核酸的酶促降解和核苷酸代谢.ppt

11 核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸的酶促降解和核苷酸代谢11.1 核酸的酶促降解核酸的酶促降解11.2 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢11.3 核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成核苷核苷核酸酶核苷酸酶核苷酶嘌嘌呤呤分分解解嘧嘧啶啶分分解解核酸核酸核苷酸核苷酸戊糖戊糖碱基碱基磷酸磷酸11.1 核酸的酶促降解核酸的酶促降解生物体内存在着多种降解核酸的酶类，称为核酸生物体内存在着多种降解核酸的酶类，称为核酸酶酶(nuclease)，它在核酸降解和周转中起着重，它在核酸降解和周转中起着重要作用。要作用。核酸酶分类核酸酶分类底物：脱氧核糖核酸酶底物：脱氧核糖核酸酶(dexyribonuclease,DNase)，核糖核酸酶核糖核酸酶(ribonuclease,RNase)RNase作用方式：核酸外切酶（作用方式：核酸外切酶（exonuclease）核酸内切酶（核酸内切酶（endonuclease）11.1.1 核酸酶核酸酶11.1.1.1 外切核酸酶外切核酸酶外外切切酶酶作作用用于于核核酸酸链链的的一一端端，逐逐个个水水解解下下核核苷苷酸酸，是是非非特特异异性性的的磷磷酸酸二二酯酯酶酶。为为非非特特异异性磷酸二酯酶。性磷酸二酯酶。如如蛇蛇毒毒磷磷酸酸二二酯酯酶酶是是从从DNA或或RNA的的游游离离3-羟羟基基端端开开始始，逐逐个个水水解解下下5-核核苷苷酸酸；牛牛脾脾磷磷酸酸二二酯酯酶酶则则从从游游离离5-羟羟基基端端开开始始，逐逐个个水解下水解下3-核苷酸。核苷酸。11.1.1.2 内切核酸酶内切核酸酶内内切切酶酶特特异异地地水水解解多多核核苷苷酸酸内内部部各各键键，是是特特异异性强的磷酸二酯酶。性强的磷酸二酯酶。如如牛牛胰胰核核酸酸酶酶作作用用于于嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸的的磷磷酸酸二二酯酯键键，生生成成嘧嘧啶啶核核苷苷-3-磷磷酸酸或或末末端端为为嘧嘧啶啶核核苷苷-3-磷酸的寡核苷酸。磷酸的寡核苷酸。牛牛胰胰核核酸酸酶酶专专一一作作用用于于RNA，对对DNA及及其其它它磷磷酸二酯化合物不作用或作用活性很低。酸二酯化合物不作用或作用活性很低。牛牛胰胰RNase具具有有高高度度热热稳稳定定性性。许许多多RNAase也也都都是是如如此此。牛牛胰胰RNase(RNase)是是最最早早分分离离纯纯化化并并结结晶晶的的第第一一个个RNase，由由124个个氨基酸组成。氨基酸组成。1957年在曲霉年在曲霉(Aspergillus)中分离提纯出中分离提纯出RNaseTl，由，由105个氨基酸组成。专一水解鸟个氨基酸组成。专一水解鸟苷酸二酯键，产生苷酸二酯键，产生3-GMP或以或以3-GMP为为末端的寡核苷酸。类似的末端的寡核苷酸。类似的RNase从多种真菌从多种真菌中分离得到。中分离得到。11.1.2 脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶专一水解脱氧核糖核酸酶专一水解DNA作用方式作为，作用方式作为内切酶，切断双链或单链，作为外切酶有内切酶，切断双链或单链，作为外切酶有5 3 切割或切割或3 5 切割。切割。