核苷酸代谢

小王细胞合成嘌呤环的最初底物是5-磷酸核糖-1-焦磷酸，Prpp在核糖环的碳五有个磷酸基团，碳一位有个焦磷酸基团。合成prpp需要prpp合成酶，使得五磷酸核糖的碳一位的羟基攻击atp贝塔位磷酸基团，Atp的焦磷酸根转移到五磷酸核糖的碳一位，形成prpp。嘌呤核苷酸从头合成的初级产物是次黄嘌呤核苷酸。第一步有谷氨酰胺的掺入，所需酶是谷氨酰胺-prpp转氨酶。Prpp水解，失去焦磷酸基，将五撇磷酸核糖基提供出来，接受谷氨酰胺的氨基，生成五磷酸核糖胺。之后经过甘氨酸骨架的掺入，甲酰基（供体为10-甲酰四氢叶酸）和另1分子谷氨酰胺氨基的掺入，以及相继发生羧化反应、天冬氨酸氨基掺入和又一个甲酰基插入，生成IMP。从imp生成amp由腺苷琥珀酸合成酶催化，Imp和天冬氨酸反应，由gtp水解供能。生成的腺苷琥珀酸在裂解酶作用下，裂解出延胡索酸，释放出amp。从imp转换为gmp过程是，首先在imp脱氢酶作用下，imp氧化成黄嘌呤核苷酸，放出n还原力。再在gmp合成酶作用下，由谷氨酰胺提供一个氨基，转变为Gmp .消耗atp。嘌呤环中，1号氮来自天冬氨酸。2号碳和8号碳来自10-甲酰四氢叶酸，3号氮和9号氮来自谷氨酰胺。4号碳，5号碳，7号氮来自甘氨酸，6号碳来自二氧化碳

小王嘌呤的合成调节，Prpp合成酶活性受到amp ，gmp， imp抑制。谷氨酰胺-prpp转氨酶是嘌呤核苷酸从头合成的关键调节，属于别构酶，被产物amp ，jmp ，imp抑制。腺苷琥珀酸合成酶活性受amp抑制。Imp脱氢酶活性受xmp和gmp抑制。通过抑制嘌呤合成的抗代谢药物有：6-巯基嘌呤。它的化学结构与次黄嘌呤类似，对于底物是次黄嘌呤的酶有竞争性抑制作用，可以抑制imp转变为amp或gmp，有抗肿瘤作用。嘌呤核苷酸合成的补救途径：第一种由嘌呤碱与1-磷酸核糖，在核苷磷酸化酶催化下生成嘌呤核苷，再由核苷激酶催化生成嘌呤核苷酸。第二步是由嘌呤碱与prpp，在磷酸核糖转移酶催化下，合成嘌呤核苷酸。具有针对嘌呤碱的专一性，腺嘌呤磷酸核糖转移酶，催化腺嘌呤和prpp合成amp，次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化Imp和gmp合成。缺乏该酶称为莱纳尔氏综合症，因次黄嘌呤鸟嘌呤无法转换，只能降解为尿酸，使体内尿酸水平高，prpp也高，导致痛风和自残。

小王嘧啶核苷酸的生物合成是：嘧啶环的碳二原子来自碳酸。氮三来自谷氨酰胺，天冬氨酸贡献其他四个原子。Ump是合成其他嘧啶核苷酸的前体。UMp从头合成第一步，是氨甲酰磷酸的合成，在氨甲酰磷酸合成酶催化下，谷氨酰胺作为氨基供体与碳酸和atp反应生成氨甲酰磷酸。消耗2分子atp。之后在天冬氨酸转氨甲酰酶催化下。氨甲酰磷酸与天冬氨酸反应生成氨甲酰天冬氨酸。再在二氢乳清酸酶催化下，闭环成二氢乳清酸。最后在二氢乳清酸脱氢酶作用下脱氢氧化变成乳清酸，乳清酸是合成尿嘧啶核苷酸的重要中间产物。之后在乳清酸磷酸核糖转移酶催化下，乳清酸与Prpp 连接，生成乳清苷酸。再在乳清苷酸脱羧酶作用下，经过脱羧生成ump。在真核细胞质中，前三步反应的酶形成多功能蛋白——二氢乳氢酸合酶。后两步反应的酶则融合为多功能酶——Ump核酶。之后在激酶作用下发生磷酸化，转化为其他嘧啶核苷酸，从UMp转化为cmp反应过程是,首先在ump激酶催化下，atp的伽马磷酸基团转移给ump生成udp。之后在核苷二磷酸激酶催化下，另1分子atp的伽马磷酸基团转移给udp，生成utp。最后一步是，在ctp合成酶催化下，将谷氨酰胺的酰胺集团中的氨基转移到utp上，生成ctp。反应消耗atp。生物体必须在三磷酸水平上实现尿苷三磷酸向胞苷三磷酸的转化。

