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1、核酸的降解第九章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 核酸在生物体内核酸酶、核苷酸酶、核苷酶等的作用下，分解为氨、尿素、尿囊素、尿囊酸、尿酸等终产物，排泄到体外。在核酸的分解过程中，产生的核糖可以沿磷酸戊糖途径代谢，产生的核苷酸及其衍生物几乎参与细胞的所有生化过程。如ATP是生物体内的通用能源；腺苷酸还是几种重要辅酶的组成成分；cAMP和cGMP作为激素作用的第二信使，是生物体内物质代谢的重要调节物质。 第一节 核酸的分解代谢 动物和异养型微生物可以分泌消化酶来分解食物中的核蛋白和核酸类物质，以获得各种核苷酸、核苷及嘌呤碱、嘧啶碱和戊糖。植物一般不能消化体外的有机物质。但所有生物细胞都含有与核酸代谢有
2、关的酶类，能使细胞内的核酸分解，促使核酸更新。在体内，核酸的分解过程如下： 嘌呤碱和嘧啶碱 + 戊糖1 磷酸。 一、核酸的降解 在生物体内能催化磷酸二酯键水解而使核酸解聚的酶，称为核酸酶。其中专一作用于RNA的称为核糖核酸酶；专一水解DNA的称为脱氧核糖核酸酶。核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶中，能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶称为核酸内切酶；而能从DNA或RNA以及低聚多核苷链的一端逐个水解下单核苷酸的酶称为核酸外切酶，一类是核酸水解酶。 三、碱基的分解 1嘌呤的分解 嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下脱去氨基。在许多动物体内广泛含有鸟嘌呤脱氨酶，可以催化鸟嘌呤水解脱氨生成黄嘌呤。但腺嘌呤脱氨
3、酶含量极少，而腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性很高。因此，腺嘌呤的脱氨反应是在腺苷酸和腺苷的水平上进行的。其产物为次黄嘌呤核苷酸和次黄嘌呤核苷，它们再进一步分解生成次黄嘌呤。次黄嘌呤和黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶的作用下，氧化生成尿酸。 2嘧啶的分解 在生物体内嘧啶也和嘌呤一样，可进一步分解为更简单的含氮化合物。动物肝脏内含有可以还原嘧啶的酶，以NADPH为辅酶；细菌内也有还原嘧啶的酶，不同的是以NADH为辅酶；此外在微生物体内还可以通过氧化进行分解。 还原途径 氧化途径 第二节 核苷酸的合成代谢 生物体内大分子的核酸是以核苷三磷酸为原料聚合而成的。因此生物必须先合成单核苷酸。核苷酸的合成可以通过两条完全
4、不相同的途径进行： 从某些氨基酸、磷酸核糖、CO2和NH3这些化合物合成核苷酸。 从核酸分解中取得完整的嘌呤、嘧啶和核苷，通过不同的途径经酶的作用合成核苷酸。此途径又称为“补救”途径。 一、嘌呤核苷酸的合成 从头合成途径 1次黄嘌呤核苷酸的合成 1 2腺苷酸和鸟苷酸的合成 补救合成途径 生物体除能以简单前体物质“从头合成”核苷酸外,体内有些组织还能由预先形成的嘌呤碱基和嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸,这是对嘌呤核苷酸代谢的一种“补救”作用,以便更经济地利用已有的成分。 嘌呤核苷酸的抗代谢物 有一些抗代谢物对嘌呤核苷酸的合成有抑制作用，当然也就抑制了核酸的合成，所以其中有些可作为抗癌药物或免疫抑制剂而应
5、用于临床。 嘌呤核苷酸的抗代谢物有嘌呤类似物、氨基酸类似物及叶酸类似物等。 1嘌呤类似物 2谷氨酰胺类似物 3叶酸类似物 二、嘧啶核苷酸的合成 动物不一定需要食物供给嘧啶类化合物，微生物也不需要外源性的嘧啶类化合物，这是由于嘧啶环可以在生物体内合成。嘧啶类化合物在人体内的合成部位主要是肝脏。其他器官如脑组织中的嘧啶类化合物则是由肝脏合成，再通过血液运输而来的。 从头合成途径 1 尿嘧啶核苷酸的合成 2 胞嘧啶核苷酸的合成 3胸腺嘧啶核苷酸的合成 补救合成途径 生物体对外源的或核苷酸代谢产生的嘧啶碱和核苷可以重新利用。在嘌呤核苷酸的补救途径中，主要是通过磷酸核糖转移酶反应直接由碱基形成核苷酸；然
6、而嘧啶核苷激酶在嘧啶的补救途径中却起着重要作用。例如，尿嘧啶转变为尿嘧啶核苷酸可以通过两种方式进行： 与5 磷酸核糖焦磷酸反应。 尿嘧啶与1 磷酸核糖反应产生尿嘧啶核苷，后者在尿嘧啶核苷激酶作用下被磷酸化而形成尿嘧啶核苷酸。反应式如下： 三、脱氧核苷酸的合成 生物体内脱氧核苷酸可由核糖核苷酸还原形成。腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将其中核糖第二位碳原子上的氧脱去，即成为相应的脱氧核苷酸。胸嘧啶脱氧核苷酸的形成则分为两步：首先由尿苷酸还原成脱氧尿苷酸，然后尿嘧啶再经甲基化转变为胸腺嘧啶。 脱氧核苷二磷酸的形成 四、单核苷酸转化为核苷三磷酸 核苷酸不能直接参加核酸的生物合成，而是先转化成相应的核苷三磷酸后，才能参加RNA或DNA的合成代谢。 从核苷酸转化为核苷二磷酸的反应由相应的核苷酸激酶催化，由ATP供给磷酸基。这些酶对其底物中的碱基专一，而对底物中所含的戊糖是脱氧核糖还是核糖无特异性。 例如：腺苷酸激酶可以催化腺苷酸转变为腺苷二磷酸。 此类反应的通式是： 2 核苷二磷酸到核苷三磷酸的转变是由一种特异性很低的核苷二磷酸激酶催化的。此酶对底物中的碱基和戊糖都无特殊要求，所有的核苷(包括脱氧核苷)二磷酸均可在此酶的作用下，作为磷酸基的受体，转化为相应的核苷三磷酸。 3
