基本介紹
一類由嘌呤堿或嘧啶堿、核糖或脫氧核糖以及磷酸三種物質(zhì)組成的化合物。又稱核甙酸。戊糖與有機(jī)堿合成核苷,核苷與磷酸合成核苷酸,4種核苷酸組成核酸。核苷酸主要參與構(gòu)成核酸,許多單核苷酸也具有多種重要的生物學(xué)功能,如與能量代謝有關(guān)的三磷酸腺苷(ATP)、脫氫輔酶等。某些核苷酸的類似物能干擾核苷酸代謝,可作為抗癌藥物。根據(jù)糖的不同,核苷酸有核糖核苷酸及脫氧核苷酸兩類。根據(jù)堿基的不同,又有腺嘌呤核苷酸(腺苷酸,AMP)、鳥嘌呤核苷酸(鳥苷酸,GMP)、胞嘧啶核苷酸(胞苷酸, CMP)、尿嘧啶核苷酸(尿苷酸,UMP)、胸腺嘧啶核苷酸(胸苷酸,TMP)及次黃嘌呤核苷酸(肌苷酸,IMP)等。核苷酸中的磷酸又有一分子、兩分子及三分子幾種形式。此外,核苷酸分子內(nèi)部還可脫水縮合成為環(huán)核苷酸。
核苷酸是核糖核酸及脫氧核糖核酸的基本組成單位,是體內(nèi)合成核酸的前身物。核苷酸隨著核酸分布于生物體內(nèi)各器官、組織、細(xì)胞的核及胞質(zhì)中,并作為核酸的組成成分參與生物的遺傳、發(fā)育、生長(zhǎng)等基本生命活動(dòng)。生物體內(nèi)還有相當(dāng)數(shù)量以游離形式存在的核苷酸。三磷酸腺苷在細(xì)胞能量代謝中起著主要的作用。體內(nèi)的能量釋放及吸收主要是以產(chǎn)生及消耗三磷酸腺苷來(lái)體現(xiàn)的。此外,三磷酸尿苷、三磷酸胞苷及三磷酸鳥苷也是有些物質(zhì)合成代謝中能量的來(lái)源。腺苷酸還是某些輔酶,如輔酶Ⅰ、Ⅱ及輔酶A等的組成成分。
在生物體內(nèi),核苷酸可由一些簡(jiǎn)單的化合物合成。這些合成原料有天門冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳單位及 CO2等。嘌呤核苷酸在體內(nèi)分解代謝可產(chǎn)生尿酸,嘧啶核苷酸分解生成CO2、β-丙氨酸及β-氨基異丁酸等。嘌呤核苷酸及嘧啶核苷酸的代謝紊亂可引起臨床癥狀(見嘌呤代謝紊亂、嘧啶代謝紊亂)。
核苷酸類化合物也有作為藥物用于臨床治療者,例如腫瘤化學(xué)治療中常用的5-氟尿嘧啶及6-巰基嘌呤等。
有些核苷酸分子中只有一個(gè)磷酸基,所以可稱為一磷酸核苷(NMP)。5'-核苷酸的磷酸基還可進(jìn)一步磷酸化生成二磷酸核苷(NDP)及三磷酸核苷(NTP),其中磷酸之間是以高能鍵相連。脫氧核苷酸的情況也是如此。
體內(nèi)還有一類環(huán)化核苷酸,即單核苷酸中磷酸部分與核糖中第三位和第五位碳原子同時(shí)脫水縮合形成一個(gè)環(huán)狀二酯、即3',5'-環(huán)化核苷酸,重要的有3',5'-環(huán)腺苷酸(cAMP)和3',5'-環(huán)鳥苷酸(cGMP)。
生物學(xué)功能 核苷酸類化合物具有重要的生物學(xué)功能,它們參與了生物體內(nèi)幾乎所有的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。現(xiàn)概括為以下五個(gè)方面:
① 核苷酸是合成生物大分子核糖核酸 (RNA)及脫氧核糖核酸(DNA)的前身物,RNA中主要有四種類型的核苷酸:AMP、GMP、CMP和UMP。合成前身物則是相應(yīng)的三磷酸核苷 ATP、GTP、CTP和UTP。DNA中主要有四種類型脫氧核苷酸:dAMP、dGMP、dCMP和dTMP,合成前身物則是datp、dGTP、dCTP和dUTP。
