第九章 核酸的降解与核苷酸代谢

一、核酸的降解食物核蛋白

蛋白质 核酸（ RNA 及 DNA ）胃酸

核苷酸胰核酸酶

核苷 磷酸胰、肠核苷酸酶

碱基 戊糖核苷酶

第一节 核酸的降解与核酸酶类

1 、核酸酶的定义及分类核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶 依据底物不同分类

DNA 酶 (deoxyribonuclease, DNase) ： 专一降解 DNARNA 酶 (ribonuclease, RNase) ： 专一降解 RNA

二、核酸酶（ Nuclease ）

依据切割部位不同

核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。

限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链 DNA 的核酸内切酶，可用于特异切割 DNA ，常作为工具酶。

核酸外切酶： 5´→3´或 3´→5´核酸外切酶

参与 DNA 的合成与修复及 RNA 合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程

负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸

在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 体外重组 DNA 技术中的重要工具酶

生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解

2 、核酸酶的功能

一、核苷酸代谢的动态一、核苷酸代谢的动态

单核苷酸库

氨基酸 葡萄糖 磷酸

核苷酸的从头合成

核酸的降解

核苷酸的降解 产物的再利用

核苷酸的降解

核酸的合成

第二节 核苷酸的代谢

嘌呤核苷酸的结构

GMPAMP

二、嘌呤核苷酸的分解代谢

（一）嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径 (de novo synthesis pathway)

利用氨基酸等作为原料合成补救合成途径 (salvage synthesis pathway)

利用体内游离的碱基或核苷合成

嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。

肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。

1 、嘌呤核苷酸的从头合成•定义

•合成部位

•嘌呤碱合成的元素来源CO2

天冬氨酸

甲酰基（一碳单位）

甘氨酸

甲酰基（一碳单位）

谷氨酰胺（酰胺基）

合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、 CO2 、磷酸核糖。

合成特点：磷酸核糖为起始物，逐步加原料合成嘌呤环，形成重要中间产物 IMP （次黄嘌呤核苷酸），再由它转变为 AMP 和 GMP 。

•过程

1. IMP 的合成

2. AMP 和 GMP 的生成

R-5-P（ 5- 磷酸核糖）

ATPAMP

PRPP 合成酶PP-1-R-5-P

（ 5’- 磷酸核糖 -1’- 焦磷酸）PRPP

在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下

IMP

AMP

GMP

H2N-1-R-5´-P（ 5´- 磷酸核糖胺）

谷氨酰胺

谷氨酸酰胺转移酶

AMP ADP ATP

ADPATP

激酶

ADPATP

激酶

GMP GDP GTP

ADPATP

激酶

ADPATP

激酶

• 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。

• IMP 的合成需 5 个 ATP ， 6 个高能磷酸键。 AMP 或 GMP 的合成又需 1 个 AT

P

•嘌呤核苷酸从头合成特点

•从头合成的调节

R-5-P

ATP

PRPP 合成酶PRPP

酰胺转移酶PRA IMP

腺苷酸代琥珀酸 AMP ADP ATP

XMP GMP GDP GTP

++

_ _ _

__

IMP

腺苷酸代琥珀酸

XMP

AMP ADP ATP

GMP GDP GTPATP

GTP

_

_

++

调节方式：反馈调节和交叉调节

利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。

2 、嘌呤核苷酸的补救合成途径•定义

1. 腺嘌呤磷酸核糖转移酶

(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)

2. 次黄嘌呤 - 鸟嘌呤磷酸核糖转移酶

(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase,

HGPRT)

3. 腺苷激酶 (adenosine kinase)