例如牛胰脱氧核糖核酸酶例如牛胰脱氧核糖核酸酶(DNase)，可切割，可切割双链和单链双链和单链DNA，产物为，产物为5-磷酸为末端的磷酸为末端的寡核苷酸；牛脾脱氧核糖核酶寡核苷酸；牛脾脱氧核糖核酶(DNase)降降解解DNA产生产生3-磷酸为末端的寡核苷酸。磷酸为末端的寡核苷酸。未发现有碱基专一性未发现有碱基专一性DNase，但有序列专一性，但有序列专一性，即限制性内切酶即限制性内切酶(restriction endonuclease)。11.1.3 限制性内切酶限制性内切酶1979年年，W.Arber,H.Smith和和D.Nathans等等发发现现某某些些细细菌菌细细胞胞内内存存在在一一类类能能识识别别一一定定序序列并水解外源双链列并水解外源双链DNA的内切核酸酶。的内切核酸酶。限限制制性性内内切切酶酶是是细细菌菌中中产产生生的的具具有有高高度度专专一一性性的的DNA内内切切酶酶，能能识识别别双双链链DNA分分子子上上特特定定的的位位点点，将将两两条条链链切切断断，形形成成粘粘性性末末端端或或平平末末端端，又又称称为为限限制制性性内内切切酶酶(restriction endonuclease)或或 限限 制制 酶酶(restriction enzyme)，是是DNA分分子子操操作作中中必必不不可可少少的的工工具酶。具酶。细细菌菌除除具具有有限限制制酶酶外外，还还具具有有一一种种对对自自身身DNA起起修修饰饰作作用用的的甲甲基基化化酶酶。一一种种限限制制酶酶和和其其相相应应的的修修饰饰酶酶对对底底物物DNA的的识识别别和和作作用用的的部部位位是是相相同同的的。修修饰饰酶酶使使该该部部位位上上的的碱碱基基甲甲基基化化，从从而而使使限限制制酶酶对对这这种种修修饰饰过过的的DNA不不再再起起作作用。用。在在细细胞胞中中，限限制制酶酶可可降降解解外外源源侵侵入入的的DNA，但但不降解经修饰酶甲基化保护的自身不降解经修饰酶甲基化保护的自身DNA。限限制制酶酶具具有有很很强强的的专专一一性性。它它们们对对底底物物DNA有有特特异异的的识识别别位位点点(或或称称识识别别序序列列)。这这些些位位点点的的长长度度一一般般在在48bp范范围围内内。通通常常具具有有回回文文结结构构(palindromic structure)。切切割割后后形形成成粘粘性性末末端端(cohesive end)或或平平齐齐末末端端(blunt end)。环环状状或或线线状状的的双双链链DNA分分子子经经限限制制酶酶作作用用后后都都形形成成线线状状双双链链DNA，每每条条单单链链的的一一端端带带有有识识别别顺顺序序中中的的几几个个互互补补碱碱基基，这这样样的的末末端端称称为为粘性末端。粘性末端。大大肠肠杆杆菌菌的的EcoR I对对DNA的的识识别别顺顺序序和和酶酶作作用用产物的粘性末端。产物的粘性末端。限限制制酶酶的的命命名名较较为为特特殊殊。以以EcoRI为为例例，第第1个个大大写写字字母母E为为大大肠肠杆杆菌菌的的属属名名(Escherichia)的的第第1个个字字母母，第第2、3两两个个小小写写字字母母c。为为它它的的种种名名(coli)的的头头两两个个字字母母。第第4个个字字母母用用大大写写R，表表示示所所用用大大肠肠杆杆菌菌的的菌菌株株。最最后后一一个个罗罗马马字字表表示示从从该该细细菌菌中中分分离离出出来来的的这这一一类类酶酶的编号。的编号。限限制制酶酶是是DNA的的分分子子剪剪刀刀，是是DNA体体外外重重组组技技术术和和进进行行大大分分子子DNA分分析析的的重重要要工工具具。如如EcoRI、EcoR、Hind、PstI等。等。限限制制酶酶的的发发现现对对基基因因工工程程研研究究有有极极大大的的促促进进作作用用。