14章 核酸的降解和核苷酸代谢

② 核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中， 只水解核糖核苷，不可逆
核苷水解酶 核糖核苷+ H2O 碱基 + 核糖
三、 嘌呤碱的分解 P301 图18-2嘌呤碱的分解 首先在各自的脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨 反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。 P 299 反应式
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）。
1、 尿嘧啶核苷酸的合成 P310 图18-8 、
氨甲酰磷酸的合成：
Gln + 2ATP
HCO3
-
+
氨甲酰磷酸合 成酶
氨 甲 酰 磷 酸 + Glu + 2ADP + Pi
氨甲酰磷酸 + Asp 氨甲酰天冬氨酸
天冬氨酸转氨甲酰酶 二氢乳清酸酶
氨甲酰天冬氨酸 + Pi 二氢乳清酸 + H2O
二氢乳清酸脱氢酶／FAD、 二 氢 乳 清 酸 + FMN NAD+ 乳清苷酸焦磷酸化酶／ Mg2+
核酸酶 核酸 核苷酸Hale Waihona Puke Baidu
核苷酸酶 核苷 + 磷酸
核苷磷酸化酶 碱基 + 戊糖-1-磷酸
第一节 核酸和核苷酸的分解代谢 一、 核酸的酶促降解 核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯键连成的高 聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷 酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是 磷酸二脂酶）。 根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱 氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。 根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。
3、 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。 小球菌核酸酶是内切酶，可作用于RNA或变性 的DNA，产生3’-核苷酸或寡核苷酸。 蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。 蛇 毒 磷 酸 二 酯 酶 能 从 RNA 或 DNA 链的 游 离 的 3’-OH逐个水解，生成5’-核苷酸。 牛脾磷酸二脂酶从游离的5’-OH开始逐个水解， 生成3’核苷酸。
食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作 用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后 被吸收。 吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用， 合成核苷酸。 人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够 的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。 核酸的分解代谢：
次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核 糖转移酶 次黄嘌呤（鸟嘌呤） + IMP（GMP） 5-PRPP PPi
+
2、 核苷激酶途径（但在生物体内只发现有腺苷 、 核苷激酶途径（ 激酶） 激酶） 腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核 苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与ATP反应， 生成腺嘌呤核苷酸。
核苷磷酸化酶 碱基 + 核糖-1-磷酸 核苷 + Pi
1、 核糖核酸酶 、 只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的 RNase专一性不同。 牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位点是嘧啶 核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。 核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3’ 鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。 图
2、 脱氧核糖核酸酶 、 只能水解DNA磷酸二酯键的酶。DNase牛胰脱氧核糖核 酸酶（DNaseI）可切割双链和单链DNA。产物是以 5’-磷酸为末端的寡核苷酸。 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），降解产物为3’-磷 酸为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源 DNA的核酸内切酶，产生3ˊ-OH和5ˊ-P。 图 PstⅠ切割后，形成3ˊ-OH 单链粘性末端。 EcoRⅠ切割后，形成5ˊ-P单链粘性末端。
P306图18-5 图
磷酸核糖焦磷酸激酶 5-磷酸核糖 + ATP 5`-PRPP + AMP
磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨） （1）、 磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨） ） 5-磷酸核糖焦磷酸 + Gln → 5-磷酸核糖胺 + Glu + ppi 使原来α-构型的核糖转化成β构型 （2）、 甘氨酰胺核苷酸合成酶 ） 5-磷酸核糖胺+Gly+ATP → 甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi （3）、 甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶 ） 甘氨酰胺核苷酸 + N 5 N 10-甲川FH4 + H2O → 甲酰甘 氨酰胺核苷酸 + FH4 甲川基可由甲酸或氨基酸供给。
（4）、 甲酰甘氨脒核苷酸合成酶 ） 甲酰甘氨酰胺核苷酸 + Gln + ATP + H2O → 甲酰甘氨脒核苷酸 + Glu + ADP + pi 此步反应受重氮丝氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制，这 两种抗菌素与Gln有类似结构。 P 304 结构式：重氮丝氨酸、6-重氮-5-氧-正亮氨酸 （5）、 氨基咪唑核苷酸合成酶 ） 甲酰甘氨脒核苷酸 + ATP → 5-氨基咪唑核苷酸 + ADP + Pi （1）~（5）第一阶段，合成第一个环
第十一章 核酸的降解和核苷酸代谢
核酸： DNA、RNA 核苷酸的生物功能 ①合成核酸 ②是多种生物合成的活性中间物 糖原合成，UDP-Glc。磷脂合成，CDP-乙醇胺，CDP-二脂酰甘 油。 ③生物能量的载体ATP、GTP ④腺苷酸是三种重要辅酶的组分 NAD、FAD、CoA ⑤信号分子cAMP、cGMP
腺苷激酶 腺苷 + ATP 腺苷酸 + ADP
嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan综合 症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，AMP合成增加， 大量积累尿酸，肾结石和痛风。
第三节 嘧啶核苷酸的合成 一、 从头合成 与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时， 首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿 嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧 啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。 合成前体：氨甲酰磷酸、Asp （P309图18-7嘧啶环的元素来源）