•参与补救合成的酶

腺嘌呤 + PRPP AMP + PPiAPRT

次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPiHGPRT

鸟嘌呤 + PRPP HGPRT GMP + PPi

•合成过程

腺嘌呤核苷 腺苷激酶

ATP ADPAMP

•补救合成的生理意义

补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。

体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。

3 、嘌呤核苷酸的相互转变

IMP

AMP

腺苷酸代琥珀酸 XMP

GMP

NH3

腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶

NADPH+H+

NADP+

NH 3

4 、脱氧核糖核苷酸的生成

在核苷二磷酸水平上进行（ N 代表 A 、 G 、 U 、 C 等碱基）

dNDP + ATP 激酶

dNTP + ADP

二磷酸脱氧核苷NDP dNDP

二磷酸核糖核苷

NADP+ NADPH + H+

核糖核苷酸还原酶， Mg2+

还原型硫氧化还原蛋白 -(SH)2

氧化型硫氧化还原蛋白 S

S

硫氧化还原蛋白还原酶（ FAD ）

脱氧核苷酸的生成

（二）嘌呤核苷酸的分解代谢

核苷酸 核苷核苷酸酶

Pi

核苷磷酸化酶

碱基1-磷酸核糖

嘌呤碱的最终代谢产物

AMP

GMP

H（次黄嘌呤）

G

X（黄嘌呤）

黄嘌呤氧化酶

黄嘌呤氧化酶

嘧啶核苷酸的结构

三、嘧啶核苷酸的代谢三、嘧啶核苷酸的代谢

从头合成途径

补救合成途径

（一）嘧啶核苷酸的合成代谢

1 、嘧啶核苷酸的从头合成

主要是肝细胞胞液

嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。

•定义

•合成部位

•嘧啶合成的元素来源

氨基甲酰磷酸

天冬氨酸

合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、 CO2 、磷酸核糖。

合成特点：用原料先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸

•合成过程（ 1 ） 尿嘧啶核苷酸的合成

谷氨酰胺 + HCO3-

氨基甲酰磷酸合成酶 II

2ATP

2ADP+Pi

谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸

CPS-I CPS-II

肝细胞线粒体中

氨

N-乙酰谷氨酸

胞液（所有细胞）

谷氨酰胺

无

分布

氮源

变构激活剂

功能 尿素合成 嘧啶合成

CPS-I CPS-II

肝细胞线粒体中

氨

N-乙酰谷氨酸

胞液（所有细胞）

谷氨酰胺

无

分布

氮源

变构激活剂

功能 尿素合成 嘧啶合成

氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别

（ 2 ）胞嘧啶核苷酸的合成

ATP ADP

尿苷酸激酶UDP

二磷酸核苷激酶

ATP ADP

UTPCTP 合成酶

谷氨酰胺ATP

谷氨酸ADP+Pi

（ 3 ） dTMP 或 TMP 的生成

TMP 合酶

N5, N10- 甲烯 FH4 FH2

FH2 还原酶FH4

NADP+ NADPH+H+

dUMP 脱氧胸苷一磷酸dTMP

UDP脱氧核苷酸还原酶

dUDP

CTP CDP dCDP dCMP

--

--

-

ATP + CO2+ 谷氨酰胺

氨基甲酰磷酸

UMP

氨基甲酸天冬氨酸

UTP CTP

天冬氨酸

嘌呤核苷酸

ATP + 5- 磷酸核糖

嘧啶核苷酸

PRPP

-

从头合成的调节

2 、 嘧啶核苷酸的补救合成

嘧啶 + PRPP 磷酸嘧啶核苷 + PPi嘧啶磷酸核糖转移酶

尿嘧啶核苷 + ATP尿苷激酶

UMP +ADP

胸腺嘧啶核苷 + ATP胸苷激酶

TMP +ADP

3 、嘧啶核苷酸的抗代谢物

• 嘧啶类似物

胸腺嘧啶 (T) 5- 氟尿嘧啶 (5-FU)

•某些改变了核糖结构的核苷类似物

能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。

主要的抗代谢药物是 5-氟尿嘧啶（ 5-FU）。 5-FU在体内可转变为 F-dUMP，其结构与 dUMP相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。

UMP UTP CTP CDP dCDP

UDP dUDP dUMP dTMP

氮杂丝氨酸 阿糖胞苷

氨甲碟呤

氮杂丝氨酸

（二）嘧啶核苷酸的分解代谢

嘧啶碱

1- 磷酸核糖

嘧啶核苷酸 核苷 核苷酸酶

PPi

核苷磷酸化酶

胞嘧啶

NH3

尿嘧啶

二氢尿嘧啶 H2O

CO2 + NH3β- 丙氨酸

胸腺嘧啶

β- 脲基异丁酸

β- 氨基异丁酸

H2O

丙二酸单酰 CoA

乙酰 CoA

TCA

肝

尿素甲基丙二酸单酰 CoA

琥珀酰 CoA

TCA 糖异生