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

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：

核酸核酸酶

核苷酸核苷酸酶

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。

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。

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。

二、  核苷酸的降解1    、 核苷酸酶 （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 + 磷酸核苷磷酸化酶

碱基 + 戊糖 -1- 磷酸

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 糖 核 苷 + H2O

核苷水解酶碱基 + 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）。

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               嘌呤核苷酸的合成一、  从头合成由 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

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 ） P306 图 18-5

5- 磷酸核糖 + ATP磷酸核糖焦磷酸激酶

5`-PRPP + AMP

（ 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

（ 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

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

IMP + Asp + GTP

AMP + 延胡索酸

腺 苷 酸琥珀酸 合 成酶

腺苷酸琥珀酸 +GDP + Pi

腺 苷 酸琥珀酸裂解酶

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 ）

3    、 IMP + NAD + +H2O

IMP 脱氢酶黄嘌呤核苷酸 + NADH + H+

鸟嘌呤核苷酸的合成 （ P307 结构式）

IMP + NAD + +H2O

IMP 脱氢酶黄嘌呤核苷酸 + NADH + H+

黄嘌呤核苷酸 + Gln （或 NH4+ ）

+ ATP + H2O

GMP 合成酶 GMP + Glu +

AMP + PPi

4    、 AMP 、 GMP 生物合成的调节 P309 图 18-6

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。

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）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

嘌呤核苷 + 磷酸核苷磷酸化酶

嘌呤碱 + 戊糖 -1- 磷酸

腺嘌呤 + 5-PRPP

腺 嘌 呤 磷 酸 核 糖 转移酶 AMP + PPi

次 黄 嘌 呤 （ 鸟 嘌 呤 ） + 5-PRPP

次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶

IMP （ GMP ）+ PPi

2 、 核苷激酶途径（但在生物体内只发现有腺苷激酶）

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。

碱基 + 核糖 -1- 磷酸核苷磷酸化酶

核苷 + Pi

腺苷 + ATP腺苷激酶

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）

1    、 尿嘧啶核苷酸的合成 P310 图 18-8

氨甲酰磷酸的合成：

Gln + HCO3 - +

2ATP

氨甲酰磷酸合成酶

氨 甲 酰 磷 酸 +Glu + 2ADP + Pi

天冬氨酸转氨甲酰酶氨甲酰磷酸 + Asp 氨甲酰天冬氨酸 + Pi

二氢乳清酸酶氨甲酰天冬氨酸 二氢乳清酸 + H2O

二 氢 乳 清 酸 脱 氢 酶 ／FAD 、 FMN二氢乳清酸 +

NAD+

乳清酸 + NADH + H+

乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+乳清酸 + PRPP 乳清苷酸 + PPi

乳清苷酸脱羧酶乳清苷酸 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。

UMP + ATP

尿嘧啶核苷酸激酶／Mg2+

UDP + ADP

UDP + ATP核苷二磷酸激酶／Mg2+

UTP + ADP

CTP 合成酶UTP + Gln （ NH4

+ ） + ATP + H2O

CTP + Glu +ADP+ Pi

3    、 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 。

嘧啶碱 + 1- 磷酸核糖

核苷磷酸化酶嘧啶核苷 + Pi

尿苷（胞苷） + ATP

尿 苷 激 酶 ／Mg2+

UMP （ CMP ） + ADP

（ 2 ）磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行）

尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶 + 5-PRPP UMP + PPi

第四节               脱氧核苷酸的合成脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而

来的。（ 1 ）腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核苷酸。

（ 2 ）胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸：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成胸腺嘧啶。

一、  核糖核苷酸的还原ADP 、 GDP 、 CDP 、 UDP均可分别被还原成

相 应 的 脱 氧 核 糖 核 苷 酸 ：dADP 、 dGDP 、 dCDP 、 dUDP 等 ， 其 中dUDP 甲基化，生成 dTDP 。还原反应一般在核苷二磷酸（ NDP ）水平上进行， ATP 、 dATP 、 dTTP 、 dGTP 是还原酶的变构效应物，个别微生物（赖氏乳菌杆菌）在核苷三磷酸水平上还原（ NTP ）。

