第十二章 核酸的降解及核苷酸的代谢

•概述：

核酸是一种高分子化合物，核苷酸是构成核酸的基本单位。它们是一类在代谢上极为重要的物质，几乎参与细胞的所有生化过程。•作用： 1 、核酸在体内的含量不如蛋白质、糖、脂肪多，但它几乎参与细胞的所有 生化过程。 2 、 DNA 分子中蕴藏着遗传信息—所谓的“基因”。 3 、 RNA 则可转录 DNA 分子中的遗传信息并指导蛋白质的合成（包 括酶蛋白 的合成）。 4 、体内还有各种核苷酸可参与代谢过程。如 ATP 是体内各种生理活动的直能源； UDPG→ 糖原合成； CDP- 胆碱（乙醇胺等）→ PL 合成。 5 、腺苷酸是四种重要辅酶（ NAD+ 、 NADP+ 、 FAD 、 CoA ）的组分。 6 、某些核苷酸是代谢的调节物质。如： cAMP 和 cGMP 是许多种激素引起生理效应的中间介质。

胰液—核酸酶RNA 酶：水解核糖核酸

DNA 酶：水解脱氧核糖核酸

小肠液—

多核苷酸酶：

核苷酶磷酸酶：核苷酸酶：

嘧啶核苷酶：

嘌呤核苷酶：

H+

 

第一节          核酸的消化与吸收

（一）部位：小肠

（二）参与消化的酶： 

（三）消化过程：

食物中所含的核酸和蛋白质结合，故消化过程开始之前，核酸先在胃酸作用下与蛋白质分开：食物中核蛋白 蛋白质、核酸（ DNA 、 RNA ）一、消化：

 

核苷可在核苷水解酶作用下分解成嘌呤碱、嘧啶碱和戊糖（可参与戊糖代谢）。 核苷水解酶：主要存在于植物和微生物体内，只水解核糖核苷。

核苷磷酸化酶：广泛存在于生物体内，催化的反应可逆。 还可继续分解

二、吸收： 单核苷酸及其水解产物均可被小肠 C 吸收。

第二节 嘌呤核苷酸代谢与调节一、嘌呤核苷酸的分解代谢：

嘌呤核苷酸可分解为磷酸、核糖（或脱氧核糖）、嘌呤碱等。

鸟嘌呤脱氨酶 鸟嘌呤 + H2O 黄嘌呤 + NH3

O2 + H2O 尿酸 + H2O2

NH3 黄嘌呤氧化酶

腺嘌呤 次黄嘌呤 + O2 + H2O 黄嘌呤 + H2O2

正常成人每天排出尿酸约为 0.6 克，血浆 [ 尿酸 ] ： 2~7mg% 如果 [ 血尿酸 ]＞ 8mg% ，尿酸沉积于关节、软组织、软骨、肾等处，导致关节炎（痛风症）和肾结石（肾病）。

其结构与次黄嘌呤很相似，可竞争性抑制黄嘌呤氧化酶，以减少尿酸的产生，故可治疗痛风症（一种继发性嘌呤核苷酸代谢紊乱症，由于尿酸在体内积累所至）。

① 排尿酸药物，如水杨酸、辛可劳、丙磺舒等。可降低肾小管对尿酸的重吸收， 增加尿酸排出。 （ 2 ） 嘌呤氧化酶抑制剂：别嘌呤醇

二 2 、嘌呤核苷酸的合成代谢：用同位素标记的化合物做实验，证明生物体内合成嘌呤环的前体有： 天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、 CO2 、甲酸盐（ N5,N10=CH-FH4 、 N10-CHOFH4 ）等

1 、部位：肝，其次是小肠粘膜及胸腺。2 、原料： ATP 、氨基酸（ Gln 、 Asp 、 Gly ）、 CO2 、一碳单位、 5- 磷酸核糖等。 （ N10—CHOFH4 、 N5 、 N10=CH—

FH4 ）

（一）嘌呤核苷酸从头合成途径：

3 、合成特点：嘌呤核苷酸的合成并不是先单独合成嘌呤环，再与磷酸和核糖结合成嘌呤核苷酸，而是合成开始就从 5— —R 起沿着合成核苷酸的途径，经过 11 步酶促反应，先合成次黄嘌呤核苷酸（ IMP ），再转变为其它的嘌呤核苷酸，因此称之为“从头合成途径”。

