嘧啶属于含氮杂环芳香族类化合物,是核酸的重要组成部分,它可以为微生物的生长提供氮源或碳源。嘧啶的降解包括还原途径（Pyrimidine degradation pathway,PYD）,氧化途径,嘧啶利用途径（Pyrimidine utilization pathway,Rut）和尿嘧啶分解代谢途径（Uracil catabolism pathway,URC）四条途径。每条途径采用不同的催化机理断裂稳定的嘧啶芳香环。其中URC途径是最晚发现的,其相关酶学研究最少。URC途径使一些真菌和细菌可利用嘧啶作为生长的唯一氮源。此前文献提出的URC通路中,Urc6p首先将尿嘧啶转化为单磷酸尿苷（Uridine monophosphate,UMP）,Urc1p则可能将尿苷核苷酸转化为马来酸半醛和核糖基脲核苷酸。Urc4p催化核糖基脲核苷酸,产物中有尿素,而尿素由Urc3,5p（脲酰胺酶）进一步降解产生氨气和二氧化碳。Urc8p则将马来酸半醛还原为3-羟基丙酸。在URC通路所涉及的酶中,只有Urc1p和Urc4p是该途径特有的,其余的酶的同工酶在其它核苷酸补救或氮代谢途径中已经被详细研究,而Urc1p和Urc4p的结构和功能均未被证实。本论文针对URC通路中的关键酶,选取了真菌（毕赤酵母Pichia pastoris,Pp Urc1p）和细菌（罗氏单球菌Rhodococcus wratislaviensis,RwUrcA）的Urc1p开展生化和晶体学研究。此前Urc1p的底物不明,根据Urc1p是GTP环水解酶II（Riboflavin biosynthesis protein,Rib A）的同源蛋白,我们提出假设:Urc1p底物与Rib A的底物类似,为三磷酸尿苷（Uridine triphosphate,UTP）。之后我们通过重组蛋白Pp Urc1p的酶活实验证实了该假说,并且反应伴随着焦磷酸的释放。我们使用质谱确认另外两个产物分别是磷酸核糖基脲和马来酸半醛。本论文还报道了RwUrcA的1.60?晶体结构,而此前文献报道的同源蛋白Rib A结构缺失C末端片段,该片段中含有一个保守的赖氨酸,我们根据Urc A结构提出的催化机理模型中,该赖氨酸残基与三磷酸尿苷的α-磷酸相互作用,形成底物酶共价复合物。进一步的氨基酸突变研究揭示了包括该赖氨酸在内的多个活性位点残基在底物结合和催化中的作用,从而为Urc1p催化尿嘧啶环两次连续裂解提供了证据。本论文也报道了Pp Urc4p（毕赤酵母Pichia pastoris,Pp Urc4p）的生化研究结果,该蛋白属于未知功能的DUF1688家族。我们首次检测到Urc4p重组蛋白的酶活性,并利用质谱检测到Urc4p催化底物磷酸核糖基脲降解产生尿素和磷酸基核糖。后续我们还将进一步对Urc4p做生化和结构研究。本论文进一步完善了此前假设未经证实的尿嘧啶分解代谢途径。