目目前前已已发发现现数数百百种种可可用用于于DNA研研究究的的限限制制酶酶、连连接接酶酶和和修修饰饰酶酶等等多多种种酶酶，总总称称为为分分子生物学技术的子生物学技术的“工具酶工具酶”。DNA重组示意图重组示意图EcoRI与与DNA的复合体的复合体11.2 核苷酸分解代谢核苷酸分解代谢11.2.1 核苷酸的降解核苷酸的降解核核苷苷酸酸经经核核苷苷酸酸酶酶(nucleotidase)催催化化，水水解解为核苷及无机磷酸。为核苷及无机磷酸。非非特特异异性性的的核核苷苷酸酸酶酶，能能作作用用于于一一切切核核苷苷酸酸。某某些些特特异异性性强强的的核核苷苷酸酸酶酶只只能能水水解解3-核核苷苷酸酸或或5-核核苷苷酸酸，分分别别称称为为3-核核苷苷酸酸酶酶或或5-核苷酸酶。核苷酸酶。核核苷苷经经核核苷苷酶酶(nudeosidase)作作用用分分解解为为嘌嘌呤呤碱或嘧啶碱和戊糖。碱或嘧啶碱和戊糖。分解核苷的酶有两类分解核苷的酶有两类核核苷苷磷磷酸酸化化酶酶(nucleoside phosphorylase)广泛存在于生命机体中催化反应可逆；广泛存在于生命机体中，催化反应可逆；核核苷苷水水解解酶酶(nucleoside hydrolase)主主要要存存在在于于植植物物、微微生生物物体体内内，只只作作用用于于核核糖糖核核苷苷，催化反应不可逆。催化反应不可逆。戊糖和戊糖戊糖和戊糖-1-磷酸可进入糖代谢分解或重新利磷酸可进入糖代谢分解或重新利用，嘌呤和嘧啶也可以继续分解。用，嘌呤和嘧啶也可以继续分解。11.2.2 嘌呤的降解嘌呤的降解腺腺嘌嘌呤呤和和鸟鸟嘌嘌呤呤经经脱脱氨氨氧氧化化转转变变为为黄黄嘌嘌呤呤再再进进行行降降解解，不不同同种种类类的的生生物物分分解解嘌嘌呤呤碱碱的的酶酶系系不同。不同。灵灵长长类类、鸟鸟类类、爬爬虫虫类类以以及及大大多多数数昆昆虫虫中中嘌嘌呤呤的的最最终终产产物物为为尿尿酸酸；除除灵灵长长类类以以外外的的哺哺乳乳动动物物、腹腹足足类类则则为为尿尿囊囊素素；某某些些硬硬骨骨鱼鱼中中则则尿尿囊囊素素再再继继续续分分解解为为尿尿囊囊酸酸；大大多多数数鱼鱼类类、两两栖栖类类中中尿尿囊囊酸酸再再分分解解为为尿尿素素和和乙乙醛醛酸酸；海海洋洋无无脊脊椎椎动动物物星星虫虫类类、甲甲壳壳类类则则将将尿尿素素分分解解为为氨和氨和CO2。生生物物进进化化程程度度愈愈高高，分分解解嘌嘌吟吟的的能能力力愈愈差差。高高等等生生物物具具有有完完善善的的排排泄泄系系统统，可可以以直直接接将将代代谢谢废废物排出体外。物排出体外。嘌呤的分解还可在核苷或核苷酸水平上进行嘌呤的分解还可在核苷或核苷酸水平上进行在植物体中也有与嘌呤降解有关的酶。如黄嘌在植物体中也有与嘌呤降解有关的酶。如黄嘌呤氧化酶、尿酸酶、尿囊素酶、尿囊酸酶，呤氧化酶、尿酸酶、尿囊素酶、尿囊酸酶，还发现了嘌呤的中间产物如尿囊酸等。而且还发现了嘌呤的中间产物如尿囊酸等。而且降解主要在储藏或衰老组织中进行。降解物降解主要在储藏或衰老组织中进行。降解物主要以尿囊酸的形式运输到幼嫩组织或根部主要以尿囊酸的形式运输到幼嫩组织或根部贮存起来。贮存起来。痛风痛风(GOUT)嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由于其嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于关节溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于关节部位引起疼痛或灼痛部位引起疼痛或灼痛痛风。