第 33章 核酸的降解和
核苷酸代谢
(Degradation of nucleic acid
and nucleotides metabolism)
一、核酸和核苷酸的分解代谢
二、核苷酸的生物合成
三、辅酶核苷酸的生物合成
一、核酸和核苷酸的
分解代谢
碱基的脱氨
嘌呤碱的分解代谢
腺嘌呤
鸟嘌呤
次黄嘌呤
黄嘌呤
尿酸
嘌呤碱的分解代谢
腺嘌呤
鸟嘌呤
次黄嘌呤
黄嘌呤
腺嘌呤脱氨酶
鸟嘌呤脱氨酶
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤氧化酶
尿酸
嘌呤碱的分解代谢
尿酸 尿囊素
尿囊酸
黄嘌呤
嘌呤碱的分解代谢
尿酸 尿囊素
尿囊酸
尿酸氧化酶
尿囊酸酶
尿囊素酶
脲酶
黄嘌呤
不同动物嘌呤代谢的产物
灵长类, 鸟类,尿酸
其他哺乳动物, 软体动物,尿囊素
硬骨鱼,尿囊酸
软骨鱼和两栖类,尿素
大多数海洋无脊椎动物,氨和 CO2
（ 如甲壳类动物 ）
胞嘧啶和尿嘧啶的
分解代谢
胞嘧啶
尿嘧啶
二氢尿嘧啶
β -脲基丙酸
β -丙氨酸
胞嘧啶和尿嘧啶的
分解代谢
胞嘧啶
尿嘧啶
二氢尿嘧啶
β -脲基丙酸
β -丙氨酸
胞嘧啶
脱氨酶
二氢尿嘧啶
脱氢酶
二氢尿
嘧啶酶
脲基丙酸酶
胸腺嘧啶的分解代谢
β -脲基异丁酸 β -氨基异丁酸
二氢胸腺嘧啶 胸腺嘧啶
二、核苷酸的生物合成
（一）嘌呤核苷酸的生物合成
嘌呤环各元素的来源
次黄嘌呤核苷酸的合成
各种嘌呤核苷酸的合成是先合成次黄嘌呤
核苷酸, 再转变成各种嘌呤核苷酸 。 此途径叫
嘌呤核苷酸的从头合成途径 （ de novo synthesis
pathway） 。
次黄嘌呤核苷酸的合成是在核糖上合成次
黄嘌呤的, 而不是先合成次黄嘌呤, 再与核糖
结合的 。
焦磷酸激酶
PRPP
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
5-磷酸核糖焦磷酸
5-磷酸核糖胺
甲酰甘氨酰胺核苷酸 甘氨酰胺核苷酸
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
5-磷酸核糖焦磷酸
5-磷酸核糖胺
甲酰甘氨酰胺核苷酸 甘氨酰胺核苷酸
转酰胺酶
合成酶
转甲酰基酶
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
甲酰甘氨酰胺核苷酸
甲酰甘氨脒
核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑 -4-羧酸核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
（ N-琥珀基）
氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
甲酰甘氨酰胺核苷酸
甲酰甘氨脒
核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑 -4-羧酸核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
（ N-琥珀基）
氨甲酰核苷酸
合成酶
合成酶
羧化酶 合成酶
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
5-氨基咪唑 -4-
氨甲酰核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
（ N-琥珀基）
氨甲酰核苷酸
5-甲酰胺氨咪唑
-4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤
核苷酸
