第十一章 1 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 第一节核酸的酶促降解 在生物体内，核酸经过一系列酶的作用，最终降解成CO2、水、氨、磷酸等小分子的 过程称为核酸的降解代谢。所有生物的细胞都含有与核酸代谢有关的酶类，它们可以分解 细胞内的各种核酸，促进核酸的分解更新。核酸分解代谢的中间产物在某些情况下可被再 度利用。例如，在戊糖代谢过程中，含氨碱或核苷可用来“补救”合成核苷酸等。核酸与 核苷酸的分解可简单表示如下： 磷酸 核树 酸枝苷酸 核苷水解南 嘌吟 ,0 4,0 碱基 苷核苷化 密 H3PO: 1磷酸戊糖 核酸是由许多核苷酸以3'，5'-磷酸二酯键连接而成的大分子。核酸降解的第一步是 由多种降解核酸的酶协同作用，水解连接核苷酸之间的磷酸二酯键，形成分子量较小的寡 核苷酸和单核苷酸。生物体内降解核酸的酶很多，其作用专一性各不相同。作用于核酸磷 酸二酯键的酶称为核酸酶(nuclease)。水解核糖核酸的酶称为核糖核酸酶RNase):水解脱氧 核糖核酸的酶称为脱氧核糖核酸酶DNase)。 一、核酸外切酶 核酸外切酶作用于核酸链的末端，将核苷酸逐个地水解下来。只作用于DNA的核酸 外切酶称为脱氧核糖核酸外切酶：只作用于RNA的称为核糖核酸外切酶：有些核酸外切 酶既可作用于RNA,又可作用于DNA,如蛇毒磷酸二酯酶是从多核苷酸链的游离3'羟 基端开始，逐个水解下5'核苷酸：而牛脾磷酸二酯酶则相反，是从游离的5'羟基端开 始，逐个水解下3’核苷酸。 260
260 第十一章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 第一节 核 酸 的 酶促降解 在生物体内，核酸经过一系列酶的作用，最终降解成 CO2、水、氨、磷酸等小分子的 过程称为核酸的降解代谢。所有生物的细胞都含有与核酸代谢有关的酶类，它们可以分解 细胞内的各种核酸，促进核酸的分解更新。核酸分解代谢的中间产物在某些情况下可被再 度利用。例如，在戊糖代谢过程中，含氨碱或核苷可用来“补救”合成核苷酸等。核酸与 核苷酸的分解可简单表示如下： 核酸 核酸酶 核苷酸 核苷酸酶 磷酸 核苷 核糖 碱基 嘌呤 嘧啶 1-磷酸戊糖 H2O H2O H2O H3PO4 核苷水解酶 核苷磷酸化酶 核酸是由许多核苷酸以 3′, 5′-磷酸二酯键连接而成的大分子。核酸降解的第一步是 由多种降解核酸的酶协同作用，水解连接核苷酸之间的磷酸二酯键，形成分子量较小的寡 核苷酸和单核苷酸。生物体内降解核酸的酶很多，其作用专一性各不相同。作用于核酸磷 酸二酯键的酶称为核酸酶(nuclease)。水解核糖核酸的酶称为核糖核酸酶(RNase)：水解脱氧 核糖核酸的酶称为脱氧核糖核酸酶(DNase)。 一、核酸外切酶 核酸外切酶作用于核酸链的末端，将核苷酸逐个地水解下来。只作用于 DNA 的核酸 外切酶称为脱氧核糖核酸外切酶；只作用于 RNA 的称为核糖核酸外切酶；有些核酸外切 酶既可作用于 RNA，又可作用于 DNA，如蛇毒磷酸二酯酶是从多核苷酸链的游离 3′-羟 基端开始，逐个水解下 5′-核苷酸；而牛脾磷酸二酯酶则相反，是从游离的 5′-羟基端开 始，逐个水解下 3′-核苷酸
二、核酸内切酶 能催化核酸分子内部磷酸二酯键水解的酶称为核酸内切酶。核酸内切酶的专一性也不 同，有的只作用于DNA,有的只作用于RNA,有的可同时作用于DNA和RNA。有的核 酸内切南只对碱基是专一的，如牛胰核酸酶只水解嘧啶核苷酸的磷酸二酯键图101a处) 生成密啶核苷-3'-磷酸或末端为嘧啶核苷-3'磷酸的寡核苷酸图10)。有些核酸内切酶 要求专一的碱基顺序，如限制性内切酶 牛胰核酸酶的水解位 第二节核酸的降解 一、核苷酸的降解 在生物体内，核苷酸在核苷酸酶(nucleosidase)的催化下，水解生成核苷和磷酸： 核苷酸十0枝苷酸、枚苷+磷酸 核苷经核苷酶nucleosidase))作用分解为含氮碱和戊糖。