大量尿酸积累，痛风。大量尿酸积累，引起肾结石和痛风。引起肾结石和痛风。痛痛风风的的尿尿酸酸钠钠晶晶体体11.2.3 嘧啶的降解嘧啶的降解嘧啶分解时有氨基的首先水解脱氨基。胞嘧啶嘧啶分解时有氨基的首先水解脱氨基。胞嘧啶首先水解脱氨基，转化为尿嘧啶，尿嘧啶和首先水解脱氨基，转化为尿嘧啶，尿嘧啶和胸腺嘧啶经还原打破环内双键后，水解开环胸腺嘧啶经还原打破环内双键后，水解开环成链状化合物，再水解成成链状化合物，再水解成CO2、NH3、-丙丙氨酸、氨酸、-氨基异丁酸，后者脱氨基后进入有氨基异丁酸，后者脱氨基后进入有机酸代谢或直接排出体外。机酸代谢或直接排出体外。11.3 核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成11.3.1 核糖核苷酸的合成核糖核苷酸的合成核苷酸是核酸合成的原料，所有的生物通常都核苷酸是核酸合成的原料，所有的生物通常都能合成各种核苷酸。合成途径有能合成各种核苷酸。合成途径有从头合成从头合成和和补救途径补救途径。从头合成从头合成(de nove synthesis)：利用氨基酸、：利用氨基酸、磷酸戊糖等简单的化合物合成核苷酸。磷酸戊糖等简单的化合物合成核苷酸。补救途径补救途径(salvage pathway)：利用核酸降解：利用核酸降解或进食等从外界补充的含氮碱基或核苷合成或进食等从外界补充的含氮碱基或核苷合成新的核苷酸。新的核苷酸。11.3.1.1 嘌呤核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的生物合成20世世纪纪50年年代代，利利用用同同位位素素标标记记，以以鸽鸽肝肝为为材材料阐明嘌呤核苷酸的生物合成途径。料阐明嘌呤核苷酸的生物合成途径。生生物物中中合合成成嘌嘌呤呤的的过过程程：先先合合成成次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸(IMP)，再由，再由IMP生成生成AMP和和GMP。嘌呤环上第一位的嘌呤环上第一位的N来自来自Asp的氨基氮，第的氨基氮，第3位位和第和第9位的位的N来自来自Gln的酰胺氮，第的酰胺氮，第2位和第位和第8位的位的C来自甲酸盐，第来自甲酸盐，第6位的位的C来自来自CO2，第，第4位、第位、第5位的碳和第位的碳和第7位的氮来自位的氮来自Gly。IMP的生物合成的生物合成次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸合合成成过过程程从从5-磷磷酸酸核核糖糖开开始始到到IMP生成为止，共生成为止，共11个反应步骤：个反应步骤：嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的合合成成是是直直接接形形成成次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸，而而不不是是先先形形成成游游离离的的嘌嘌呤呤，然然后后生生成成核核苷酸。苷酸。5-磷磷酸酸核核糖糖-1-焦焦磷磷酸酸(5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate，PRPP)是是核核苷苷酸酸中中核核糖糖磷磷酸部分的供体。酸部分的供体。嘌嘌呤呤的的各各个个原原子子是是 在在 PRPP的的 C-1上逐渐加上去的。上逐渐加上去的。在在磷磷酸酸核核糖糖焦焦磷磷酸酸转转酰酰胺胺酶酶的的作作用用下下，PRPP和和谷谷氨氨酰酰胺胺形形成成5-磷磷酸酸核核糖胺。