(1-焦磷焦磷酸酸-5-磷酸核糖磷酸核糖)。 PRPP再经过大约再经过大约10步反应，合成第一个步反应，合成第一个嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸次黄苷酸（次黄苷酸（IMP）。在谷氨酰胺、甘氨酸、
32、在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的参与下，及天冬氨酸的参与下，逐步合成逐步合成IMPR-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PRPP（5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸）焦磷酸）次黄苷酸（次黄苷酸（IMP）的合成）的合成 腺苷酸及鸟苷酸的合成：腺苷酸及鸟苷酸的合成： IMP在在腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由的催化下，由天冬氨酸天冬氨酸提供氨基合成提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），），然后裂解产生然后裂解产生腺苷酸腺苷酸（AMP）。 IMP也可在也可在IMP脱氢酶脱氢酶的催化下，以的催化下，以
33、NAD+为受氢体，脱氢氧化为为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸黄苷酸（XMP），），后者再在后者再在鸟苷酸合成酶鸟苷酸合成酶催化下，由催化下，由谷氨酰胺谷氨酰胺提供氨基合成提供氨基合成鸟苷酸（鸟苷酸（GMP）。腺苷酸（腺苷酸（AMP）与鸟苷酸（）与鸟苷酸（GMP）的合）的合成成P210H2O + NAD+XMPIMP脱氢酶脱氢酶NADH + H+Asp + GTPIMPAMP-S腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸合成酶珀酸合成酶GDP + PiGln + ATPGMP鸟苷酸合成酶鸟苷酸合成酶Glu + AMP + PPiAMP腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶延胡索酸延胡索酸 三磷酸嘌呤核苷的合成：三磷酸
34、嘌呤核苷的合成： AMP/GMPADP/GDP核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶ATP ADPATP/GTP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP ADPdATP/dGTP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP ADPdADP/dGDPNADPH+H+NADP+H2O核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶合成合成RNA合成合成DNA核糖核苷酸还原酶的作用机核糖核苷酸还原酶的作用机制制氧化型硫氧氧化型硫氧化还原蛋白化还原蛋白SS核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶SHSH还原型硫氧还原型硫氧化还原蛋白化还原蛋白NDP dNDP + H2O硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)NADPH + H+NADP+P
35、RPP合成酶合成酶5-磷酸核糖磷酸核糖+-IMPAMP、ADPGMP、GDP调节方式：调节方式：反馈调节反馈调节和和交叉调节交叉调节PRPP酰胺转移酰胺转移酶酶+PRPP-IMPAMPGMP腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶+GTP-AMPIMP脱氢酶脱氢酶GMP合成合成酶酶GMP-ATP+从头合成的调节从头合成的调节+_IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATP_+GTPR-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPPPRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMP ADPATPXMPGMPGDP GTP酰胺转移酶酰胺转移酶 又称又称再利用合成途径再利
36、用合成途径(salvage pathway)。指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱合成指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。嘌呤核苷酸的过程。 这一途径可在大多数组织细胞中进行。这一途径可在大多数组织细胞中进行。（二）嘌呤核苷酸的补救合成：（二）嘌呤核苷酸的补救合成：A + PRPPAMP + PPi腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶I/G+PRPPIMP/GMP+PPi嘌呤核苷酸的补救合成过程嘌呤核苷酸的补救合成过程 能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代谢能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代谢药物，通常是属于嘌呤、氨基酸或叶酸药物
37、，通常是属于嘌呤、氨基酸或叶酸的类似物，主要通过对代谢酶的的类似物，主要通过对代谢酶的竞争性竞争性抑制作用抑制作用，来干扰或抑制嘌呤核苷酸的，来干扰或抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗肿瘤治疗作用。合成，因而具有抗肿瘤治疗作用。（三）抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制：（三）抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制：1. 嘌呤类似物：嘌呤类似物： 临床上应用较多的嘌呤类似物包括临床上应用较多的嘌呤类似物包括6-巯巯基嘌呤（基嘌呤（6-mercaptopurine，6-MP）、6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤氮杂鸟嘌呤等。等。 6-MP的化学结构与的化学结构与次黄嘌呤次黄嘌呤类似，因而类似，因而可以
38、抑制可以抑制IMP转变为转变为AMP或或GMP，从而，从而干扰嘌呤核苷酸的合成。干扰嘌呤核苷酸的合成。6-巯基嘌呤的分子结巯基嘌呤的分子结构构次黄嘌呤次黄嘌呤(hypoxanthine, H )6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-mercaptopurine, 6-MP)2. 氨基酸类似物：氨基酸类似物： 临床上应用较多的氨基酸类似物包括临床上应用较多的氨基酸类似物包括氮氮杂丝氨酸杂丝氨酸（azaserine）和）和6-重氮重氮-5-氧正氧正亮氨酸亮氨酸（diazonorleucine）。）。 这些氨基酸类似物的分子结构与谷氨酰这些氨基酸类似物的分子结构与谷氨酰胺类似，因而可干扰胺类似，因而可干扰谷氨酰
39、胺谷氨酰胺在嘌呤核在嘌呤核苷酸合成中的作用，抑制嘌呤核苷酸的苷酸合成中的作用，抑制嘌呤核苷酸的合成。合成。3. 叶酸类似物：叶酸类似物： 临床上应用较多的叶酸类似物包括临床上应用较多的叶酸类似物包括氨蝶氨蝶呤呤（aminopterin）及）及甲氨蝶呤甲氨蝶呤（methotrexate，MTX），这些叶酸类），这些叶酸类似物能竞争性抑制似物能竞争性抑制二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶，减，减少体内四氢叶酸的生成，使嘌呤核苷酸少体内四氢叶酸的生成，使嘌呤核苷酸合成过程中所需一碳单位的供应受阻而合成过程中所需一碳单位的供应受阻而抑制其合成。抑制其合成。嘧啶类核苷酸的从头合成（1 1）嘧啶环上原子来源）嘧
40、啶环上原子来源 嘧啶环的前体是氨甲酰磷酸和天冬氨酸嘧啶环的前体是氨甲酰磷酸和天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸下一页上一页章首节首（2 2）嘧啶核苷酸合成特点）嘧啶核苷酸合成特点合成场所：主要在肝细胞胞浆合成场所：主要在肝细胞胞浆 其合成与嘌呤核苷酸的合成不同其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由，先由氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸与与天冬氨酸天冬氨酸形成形成嘧啶环嘧啶环，再与，再与核糖磷酸（核糖磷酸（PRPPPRPP）结合形成结合形成 UMPUMP，其关键其关键的中间产物是的中间产物是乳清酸乳清酸。胞苷酸则由。胞苷酸则由尿苷酸尿苷酸在三磷酸的水平上在三磷酸的水平上转变而来。转变而来。下一页上一页章首节首下一页上一页章首节首上页 下页 章首 节首（3 3）嘧啶核苷酸的合成与相互转变）嘧啶核苷酸的合成与相互转变下一页上一页章首节首嘧啶核苷酸合成的补救途径 尿苷激酶途径 尿苷+ATP 尿苷酸+ADP 胞苷+ATP 胞苷酸+ADPTK磷酸化酶磷酸化酶胸苷激酶胸苷激酶下一页上一页章首节首脱氧核苷酸的合成脱氧核苷酸的合成P212P212大多数脱氧核苷酸的合成是在NDP的基础上进行的但脱氧胸苷酸的合成是个例外NDPdNDP下一页上一页章首节首