1    、 核苷酸还原酶系 P312 图示由硫氧还蛋 白 、硫氧还蛋 白还原 酶 和 核 苷 酸还原 酶

（ B1 、 B2 ）三部分组成。B1 、 B2亚基结合后，才具有催化活性。B1 上的巯基和 B2 上的酪氨酸残基是活性中心的催化基因。另外核苷酸还原酶所需的还原当量还可来自谷胱甘肽。图 ①硫氧还蛋白 -SH②硫氧还蛋白还原酶、辅酶 FAD③谷胱甘肽氧还蛋白（酶）④谷胱甘肽还原酶 -SH⑤ 核苷酸还原酶（ RR ） -SH

2    、 核苷酸还原酶结构模型及催化机理（ 1 ）、    结构模型 图 

B1亚基上有两个调节部位，一个影响整个酶的活性（一级调节部位），另一个调节对底物的专一性（底物结合部位）

一级调节部位： ATP 是生物合成的信号分子，而 dATP是核苷酸被还原的信号。

底 物调节部 位 ： .① 与 ATP 结合 ， 可促进 嘧 啶 类 的UDP 、 CDP 还原成 dUDP 、 dCDP ②； 与 dTTP 或dGTP 结 合 ， 可 促 使 GDP （ ADP ） 还 原 成dGDP （ dADP ）催化机理 自由基催化转换模型。

3、脱氧核苷酸的补救途径（脱氧核苷激酶途径）脱氧核苷酸也能利用已有的碱基或核苷进行合成

（补救途径），但只有脱氧核苷激酶途径，不存在类似的磷酸核糖转移酶途径

核苷磷酸化酶碱基 + 脱氧核糖 -1- 磷酸

脱氧核苷 + 磷酸

脱氧核苷激酶脱氧核苷 ATP 脱氧核苷酸 + ADP

二、  胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成由尿嘧啶脱氧核苷酸（ dUMP ）经甲基化生成。Ser提供甲基， NADPH提供还原当量。

胸腺嘧啶核苷酸合成酶dUMP + N5,N10- 亚甲

基 THFAdTMP + 二氢叶酸

二氢叶酸还原酶7 ， 8- 二氢叶酸 +

NADPH + H+

5 ， 6 ， 7 ， 8-THFA + NDAP+

Ser 羟甲 基 转移酶Ser + THFA Gly+N5,N10-亚甲基 THFA+H2O

四氢叶酸是一碳的载体，参与嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。

氨基嘌呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，阻止FH4 的生成，从而抑制 FH4参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。

三、  核苷酸合成总结 P314 图 18-10

第五节    辅酶核苷酸的生物合成NAD 、 NADP 、 FMN 、 FAD 、 CoA一、    烟酰胺核苷酸的合成（ NAD 、 NADP ）NAD 、 NADP 是脱氢辅酶，在生物氧化还原系统中传递氢。

合成途径：（ 1 ）烟酸单核苷酸焦磷酸化酶（ 2 ）脱酰胺 -NAD 焦磷酸化酶（ 3 ） NAD 合成酶 图 NADP 的合成： NAD激酶催化 NAD 与 ATP 反应，使

NAD 的 腺 苷 酸残基 的 核 糖 2’-OH 磷 酸 化 ， 生 成NADP 。

二、    黄素核苷酸的合成（ FMN 、 FAD ） 图 

三、    辅酶 A 的合成CoA-SH P 317 图 18-11 前体：腺苷酸、泛酸、巯基乙胺、磷酸途径： （ 1 ）泛酸激酶 （ 2 ）磷酸泛酰半胱氨酸合成酶 （ 3 ）磷酸泛酰半胱氨酸脱羧酶 （ 4 ）脱磷酸辅酶 A 焦磷酸化酶 （ 5 ）脱磷酸辅酶 A激酶 图代谢途径的相互联系 P420 图 22-1