4 、 IMP 的合成：从 5——R→→→IMP 十一步反应中，催化第一步反应的酶是磷酸核糖焦磷酸激酶，第二步反应由磷酸核糖转酰胺酶（氨基转移酶）催化这二个酶均是可调节酶

第一阶段：

第二阶段：

（ P 306 图 18-5 IMP 合成途径） 5 、腺苷酸及鸟苷酸的生成： IMP 不直接是核酸的基本构件，那么直接参加组成核酸的 AMP （ 腺嘌呤核苷酸）和 GMP （鸟嘌呤核苷酸）如何合成呢？

（ 1 ）从 IMP 合成鸟嘌呤核苷酸（ GMP ）：

（ 2 ）从 IMP 合成腺嘌呤核苷酸（ AMP ）：

IMP

腺苷酸代琥珀酸（ AMPS ）

鸟苷酸(GMP)

黄嘌呤核苷酸（ XMP ）

腺苷酸(AMP)

①

③

②

④

说明： ①： AMPS 合成酶、 Asp 、 GTP 、 Mg2+ 参加。② ： AMPS 裂解酶③ ： IMP 脱氢酶、 NAD+ 、 K+ 参加。④ ：鸟苷酸合成酶、 Gln 、 ATP 、 Mg2+ 参加

反应要点： ①IMP 是合成 AMP 、 GMP 的前身物②AMP 合成需要 GTP 供能； GMP 合成需要 ATP 供能③AMP 合成的实质是 Asp 提供 NH2 的过程（即第 6 位碳上的 NH2

）；

IMP

腺苷酸代琥珀酸（ AMPS ）

鸟苷酸(GMP)

黄嘌呤核苷酸（ XMP ）

腺苷酸(AMP)

①

③

②

④

GMP 的合成的实质是 Gln 提供 NH2 的过程（第 2 位碳上的 N

H2 ）。

（二）由嘌呤碱和核苷合成核苷酸（补救合成途径）： 自由的嘌呤碱（尤其是腺嘌呤）有一部分被重新利用合成核苷酸及核酸，这与从头合成过程相比，显然要简单得多，经济得多，可以少消耗 ATP 。

1 ． 核苷磷酸化酶与核苷磷酸激酶的作用：

2 ．重要的补救合成途径： ① 部位：脑、脾、骨髓等 ② 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 ③ 合成过程：利用嘌呤核苷酸分解得到的嘌呤碱，再和 5- 磷酸核糖焦磷酸反应，则合成核苷酸。

可能是因为体内如脾、脑、骨髓等重要组织器官不能从头合成嘌呤核苷酸，而主要通过补救途径合成嘌呤核苷酸。

（三）嘌呤核苷酸合成代谢的调节： 二个长负反馈： GDP 磷酸核糖焦磷酸激酶 ADP

GMP 、 GTP 磷酸核糖氨基转移酶 AMP 、 ATP

二个短负反馈： GMP 次黄嘌呤核苷酸脱氢酶 AMP 腺苷琥珀酸合成酶

结论：（ 1 ）嘌呤核苷酸从头合成受两个终产物 AMP 、 GMP 的反馈抑制。而且两个终产物分别对

分 枝途径的第一步反应有反馈抑制。（ 2 ） GMP 、 AMP 的过量仅分别抑制其自身的合成，而不影响另一种核苷酸的合成。（四）嘌呤核苷酸的互变：

GMPAMP

XMPAMPS IMP

第三节 嘧啶核苷酸的代谢与调节

一、尿嘧啶核苷酸的从头合成：( 一 ) 部位：主要在肝脏、细胞液中进行。( 二 ) 原料： Gln 、 CO2 、 ASP 、 PRPP

( 三 ) 嘧啶环的合成（从头合成途径）： 嘧啶环的合成开始于氨甲酰磷酸的生成。

催化此反应的酶：氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（嘧啶核苷酸合成中的关键酶）

表 1 ：与尿素合成中的氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ比较

氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ 氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ

（四）尿嘧啶核苷酸（ UMP ）的合成 共六步反应，包括第一步氨甲酰磷酸的生成

存在部位 细胞线粒体内 细胞胞液

氮源 NH3 Gln

能源、碳源 2ATP + HCO3 2ATP + HCO3

辅助因子 N 乙酰谷氨酸（ AGA ） 不需 AGA

所参予的反应 氨基甲酰磷酸 氨基甲酰磷酸

鸟氨酸 天冬氨酸

瓜氨酸……尿素 氨甲酰天冬氨酸

嘧啶

 