糖胺。C-1从从-构构型型转转变变为为-构构型型而而形形成成的的C N糖糖苷苷键键具具天天然然核核苷苷酸酸所所特特有有的的-构型。构型。在在5-磷磷酸酸核核糖糖胺胺的的氨氨基基位位置置，由由甘甘氨氨酸酸和和甲甲川川四四氢氢叶叶酸酸先先后后提提供供C和和N原原子子形形成成甲甲酰酰甘甘氨氨酰酰胺胺，至至此此嘌嘌呤呤环环骨骨架架的的4、5、7、8、9位顺序已形成。位顺序已形成。由由谷谷酰酰胺胺的的酰酰胺胺基基提提供供第第3位位N原原子子，形形成成甲甲酰酰甘甘氨氨脒脒核核苷苷酸酸，接接着着脱脱水水闭闭环环成成5-氨氨基基咪咪唑唑核核苷苷酸酸，反反应应所所需需能能量量来来自自ATP。由由CO2、天冬氨、天冬氨酸、甲酰四氢叶酸、甲酰四氢叶酸先后提供六元酸先后提供六元环上的其他原子，环上的其他原子，最后形成次黄嘌最后形成次黄嘌呤核苷酸。呤核苷酸。GMP和和AMP的合成的合成IMP由由天天冬冬氨氨酸酸提提供供氨氨基基转转移移到到C 6位位上上生生成成AMP。IMP经经过过脱脱氢氢酶酶催催化化的的脱脱氢氢反反应应，由由NAD+接接受受脱脱下下的的氢氢，IMP生生成成黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸(XMP)，再再由由谷谷氨氨酰酰胺胺提提供供酰酰胺胺上上的的氨氨，ATP供供能能，XMP转变成转变成GMP。嘌呤核苷酸生物合成过程的阐明对于临床医学嘌呤核苷酸生物合成过程的阐明对于临床医学及生产实践有重要意义。在了解核苷酸合成及生产实践有重要意义。在了解核苷酸合成途径的基础上，可设计有效的核苷衍生物作途径的基础上，可设计有效的核苷衍生物作为治癌药物，可以指导有关核苷酸生产的菌为治癌药物，可以指导有关核苷酸生产的菌种选育等。种选育等。癌细胞内核酸的合成作用要比正常细胞旺盛得癌细胞内核酸的合成作用要比正常细胞旺盛得多，如果适当地抑制核苷酸的合成，就有可多，如果适当地抑制核苷酸的合成，就有可能抑制癌细胞的增生。如甲基氨基蝶呤和四能抑制癌细胞的增生。如甲基氨基蝶呤和四氢叶酸的结构很相像，对嘌呤核苷酸合成过氢叶酸的结构很相像，对嘌呤核苷酸合成过程中第程中第(4)、(10)两反应中的酶起竞争性抑制两反应中的酶起竞争性抑制作用，使反应速度减慢或停止。作用，使反应速度减慢或停止。目前在临床上已用来治疗各种急性白血病、绒目前在临床上已用来治疗各种急性白血病、绒毛膜上皮细胞癌、恶性葡萄胎等。肌苷酸毛膜上皮细胞癌、恶性葡萄胎等。肌苷酸(即即次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸)是一种高效的助鲜剂。是一种高效的助鲜剂。11.3.1.2 嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸的生物合成尿嘧啶核苷酸的生物合成尿嘧啶核苷酸的生物合成20世纪世纪40年代已阐明嘧啶环合成途径。年代已阐明嘧啶环合成途径。嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸是是由由天天门门冬冬酰酰胺胺、PRPP和和氨氨基基甲甲酰磷酸等形成的。酰磷酸等形成的。嘧啶从头合成途径不同于嘌呤的合成，首先合嘧啶从头合成途径不同于嘌呤的合成，首先合成嘧啶环，再与核糖成嘧啶环，再与核糖-5-磷酸结合为乳清酸，磷酸结合为乳清酸，然后生成尿嘧啶核苷酸。然后生成尿嘧啶核苷酸。用用同同位位素素标标记记实实验验证证明明：嘧嘧啶啶环环上上的的N 3来来自自NH3，C 2来来源源于于CO2，其其余余4个个原原子子来来源于天冬氨酸。