生物化學與分子生物學/核苷酸的分解代謝

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生物化學與分子生物學

核苷酸代謝
- 核苷酸的化學結構
- 嘌呤核苷酸的合成代謝
- 嘧啶核苷酸的合成代謝
- 脫氧核糖核苷酸的生成
- 核苷酸的分解代謝

食物中的核酸多與蛋白質結合為核蛋白，在胃中受胃酸的作用，或在小腸中受蛋白酶作用，分解為核酸和蛋白質。核酸主要在十二指腸由胰核酸酶(pancreatic nucleases)和小腸磷酸二酯酶(phosphodiesterases)降解為單核苷酸。核苷酸由不同的堿基特異性核苷酸酶(nucleotidases)和非特異性磷酸酶(phosphatases)催化，水解為核苷和磷酸。核苷可直接被小腸粘膜吸收，或在核苷酶(nucleosidases)和核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylases)作用下，水解為堿基，戊糖或1-磷酸戊糖：

體內核苷酸的分解代謝與食物中核苷酸的消化過程類似，可降解生成相應的堿基，戊糖或1-磷酸核糖。1-磷酸核糖在磷酸核糖變位酶催化下轉變為5-磷酸核糖，成為合成PRPP的原料。堿基可參加補救合成途徑，亦可進一步分解。

一、嘌呤的分解代謝

嘌呤核苷酸可以在核苷酸酶的催化下，脫去磷酸成為嘌呤核苷，嘌呤核苷在嘌呤核苷磷酸化酶(purine nucleoside phosphorylase,PNP)的催化下轉變為嘌呤。嘌呤核苷及嘌呤又可經水解，脫氨及氧化作用生成尿酸(圖8-15)

嘌呤核苷酸的分解代謝

圖8-15　嘌呤核苷酸的分解代謝

哺乳動物中，腺苷和脫氧腺苷不能由PNP分解，而是在核苷和核苷酸水平上分別由腺苷脫氨酶(adenosine deaminase,ADA)和腺苷酸脫氨酸(AMPdeaminase)催化脫氨生成次黃嘌呤核苷或次黃嘌呤核苷酸。它們再水解成次黃嘌呤，并在黃嘌呤氧化酶(xanthineoxidase)的催化下逐步氧化為黃嘌呤和尿酸(uric acid)。ADA的遺傳性缺乏，可選擇性清除淋巴細胞，導致嚴重聯合免疫缺陷病(Severecombined immunodeficiency olisease,SCID)。

體內嘌呤核苷酸的分解代謝主要在肝臟、小腸及腎臟中進行。正常生理情況下，嘌呤合成與分解處于相對平衡狀態，所以尿酸的生成與排泄也較恒定。正常人血漿中尿酸含量約0.12～0.36mmol/L(2～6mg/dl)。男性平均為0.27mmol/L(4.5mg/dl)，女性平均為0.21mmol/L(3.5mg/dl)左右。當體內核酸大量分解(白血病、惡性腫瘤等)或食入高嘌呤食物時，血中尿酸水平升高，當超過0.48mmol/L(8mg/dl)時，尿酸鹽將過飽合而形成結晶，沉積于關節、軟組織、軟骨及腎等處，而導致關節炎、尿路結石及腎疾患，稱為痛風癥。痛風癥多見于成年男性，其發病機理尚未闡明。臨床上常用別嘌呤醇(allopurinol)治療痛風癥。別嘌呤醇與次黃嘌呤結構類似，只是分子中N8，與C2互換了位置，故可抑制黃嘌呤氧化酶，從而抑制尿酸的生成。同時，別嘌呤在體內經代謝轉變，與PRPP生成別嘌呤核苷酸，不僅消耗了PRPP，使其含量下降，而且還能反饋抑制PRPP酰胺轉移酶，阻斷嘌呤核苷酸的從頭合成。

二、嘧啶核苷酸的分解代謝

嘧啶核苷酸的分解代謝途徑與嘌呤核苷酸相似。首先通過核苷酸酶及核苷磷酸化酶的作用，分別除去磷酸和核糖，產生的嘧啶堿再進一步分解。嘧啶的分解代謝主要在肝臟中進行。分解代謝過程中有脫氨基、氧化、還原及脫羧基等反應。胞嘧啶脫氨基轉變為尿嘧啶。尿嘧啶和胸腺嘧啶先在二氫嘧啶脫氫酶的催化下，由NADPH＋H＋供氫，分別還原為二氫尿嘧啶和二氫胸腺嘧啶。二氫嘧啶酶催化嘧啶環水解，分別生成β－丙氨酸(β－alanine)和β-氨基異丁酸(β－aminosiobutyrate)。β－丙氨酸和β氨基異丁酸可繼續分解代謝。β-氨基異丁酸亦可隨尿排出體外。食入含DNA豐富的食物、經放射線治療或化學治療的患者，以及白血病患者，尿中β-氨基異丁酸排出量增多。嘧啶核苷酸分解代謝見圖8-16。