UTP + Gln（NH4 ATP + H2O
+）+
CTP合成酶
CTP + Glu +ADP+ Pi
3、 嘧啶核苷酸生物合成的调节（大肠杆菌） 、 嘧啶核苷酸生物合成的调节（大肠杆菌） P 311 图18-9大肠杆菌嘧啶核苷酸生物合成的调节 氨甲酰磷酸合成酶： 受UMP反馈抑制 天冬氨酸转氨甲酰酶：受CTP反馈抑制 CTP合成酶： 受CTP反馈抑制
4、 药物对嘧啶核苷酸合成的影响 、 有多种嘧啶类似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。 5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。 5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸，再转 变成脱氧核苷酸，可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合 成酶，干扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱 氧胸苷的过程，DNA合成受阻。
二、 补救途径 （1） 嘧啶核苷激酶途径（重要途径） 嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷 激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。
P303 图18-4 嘌呤环的元素来源及掺入顺序 A. Gln提供-NH2：N 9 B. Gly：C4、C5、N7 C. 5.10-甲川FHFA：C8 D. Gln提供-NH2：N3 闭环 E CO2：C 6 F. Asp提供-NH2：N 1 G 10-甲酰THFA：C 2
1、 次黄嘌呤核苷酸的合成（IMP） 、 次黄嘌呤核苷酸的合成（ ）
3、 IMP + NAD + +H2O 、 IMP脱氢酶 脱氢酶 黄嘌呤核苷酸 + NADH + H+ 结构式） 鸟嘌呤核苷酸的合成 （P307结构式） 结构式
IMP脱氢酶 IMP + NAD + +H2O 黄嘌呤核苷酸 + NADH + H+
GMP合成 黄嘌呤核苷酸 + Gln（或NH4+） + 酶 ATP + H2O
核苷磷酸化酶 嘧啶碱 + 1-磷酸核糖 1尿苷（胞苷） + ATP
总反应式： 5-磷酸核糖 + CO2 + 甲川THFA + 甲酰THFA + 2Gln + Gly + Asp + 5ATP → IMP + 2THFA + 2Glu + 延胡索酸 + 4ADP + 1AMP + 4Pi + PPi
2、 腺嘌呤核苷酸的合成（AMP） P306图18-5 、 腺嘌呤核苷酸的合成（ ） 图
二、 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） 、 磷酸核糖转移酶途径（重要途径）
嘌呤碱和5-PRPP在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生 成嘌呤核苷酸
核苷磷酸化酶 嘌呤核苷 + 磷酸 嘌呤碱 + 戊糖-1-磷酸 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 腺嘌呤 + 5-PRPP AMP + PPi
二、 核苷酸的降解 1、 核苷酸酶 （磷酸单脂酶） 磷酸单脂酶） 、 水解核苷酸，产生核苷和磷酸。 非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2’、3’、 5’，都能水解下来。 特异性磷酸单酯酶： 只能水解3’核苷酸或5’核苷酸 （3’核苷酸酶、5’核苷酸酶） 2、 核苷酶 、 ① 核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。 核苷磷酸化酶 核苷 + 磷酸 碱基 + 戊糖-1-磷酸
GMP + Glu + AMP + PPi
4、 AMP、GMP生物合成的调节 P309图18-6 、 、 生物合成的调节 图 5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶，可被终产 物AMP、GMP反馈抑制。 AMP过量可反馈抑制自身的合成。 GMP过量可反馈抑制自身的合成。
5、 药物对嘌呤核苷酸合成的影响 、 筛选抗肿瘤药物，肿瘤细胞核酸合成速度快，药物能 抑制。 ①羽田杀菌素 与Asp竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸 转化成AMP。 ②重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的结 构类似物，抑制Gln参与的反应。 ③氨基蝶呤、氨甲蝶呤 结构P314 叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆 结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的各种一 碳单位转移反应。
四、 嘧啶碱的分解 P302 图18-3 嘧啶碱的分解 人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷 或核苷酸上。脱下的NH3可进一步转化成尿素 排出。
第二节 一、 从头合成
嘌呤核苷酸的合成
由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）开始，先合成次黄嘌 呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核 苷酸和鸟嘌呤核苷酸。 嘌呤环合成的前体：CO2 、甲酸盐、Gln、Asp、Gly
（6）、 氨基咪唑核苷酸羧化酶 ） 5-氨基咪唑核苷酸+CO2 → 5-氨基咪唑-4羧酸核苷酸 （7）、 氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶 ） 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP → 5-氨基咪唑4-（N-琥珀基） 氨甲酰核苷酸 （8）、 腺苷酸琥珀酸裂解酶 ） 5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸 → 5-氨基咪唑-4-氨甲 酰核苷酸+延胡索酸 （9）、 氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶 ） 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-甲酰FH4 → 5-甲酰胺基咪唑-4氨甲酰核苷酸+FH4 （10）、 次黄嘌呤核苷酸环水解酶 ） 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸 → 次黄嘌呤核苷酸+H2O
腺苷酸琥珀酸合成 酶
IMP + Asp + GTP
腺苷酸琥珀酸 +GDP + Pi 腺苷酸琥珀酸裂解 酶 AMP + 延胡索酸
从头合成：CO2 、2个甲酸盐、2个Gln、1个Gly、 （1+1）个Asp、（6+1）个ATP，产生2个Glu、 （1+1）个延胡索酸。 Asp的结构类似物羽田杀菌素，可强烈抑制腺苷 酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成。 羽田杀菌素： N-羟基-N-甲酰-Gly （P307）
乳清酸 + NADH + H+
乳清酸 + PRPP
乳清苷酸 + PPi
乳清苷酸
乳清苷酸脱羧酶
UMP + CO2
2、 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 （植物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。
尿嘧啶核苷酸激酶／Mg2+ UMP + ATP 核苷二磷酸激酶／Mg2+ UDP + ATP UTP + ADP UDP + ADP