生物化学9核酸代谢与合成

1、核酸的降解和核苷酸代谢核酸的基本单位是核苷酸。 核酸代谢与核苷酸代谢密切相关，细胞内有多种游离的核苷酸，有重要作用，总结起来是： 1. 核苷酸是核酸生物合成的前体2. 核苷酸衍生物是许多生物合成的活性中间物（UDP葡萄糖和 CDP-二脂酰甘油分别是糖原和磷酸甘油酯合成的中间物） 3. 腺苷三磷酸是生物能量代谢中通用的高能化合物 4. 腺苷酸是三种重要辅酶（烟酰胺核甘酸、黄素腺喋吟二核甘酸（FAD）和辅酶A的组分）5 .某些核甘酸是代谢的调节物质， 如c AM可口 cGM呢许多激素引起的胞内信使，ppGpp是氨基酸引起饥饿的中间介质；腺昔酰基、尿苷酰基是酶活性共价修饰集团。核酸和核苷酸的分解代谢

2、动物和异样型微生物可以分泌消化酶来分解食物或体外的核蛋白和核酸类物质， 以获得 各种核苷酸。核苷酸水解脱去磷酸而生成核苷，核苷再分解生成嘌呤碱、嘧啶碱和戊糖。核苷酸及水解产物都可以细胞吸收和利用， 植物一般不能消化体外的有机物质， 但是所有生物的细胞都含有核酸代谢有关的酶类， 能够分解细胞内各种核酸， 促进核酸的分解更新。水解产物戊糖则可以参加戊糖代谢，嘌呤碱和嘧啶碱还可以进一步分解。核酸的解聚作用核酸是由许多核苷酸以3 ， 5 -磷酸二脂键连接成的大分子化合物。核酸分解的第一步是水解连接核苷酸之间的磷酸二脂键， 生成低级多核苷酸和单核苷酸， 在生物体内有很多磷酸二酯酶可催化这一反应， 作用于

3、核酸磷酸二脂键的磷酸二酯酶叫做核酸酶。 包括核糖核 酸酶和脱氧核糖核酸酶。核酸酶中能够水解分子间磷酸二脂键的酶称核酸内切酶， 从核酸链的一端逐个水解下核 苷酸的酶称为核酸外切酶。有非特异的核酸酶比如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶对核糖核苷酸以及脱氧核糖核酸都能水解。细胞中DNA的含量是相当，f1定的，而 RNA的含量却有显著变化。许多证据表明，DNAft细胞中是一种较为稳定的成分，其分解速度很慢，不想RNA样样代谢活跃。但是DNAM含量在相当众多的细胞中确实很高的，推测这种DNA酶的生理功能在于消除异常的或外援DNA以维持细胞遗传性的稳定；或是用于细胞自溶在细菌细胞内存在一类能识别并水解外援双

4、链DNA的核酸内切酶，称为限制性内切酶，可用于特异切割DNA是很有用的工具酶。核酸的苷降解核苷酸水解下磷酸即成为核苷， 生物体内广泛存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可以催化这个反应，非特异性的磷酸单酯酶对一切核苷酸都能作用，无论磷酸基在核苷的 2 位、 3 位、或5 位都能被水解下来。某些特异性比较强的就只能水解3核苷酸或5 核苷酸，分别成为 3 核苷酸酶或5 核苷酸酶。核苷酸经核苷酸酶作用分解为嘌呤碱或嘧啶碱和戊糖。分解核苷的酶分为两类， 一是核苷磷酸化酶， 另一类是核苷水解酶。 前者分解核苷生成含氮碱和戊糖的磷酸酯（ 戊糖 -1- 磷酸） ，后者生成含氮碱和戊糖。核苷磷酸化酶的存在比较广泛，其所

5、催化的反应是可逆的。核苷水解酶水解酶主要是存在于植物和微生物体内， 并且只对核糖核苷作用， 对脱氧核 糖核苷没有作用，反应是不可逆的，对底物具有一定的特异性。 嘌呤碱的分解不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同， 因而代谢产物也各不相同， 人和猿类及一些排尿酸的动物以尿酸作为嘌呤代谢的最终产物。 其他多种生物则还能进一步分离尿酸， 形成不 同的代谢产物，直至最后分解为二氧化碳和氨。喋吟碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨基。腺喋吟和鸟喋吟水解脱氨分别生成次黄喋吟和黄喋吟。脱氨反应也可以在核昔或核甘酸的水平上进行，动物组织中腺喋吟脱氨酶的含量极少，而腺喋吟核甘脱氨酶和腺喋吟核甘酸脱氨酶的活性