分解核苷的酶有两类：一类是 核苷水解酶(nucleoside hydrolase),另一类是核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylase)。前者 使核苷生成含氮碱和戊糖：后者使核苷生成含氮碱和戊糖的磷酸酯： 核苷+H0菲水解、吟或啶碱+戊糖 核苷十HPO,苷化原吟成嘧碱+戊糖1砖酸 核苷酶主要存在于植物和微生物体内，只作用于核糖核苷，对脱氧核糖核苷无作用， 反应是不可逆的。 核苷磷酸化酶存在比较广泛，其所催化的反应是可逆的。不同来源的酶对底物要求不 一，有的能作用于核苷和脱氧核苷，有的则对戊糖要求严格。这类酶还有嘌吟核苷磷酸解 酶与嘧啶核苷磷酸解酶之分。 261
261 二、核酸内切酶 能催化核酸分子内部磷酸二酯键水解的酶称为核酸内切酶。核酸内切酶的专一性也不 同，有的只作用于DNA，有的只作用于 RNA，有的可同时作用于 DNA 和 RNA。有的核 酸内切酶只对碱基是专一的，如牛胰核酸酶只水解嘧啶核苷酸的磷酸二酯键(图 10-1a 处)， 生成嘧啶核苷-3′-磷酸或末端为嘧啶核苷-3′-磷酸的寡核苷酸(图 10-1)。有些核酸内切酶 要求专一的碱基顺序，如限制性内切酶。 嘧啶 鸟嘌呤 腺嘌呤 嘧啶 嘧啶 鸟嘌呤 P P P P P P a a a P 图 10-1 牛胰核酸酶的水解位置 第二节 核酸的降解 一、核苷酸的降解 在生物体内，核苷酸在核苷酸酶(nucleosidase)的催化下，水解生成核苷和磷酸： 核苷酸 + H2O 核苷 + 磷酸 核苷酸酶 核苷经核苷酶(nucleosidase)作用分解为含氮碱和戊糖。分解核苷的酶有两类：一类是 核苷水解酶(nucleoside hydrolase)，另一类是核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylase)。前者 使核苷生成含氮碱和戊糖；后者使核苷生成含氮碱和戊糖的磷酸酯： 核苷 + H2O 嘌呤或嘧啶碱+ 戊糖 核苷水解酶 核苷 + H3PO4 嘌呤或嘧啶碱+ 戊糖-1-磷酸 核苷磷酸化酶 核苷酶主要存在于植物和微生物体内，只作用于核糖核苷，对脱氧核糖核苷无作用， 反应是不可逆的。 核苷磷酸化酶存在比较广泛，其所催化的反应是可逆的。不同来源的酶对底物要求不 一，有的能作用于核苷和脱氧核苷，有的则对戊糖要求严格。这类酶还有嘌呤核苷磷酸解 酶与嘧啶核苷磷酸解酶之分
核苷的降解产物嘌呤碱和嘧啶碱还可进一步分解。 二、嘌呤的降解 在生物体内嘌吟可进一步分解。嘌吟碱的降解代谢过程如图10-2所示。 H>N 图10-2嘌吟碱的降解代谢 不同生物分解嘌吟碱的最终产物不同。人类和其他灵长类动物的嘌岭代谢一般止于尿 酸，灵长类以外的哺乳动物可生成尿囊素，大多数鱼类则生成尿素，一些海洋无脊椎动物 262
262 核苷的降解产物嘌呤碱和嘧啶碱还可进一步分解。 二、嘌呤的降解 在生物体内嘌呤可进一步分解。嘌呤碱的降解代谢过程如图 10-2 所示。 N N N H N H2N NH N N H N NH N N H N O NH2 O NH NH N H N O O 腺嘌呤 鸟嘌呤 腺嘌呤脱氨酶 H2O NH3 鸟嘌呤脱氨酶 H2O NH3 O2 + H2O H2O2 次黄嘌呤 黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ O2 + H2O H2O2 黄嘌呤氧化酶 NH NH N H H N O O O 尿酸 CO2 + H2O2 2H2O + O2 尿酸氧化酶 NH2 NH N H H N O O 尿囊素 O NH2 NH N H H2N O O HO O H2O 尿囊素酶 尿囊酸 C NH2 NH2 2 O + COOH CHO 尿囊酸酶 H2O 脲酶 2H2O 4NH3 + 2CO2 ⑧ 图 10-2 嘌呤碱的降解代谢 不同生物分解嘌呤碱的最终产物不同。人类和其他灵长类动物的嘌呤代谢一般止于尿 酸，灵长类以外的哺乳动物可生成尿囊素，大多数鱼类则生成尿素，一些海洋无脊椎动物
