生物化学 C 講義資料

第 12 章 核酸の代謝
12.1 はじめにアデニル酸（AMP）

グアニル酸（GMP）

シチジル酸（CMP）

ウリジル酸（UMP）

図 1 ヌクレオチドの構造12.2 核酸の異化代謝
12.2.1 核酸分解酵素…CH2

ヌクレアーゼ(nuclease)は DNA や RNA を切断・分解する酵素である。RNA を分解するものをリボO

Base

ヌクレアーゼ(RNase)，DNA を分解するものをデオキシリボヌクレアーゼ(DNase)という。
・5'または 3'末端から順にヌクレオチドをはずしていく酵素をエキソヌクレアーゼ(exonuclease)，ヌクレオチドP鎖の途中を切断する酵素をエンドヌクレアーゼ(endonuclease)という。ヌクレアーゼはホスホジエステル結合のどちら側を分解するかで，右に示す２つの型がある。

名称る酵素がある。

これらの酵素は，遺伝子工学の道具として広く用いられている。

ヌクレアーゼやホスホジエステラーゼ

ヌクレオチド

食品中の核酸は体内でヌク

ヌクレオチダーゼや非特異的ホスホリラーゼ

小腸レオチド→ヌクレオシド→遊ヌクレオシド離塩基へと分解される。

ヌクレオチダーゼやヌクレオシドホスホリラーゼ

小腸リボース
遊離塩基

12.2.2 核酸塩基の代謝●プリン塩基の分解

プリンヌクレオチドは，リン酸やリボースが切り離されてられる。霊長類ではこの

起源

特異性

被切断鎖切断様式

膵臓 RNase
ウシ
RNA
一本鎖エンド(b 型)
RNase T1
コウジカビ
RNA
一本鎖エンド(b 型)
S1 ヌクレアーゼ
A. oryzae
RNA,DNA 一本鎖エンド(a 型)
蛇毒ヌクレアーゼC. atrox
RNA,DNA 一本鎖エキソ(3'->5')
脾臓ホスホジエステラーゼ ウシ
DNA,RNA 一本鎖エキソ(5'->3')
スタフィロコッカスヌクレアーゼ S. aureus
RNA,DNA 一本鎖エンド(b 型)
マングマメヌクレアーゼ
マングマメ
DNA,RNA 一本鎖エンド(a 型)
アカパンカビヌクレアーゼ
アカパンカビ DNA,RNA 一本鎖エンド(a 型)
RNase H
各種細胞 RNA,DNA 二本鎖エンド(a 型)
RNase H
レトロウィルス RNA,DNA 二本鎖エキソ(3'->5')
膵臓 DNase IウシDNA
一本鎖,二本鎖 エンド(a 型)
Bal 31
A. espejiana DNA
一本鎖エンド(a 型)DNA
二本鎖エキソ(3'->5')
Exo I
大腸菌
DNA
一本鎖エキソ(3'->5')
Exo III
大腸菌
DNA
二本鎖エキソ(3'->5')
Exo VII
大腸菌
DNA
一本鎖エキソ(3'<->5')
エキソヌクレアーゼ
ファージ
DNA
二本鎖エキソ(5'->3')

核酸
十二指腸
小腸b型

表 1. 核酸分解酵素

・DNase の場合，一本鎖を切断する酵素と，二本鎖を切断すa型になる。キサンチンは更に尿酸(uric acid)に変えで代謝は終わる。他の生物では，尿酸のプリン骨格が壊され，アラントイン，更には，アラントイン酸，尿素，アンモニアにまで代謝が進む。

②①+H2O尿酸と痛風
尿酸は還元作用をもつ物質で，水に難溶である。これが関節に結晶として蓄積される病気を痛風という。

PiNH4アデノシン

Rib-1-P

イノシン

O2ヒポキサンチン

キサンチンオキシダーゼ（XO）⑤H2O2i③④XO⑥Pi

Rib-1-P

H2O

グアニン

グアノシン

NH4+

キサンチン

H2O
O2H2O2i

尿酸（霊長類，鳥類，爬虫類，昆虫類)+

4NH4 + 2CO2 （海生の無脊椎動物）

2H2O + O2i⑦⑩

H2O2i + CO22H2Oi

グリオキシル酸⑧⑨＋ 2尿素（軟骨魚類，両生類）

2H2Oi

H2Oi

アラントイン酸

アラントイン

（硬骨魚類）（他の哺乳類)

図 2 プリンヌクレオチドの代謝
21●ピリミジン塩基の分解

ピリミジンヌクレオチドは，プリンヌクレオチドと同様に，脱リン酸化，脱リボシル化，脱アミノ化を経て塩基に分解される。
ピリミジン塩基の分解は肝において生合成の逆反応に似た経路で分解され，脂肪酸の合成などに利用される。

①②+

H2ONH4Pi

シチジン③+

NADPH2Rib-1-PNADP

ジヒドロウラシル

ウラシル

ウリジン+

H2O

④TCA 回路や脂肪酸合成へ

アセチル-CoA+NADH2CO2⑤⑥⑦+

NH4CoA+NAD マロン酸セミ+

H2O

-アラニン

アルデヒド

NH4CO2H2O3-ウレイドプロピオン酸

図 3 ピリミジンヌクレオチドの代謝12.3 ヌクレオチドの生合成

RNA や DNA 合成の素材であるヌクレオチドは，アミノ酸や二酸化炭素などの低分子から合成される。これをヌクレオチドの合成とよぶ。また，食品の分解によって得られる遊離塩基をもとに，ヌクレオチドをつくることもできる。