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
5-氨基咪唑 -4-
氨甲酰核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
（ N-琥珀基）
氨甲酰核苷酸
5-甲酰胺氨咪唑
-4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤
核苷酸
裂解酶
转甲酰基酶
合酶
腺嘌呤核苷酸的合成
次黄嘌呤核苷酸 天冬氨酸
腺苷酸琥珀酸
腺苷酸
合成酶
裂解酶
鸟嘌呤核苷酸的合成
黄嘌呤核苷酸 谷氨酰胺 鸟苷酸 谷氨酸
次黄嘌呤核苷酸 黄嘌呤核苷酸
合成酶
脱氢酶
核苷酸合成的补救途径
生物体内除了能以简单前体物质, 从头
合成, （ de novo synthesis） 核苷酸外, 还能
利用预先形成的碱基和核糖合成核苷酸 。 这
个 途 径 称 为, 补 救 途 径, （ salvage
pathway） 。
嘌呤核苷酸合成的补救途径
核苷磷酸化酶
腺苷激酶
磷酸核糖转移酶
磷酸核糖转移酶
只有腺苷激酶，
其他核苷酸只能
按以下反应产生。
Lesch-Nyhan综合征
Lesch-Nyhan综合征是一种与 X染色体连锁的
遗传代谢病, 患者先天性缺乏次黄嘌呤 （ 鸟嘌呤 ）
磷酸核糖转移酶 。 这种缺陷是伴性的隐性遗传性
状, 主要见之于男性 。 由于鸟嘌呤和次黄嘌呤补
救途径障碍, 导致产生过量的尿酸, 导致肾结石
和痛风 。 这些症状可通过别嘌呤醇对黄嘌呤氧化
酶的抑制而得到缓解 。
Lesch-Nyhan综合征更严重的后果是自残肢
体, 别嘌呤醇对此症状无效 。
嘌呤核苷酸生物合成的调节
（二）嘧啶核苷酸的生物合成
嘧啶环各元素的来源
氨甲酰磷酸 天冬氨酸
尿嘧啶核苷酸的合成
与嘌呤核苷酸的合成不同, 在合成嘧啶核
苷酸时, 先合成嘧啶化合物乳清酸, 再与磷酸
核糖焦磷酸结合成为乳清苷酸, 然后脱羧成为
尿嘧啶核苷酸, 其他嘧啶核苷酸是由尿苷酸转
变而来 。
尿嘧啶核苷酸的合成
乳清酸 二氢乳清酸
氨甲酰
天冬氨酸
氨甲酰磷酸 天冬氨酸
尿嘧啶核苷酸的合成
转氨甲酰酶
二氢乳清酸酶
二氢乳清酸
脱氢酶
乳清酸 二氢乳清酸
氨甲酰
天冬氨酸
氨甲酰磷酸 天冬氨酸
尿嘧啶核苷酸的合成
乳清苷酸 尿嘧啶核苷酸
乳清酸
焦磷酸化酶
脱羧酶
胞嘧啶核苷酸的合成
UMP激酶
核苷二磷酸激酶
CTP合成 酶
UTP CTP
尿嘧啶转
变成胞嘧
啶必须在
核苷三磷
酸的水平
上进行 。
嘧啶核苷酸合成的补救途径
UMP磷酸核糖
转移酶
尿苷磷酸化酶
尿苷激酶
尿苷激酶
嘧
啶
核
苷
酸
合
成
的
调
节
（三）脱氧核糖核苷酸的合成
脱氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸还原产生
的 。 在生物体内, 腺嘌呤, 鸟嘌呤, 胞嘧啶和
尿嘧啶四种核糖核苷酸都可以被还原成相应的
脱氧核糖核苷酸 。 催化此反应的酶称为核糖核
苷酸还原酶 。
大肠杆菌核糖核苷酸还原酶
核糖核苷酸还原酶由 R1和 R2两个亚基组成,
它们分开时没有活性, 只有合在一起并有镁离子
存在时才有活性 。 R1亚基含有两条相同的多肽
链, 每条多肽链上有两个别构调节位点 。 一个调
节位点结合效应物后影响对底物的特异性, 另一
个调节位点结合效应物后调节酶的活性 。 每条肽
链上还含有一对参与催化氧化还原反应的巯基和
一个参与催化氧化还原反应的酪氨酸 。
大肠杆菌核糖核苷酸还原酶
Tyr122
核糖核苷酸还原酶催化反应时
的氢传递过程
核苷酸合成的其他反应
AMP激酶
核苷二磷酸 激酶
脱氧核糖基转移酶
有 4种针对不同 NMP的 激酶
此酶特异性不强
此酶可以使碱基与脱氧核苷上的碱基交换
胸腺嘧啶脱氧核糖