可生成氨：微生物能将嘌吟分解成氨、CO2及一些有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸等：植物 的嘌呤代谢与动物相似。植物组织中存在着与嘌岭代谢有关的酶及其代谢产物，如尿囊素 和尿囊酸等。嘌呤的分解主要是在衰老的叶子及贮藏性的胚乳组织内。在胚和幼苗中不发 生嘌呤的分解。当叶子进入衰老期，核酸就发生分解，生成的嘌呤碱也进一步分解成尿囊 酸，从叶子中运出并贮藏起来，供翌年生长之用。植物与动物不同，植物有保存并再度利 用同化氮的能力。 三、嘧啶的降解 嘧啶的降解也是先脱氨基。由尿嘧啶分解生成的邹-丙氨酸可用于合成辅酶A,也可 经转氨反应生成甲酰乙酸，再转化成乙酸进入三羧酸循环或转化为脂肪酸。 嘧啶分解过程如图10-3所示。 NAD(P)H+ NAD NH H-NCONHCHCH-C B脲基丙酸 13 NHs +Co2+HaNCH.CHC B丙氨酸 B-氨基异丁酸 图10-3嘧啶碱的降解代谢
263 可生成氨；微生物能将嘌呤分解成氨、CO2 及一些有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸等；植物 的嘌呤代谢与动物相似。植物组织中存在着与嘌呤代谢有关的酶及其代谢产物，如尿囊素 和尿囊酸等。嘌呤的分解主要是在衰老的叶子及贮藏性的胚乳组织内。在胚和幼苗中不发 生嘌呤的分解。当叶子进入衰老期，核酸就发生分解，生成的嘌呤碱也进一步分解成尿囊 酸，从叶子中运出并贮藏起来，供翌年生长之用。植物与动物不同，植物有保存并再度利 用同化氮的能力。 三、嘧啶的降解 嘧啶的降解也是先脱氨基。由尿嘧啶分解生成的 -丙氨酸可用于合成辅酶 A，也可 经转氨反应生成甲酰乙酸，再转化成乙酸进入三羧酸循环或转化为脂肪酸。 嘧啶分解过程如图 10-3 所示。 HC N C N H HC C NH2 O H2O NH3 脱氨酶 HC NH N H HC C O O NAD(P)H + H + NAD(P) + H2C NH C N H H2C C O O 二氢尿嘧啶 H2O H2NCONHCH2CH2COOH β-脲基丙酸 H2O NH3 + CO2 + H2NCH2CH2COOH β-丙氨酸 H3C NH C N H HC C C O O 胸腺嘧啶 NAD(P)H + H + NAD(P) + H3C NH C N H H2C HC C O O 二氢胸腺嘧啶 H2O H2NCONHCH2CHCOOH β-脲基异丁酸 H2O CH3 NH3 + CO2 + H2NCH2CHCOOH CH3 β-氨基异丁酸 胞嘧啶 尿嘧啶 图 10-3 嘧啶碱的降解代谢
第三节核苷酸的合成代谢 核苷酸是合成核酸的组分。核酸存在于每一个细胞中，是遗传信息的携带者和传递者。 关于核酸的生物合成将在以后讨论，本节扼要讨论核苷酸的合成和分解。 一、核糖核苷酸的生物合成 1.嘌吟呤核苷酸的生物合成 生物体可以利用CO2、甲酸盐、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺以合成嘌呤。据用同位 素的研究，嘌呤的9个原子的来源如图104。 关于嘌吟的合成过程，目前己比较 [来自c0 清楚。整个合成过程如图105所示。在 一来自甘氨酸 此不详细叙述这个过程的每一个反应步 骤，只概括地指出其中的一些要点： 米自天冬氨酸 ①票吟核苷酸的合成并不是先形成 。一来自甲酸 游离的嘌吟，然后生成核苷酸，而是直接 米自甲酸→C3 形成次黄嘌岭核苷酸inosinic acid,IMP, 也叫肌苷酸)，以后才转变为其他嘌吟核 苷酸。 