合成によって経路から供給される D-リボース-5-リン酸から 5-ホスホリボシル-1-二リン酸（PRPP）がつくられ，これがヌクレオチド合成の中間体となる。

CO2Cプリンヌクレオチドは PRPP を土台に，プリN165ン骨格を次々と組み立てていってつくられる。
プリン骨格は，Gln，Gly, Asp, ギ酸（N -ホ43CN

ルミル-THF）および CO2 からつくられる。最(IMP)であC

N
78C210

終産物は

Gly

Asp

12.3.1 プリンヌクレオチドの合成

ギ酸

C9N

ギ酸

Gln

5-ホスホリボシル 1-二リン酸（PRPP）

図 4 プリン塩基の合成素材る。

②①ATPD-リボース-5-リン酸

③Gln

AMP

GlyGluPPi

H2O

5-ホスホリボシル 1二リン酸（PRPP）
ホスホグルコン酸経路

5-ホスホ--リボシルアミン

ADPPiATP

グリシンアミドリボチド④10-ホルミルTHF
THF⑥⑦

CO24-カルボキシ-5-アミノイミダゾールリボチド
Asp ATP
⑧5-アミノイミダゾール
リボチド

ADP + PiH2O⑤ATP

ホルミルグリシン
アミジンリボチド

GluATPPiGln
ホルミルグリシン
アミドリボチド（リボース-5-リン酸を略記)

ADP

ADP Pi⑨⑩フマル酸
5-アミノイミダゾール-4-(N-スクシノカルボキサミド)リボチド

10-ホルミル-THF

5-アミノイミダゾール4-カルボキサミドリボチド

⑪

THF

H2O

5-ホルムアミノイミダ
ゾール-4-カルボキサミド
リボチド

図 5 プリンヌクレオチドの合成
22

イノシン酸（IMP）

12.3.2 IMP からの AMP, GMP の合成
AMP や GMP は IMP からつくられる。

N10-ホルミルテトラヒドロ葉酸 （N10-formyl THF）

Aspイノシン酸（IMP）

GDPPi

GTP

テトラヒドロ葉酸は、ホルミル基 (−CHO)、ホルムイ
ムノ基 (−CHNH)、メチレン基 (>CH2)、メチル基(−CH3) など 1 つの炭素原子を含む断片をドナー分子から受け取り、それをアミノ酸や核酸合成の中間体へ渡す役割を担うなど、核酸およびアミノ酸の代謝に用いられている。

フマル酸
アデニロコハク酸

AMP

Gln

イノシン酸（IMP）
NAD+H2O

NADH2+

Gln
ATP
H2O

キサントシン一リン酸

4N3Glu
AMP
PPi

GMP

5C2

図 6 AMP, GMP の合成

AspC

CO261CCN

図 7 ピリミジン塩基の合成素材

12.3.3 ピリミジンヌクレオチドの合成
ピリミジンヌクレオチドの de novo 合成は先にピリミジン環を完成させた後，PRPP を結合させてリボース 5-リン酸部分をつくる方法をとる。ピリミジン骨格は，Gln ，Asp および CO2 からつくられる。
この経路の最終産物は(UMP)であるが，UMP はさらに UDP，UTP へと変化する。CTP は UTPからつくられる。一方，DNA の合成に必要な dTTP は UTP を素材としてつくられる。
①Gln + H2O + HCO3–
2 ATP②2 ADPPi GluAsp③H2OPi

カルバモイルリン酸

カルバモイルアスパラギン酸

ジヒドロオロト酸
キノン (NAD+)④キノール (NADH2+)

⑥⑤

PPi

CO2

PRPP

オロト酸

オロチジン一リン酸

ウリジン一リン酸(UMP)

図 8 ピリミジンヌクレオチドの合成

12.3.4 ヌクレオチドのサルベージ合成
異化代謝において，核酸は最終的にリボースと遊離塩基へと分解される。遊離塩基の大半は排泄されるが，一部は再利用され，核酸のサルベージ(salvage)合成経路でヌクレオチドへと変換される。
アデニンホスホリボシルトランスフェラーゼ

アデニン

AMP

PRPP

PPi

グアニン
ヒポキサンチン

HGPRT

PRPP

GMPIMPPPi

チミジンチミジンキナーゼ

ATP

HGPRT : ヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ

図 9 ヌクレオチドのサルベージ合成

23TTP
UTP
ADP CTPLesch-Nyan 症候群
伴性遺伝（Ｘ染色体にリンク）により男子のみに表れる病気で，けい性麻痺，知能の遅れ，破壊的自傷行為などを起こす。HRPRT の欠損により尿酸が多量に蓄積するのが原因。

動物における主要な代謝経路の全体像
様々な異化および同化代謝経路の相関関係をよく理解しよう。（空欄に適当な語句を入れ，完成させよう）

タンパク質糖 質

脂 質

グリコーゲン合成

アミノ基転移ホスホグルコン酸経路

Glu

NADPH

α-ケト酸やアミノ酸骨格

糖新生
解 糖

ADP
ATP

酸化的脱アミノCoA

CO2

CO2

ヌクレオチド

核酸

脂肪酸合成
酸化

尿素

オキサロ
酢酸

尿素回路

コレステロール

クエン酸

ホルモン他

フマル酸 TCA(クエン酸)回路
CO2GTP

CO2FADH２NADH異化O２

呼 吸 鎖H２O
ADP

ATP24

同化