核苷酸

核苷酸
一、核苷酸的组成成分
核苷酸由嘌呤碱或嘧啶碱、核糖或脱氧核糖以及磷酸三种物质组成的化合物。

（1）磷酸和磷酸基团
（2）戊糖（五碳糖）
[注]：①戊糖中五个碳原子的位置
②脱氧核糖相比于核糖，在C2上羟基（-OH）脱去氧原子
③核糖→核糖核苷酸→核糖核酸（RNA）
脱氧核糖→脱氧核糖核苷酸→脱氧核糖核酸（DNA）
④脱氧核糖核苷酸中的戊糖是β-D-2脱氧核糖，核糖核苷酸中的戊糖是β-D-核糖，这一结构上的差异使得DNA分子在化学上更为稳定，从而被自然选择作为生物遗传信息的储存载体。

（摘自《生物化学》第6版，主编：周爱儒，P35）
（3）碱基：
[主要碱基]：构成核酸（DNA和RNA）的主要碱基
[注]：①DNA和RNA在碱基组成上的的差异
构成RNA的核糖核苷酸中含有A、G、C、U四种碱基
构成DNA的脱氧核糖核苷酸中含有A、G、C、T四种碱基
②相比于RNA，为什么DNA用T替代了U？
U和T在结构上很相似，T不过比U多了一个甲基，T其实可以看成U的甲基化修饰，联想到现在已知的甲基化修饰所起的保护作用，可能当初DNA就是因为U被甲基化修饰成了T而不易被某些酶降解因此更稳定。

RNA在进化上很可能是先于DNA出现，自然界选择DNA代替RNA作为遗传物质的载体一个原因就是DNA更稳定。

（摘自百度知道）
③碱基的一个重要物理性质：在约260纳米的紫外光区有较强的吸收。

[稀有碱基]：除主要碱基外，核酸中也有一些含量很少的稀有碱基。

稀有碱基的结构多种多样，多半是主要碱基的甲基衍生物。

tRNA往往含有较多的稀有碱基，有的tRNA含有的稀有碱基达到10%。

[注]：
例如：①次黄嘌呤，用大写字母“I”表示，由腺嘌呤脱去一个氨基得到。

②其他稀有碱基：
二、核苷酸的结构
1、核苷：碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键缩合形成核苷或脱氧核苷，连接位置是核糖或脱氧核糖上的C-1。

种类：腺嘌呤核苷简称腺苷，
鸟嘌呤核苷简称鸟苷，
胞嘧啶核苷简称胞苷，
尿嘧啶核苷简称尿苷
腺嘌呤脱氧核苷简称脱氧腺苷，
鸟嘌呤脱氧核苷简称脱氧鸟苷，
胞嘧啶脱氧核苷简称脱氧胞苷，
胸腺嘧啶脱氧核苷简称胸苷
2、核苷酸：核苷或脱氧核苷通过酯键结合形成核苷酸或脱氧核苷酸
[注]：
①尽管核糖环上的所有游离羟基（核糖的C-2、C-3、C-5及脱氧核糖的C-3、C-5）均能与磷酸发生酯化反应，但生物体内多数核苷酸都是5-核苷酸，即磷酸基团位于核糖的第五位碳原子上（C-5）。

种类：核苷酸中的磷酸有一分子、两分子及三分子几种形式。

核苷一磷酸（NMP）：AMP、GMP、CMP、UMP
核苷二磷酸（NDP）：ADP、GDP、CDP、UDP
核苷三磷酸（NTP）：ATP、GTP、CTP、UTP
脱氧核苷一磷酸（dNMP）：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP
脱氧核苷二磷酸（dNDP）：dADP、dGDP、dCDP、dTDP
脱氧核苷三磷酸（dNTP）：dATP、dGTP、dCTP、dTTP
②细胞中核糖核苷酸的浓度远远超过脱氧核糖核苷酸,前者约在mmol范围,而后者只在umol水平。

3、特殊核苷酸
①环核苷酸：单核苷酸中磷酸部分与核糖中第三位和第五位碳原子同时脱水缩合形成一个环状二酯、即3'，5'-环化核苷酸。

例如：环鸟苷酸（cGMP）、环腺苷酸（cAMP）在细胞信号转导过程中发挥重要作用。

②假尿嘧啶核苷酸：一种尿嘧啶核苷的天然结构类似物，核糖不是与尿嘧啶N1相连，而是与嘧啶环的C5连接。

假尿嘧啶核苷酸是存在于tRNA中的稀有核苷酸
三、核苷酸的功能
①作为核酸合成的原料：核苷酸是合成生物大分子核糖核酸 (RNA）及脱氧核糖核酸(DNA）的前身物
②体内能量的利用形式：三磷酸腺苷(ATP）在细胞能量代谢上起着极其重要的作用。

ATP还可将高能磷酸键转移给UDP、CDP及GDP生成UTP 、CTP及GTP。

它们在有些合成代谢中也是能量的直接来源。

③参与代谢和生理调节。

某些核苷酸或其衍生物是重要的调节分子，如：cAMP是多种细胞膜受体激素作用的第二信使，cGMP也与代谢调节有关。

④组成辅酶：如辅酶Ⅰ（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，（NAD+）、辅酶Ⅱ（磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，NADP+）、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD）及辅酶A（CoA）的组成成分。