来自谷氨酰胺的酰胺氮 ②MP的合成是从5-磷酸核糖开始 的。由5-磷酸核糖与ATP反应，生成S 图10-4嘌吟环组成分的来源 磷酸核糖-1-焦磷酸(5-phosphoribosy1-l-pyrophosphate,PRPPXE图10-5中反应①)， ③嘌吟的各个原子是在PPP的C位置上逐渐加上去的。先由谷氨酰胺提供N元素， 生成5-磷酸核糖胺图105中反应②)。注意在此反应中，核糖的C发生构型变化，由PRPP 的α-构型变为5-磷酸核糖胺的阝-构型。 ④以后，由甘氨酸和甲酰四氢叶酸先后提供C和N原子，并闭合成咪唑环（图10-5中 反应③④)。 ⑤再后，由CO2、天冬氨酸、甲酰四氢叶酸先后提供其他原子，最后形成次黄嘌呤核 酸（图10-5中反应⑤⑥⑦） 上述一系列反应的总反应式如下： 2NH3+2甲酸+C02+甘氨酸+天冬氨酸+5-磷酸核糖一→MP+延胡素酸+9HC 嘌吟核苷酸的生物合成过程是在多种醇的催化下进行的，这个过程的阐明有重要意义。 由于在癌细胞内，核酸的合成比正常细胞进行得强烈，如果能抑制核苷酸的合成，即可抑 制癌细胞的生长。例如，氢基噪吟(aminopterin)与四氢叶酸结构相似，对上述过程的反应④ 264
264 第三节 核苷酸的合成代谢 核苷酸是合成核酸的组分。核酸存在于每一个细胞中，是遗传信息的携带者和传递者。 关于核酸的生物合成将在以后讨论，本节扼要讨论核苷酸的合成和分解。 一、核糖核苷酸的生物合成 1．嘌呤核苷酸的生物合成 生物体可以利用 CO2、甲酸盐、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺以合成嘌呤。据用同位 素的研究，嘌呤的 9 个原子的来源如图 10-4。 关于嘌呤的合成过程，目前已比较 清楚。整个合成过程如图 10-5 所示。在 此不详细叙述这个过程的每一个反应步 骤，只概括地指出其中的一些要点： ①嘌呤核苷酸的合成并不是先形成 游离的嘌呤，然后生成核苷酸，而是直接 形成次黄嘌呤核苷酸(inosinic acid，IMP， 也叫肌苷酸)，以后才转变为其他嘌呤核 苷酸。 ②IMP 的合成是从 5-磷酸核糖开始 的。由 5-磷酸核糖与 ATP 反应，生成5- 磷酸核糖-1-焦磷酸(5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate，PRPP)(图 10-5 中反应①)。 ③嘌呤的各个原子是在 PRPP 的 C1 位置上逐渐加上去的。先由谷氨酰胺提供 N 元素， 生成 5-磷酸核糖胺(图 10-5 中反应②)。注意在此反应中，核糖的 C1发生构型变化，由PRPP 的 -构型变为 5-磷酸核糖胺的 -构型。 ④以后，由甘氨酸和甲酰四氢叶酸先后提供 C 和 N 原子，并闭合成咪唑环(图10-5中 反应③④)。 ⑤再后，由 CO2、天冬氨酸、甲酰四氢叶酸先后提供其他原子，最后形成次黄嘌呤核 苷酸(图 10-5 中反应⑤⑥⑦)。 上述一系列反应的总反应式如下： 2NH3+2 甲酸+CO2+甘氨酸+天冬氨酸+5-磷酸核糖 → IMP+延胡索酸+9H2O 嘌呤核苷酸的生物合成过程是在多种酶的催化下进行的，这个过程的阐明有重要意义。 由于在癌细胞内，核酸的合成比正常细胞进行得强烈，如果能抑制核苷酸的合成，即可抑 制癌细胞的生长。例如，氨基喋呤(aminopterin)与四氢叶酸结构相似，对上述过程的反应④ 图 10-4 嘌呤环组成分的来源 C N C C C N N N C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 来自CO2 来自天冬氨酸 来自谷氨酰胺的酰胺氮 来自甲酸 来自甘氨酸 来自甲酸