源于天冬氨酸。动动物物中中，合合成成场场所所是是肝肝脏脏。从从氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸合合成成开开始始，到到尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸生生成成为为止止共共需需6个步骤。个步骤。儿儿童童有有一一种种生生长长异异常常的的遗遗传传性性疾疾病病巨巨红红细细胞胞贫贫血血症症，患患者者排排泄泄大大量量的的乳乳清清酸酸，这这是是由由于于患患者者体体内内乳乳清清酸酸核核苷苷5-磷磷酸酸脱脱羧羧酶酶和和乳乳清清酸酸磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶的的活活力力较较低低。当当用用尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷等等嘧嘧啶啶核核苷苷来来供供给给这这些些儿儿童童食食用用时时，贫贫血血症症可可得得到到改改善善，并并且且乳乳清清酸酸的的排排出出减减少少。可可能能是是尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷经经磷磷酸酸化化变变成成UMP，然然后后UMP可可能能变变为为其其他他嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸使使核核酸酸和和蛋蛋白白质的合成重新恢复正常。质的合成重新恢复正常。此此外外增增加加细细胞胞内内嘧嘧啶啶核核苷苷的的浓浓度度可可抑抑制制氨氨甲甲酰酰磷酸合成酶使乳清、酸生成减少。磷酸合成酶使乳清、酸生成减少。胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸转变为胞嘧啶核苷酸是在核苷三尿嘧啶核苷酸转变为胞嘧啶核苷酸是在核苷三磷酸的水平上进行的。磷酸的水平上进行的。在细菌中在细菌中UTP直接与直接与NH3作用产生作用产生CTP。动物。动物组织中由组织中由Gln提供提供NH3，反应要有，反应要有ATP供能，供能，由由CTP合成酶催化反应。合成酶催化反应。胸腺嘧啶核苷酸的合成胸腺嘧啶核苷酸的合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTMP)，它由，它由dUMP在在dTMP合成酶的催化下甲基化生成。由叶酸合成酶的催化下甲基化生成。由叶酸衍生物作为一碳单位的供体和还原剂。衍生物作为一碳单位的供体和还原剂。11.3.1.3 核苷酸合成的补救途径核苷酸合成的补救途径哺哺乳乳动动物物和和微微生生物物中中存存在在许许多多催催化化嘌嘌呤呤碱碱基基和和嘧嘧啶啶碱碱基基合合成成单单核核苷苷酸酸的的酶酶，这这样样可可以以使使核核酸降解产物或外源补充的碱基得到直接利用。酸降解产物或外源补充的碱基得到直接利用。嘌呤碱的直接利用嘌呤碱的直接利用嘌呤直接转化成核苷酸主要有两种反应：嘌呤直接转化成核苷酸主要有两种反应：嘌呤磷酸核糖转移酶在人类嘌呤核苷酸代谢中嘌呤磷酸核糖转移酶在人类嘌呤核苷酸代谢中非常重要。在人类中的非常重要。在人类中的Lesch Nyhan综合征，综合征，这是一种与这是一种与X染色体连锁的隐性伴性遗传代染色体连锁的隐性伴性遗传代谢病，主要见之于男性，患者行为反常、智谢病，主要见之于男性，患者行为反常、智力迟钝、痉挛性大脑麻痹且自我毁伤。患者力迟钝、痉挛性大脑麻痹且自我毁伤。