② 三磷酸腺苷 (ATP)在細(xì)胞能量代謝上起著極其重要的作用。物質(zhì)在氧化時(shí)產(chǎn)生的能量一部分貯存在ATP分子的高能磷酸鍵中。 ATP分子分解放能的反應(yīng)可以與各種需要能量做功的生物學(xué)反應(yīng)互相配合,發(fā)揮各種生理功能,如物質(zhì)的合成代謝、肌肉的收縮、吸收及分泌、體溫維持以及生物電活動(dòng)等。因此可以認(rèn)為 ATP是能量代謝轉(zhuǎn)化的中心。
③ ATP還可將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給UDP、CDP及GTP生成UTP 、CTP及GTP。它們?cè)谟行┖铣纱x中也是能量的直接來(lái)源。而且在某些合成反應(yīng)中,有些核苷酸衍生物還是活化的中間代謝物。例如,UTP參與糖原合成作用以供給能量,并且 UDP還有攜帶轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的作用。
④ 腺苷酸還是幾種重要輔酶,如輔酶Ⅰ(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸,(NAD+)、輔酶Ⅱ(磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸,NADP+)、黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)及輔酶A(CoA)的組成成分。NAD+及 FAD是生物氧化體系的重要組成成分,在傳遞氫原子或電子中有著重要作用。CoA作為有些酶的輔酶成分,參與糖有氧氧化及脂肪酸氧化作用。
⑤ 環(huán)核苷酸對(duì)于許多基本的生物學(xué)過(guò)程有一定的調(diào)節(jié)作用(見第二信使)。
代謝 可從合成代謝、分解代謝及代謝調(diào)節(jié)三個(gè)方面討論。
① 合成代謝。嘌呤核苷酸主要由一些簡(jiǎn)單的化合物合成而來(lái),這些前身物有天門冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、CO2及一碳單位(甲?;按渭谆?,由四氫葉酸攜帶)等。它們通過(guò)11步酶促反應(yīng)先合成次黃嘌呤核苷酸(又稱肌苷酸)。隨后,肌苷酸又在不同部位氨基化而轉(zhuǎn)變生成腺苷酸及鳥苷酸。合成途徑的第一步是5-磷酸核糖在酶催化下,活化生成1-焦磷酸-5-磷酸核糖(PRPP),這是一個(gè)重要的反應(yīng)。嘌呤核苷酸的從頭合成主要是在肝臟中進(jìn)行,其次是在小腸粘膜及胸腺中進(jìn)行。
嘌呤核苷酸降解可產(chǎn)生嘌呤堿,嘌呤堿最終分解為尿酸,其中部分分解產(chǎn)物可被重新利用再合成嘌呤核苷酸,這稱為回收合成代謝途徑,可在骨髓及脾臟等組織中進(jìn)行。嘌呤核苷酸降解產(chǎn)生的腺嘌呤、鳥嘌呤及次黃嘌呤在磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的催化下,接受3'-焦磷酸-5-磷酸核糖(PRPP)分子中的磷酸核糖,生成相應(yīng)的嘌呤核苷酸。此合成途徑也具有一定意義。
嘧啶核苷酸的從頭合成主要也在肝臟中進(jìn)行。合成原料為氨基甲酰磷酸及天門冬氨酸等。氨基甲酰磷酸及天門冬氨酸經(jīng)過(guò)數(shù)步酶促反應(yīng)生成尿苷酸,尿苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槿姿崮蜍蘸螅瑥墓劝滨0方邮馨被扇姿岚铡?/p>