和⑦起竞争性抑制作用，因而有治疗癌病（如白血病）的效用。 由IMP可进一步转变为腺苷酸(AMP)和鸟苷酸(GMP)(见图10-6)。 -0H,0 H H Mg 0-® OHOH OH OH 5-磷酸核糖 5磷酸核糖1焦磷酸 NH2 一谷氨酰酸 CH2 谷氨酸 0 NH ADP+B 甘氨酸①0C -0 NH OH OH OH OH 甘氨酰胺核苷酸 5磷酸核糖胺 甲酰四氢叶酸谷氨酰胶 2ATP Mg 2ADP+2 四氢叶酸 谷氨酸 H H N7 核糖 核糖一® 5氨基咪唑核苷酸 5氨基咪唑4羧酸核苷酸 ATP、天冬氨酸 ADP+→延胡索酸 四氢叶酸甲酰四氢叶酸 CH 核糖⊙ 0 HN-C 核糖一 次黄嘌吟核苷酸 (IMP) 5-氨基咪唑4甲酰胺核苷酸 图10-5次黄嘌吟核苷酸的合成途径
265 和⑦起竞争性抑制作用，因而有治疗癌病(如白血病)的效用。 由 IMP 可进一步转变为腺苷酸(AMP)和鸟苷酸(GMP)（见图 10-6）。 CH2 OH H H OH OH H H O P O 5-磷酸核糖 CH2 O H H OH OH H H O P O P P CH2 H NH2 H OH OH H H O P O 5-磷酸核糖-1-焦磷酸 5-磷酸核糖胺 ATP AMP Mg 2+ ① ⑤ ⑦ CH2 H NH H OH OH H H O P O 甘氨酰胺核苷酸 O C CH2 NH2 ATP Mg 2+ HC N C N CH 核糖 H2N P 5-氨基咪唑核苷酸 甲酰四氢叶酸 四氢叶酸 谷氨酰胺 谷氨酸 2ATP 2ADP + 2Pi Mg 2+ K + C N C N CH 核糖 H2N P 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸 HOOC CO2 C N C N CH 核糖 H2N P 5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸 C O H2N ATP C N C N CH 核糖 N P 次黄嘌呤核苷酸 (IMP) C O HN HC 四氢叶酸 甲酰四氢叶酸 H2O ③ ADP + Pi 甘氨酸 ④ ② 谷氨酰胺 谷氨酸 ⑥ 天冬氨酸 ADP+Pi 延胡索酸 图 10-5 次黄嘌呤核苷酸的合成途径
天冬氨酸延胡索酸 NH. 核糖① 糖一 腺苷酸(AMP 核糖D 冰吟枝苷酸 黄嘌吟核苷酸XMP) 谷氨酰、/ATP 谷氨酸 AMP+PP H 核糖一D 鸟嘌吟核苷酸(GMP) 图10-6由IMP转变为腺苷酸和鸟苷酸 2.嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶环的各个原子是从CO2、NH、天冬氨酸来的（图 10-7): [米自NH 氨甲酰磷酸 米自天冬氨酸 *自c02→ 图10-7嘧啶环组成分的来源 密啶核苷酸的合成途径见图10-8。这个过程的要点是 ①嘧啶核苷酸的合成过程与嘌吟核苷酸的合成过程不同，它是先形成嘧啶环（图10-8 中反应①②)，然后与磷酸核糖结合，生成尿苷酸UMPX图10-8中反应③④)。 266
266 C N C N CH 核糖 N P 次黄嘌呤核苷酸 (IMP) C O HN HC C N C N CH 核糖 N P 次黄嘌呤核苷酸 (IMP) C O HN HC C N C N CH 核糖 N P 腺苷酸(AMP) C NH2 N HC 天冬氨酸 延胡索酸 GTP GDP+Pi Mg 2+ C N C N CH 核糖 N H P C O HN C O 黄嘌呤核苷酸(XMP) C N C N CH 核糖 N P C O HN C H2N 鸟嘌呤核苷酸(GMP) NAD + NADH+H + H2O 谷氨酰胺 谷氨酸 ATP AMP+PPi Mg 2+ 图 10-6 由 IMP 转变为腺苷酸和鸟苷酸 2．嘧啶核苷酸的生物合成 嘧啶环的各个原子是从 CO2、NH3、天冬氨酸来的（图 10-7）： C C N C C N 1 2 3 4 5 6 来自天冬氨酸 来自NH3 来自CO2 氨甲酰磷酸 图 10-7 嘧啶环组成分的来源 嘧啶核苷酸的合成途径见图 10-8。这个过程的要点是： ①嘧啶核苷酸的合成过程与嘌呤核苷酸的合成过程不同，它是先形成嘧啶环(图 10-8 中反应①②)，然后与磷酸核糖结合，生成尿苷酸(UMP)(图 10-8 中反应③④)