 

 

 

所参予的反应

（五）一、二、三磷酸核苷的互变及三磷酸胞苷（ CTP ）的合成： 1 、一、二、三磷酸核苷的互变

2 、三磷酸胞苷（ CTP ）的合成：

(1) UTP 的合成 :

（ 2 ） CTP 的合成： CTP 合成酶

 （六）嘧啶核苷酸生物合成代谢调节

（七）补救途径：（由嘧啶碱及核苷合成核苷酸）

二、嘧啶碱的分解代谢：（了解）

嘧啶碱的分解终产物： NH3 、 CO2 、 β-丙氨酸、 β- 氨基异丁酸

第三节 脱氧核糖核苷酸的合成

一、 二磷酸脱氧核糖核苷的生成：

即： dADP 、 dGDP 、 dCDP 、 dUDP 需一步完成， dTDP需二步完成。

在生物体内， A 、 G 、 C 、 U 四种核糖核苷酸均可被还原成相应的脱氧核糖核苷酸。通常核糖核苷酸是在核苷二磷酸水平上被还原的。其还原过程如下：

反应要点： 1 、反应类型：还原反应 2 、反应水平：二磷酸核苷（ NDP ）水平 3 、酶体系：二磷酸核糖核苷还原酶系。它包括四种蛋白质。 4 、辅助因子： NADPH+H+ （还原剂）

5 、别构酶：核糖核苷酸还原酶是别构酶，其蛋白质 B1,亚基上存在有能与作用物结合的部位—催化部位；有能与变构剂结合的部位—调节部位。如果催化部位上结合 CDP 还原 dCDP ；调节部位上结合 ATP ，则促进这一反应进行，如调节部位上结合 dATP （或 dGTP 、 dTTP ）则抑制反应。即 ATP 、 dATP 、dTTP 、 dGTP 是还原酶的变构效应物。

二、脱氧胸腺嘧啶核苷酸（ dTMP ）的生成： DNA 分子中碱基配对 U—T （ dTMP ），脱氧胸苷酸是如何合成的呢？一般需要两个步骤：（ 1 ）是尿嘧啶脱氧核糖核苷酸（ dUMP ）的形成；（ 2 ） dUMP

经甲基化生成 dTMP （脱氧胸腺嘧啶核苷酸）。

一碳单位转移反应。

反应要点： 1 、 N5 ， N10—CH2-FH4 的作用（作为一碳单位的供给者、作为还原剂）

，由于叶酸衍生物在细胞里的浓度很低，因此，胸苷酸的合成需要由 FH2再生成N5 ， N10—CH2-FH4 。这些反应的抑制因素可间接地阻断胸苷酸的合成。

核糖核苷酸还原酶

UMP dUMP ? 问题： 能否直接由： （不行，必须在核苷二磷酸水平上进行）

2 、 dUMP 的来源：可能有以下几种途径合成 dUMP

UDP 还原酶 一般 UDP dUDP dUMP dUTP （更重要）

CDP dCDP dCMP dUMP CDP 还原酶

水解 dCMP 脱氨酶

实验证明： dCMP 脱氨酶 活性大大于 UDP 还原酶 活性。 对 dUMP形成的这种迂回方式有两种看法：

（ 1 ）     大多数细胞中，核糖核苷酸还原酶只作用于核糖核苷二磷酸水平， 可能因为这才 能 更好地调节酶的活性。

（ 2 ）      细胞为了其他的目的含有一种活力强的脱氧尿嘧啶三磷酸二磷酸水解酶（ dUTPase

），此酶通过 dUTP+H2O→dUMP+ppi,这个反应方式来保持细胞内 dUTP 的浓度 , 以防止dUTP 结合到 DNA 中去。

~ 激酶ATP 、 ADP

dTDP~ 激酶ATP 、 ADP

dTTP

dTMP

dXDP 激酶 ADP+dXTP ATP+dXDP 三、三磷酸脱氧核苷的生成：

四、核苷酸合成与分解小结： （ P 314 图 18-10 ）

第四节 辅酶核苷酸的生物合成