NAD+及FAD是生物氧化体系的重要组成成分，在传递氢原子或电子中有着重要作用。

CoA作为有些酶的辅酶成分，参与糖有氧氧化及脂肪酸氧化作用。

⑤活化中间代谢产物：例如，UDP-葡萄糖是合成糖原、糖蛋白的活性原料；CDP-二酰基甘油是合成磷脂的活性原料，S-腺苷甲硫氨酸是活性甲基的载体。

四、核苷酸代谢
（一）合成代谢
体内核苷酸的合成途径有两条：[从头合成途径] 和[补救合成途径]
【嘌呤核苷酸的合成】：
1、从头合成途径
（1）合成部位：肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠粘膜和胸腺。

嘌呤核苷酸合成部位在细胞质。

（2）合成的原料：包括磷酸核糖、天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位（甲酰基及次甲基，由四氢叶酸携带）及CO2等。

（3）主要反应步骤分为两个阶段：
第一阶段：合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），IMP的合成包括11步反应，部分步骤需要消耗ATP。

第二阶段：IMP通过不同途径（不同酶催化）分别生成腺嘌呤核苷酸（AMP）与鸟嘌呤核苷酸（GMP）。

（4）从头合成的特点是：
①嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子基础上逐步合成的，不是首先单独合成嘌呤碱然后再与磷酸核糖结合的（与嘧啶核苷酸的合成不同）。

②IMP转变成AMP时需要GTP水解供能，而IMP转变成GMP时需要ATP水解供能。

2、补救合成途径
分解核酸产生核苷和游离碱基。

细胞利用游离碱基或核苷在磷酸核糖基转移酶和核苷酸酶的作用下合成的，重新合成相应核苷酸的过程。

PRPP：磷酸核糖焦磷酸
APRT：腺嘌呤磷酸核糖转移酶
HGPRT:次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
[原料]：分解核酸产生核苷和游离碱基
[意义]：①节省从头合成时能量和一些氨基酸的消耗
②体内某些组织器官，例如脑、骨髓等由于缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶体系，而只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。

【嘧啶核苷酸的合成】：
1、从头合成途径
（1）合成部位：嘧啶核苷酸的从头合成主要也在肝脏中进行。

（2）合成原料：氨基甲酰磷酸及天门冬氨酸等。

（3）主要合成过程：先形成尿嘧啶核苷酸（UMP），再由UMP转变成UTP，UTP在一系列酶的作用下生成CTP。

第一步：UMP合成，由6步反应完成：
第二步：UTP和CTP的合成
1、UTP合成
2、CTP合成：在CTP合成酶催化下，UTP加氨生成，消耗ATP。

※尿苷酸（UMP）是所有其他嘧啶核苷酸的前体，由尿嘧啶核苷酸转变成胞嘧啶核苷酸是在核苷三磷酸水平上进行的。

（4）从头合成的特点是：嘧啶核苷酸的从头合成与嘌呤核苷酸不同，先合成嘧啶环，再磷酸核糖化生成核苷酸（与PRPP反应生成)
2、补救合成途径
利用体内游离的嘧啶碱基或嘧啶核苷为原料，经过嘧啶磷酸核糖转移酶或嘧啶核苷激酶等催化简单反应合成嘧啶的过程。

[小结]：
1、要参与核酸的合成。

一磷酸核苷必须先转变为二磷酸核苷再进一步转变为三磷酸核苷。

合成核酸（DNA和RNA）消耗的原料是NTP或dNTP，而不是NMP或dNMP。

2、体内合成的嘌呤核苷酸均系一磷酸核苷。

它们均可在磷酸激酶的催化下，接受ATP提供的磷酸基，进一步转变为二磷酸核苷及三磷酸核苷。

AMP→ADP→ATP GMP→GDP→GTP
3、体内的脱氧核苷酸组成中的脱氧核糖并非先生成而后组合到核苷酸分子中去，而是通过各自相应的核糖核苷酸在二磷酸水平上还原而成的。

但dTMP则不同，它是由dUMP经甲基化作用而生成的。

ADP→dADP GDP→dGDP CDP→dCDP UDP→dUDP
4、dUMP由dUTP水解生成：
体内这种“浪费”能量的反应过程意义在于，细胞必须减少细胞内dUTP的浓度以防止脱氧尿嘧啶掺入DNA中，因为合成DNA的酶系不能有效识别dUTP和dTTP.
4、嘌呤核苷酸（脱氧核苷酸）合成
5、嘧啶核苷酸（脱氧核苷酸）的合成
尿苷酸（UMP）是所有其他嘧啶核苷酸的前体，由尿嘧啶核苷酸转变成胞嘧啶核苷酸是在核苷三磷酸水平上进行的。

（二）分解代谢
嘌呤核苷酸在体内进行分解代谢，经脱氨基作用生成次黄嘌呤及黄嘌呤，再在黄嘌呤氧代酶催化下，经过氧化作用，最终生成尿酸。

尿酸可随尿排出体外，正常人每日尿酸排出量为0.6g。

嘧啶核苷酸在体内的分解产物为CO2，β－丙氨酸及β－氨基异丁酸等。

（三）代谢调节
核苷酸在体内的合成受到反馈性的调节作用。

嘌呤核苷酸合成的终产物是AMP及GMP，它们可以反馈性地抑制由IMP转变为AMP及GMP的反应。

它们可与IMP一齐反馈性地抑制合成途径的起始反应PRPP的生成。

嘧啶核苷酸合成的产物CTP也可反馈性地抑制嘧啶合成的起始反应。