6、较高，因此，腺喋吟的脱氨分解可在核昔或核甘酸的水平上发生，然后再水解生成次黄喋吟。鸟喋吟脱氨酶的分布较广，鸟喋吟的脱氨分解主要是在该酶的作用下生成的次黄喋吟和黄喋吟在黄喋吟氧化酶（复合黄素酶，由两个相同的亚基组成） 的作用下氧化成尿酸。次黄喋吟+氧气+水一黄喋吟+过氧化氢黄喋吟+氧气+水-尿酸+过氧化氢结构与次黄喋吟很像的别喋吟醇对黄喋吟氧化酶具有很强的抑制作用，所以有时候用它治疗痛风。痛风是由于尿酸在体内过量积累所引起的。别喋吟醇治疗的患者排泄黄喋吟和次黄喋吟代替尿酸。别喋吟纯可被黄喋吟氧化酶氧化成别黄喋吟（别黄喋吟与酶结合， 使活性形式丧失）。这种底物类似物经酶作用后成为酶的灭活物，称为自

7、杀作用物。如前所述，尿酸的进一步分解代谢随着不同种类生物而异，人和猿类缺乏分解尿酸的能力。鸟类等排尿酸动物不仅可将喋吟碱分解成尿酸，还可以把大量其他含氮代谢物转变成尿酸，再排出体外。然而大多数种类的生物能够继续分解尿酸。尿酸在尿酸氧化酶的作用下被氧化，同时脱掉二氧化碳而生成尿囊素。 尿酸氧化酶是一种铜酶，它以氧作为直接电子受体， 但产生过氧化氢不产生水。尿囊素是除了人以及猿类以外其他哺乳类喋吟代谢的产物，其他多数种类生物则含有尿囊素酶，能水解尿囊素为尿囊酸尿囊酸是某些硬骨鱼的喋吟代谢物，尿囊酸在尿囊酸酶的作用下生成尿素和乙醛酸。尿素是多数鱼类及两栖类的喋吟碱代谢产物。然而某些低等动物还能将尿素

8、分解为氨和二氧化碳。阳33 工 F年餐的分*优谢喀咤碱的分解金-秣. -般具有轼笔的看反有票先求解脱去鞠军，如胞置归说生成展院心的*境+药0上些更工理噫嘤*恒叫 在人和.龈些动恸体内其境氢过程由可能里年里更星嚅睫建还原生成二复康演?我5屈丽播后水解生或 触鞋辕叙作用脱去氨基后还可嬖加有机酸代谢：展嘲我*相川riH + w履1ft策-二氧尿夜只*、加p厂二*尿晞龙+ Hq甲-哩基西酸月麻基再而* H声空”住曳P-丙氮域+%+的,胸寿唯解的分解与尿麻啜相似.其分解过程加下二在展碇4NMXP，H+H1乜二氢扁睬喳喘V4IXP1二氨胞或理咤* HjO. .-麻国异丁睢掘基捧 7 * .（11也” Wt

9、tHTH * * * NIINAD(P)HM地或二里展嚅啜HQT * H2NC()NiC H1c HZCOOM?琳维两眼+ k,onh4 NHjMLj + CO2 + HjHCUjCHXOOllB-西班整02、c -t!户NAIXP)H +HCH,riAixP) HCH-CHjCH八”H,NCONHCHjCHCOOH，t皿 2盘耳R谶二粗场腺骑喷广HQNHj t COj + HjNCHjCHCOOH CHj核甘酸的生物合成5-磷酸核糖焦磷喋吟核糖核甘酸的合成生物体内不是先合成喋吟碱，再与核糖和磷酸结合成核甘酸，而是从 酸开始，经过一系列酶促反应，生成次黄喋吟核甘酸，然后再转变为其他喋吟核甘酸。

10、 次黄喋吟核甘酸的合成（10步，自己手写吧）腺嘌呤核苷酸的合成生物体内由次黄嘌呤核苷酸氨基化生成腺嘌呤核苷酸， 共分为两步： 次黄嘌呤核苷酸在GTP供应能量的条件下与天冬氨酸合成腺甘酸琥珀酸，GDPW分解成GD环口正磷酸盐，这个反应是由腺甘酸琥珀 酸合成酶所催化的， 中间产物腺苷酸琥珀酸即在腺苷酸琥珀酸裂解酶的催化下分解成腺嘌呤核苷酸和延胡索酸。天冬氨酸的结构类似物， 羽田杀菌素可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性， 从而阻止腺苷琥珀酸的生成。鸟嘌呤核苷酸的合成次黄嘌呤核苷酸须经氧化生成黄嘌呤核苷酸。反应是由次黄嘌呤核苷酸脱氢酶所催化，并需要NAD作为辅酶和钾离子激活。黄喋吟核甘酸再经氨基化即生

