核苷酸的合成 分解
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核苷酸代谢核苷酸是组成核酸的单位,此外尚具有其他功能 。
与组成蛋白质的氨基酸不同,无论是核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸主要都是在体内利用一些简单原料从头合成的,所以本章的重点是介绍核苷酸的合成代谢。
核苷酸不是营养必需物质。
食物中的核酸多以核蛋白的形式存在,核蛋白经胃酸作用,分解成蛋白质和核酸(RNA和DNA)。
核酸经核酸酶、核苷酸酶及核苷酶的作用,可逐级水解成核苷酸、核苷、戊糖、磷酸和碱基。
这些产物均可被吸收,磷酸和戊糖可再被利用,碱基除小部分可再被利用外,大部分均可被分解而排出体外。
第一节 嘌呤核苷酸的合成代谢体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径。
第一,由简单的化合物合成嘌呤环的途径,称从头合成(de novo synthesis)途径。
第二,利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷,经过简单的反应过程,合成嘌呤核苷酸,称为补救合成(或重新利用)(salvage pathway)途径。
肝细胞及多数细胞以从头合成为主,而脑组织和骨髓则以补救合成为主。
一、嘌呤核苷酸的从头合成(一) 原料核素示踪实验证明嘌呤环是由一些简单化合物合成的,如图10-1所示,甘氨酸提供C-4、C-5及N-7;谷氨酰胺提供N-3、N-9; N10-甲酰四氢叶酸提供C-2, N5,N10-甲炔四氢叶酸提供C-8;CO2提供C-6。
磷酸戊糖则来自糖的磷酸戊糖旁路,当活化为5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)后, 可以接受碱基成为核苷酸。
其活化的反应式如下。
(二) 过程合成的主要特点是在磷酸核糖的基础上把一些简单的原料逐步接上去而成嘌呤环。
而且首先合成的是次黄嘌呤核苷酸(IMP),由后者再转变为腺嘌呤核苷酸(AMP)和鸟嘌呤核苷酸(GMP)。
如图10-2及图10-3所示。
1. IMP的合成嘌呤核苷酸的从头合成的起始或定向步骤是谷氨酰胺提供酰胺基取代5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)C-1的焦磷酸基,从而形成5-磷酸核糖胺(PRA),催化此反应的酶为谷氨酰胺磷酸核糖酰胺转移酶(glutamine phosphoribosyl amidotransferase),此酶是一种别构酶,是调节嘌呤核苷酸合成的重要酶。
第十章核苷酸代谢核苷酸是核酸的基本结构单位。
人体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成。
因此与氨基酸不同,核苷酸不属于营养必需物质。
食物中的核酸多以核蛋白的形式存在。
核蛋白在胃中受胃酸的作用,分解成核酸与蛋白质。
核酸进人小肠后,受胰液和肠液中各种水解酶的作用逐步水解(图10-1)。
核苷酸及其水解产物均可被细胞吸收,其他绝大部分在肠粘膜细胞中被进一步分解。
分解产生的戊糖被吸收而参加体内的戊糖代谢;嘌呤和嘧啶碱则主要被分解而排出体外。
因此,食物来源的嘌呤和嘧啶碱很少被机体利用。
核苷酸在体内分布广泛。
细胞中主要以5'-核苷酸形式存在,其中又以5'-ATP含量最多。
一般说来,细胞中核苷酸的浓度远远超过脱氧核苷酸,前者约在mmol范围,而后者只在μmol水平。
在细胞分裂周期中,细胞内脱氧核苷酸含量波动范围较大,核苷酸浓度则相对稳定。
不同类型细胞中各种核苷酸含量差异很大。
而在同一种细胞中,各种核苷酸含量虽也有差异,但核苷酸总含量变化不大。
核苷酸具有多种生物学功用:①作为核酸合成的原料,这是核苷酸最主要的功能。
②体内能量的利用形式。
ATP是细胞的主要能量形式。
此外GTP等也可以提供能量。
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。
例如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。
例如腺苷酸可作为多种辅酶(NAD、FAD、CoA等)的组成成分。
⑤活化中间代谢物。
核苷酸可以作为多种活化中间代谢物的载体。
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等。
ATP还可作为蛋白激酶反应中磷酸基团的供体。
第一节嘌呤核苷酸的合成与分解代谢一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两种途径从头合成途径,利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料,经过一系列酶促反应,合成嘌呤核苷酸,称为从头合成途径(de novo synthesis)。
生物化学核苷酸代谢核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程,涉及到核酸合成、降解、修复、信号传递等多个方面。
核苷酸由碱基、糖和磷酸组成,其代谢在细胞中是高度调控和平衡的。
核苷酸合成主要通过转氨基树酸循环和核苷酸分子的合成反应进行。
在转氨基树酸循环中,核苷酸前体物质首先被转化为碱基,然后与多磷酸核糖(PRPP)反应生成核苷酸。
在核苷酸分子的合成过程中,磷酸化反应是关键步骤。
首先,核苷酸前体物质通过化学反应与其他辅助分子发生磷酸化,生成亲核试剂;然后亲核试剂与其他原子或分子发生进一步反应,最终形成核苷酸分子。
核苷酸降解是核酸的代谢终点。
核苷酸降解主要通过核苷酸酶和核酸酶的作用进行。
核苷酸首先被分解为核苷和糖酸,然后再被分解为碱基、磷酸和其他代谢产物。
核苷酸的降解产物在细胞中可以被重新利用,参与核酸合成或其他代谢途径。
核苷酸修复是为了纠正核苷酸中的损伤或错误。
核酸在细胞中会受到化学、物理和生物性的损伤。
这些损伤可能导致突变和疾病的发生。
核苷酸修复过程中的多个酶参与到检测和修复核酸中的损伤。
例如,碱基切割酶可以识别含有损伤碱基的DNA链,然后切割并去除这些损伤碱基。
然后,DNA聚合酶、连接酶和重排序酶等修复酶可以填补被切割的DNA链,并确保修复后的DNA链的完整性。
核苷酸在细胞中还扮演着重要的信号传递和调控作用。
一些核苷酸可以作为二级信使,传递细胞内外的信号,调控细胞的生理和代谢过程。
例如,环磷酸腺苷(cAMP)和磷腺苷酸(cGMP)是细胞内常见的二级信使,它们通过激活蛋白激酶A、蛋白激酶G等酶的信号通路,参与细胞的增殖、分化、凋亡等生理过程。
总结起来,核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程,它涉及核酸的合成、降解、修复以及信号传递等多个方面。
核苷酸代谢的平衡和调控对细胞活动的正常进行至关重要,异常的核苷酸代谢可能导致疾病的发生。
因此,对核苷酸代谢的深入研究,有助于揭示生命活动的机制和疾病发生的原因,也为药物研发和治疗提供了理论基础。