结构生物化学/核酸/核苷酸
核苷酸
- 核苷酸由碱基、糖和磷酸基团组成。它们是核酸的组成部分。核苷酸对人体至关重要，原因有很多。它们是基因复制和转录成 RNA 所必需的。它们也是能量的来源。ATP 是人体的能量形式，是一种以腺嘌呤为碱基的核苷酸。鸟嘌呤核苷酸 (GTP) 也是能量来源。此外，核苷酸的衍生物在各种生物合成过程中是必需的。核苷酸在信号转导途径中也是必需的。
核苷酸的生物合成
核苷酸生物合成中有两种途径：从头合成和补救合成。下表列出了这两种途径的异同。
| 从头合成 | 相似之处 | 补救合成 |
| 在核苷酸的合成中使用较简单的化合物。重复了许多小途径来组装不同的核苷酸。 | 两者都合成核苷酸，尽管它们利用了不同的机制。 | 碱基是预先形成的，被回收并重新连接到核糖上。 |
| 合成嘧啶核苷酸。碳酸氢盐、天冬氨酸和谷氨酰胺用于合成嘧啶环。然后该环与核糖磷酸结合，形成核苷酸。 | 两者都组装核糖核苷酸，然后利用它们合成用于 DNA 的脱氧核糖核苷酸。 | 合成嘌呤核苷酸。可以使用各种前体来形成嘌呤环，然后将其添加到核糖和磷酸上。 |
- 反馈抑制调节核苷酸生物合成的多个步骤。例如，CTP 和 ATP 分别激活和失活天冬氨酸氨基甲酰转移酶在嘧啶合成中的作用，以及嘌呤核苷酸激活和失活谷氨酰胺-PRPP 酰胺转移酶。
核糖核苷酸还原成脱氧核糖核苷酸
- 核糖核苷酸还原酶是催化核糖核苷二磷酸还原成脱氧核糖核苷酸的催化剂。在这个过程中，电子从 NADPH 流向核糖核苷酸还原酶活性位点的巯基。该反应总结如下：
- 1. 电子从 R1 上的半胱氨酸转移到 R2 上的酪氨酸。这会在 R1 上产生一个半胱氨酸硫基自由基，它在活性位点上具有很高的反应活性。
- 2. 然后从核糖的 C3 上提取一个氢。这会产生碳自由基。
- 3. C3 自由基有助于在碳-2 上释放 OH-。在第二个半胱氨酸残基的质子化后，它会以 H2O 的形式离开。
- 4. 然后，第三个半胱氨酸残基提供一个氢化物来完成 C2 的还原。这使 C3 恢复为自由基，并产生一个二硫键。
- 5. C3 自由基与第一个半胱氨酸提取的原始氢反应。现在已经生成了一个脱氧核糖核苷酸，它可以离开核糖核苷酸还原酶。
所以呢？
- 核苷酸的生物合成和代谢对人体很重要，因为它们的中断会导致病理。如果核苷酸不能正常降解，就会出现某些情况。例如痛风。尿酸是降解的蛋白质，痛风是指尿酸积累，导致关节疼痛和关节炎。
- 同样，如果核苷酸不能正常合成，或者合成不足，也会出现某些情况。例如莱什-尼汉综合征。该病的症状包括智力缺陷、自残和痛风。这种疾病是由于缺乏一种酶造成的，这种酶是通过补救途径合成嘌呤核苷酸所必需的。
来源：Berg，Jeremy 和 Stryer，Lubert。生物化学：第五版。美国：W.H. Freeman and Company，2002 年。