11、成鸟喋吟核甘酸。细菌直接以氨作为氨基供体； 动物细胞则以谷氨酰胺的酰胺基作为氨基供体。 氨基化时需要ATP供给能量。促使黄喋吟核甘酸氨基化生成鸟喋吟核甘酸的酶称为鸟喋吟核甘酸合成酶由嘌呤碱和核苷合成核苷酸（补救途径）生物体内除了能以简单前体物质“从头合成”核甘酸外，尚能由预先形成的碱基和核昔合成核甘酸，这是对核甘酸代谢的一种补救途径，以便更经济地利用已有的成分。核甘酸磷酸化酶所催化的转核糖基的反应式可逆的，在特异的核甘磷酸化酶作用下，各种碱基可与1-磷酸核糖反应生成核昔：碱基+1-磷酸核糖=核甘+Pi由此生成的核昔在适当磷酸激酶作用下，由ATP供给磷酸基，即形成核甘酸。但生物体内，除腺昔激酶外

12、，缺乏其他喋吟核昔的激酶。显然，在喋吟类物质的再利用过程中，核昔激酶途径即使不能完成排除，也是不重要的。另一重要的途径是服嚓吟+5-磷削核期焦瞬腋N妈/腺嗓吟核苜酸,.*田X里电竺M型欢晶庭g核音酸* PPi次黄口聚吟噂5 -磷酸惭枝曲酸 （或鸟嗦吟）自毁容貌症（Lesch-Nyhan）是一种与X染色体连锁的遗传代谢病，患者患先天性缺乏 次黄喋吟-鸟喋吟磷酸核糖转移酶。这种缺陷是半性的隐形遗传性状，主要见之于男性，由 于鸟喋吟和次黄喋吟补救途径的障碍，导致过量产生尿酸。喋吟核甘酸的从头合成和补救途径之间通常存在平衡。5-磷酸核糖胺的合成受到喋吟核甘酸的抑制；缺少补救途径会引起喋吟核甘酸合成速度

13、的增加，结果大量积累尿酸， 并导致肾结石和痛风。这些症状可通过别喋吟醇对黄喋吟氧化酶的抑制而得到缓解，自毁容貌症更严重的后果是招致自残肢体，别喋吟醇对此无效，现在还不知道为什么缺少补救途径为什么会造成如此的神经疾病症状。 喋吟核甘酸生物合成的调节喋吟核甘酸的从头合成受其两个终产物腺甘酸和鸟甘酸的反馈控制，主要控制点有三个。第一个控制点在合成反应途径的第一步，即氨基被转移到5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP上以形成5-磷酸核糖钱。催化该反应的酶是一种变构酶，它可被终产物IMP、AMP和GMP所抑制。以此无论是IMP、AMP或是GMP勺过量积累均会导致由 PRPPFF始的合成途径第一 步反应的抑制。另外

14、两个控制点分别位于次黄甘酸后分支途径的第一步反应，这就使得GMPi量的变构效应仅抑制其自身的形成，而不影响AMP的合成。反之，AMPW积累抑制其自身的形成，而不影响GMP勺生物合成。喀噬核糖核甘酸的合成喀咤核甘酸的喀咤环是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的与喋吟核甘酸不同的是， 在合成喀咤核甘酸时首先形成喀咤环，再与磷酸核糖结合成乳 清昔酸，然后生成尿喀嚏核甘酸，其他喀嚏核甘酸由尿喀嚏核昔酸转变而成。的.甲（间触同质叼扇+近冬融融育成瓶甲ML麦冬ffl J3_ T .噜的津# /rtrbriE# yfwrtinT 即环 邦融如 此* 注 丸 清 a八叼g jr B|） 加湾1 R6与3 -ifW博林

15、热心械作用生EfiTL逾盘酒.晚检后就眼为尿喻喷粒母的.生幢1体M 电子”巴巴三具华ffl竺qy L用于位成W混的缸用喉!*由用IKIfta昨 力的犍体* dlGSnTfeiSRT而而fTOJKr催枇出合成:反应m *为叙甲概通融合或事 （ihiriMitnl plk4H|z4ial? 9f liithvl-MP ） H7 Ml Mi M bi fr iri Ai奇帆般联*rp - WGUj I -T事，埠.丁一 *上川*4 &*格帆网看就萩fl M MMd叁 AJk力Jl由成应1昨，的骑瞳箍大冬忸21甲fllWtmpBrtBH wkxmyl，2条）*惟网下,株甲泉斡楼兽上事 鼻融的底-幅基

16、匕、早成帆印娥氏（粮.4随* * 火 mM H * *-ft *tmta km . i甲Nt欠、通可*薛牝*1京他冏忖立或二H7L常D* *也通.，叩*J 制帮酒 M *（ C ibkHnEE.- 1*uw 人电 Mm* 和卡也,VlKlAAr f lljii1VL 犯在二I4常联威藏tdihydiwNmuM1r 依他F 化琳利.塘旭酒加:一祎的黄腐心花”作为电子受体时生成过气化氯.搜息曜,二核普叫代售把还膘一 二家九酒餐+44口、*耽玄*f疝）彳一乳清收* wnw * H*催Kid4北清假发言农尿啼嚏楂1f限的直宴中间产物至此已形成吐嗫坏而后再和一金制粮幡格连播t孔/酸5 5 - 9酸核糖怠