小王嘧啶的合成调节。大肠杆菌ump合成的关键酶是天冬氨酸转氨酰酶，真核生物合成的关键酶是氨甲酰磷酸转移酶二。Ctp合成的关键酶是ctp合成酶。天冬氨酸氨甲酰转移酶属于别构酶，被ctp和utp所抑制，受atp激活。Ctp合成酶被ctp抑制，受gtp激活。嘧啶的补救途径是：在嘧啶磷酸核糖转移酶催化下，尿嘧啶直接接受prpp提供的磷酸核糖基,生成Ump 。另一种反应途径是,尿嘧啶与1-磷酸核糖作用生成尿嘧啶核苷，再被尿苷激酶催化生成Ump 。而胞嘧啶碱基不能直接通过与prpp反应生成cmp。

小王脱氧核糖核苷酸是由相应的核苷二磷酸还原而成，核苷二磷酸在核糖碳二羟基发生脱氧反应，还原力为p还原力。还原系统涉及三种蛋白质：硫氧还蛋白还原酶，硫氧还蛋白和核苷酸还原酶。他们在活性部位的特点，是都能通过二硫键和一对巯基的转化，发生可逆氧化还原反应。硫氧还蛋白作用是作为氢的传递体，硫氧还蛋白还原酶的活性部位，在哺乳动物中一个是半胱氨酸球基，一个是硒代半胱氨酸。核苷酸还原酶是别构酶。P还原力首先将硫氧还蛋白还原酶的二硫键还原，接着将硫氧还蛋白从氧化态转变为还原态。继而又将核苷酸还原酶活性中心的二硫键还原，使该酶转变为活性状态。在核苷酸还原酶作用下，核苷二磷酸在2号位脱氧，形成脱氧核苷二磷酸。核苷酸还原酶的调节。一是核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸供求关系的调节，用于调节核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸的水平。二是四种脱氧核苷二磷酸之间维持平衡，用于协调四种核苷酸的均衡反应。生物体内还有一套作用机制类似的核苷二磷酸还原系统，由谷氧还蛋白还原酶，谷氧还蛋白和谷胱甘肽还原酶构成。腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，生成的脱氧核苷二磷酸可在相应的核苷二磷酸激酶作用下转化为三磷酸水平，但脱氧胸苷酸需要特殊中间体形成。

小王脱氧胸苷酸的生物合成。先由脱氧胞苷酸脱氨，或脱氧尿甘酸三磷酸水解，形成脱氧尿苷酸，再在胸苷酸合酶催化下，由脱氧尿苷酸碱基甲基化，形成脱氧胸苷酸，该反应的甲基供体是——N5N10-亚甲基四氢叶酸。有一种抗癌药物是5-氟尿嘧啶，它在体内可转变为氟脱氧尿苷酸，结构与脱氧尿苷酸相似，竞争性抑制胸苷酸合酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。

小王核苷酸的降解，核酸外切酶是从核酸分子的一端逐一把核苷酸顺次水解下来的核酸水解酶，是碱基非特异性的磷酸二酯酶。其中蛇毒磷酸二酯酶是从游离的三撇端开始水解，依次产生五撇核苷酸，牛脾磷酸二酯酶则是从游离五撇端开始水解，逐个产生三撇核苷酸。 牛胰核糖核酸酶是一种核酸内切酶，专一性水解RNA链中的嘧啶核苷酸参与形成的磷酸二酯键，产生三撇嘧啶核苷酸和以三撇端为嘧啶核苷酸的寡核苷酸。核苷酸在核苷酸酶催化下，能够水解为核苷和无机磷酸。核苷在核苷酶作用下继续水解为碱基和戊糖。核苷酶分为两种，一种是核苷磷酸化酶，广泛存在于生物体内，催化可逆反应。另一种是核苷水解酶，只存在于植物和微生物体内，催化不可逆反应。

小王嘌呤碱的降解产物，在不同生物体内不同。鸟类，部分爬行类和灵长类包括人类，能将嘌呤碱降解为尿酸。血液中尿酸过高会引起痛风，别嘌呤醇治疗痛风，是因为它的氧化产物能与黄嘌呤氧化酶活性中心结合，抑制该酶活性。除人及人类外的大多数哺乳动物，以及某些硬骨鱼的嘌呤降解中产物是尿囊素。大多数鱼类，两栖类动物，代谢中产物是尿素。某些低等动物，如海参，无脊椎动物和甲壳动物以及植物，能将尿素分解成氨和二氧化碳。微生物最终产生氨，二氧化碳及有机酸。嘧啶碱的降解产物是：尿嘧啶先产生贝塔丙氨酸，再转变成乙酸，最终生成乙酰辅酶a。胸腺嘧啶先转变为贝塔氨基异丁酸，再转变为琥珀酰辅酶a。在哺乳动物肝脏中，尿嘧啶脱氢酶和胸腺嘧啶脱氢酶以p还原力为供氢体，细菌中则利用n还原力为供氢体。胞嘧啶则需要先脱氨生成尿嘧啶，再进入尿嘧啶降解途径。