H NH 氨甲酰天冬氨酸 乳清酸 COOH PRPP 天冬氨酸 核糖P (尿苷酸，UP) 乳清酸核苷.5磷酸 图10-8尿苷酸的生物合成途径 ②由氨甲酰磷酸与天冬氨酸反应，再脱氢，便生成乳清酸orotic acid(图108中反应 ③乳清酸与5-磷酸核糖1-焦磷酸结合，经脱羧后便生成尿苷酸（图10-8中反应③④）。 由尿苷酸可转变为胞苷酸，这是在尿苷三磷酸UTP)的水平上进行的。尿苷酸先磷酸 化为尿苷三磷酸UTP): UNP∠UDS UTP NH,ATP M CTP 在细菌内可由氨直接与UTP反应生成CTP:但在动物内，则用谷氨酰胺代替氢，因为 动物体内的尿素循环将氨转变为尿素而排出体外。 二、脱氧核糖核苷酸的合成 】,核糖核苷酸的还原脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸还原生成的。还原是 在核苷二磷酸的水平上进行的，即还原的底物为ADP、GDP、CDP、UDP,它们是由相应 的核苷一磷酸在激酶催化下生成的。 267
267 O NH2 C O P COOH CH2 CHNH2 COOH 氨甲酰磷酸 天冬氨酸 + HO O C CH2 CH COOH N H C NH2 O Pi ① ② ③ ④ O COOH O HN CH C N H C C NAD + NADH+H + H2O 氨甲酰天冬氨酸 乳清酸 PRPP PPi Mg 2+ O COOH O HN CH C N C C 核糖 P 乳清酸核苷-5'-磷酸 O O HN CH C N C C 核糖 P 尿苷-5'-磷酸 （尿苷酸，UMP） CO2 H 图 10-8 尿苷酸的生物合成途径 ②由氨甲酰磷酸与天冬氨酸反应，再脱氢，便生成乳清酸(orotic acid)(图 10-8 中反应 ①②)。 ③乳清酸与 5-磷酸核糖-1-焦磷酸结合，经脱羧后便生成尿苷酸(图 10-8 中反应③④)。 由尿苷酸可转变为胞苷酸，这是在尿苷三磷酸(UTP)的水平上进行的。尿苷酸先磷酸 化为尿苷三磷酸(UTP)： UMP UDP UTP ATP ADP ATP ADP UTP NH ATP 3 CTP Mg 2+ + + 在细菌内可由氨直接与 UTP 反应生成 CTP；但在动物内，则用谷氨酰胺代替氨，因为 动物体内的尿素循环将氨转变为尿素而排出体外。 二、脱氧核糖核苷酸的合成 １．核糖核苷酸的还原 脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸还原生成的。还原是 在核苷二磷酸的水平上进行的，即还原的底物为 ADP、GDP、CDP、UDP，它们是由相应 的核苷—磷酸在激酶催化下生成的
NMP+AP游NDP+AE 上式中的N代表不同的核糖核苷。 核糖核苷二磷酸的还原过程如图10-9 of0% OH OH HO- 碱基 0 还原 H SH OH 硫氧还蛋白 硫氧还蛋白< OH OH 蓝 HO- -0 -0-CH2 NA NADPH+H 0 H +0 OH H 图10-9脱氧核苷酸的形成 核糖核苷二磷酸还原酶含二个亚基B1和B2,相对分子质量为245000，催化在核糖的 2'位碳上的一OH基被H原子取代，生成相应的脱氧核糖。 作为还原剂的是一种小分子蛋白硫氧还蛋白(thioredoxin),相对分子质量为12000，含 二个一SH基，氧化后生成二硫桥。它又可在硫氧还蛋白还原酶thioredoxin reductase)催化 下被NADPH还原。此还原酶为一黄素蛋白，含2FAD,相对分子质量为68000。 在动物内也发现类似的还原系统，但在其他生物内的还原系统略有不同。