17、端!fi作用生成里酒特曲十吐a- h屯1朴也03.3.,取礼尚开晒口-的帝为九清甘酸焦*端优前（“euMk妒印b5由。记皿人反应是可逆的横离于可活化比近应、晁青要+ 5-瓶L1*#111讯清修后+小北洲停假在丸清fl酸脱生物晚间小限明由dMarboqg作用卜装去破唾.即生成尿眩幄卷昔随. 乳滞目眩睨帽”眼看IE核0馥+S鼠噫峻核口酸的器促会也过程总结如图338。融口性天*曼国费清OH 0 HM4KVBCOOH、 CHjCH-COOH ZCOC训 、叫PiJ *，o I/一H心C cH-COOHH二氧乳酒型CH-COOH 7/ HHHH蜘NNADH+ HLoch 7，Y 上2 JF我萧仆.HjO

18、jPOCHj胞喀咤核甘酸的生物合成由尿喀咤核甘酸转变为胞喀咤核甘酸是在尿喀咤核甘三磷酸的水平上进行的。尿喀咤核甘三磷酸（UTB可以由尿喀咤核甘酸在相应的激酶下经 ATP转移磷酸基而生 成。催化尿喀咤核甘酸转化为尿喀咤核甘二磷酸的酶为特异的尿喀咤核甘酸激酶，催化尿喀嚏核昔二磷酸转化为尿喀嚏核昔三磷酸的酶为特异性较广的核昔二磷酸激酶。尿喀咤、尿喀咤核甘、尿喀咤核甘酸都不能氨基化成相应的胞喀咤化合物，只有尿喀咤核昔三磷酸才能氨基化生成胞喀咤核甘酸三磷酸。在细菌中尿喀咤核甘三磷酸可以直接与按作用；动物组织则需由谷氨酰胺供给氨基。反应需要ATP提供能量。催化此反应的酶为 CTP合成酶（胞喀咤核甘三磷酸）

19、，此反应需要ATP提供能量。UT巴谷氨酰胺+ ATP5+水=CT巴谷氨酸+ AD%Pi由口密咤碱和核昔合成核甘酸生物体对外源的或核甘酸代谢产生的喀咤碱和核昔可以重新利用。在喋吟核甘酸的补救途径中，主要是通过磷酸核糖转移酶反应， 直接由碱基形成核甘酸。然而喀咤核昔激酶在喀 咤的补救途径中却起着重要作用。例如尿喀咤转变为尿喀咤核甘酸可以通过两种方式进行，一是与5 -磷酸核糖焦磷酸反应。二是尿喀咤与1 -磷酸核糖反应生成尿喀咤核甘，后者在尿昔激酶的作用下磷酸化而形成尿喀咤核甘酸。修Q林蜿+斛刑择格斗典以累1小昔I网轮阻败片型书啜即依H魄+ FPHr 抱畸耍不能有接节5 -满横惨增能霜帧反应生成临喈血

20、楂仔廉 但是尿苗聿静也胫带化抱爵莅m 瞬般化而形成粗璃峨核疔航鸵席睦松冒+ ATP旭嚏1tt梭口酹* &呼喀咤核甘酸生物合成的调节大肠杆菌中喀咤核甘酸的生物合成可在三个控制点上受到终产物的反馈控制。合成途径的第一个调节酶是氨甲酰磷酸合成酶，它受UMP勺反馈抑制。另外两个调节酶是天冬氨酸转氨甲酰酶和CTP合成酶，他们收CTP的反馈抑制。前者抑制将影响鸟甘酸和胞甘酸的合成，后者抑制只影响胞甘酸的合成。脱氧核糖核甘酸的合成脱氧核糖核甘酸是脱氧核糖核酸的前体，脱氧核糖核甘酸可由核糖核甘酸还原而成。腺喋吟、鸟喋吟、胞喀咤核糖核甘酸经还原（核糖核酸还原酶），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糖核甘酸。胸腺喀咤脱氧核糖核甘酸的形成需要两个步骤，首先由尿喀咤核糖核甘酸还原形成尿喀咤脱氧核糖核甘酸，再由尿喀咤脱氧核糖核甘酸甲基化转变成胸腺喀咤（）。四种核昔或（脱氧核甘）磷酸可分别在特异的核甘一磷酸激酶作用下，由ATP供给磷酸基，而转变成为核苛（或脱氧核甘）二磷酸。脱氧核糖核甘酸也能利用已有的碱基和核