患者先天性缺乏次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移先天性缺乏次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移酶酶(HGPRT)。LESCH-NYHAN SYNDROMEHGPRT缺陷的男性儿童表现为一种自毁缺陷的男性儿童表现为一种自毁容貌综合症，为先天性遗传疾病（缺乏容貌综合症，为先天性遗传疾病（缺乏HGPRT)，行为对立，侵略性强，自咬手指、，行为对立，侵略性强，自咬手指、脚趾、嘴唇等，智力低下。脚趾、嘴唇等，智力低下。自毁容貌综合症机理自毁容貌综合症机理在正常的情况下嘌呤核苷酸的从头合成和补救在正常的情况下嘌呤核苷酸的从头合成和补救途径之间存在平衡，缺少补救途径会引起嘌途径之间存在平衡，缺少补救途径会引起嘌呤核苷酸合成的增加，患者嘌呤核苷酸合成呤核苷酸合成的增加，患者嘌呤核苷酸合成通常为正常值的通常为正常值的200倍。嘌呤代谢严重紊乱，倍。嘌呤代谢严重紊乱，尿酸为正常值的尿酸为正常值的6倍，血中尿酸水平升高。过倍，血中尿酸水平升高。过多的尿酸导致肾结石和痛风。这些症状可通多的尿酸导致肾结石和痛风。这些症状可通过别嘌呤醇对嘌呤氧化酶的抑制而得到缓解，过别嘌呤醇对嘌呤氧化酶的抑制而得到缓解，但对自残症状无效。但对自残症状无效。现在还不知道缺少补救途径为什么会造成如此现在还不知道缺少补救途径为什么会造成如此严重的神经病症状。严重的神经病症状。嘧啶碱的直接利用嘧啶碱的直接利用在在尿尿嘧嘧啶啶磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶的的催催化化下下，可可将将尿尿嘧嘧啶转变成尿苷酸。啶转变成尿苷酸。未未发发现现有有胞胞嘧嘧啶啶磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶，可可能能不不能能通通过此途径合成胞苷酸。过此途径合成胞苷酸。在在UMP的的生生物物合合成成途途径径中中，有有乳乳清清酸酸磷磷酸酸核核糖糖转移酶催化乳清酸生成乳苷酸的反应。转移酶催化乳清酸生成乳苷酸的反应。乳乳清清酸酸磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶的的底底物物除除乳乳清清酸酸外外，许许多多2,4-二二酮酮基基嘧嘧啶啶化化合合物物或或5-或或6-取取代代的的衍衍生生物如胸腺嘧啶、尿嘧啶都是该酶的底物。物如胸腺嘧啶、尿嘧啶都是该酶的底物。核苷的直接利用核苷的直接利用生物体内的核苷可直接转变成核苷酸加以利用。生物体内的核苷可直接转变成核苷酸加以利用。碱碱基基也也可可以以通通过过核核苷苷磷磷酸酸化化酶酶生生成成核核苷苷，再再转转变成核苷酸。变成核苷酸。生生物物体体内内存存在在各各种种核核苷苷激激酶酶、如如腺腺苷苷激激酶酶、肌肌苷苷激激酶酶、假假尿尿苷苷激激酶酶、尿尿苷苷-胞胞苷苷激激酶酶，催催化化各种核苷生成核苷酸。各种核苷生成核苷酸。用用放放射射性性同同位位素素标标记记的的碱碱基基和和核核苷苷常常常常用用于于研研究究核核酸酸合合成成，其其原原理理就就是是依依据据“补补救救途途径径”。11.3.1.4 核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成在在生生物物体体内内，核核苷苷酸酸常常以以核核苷苷二二磷磷酸酸(d)NDP、核核苷苷三三磷磷酸酸(d)NTP的的形形式式参参与与合合成成反反应应。它它们们是是在在(d)NMP水水平平上上，ATP提提供供Pi，由由相相应专一的激酶催化合成的。