核苷酸的合成
胸腺嘧啶核苷酸合酶
二氢叶酸还原酶
丝氨酸
羟甲基转移酶
dTMP dUMP
核苷酸代谢
(Degradation of nucleic acid
and nucleotides metabolism)
一、核酸和核苷酸的分解代谢
二、核苷酸的生物合成
三、辅酶核苷酸的生物合成
一、核酸和核苷酸的
分解代谢
碱基的脱氨
嘌呤碱的分解代谢
腺嘌呤
鸟嘌呤
次黄嘌呤
黄嘌呤
尿酸
嘌呤碱的分解代谢
腺嘌呤
鸟嘌呤
次黄嘌呤
黄嘌呤
腺嘌呤脱氨酶
鸟嘌呤脱氨酶
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤氧化酶
尿酸
嘌呤碱的分解代谢
尿酸 尿囊素
尿囊酸
黄嘌呤
嘌呤碱的分解代谢
尿酸 尿囊素
尿囊酸
尿酸氧化酶
尿囊酸酶
尿囊素酶
脲酶
黄嘌呤
不同动物嘌呤代谢的产物
灵长类, 鸟类,尿酸
其他哺乳动物, 软体动物,尿囊素
硬骨鱼,尿囊酸
软骨鱼和两栖类,尿素
大多数海洋无脊椎动物,氨和 CO2
（ 如甲壳类动物 ）
胞嘧啶和尿嘧啶的
分解代谢
胞嘧啶
尿嘧啶
二氢尿嘧啶
β -脲基丙酸
β -丙氨酸
胞嘧啶和尿嘧啶的
分解代谢
胞嘧啶
尿嘧啶
二氢尿嘧啶
β -脲基丙酸
β -丙氨酸
胞嘧啶
脱氨酶
二氢尿嘧啶
脱氢酶
二氢尿
嘧啶酶
脲基丙酸酶
胸腺嘧啶的分解代谢
β -脲基异丁酸 β -氨基异丁酸
二氢胸腺嘧啶 胸腺嘧啶
二、核苷酸的生物合成
（一）嘌呤核苷酸的生物合成
嘌呤环各元素的来源
次黄嘌呤核苷酸的合成
各种嘌呤核苷酸的合成是先合成次黄嘌呤
核苷酸, 再转变成各种嘌呤核苷酸 。 此途径叫
嘌呤核苷酸的从头合成途径 （ de novo synthesis
pathway） 。
次黄嘌呤核苷酸的合成是在核糖上合成次
黄嘌呤的, 而不是先合成次黄嘌呤, 再与核糖
结合的 。
焦磷酸激酶
PRPP
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
5-磷酸核糖焦磷酸
5-磷酸核糖胺
甲酰甘氨酰胺核苷酸 甘氨酰胺核苷酸
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
5-磷酸核糖焦磷酸
5-磷酸核糖胺
甲酰甘氨酰胺核苷酸 甘氨酰胺核苷酸
转酰胺酶
合成酶
转甲酰基酶
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
甲酰甘氨酰胺核苷酸
甲酰甘氨脒
核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑 -4-羧酸核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
（ N-琥珀基）
氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
甲酰甘氨酰胺核苷酸
甲酰甘氨脒
核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑 -4-羧酸核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
（ N-琥珀基）
氨甲酰核苷酸
合成酶
合成酶
羧化酶 合成酶
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
5-氨基咪唑 -4-
氨甲酰核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
（ N-琥珀基）
氨甲酰核苷酸
5-甲酰胺氨咪唑
-4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤
核苷酸
次黄嘌呤核苷酸的合成途径
5-氨基咪唑 -4-
氨甲酰核苷酸
5-氨基咪唑 -4-
（ N-琥珀基）
氨甲酰核苷酸
5-甲酰胺氨咪唑
-4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤
核苷酸
裂解酶
转甲酰基酶
合酶
腺嘌呤核苷酸的合成
次黄嘌呤核苷酸 天冬氨酸
腺苷酸琥珀酸
腺苷酸
合成酶
裂解酶
鸟嘌呤核苷酸的合成
黄嘌呤核苷酸 谷氨酰胺 鸟苷酸 谷氨酸
次黄嘌呤核苷酸 黄嘌呤核苷酸
合成酶
脱氢酶
核苷酸合成的补救途径
生物体内除了能以简单前体物质, 从头
合成, （ de novo synthesis） 核苷酸外, 还能
利用预先形成的碱基和核糖合成核苷酸 。 这
个 途 径 称 为, 补 救 途 径, （ salvage
pathway） 。
嘌呤核苷酸合成的补救途径
核苷磷酸化酶
腺苷激酶
磷酸核糖转移酶
磷酸核糖转移酶
只有腺苷激酶，
其他核苷酸只能
按以下反应产生。
Lesch-Nyhan综合征
Lesch-Nyhan综合征是一种与 X染色体连锁的
遗传代谢病, 患者先天性缺乏次黄嘌呤 （ 鸟嘌呤 ）
磷酸核糖转移酶 。 这种缺陷是伴性的隐性遗传性
状, 主要见之于男性 。 由于鸟嘌呤和次黄嘌呤补
救途径障碍, 导致产生过量的尿酸, 导致肾结石
和痛风 。 这些症状可通过别嘌呤醇对黄嘌呤氧化
酶的抑制而得到缓解 。
Lesch-Nyhan综合征更严重的后果是自残肢
体, 别嘌呤醇对此症状无效 。
嘌呤核苷酸生物合成的调节
（二）嘧啶核苷酸的生物合成
嘧啶环各元素的来源
氨甲酰磷酸 天冬氨酸
尿嘧啶核苷酸的合成
与嘌呤核苷酸的合成不同, 在合成嘧啶核
苷酸时, 先合成嘧啶化合物乳清酸, 再与磷酸
核糖焦磷酸结合成为乳清苷酸, 然后脱羧成为
尿嘧啶核苷酸, 其他嘧啶核苷酸是由尿苷酸转
变而来 。
尿嘧啶核苷酸的合成
乳清酸 二氢乳清酸
氨甲酰
天冬氨酸
氨甲酰磷酸 天冬氨酸
尿嘧啶核苷酸的合成
转氨甲酰酶
二氢乳清酸酶
二氢乳清酸
脱氢酶
乳清酸 二氢乳清酸
氨甲酰
天冬氨酸
氨甲酰磷酸 天冬氨酸
尿嘧啶核苷酸的合成
乳清苷酸 尿嘧啶核苷酸
乳清酸
焦磷酸化酶
脱羧酶
胞嘧啶核苷酸的合成
UMP激酶
核苷二磷酸激酶
CTP合成 酶
UTP CTP
尿嘧啶转
变成胞嘧
啶必须在
核苷三磷
酸的水平
上进行 。
嘧啶核苷酸合成的补救途径
UMP磷酸核糖
转移酶
尿苷磷酸化酶
尿苷激酶
尿苷激酶
嘧
啶
核
苷
酸
合
成
的
调
节
（三）脱氧核糖核苷酸的合成
脱氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸还原产生
的 。 在生物体内, 腺嘌呤, 鸟嘌呤, 胞嘧啶和
尿嘧啶四种核糖核苷酸都可以被还原成相应的
脱氧核糖核苷酸 。 催化此反应的酶称为核糖核
苷酸还原酶 。
大肠杆菌核糖核苷酸还原酶
核糖核苷酸还原酶由 R1和 R2两个亚基组成,
它们分开时没有活性, 只有合在一起并有镁离子
存在时才有活性 。 R1亚基含有两条相同的多肽
链, 每条多肽链上有两个别构调节位点 。 一个调
节位点结合效应物后影响对底物的特异性, 另一
个调节位点结合效应物后调节酶的活性 。 每条肽
链上还含有一对参与催化氧化还原反应的巯基和
一个参与催化氧化还原反应的酪氨酸 。
大肠杆菌核糖核苷酸还原酶
Tyr122
核糖核苷酸还原酶催化反应时
的氢传递过程
核苷酸合成的其他反应
AMP激酶
核苷二磷酸 激酶
脱氧核糖基转移酶
有 4种针对不同 NMP的 激酶
此酶特异性不强
此酶可以使碱基与脱氧核苷上的碱基交换
胸腺嘧啶脱氧核糖
核苷酸的合成
胸腺嘧啶核苷酸合酶
二氢叶酸还原酶
丝氨酸
羟甲基转移酶
dTMP dUMP
