Нуклеиновые кислоты в организме постоянно обновляются. В норме синтез и распад находятся в состоянии динамического равновесия.
Катаболизм нуклеиновых кислот начинается с гидролиза 3′, 5′-фосфодиэфирной связи под действием ферментов нуклеаз:
- ДНКазы — расщепляют ДНК;
- РНКазы — расщепляют РНК.
Среди ДНК аз и РНК аз различают:
1) экзонуклеазы (5′ и 3′) отщепляют концевые мононуклеотиды:
- 3′-экзонуклеазы — отщепляют мононуклеотид с 3′-конца молекулы;
- 5′-экзонуклеазы — отщепляют 5′-концевой мононуклеотид;
2) эндонуклеазы — расщепляют внутренние 3, 5-фосфодиэфирные связи, специфичны к мононуклеотидной последовательности, есть высокоспецифичные: рестриктазы — используются в генной инженерии.
Далее происходит отщепление фосфата от мононуклеотида с участием нуклеотидаз и образованием нуклеозидов.
Нуклеозид может расщепляться путем гидролиза под действием нуклеозидазы на азотистое основание и пентозу, но чаще происходит фосфоролиз — нуклеозид расщепляется на азотистое основание и фосфорибозу.
Пищеварительные и лизосомальные нуклеазы низкоспецифичны, имеют упрощенное строение активного центра. У высокоспецифичных нуклеаз (рестриктазы) сложное строение активного центра. Они способны «узнавать» целую последовательность нуклеотидов из 4–10 пар и расщеплять одну-единственную связь в строго определенном месте.
Пентозы, образующиеся в ходе катаболизма нуклеиновых кислот, утилизуются во 2-м этапе ГМФ-пути. Азотистые основания в зависимости от их типа подвергаются катаболизму по-разному. Синтез мононуклеотидов de novo происходит с затратой АТФ из CO2, рибозо-5-фосфата и заменимых аминокислот.
Роль аминокислот в синтезе мононуклеотидов: аспарагин — донор амидной группы; аспарагиновая кислота:
1) донор аминогруппы;
2) участвует в синтезе всей молекулой; глицин:
- донор активного С1;
- участвует в синтезе всей молекулой;
- может видоизменяться в серин — донор активного С1.