例如，在乳 杆菌(Lactobacillus spp。)和裸藻(Euglena)内的还原系统用核苷三磷酸作为被还原底物，需 要钴酰胺辅酶（维生素B),二氢硫辛酸可作为还原剂。 在DNA分子中还有一种脱氧核苷酸，即胸腺嘧啶脱氧核苷酸dTMP),它是由尿嘧啶 脱氧核苷酸(dUMP)经甲基化生成的。dUDP先经水解生成dUMP: dUDP+HO→dUMP+Pi 由胞嘧啶脱氧核苷酸(dCMP)脱氨也可生成dUMP dCMP+HO→dUMP+NH3 然后，dUMP在胸腺嘧啶核苷酸合酶催化下，以0亚甲四氢叶酸为一碳供体，生成dTMP H9 CH 胸腺嘘啶核苷酸合爾 -CH; CH 0=0 CH N5,0亚甲基四氢叶酸 二氢叶酸 脱氧核糖一® 脱氧核糖一® 各种核苷酸合成的相互关系如图10-10所示。 268
268 NMP + ATP NDP ADP 激酶 + 上式中的 N 代表不同的核糖核苷。 核糖核苷二磷酸的还原过程如图10-9。 CH2 H 碱基 H OH OH H H O P O OH O P O OH O HO CH2 H 碱基 H OH H H H O P O OH O P O OH O HO + H2O 硫氧还蛋白 硫氧还蛋白 SH SH S S NADP + NADPH+H + 硫氧还蛋 白还原酶 还原酶 图 10-9 脱氧核苷酸的形成 核糖核苷二磷酸还原酶含二个亚基 B1 和 B2，相对分子质量为245 000，催化在核糖的 2′位碳上的—OH 基被 H 原子取代，生成相应的脱氧核糖。 作为还原剂的是一种小分子蛋白硫氧还蛋白(thioredoxin)，相对分子质量为12 000，含 二个—SH 基，氧化后生成二硫桥。它又可在硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase)催化 下被 NADPH 还原。此还原酶为一黄素蛋白，含 2FAD，相对分子质量为 68 000。 在动物内也发现类似的还原系统，但在其他生物内的还原系统略有不同。例如，在乳 杆菌(Lactobacillus spp。)和裸藻(Euglena)内的还原系统用核苷三磷酸作为被还原底物，需 要钴酰胺辅酶(维生素 B12)，二氢硫辛酸可作为还原剂。 在 DNA 分子中还有一种脱氧核苷酸，即胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTMP)，它是由尿嘧啶 脱氧核苷酸(dUMP)经甲基化生成的。dUDP 先经水解生成 dUMP： dUDP+H2O → dUMP+Pi 由胞嘧啶脱氧核苷酸(dCMP)脱氨也可生成 dUMP： dCMP+H2O → dUMP+NH3 然后，dUMP 在胸腺嘧啶核苷酸合酶催化下，以 N5，10亚甲四氢叶酸为一碳供体，生成 dTMP： HN C N CH CH C O O 脱氧核糖 P HN C N CH C C O O 脱氧核糖 P 胸腺嘧啶核苷酸合酶 CH3 N 5,10亚甲基四氢叶酸 二氢叶酸 各种核苷酸合成的相互关系如图10-10 所示
PRPP+谷氨酰胺 天冬氨酸+氨甲酰磷酸 |+甘氨酸 |+谷氨酰胺 【+天冬氨酸 MP、 UMP AMP G _dUDP 入 ATP UTPUTP ADP GDP-GTP CTP←CTP RNA CDP dADP dGDP dCDP dCTP dTTe dATP dGTP DNA 图10-10核苷酸生物合成与核酸生物合成的关系 269
269 PRPP + 谷氨酰胺 +甘氨酸 +谷氨酰胺 +天冬氨酸 IMP AMP GMP ADP GDP dADP dGDP dATP dGTP DNA 天冬氨酸 + 氨甲酰磷酸 UMP UDP dUDP UTP CTP CDP dCDP dCMP dTMP dUMP dCTP dUTP dTTP RNA GTP ATP UTP CTP 图 10-10 核苷酸生物合成与核酸生物合成的关系