应专一的激酶催化合成的。核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶(nucleoside diphosphoate kinase)使核苷二磷酸和核苷三磷酸相互转变，使核苷二磷酸和核苷三磷酸相互转变，该酶的特异性很低，所有核苷二磷酸和核苷该酶的特异性很低，所有核苷二磷酸和核苷三磷酸都可以作为磷酸根的受体和供体。三磷酸都可以作为磷酸根的受体和供体。11.3.2 脱氧核苷酸合成脱氧核苷酸合成2-脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸是是 DNA合合成成的的前前体体。它它们们都都是是由由相相应应的的核核苷苷酸酸通通过过以以氢氢代代替替2-OH基基团还原得来。团还原得来。在在某某些些微微生生物物、动动植植物物中中通通常常是是在在核核苷苷二二磷磷酸酸水水平平上上发发生生还还原原反反应应，而而在在另另一一些些微微生生物物如如乳乳酸酸杆杆菌菌、枯枯草草杆杆菌菌等等以以核核苷苷三三磷磷酸酸为为还还原原底物。底物。催化核糖环的还原作用的有两种类型核糖核苷催化核糖环的还原作用的有两种类型核糖核苷还原酶。还原酶。在自然界广泛分布并存在于哺乳动物细胞中的在自然界广泛分布并存在于哺乳动物细胞中的一类酶含有非正铁血红素，它由一种以上的一类酶含有非正铁血红素，它由一种以上的多肽链组成，对核苷二磷酸的还原作用有专多肽链组成，对核苷二磷酸的还原作用有专一性。一性。第二类酶在某些微生物中，只含有一种多肽链，第二类酶在某些微生物中，只含有一种多肽链，需要钴胺素需要钴胺素(维生素维生素B12)作为辅酶，不含非正作为辅酶，不含非正铁血红素。是在核苷二磷酸还是三磷酸水平铁血红素。是在核苷二磷酸还是三磷酸水平上的还原则取决于酶的来源。上的还原则取决于酶的来源。来来自自大大肠肠杆杆菌菌的的第第一一种种类类型型的的酶酶系系包包括括四四种种蛋蛋白白质质：硫硫氧氧还还蛋蛋白白(thioredoxin)、硫硫氧氧还还蛋蛋白白还还原原酶酶(thforedoxin reductase)以以及及蛋蛋白白质质B1和和B2。硫硫氧氧还还蛋蛋白白是是小小分分子子电电子子传传递递蛋蛋白白，分分子子中中有有两个半胱氨酸残基。两个半胱氨酸残基。在在硫硫氧氧还还蛋蛋白白还还原原酶酶的的催催化化下下，硫硫氧氧还还蛋蛋白白分分子子中中的的两两个个半半胱胱氨氨酸酸残残基基，在在氧氧化化型型硫硫氧氧还还蛋蛋白白中中半半胱胱氨氨酸酸之之间间形形成成二二硫硫键键，由由NADPH供供给给氢氢而而被被还还原原为为两两个个-SH，作作为为核核糖糖核核苷苷酸还原反应中还原性底物。酸还原反应中还原性底物。蛋蛋白白质质B1和和B2是是核核糖糖核核酸酸还还原原酶酶的的不不同同亚亚基基，B1上上有有底底物物结结合合部部位位和和变变构构部部位位，B2上上有有催催化化部部位位。B1和和B2只只有有合合在在一一起起并并且且有有镁镁离离子子存在时才形成有催化活性的复合物。存在时才形成有催化活性的复合物。在大肠杆菌中，发现催化核糖核苷酸还原反应在大肠杆菌中，发现催化核糖核苷酸还原反应的另一套电子传递系统。电子的主要来源还的另一套电子传递系统。电子的主要来源还是是NADPH，但由谷胱苷肽还原酶催化将电，但由谷胱苷肽还原酶催化将电子传递给谷胱苷肽，还原型的谷胱苷肽依次子传递给谷胱苷肽，还原型的谷胱苷肽依次再去还原谷氧还蛋白，还原型的谷氧还蛋白再去还原谷氧还蛋白，还原型的谷氧还蛋白在核糖核苷酸还原反应中起还原性底物作用。在核糖核苷酸还原反应中起还原性底物作用。