核苷酸
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核苷酸(nucleotide)，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。核苷酸也是構(gòu)成DNA（脫氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）的單位，生物的細(xì)胞中都存在。
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。
目錄 |
化學(xué)
幾種核苷酸的結(jié)構(gòu)，見圖
以上的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。一磷酸腺苷(AMP)、 二磷酸腺苷(ADP)、三磷酸腺苷(ATP)的結(jié)構(gòu)，見圖2。
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?，F(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（次甲基，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>
上述體內(nèi)合成的嘌呤及嘧啶核苷酸均系一磷酸核苷。它們均可在磷酸激酶的催化下，接受 ATP提供的磷酸基，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)槎姿岷塑占叭姿岷塑铡?
體內(nèi)還有一類脫氧核糖核苷酸。它們是dAMP、dGMP、dCMP及dTMP。它們組成中的脫氧核糖并非先生成而后組合到核苷酸分子中去，而是通過(guò)業(yè)已合成的核糖核苷酸的還原作用而生成的。此還原作用發(fā)生于二磷酸核苷分子水平上，dADP、dGDP、dCDP及dUDP均可由此而來(lái)，但dTMP則不同，它是由dUMP經(jīng)甲基化作用而生成的。
② 分解代謝。嘌呤核苷酸在體內(nèi)進(jìn)行分解代謝，經(jīng)脫氨基作用生成次黃嘌呤及黃嘌呤，再在黃嘌呤氧代酶催化下，經(jīng)過(guò)氧化作用，最終生成尿酸。尿酸可隨尿排出體外，正常人每日尿酸排出量為0.6g。嘧啶核苷酸在體內(nèi)的分解產(chǎn)物為CO2，β-丙氨酸及β-氨基異丁酸等。
③ 代謝調(diào)節(jié)。核苷酸在體內(nèi)的合成受到反饋性的調(diào)節(jié)作用。嘌呤核苷酸合成的終產(chǎn)物是AMP及GMP，它們可以反饋性地抑制由 IMP轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP及GMP的反應(yīng)。它們可與 IMP一齊反饋性地抑制合成途徑的起始反應(yīng)PRPP的生成。嘧啶核苷酸合成的產(chǎn)物 CTP也可反饋性地抑制嘧啶合成的起始反應(yīng)。
與醫(yī)學(xué)的聯(lián)系
可從代謝異常所致疾病及作為藥物兩方面討論。
① 核苷酸代謝的異常。GMP及IMP的回收合成需次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（HGPRT）參與。此酶遺傳性缺乏則2～3歲時(shí)就可出現(xiàn)智力發(fā)育障礙、共濟(jì)失調(diào)，敵對(duì)性及侵占性及自毀容貌的表現(xiàn)（萊施－尼漢二氏綜合征）。患兒嘌呤核苷酸的從頭合成仍可正常進(jìn)行，但回收合成的障礙就可造成嚴(yán)重后果。
嘌呤核苷酸分解代謝的終產(chǎn)物為尿酸。正常人血中尿酸含量約為2～6mg％，血中尿酸水平的升高（高尿酸血癥）常見于痛風(fēng)。血中尿酸含量超過(guò)8mg％時(shí)，尿酸就以鈉鹽形式沉積于關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨及腎臟等處。原發(fā)性痛風(fēng)癥是一種先天代謝缺陷性疾病?；颊唧w內(nèi)的次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶部分缺乏，致使IMP及GMP 的回收合成減少，結(jié)果造成嘌呤核苷酸的從頭合成加快。此外，患者體內(nèi)的磷酸核糖焦磷酸激酶活性異常增高，以致大量地生成PRPP，促使從頭合成加快，這些都造成尿酸的大量產(chǎn)生。原發(fā)性痛風(fēng)癥可用別嘌呤醇治療。別嘌呤醇的結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，是黃嘌呤氧化酶的抑制劑，可抑制次黃嘌呤及黃嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩岬姆磻?yīng)，降低血中尿酸水平。繼發(fā)性痛風(fēng)，可見于各種腎臟疾病、血液病及淋巴瘤等?；颊呒?xì)胞中核酸大量分解，因而尿酸生成增多。
cAMP對(duì)細(xì)胞的一些生理活動(dòng)有廣泛的影響。cAMP的合成不足或作用失調(diào)與有些疾病過(guò)程有關(guān)。例如，支氣管喘息及銀屑病組織中cAMP量較低，又如糖尿病人各種代謝的異常與肝及脂肪組織中cAMP的生成過(guò)多也是有聯(lián)系的。
嘧啶合成障礙有乳清酸尿癥，為乳清酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶及乳清酸核苷酸脫羧酶缺乏所致。
② 核苷酸類似物的臨床應(yīng)用。核苷酸類似物6-巰基嘌呤（6MP）及5-氟尿嘧啶（5FU）用于腫瘤的化學(xué)治療。6-巰基嘌呤的結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，其一磷酸核苷對(duì)于AMP及GMP合成有關(guān)的幾個(gè)酶有抑制作用，從而選擇性地阻止腫瘤的生長(zhǎng)。5-氟尿嘧啶的結(jié)構(gòu)與胸腺嘧啶相似，它在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)橐?a href="/index.php?title=%E7%A3%B7%E9%85%B8%E8%84%B1%E6%B0%A7%E6%A0%B8%E7%B3%96&action=edit&redlink=1" class="new" title="磷酸脫氧核糖（尚未撰寫）" rel="nofollow">磷酸脫氧核糖氟尿嘧啶核苷（5Fd-UMP）及三磷酸氟尿嘧啶(FUMP)。它們對(duì)于胸苷酸合成中的甲基化作用有較強(qiáng)的抑制作用，從而造成癌細(xì)胞的死亡。
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