結構生物化學/核酸/核苷酸
核苷酸
- 核苷酸由鹼基、糖和磷酸基團組成。它們是核酸的組成部分。核苷酸對人體至關重要，原因有很多。它們是基因複製和轉錄成 RNA 所必需的。它們也是能量的來源。ATP 是人體的能量形式，是一種以腺嘌呤為鹼基的核苷酸。鳥嘌呤核苷酸 (GTP) 也是能量來源。此外，核苷酸的衍生物在各種生物合成過程中是必需的。核苷酸在訊號轉導途徑中也是必需的。
核苷酸的生物合成
核苷酸生物合成中有兩種途徑：從頭合成和補救合成。下表列出了這兩種途徑的異同。
| 從頭合成 | 相似之處 | 補救合成 |
| 在核苷酸的合成中使用較簡單的化合物。重複了許多小途徑來組裝不同的核苷酸。 | 兩者都合成核苷酸，儘管它們利用了不同的機制。 | 鹼基是預先形成的，被回收並重新連線到核糖上。 |
| 合成嘧啶核苷酸。碳酸氫鹽、天冬氨酸和谷氨醯胺用於合成嘧啶環。然後該環與核糖磷酸結合，形成核苷酸。 | 兩者都組裝核糖核苷酸，然後利用它們合成用於 DNA 的脫氧核糖核苷酸。 | 合成嘌呤核苷酸。可以使用各種前體來形成嘌呤環，然後將其新增到核糖和磷酸上。 |
- 反饋抑制調節核苷酸生物合成的多個步驟。例如，CTP 和 ATP 分別啟用和失活天冬氨酸氨基甲醯轉移酶在嘧啶合成中的作用，以及嘌呤核苷酸啟用和失活谷氨醯胺-PRPP 醯胺轉移酶。
核糖核苷酸還原成脫氧核糖核苷酸
- 核糖核苷酸還原酶是催化核糖核苷二磷酸還原成脫氧核糖核苷酸的催化劑。在這個過程中，電子從 NADPH 流向核糖核苷酸還原酶活性位點的巰基。該反應總結如下：
- 1. 電子從 R1 上的半胱氨酸轉移到 R2 上的酪氨酸。這會在 R1 上產生一個半胱氨酸硫基自由基，它在活性位點上具有很高的反應活性。
- 2. 然後從核糖的 C3 上提取一個氫。這會產生碳自由基。
- 3. C3 自由基有助於在碳-2 上釋放 OH-。在第二個半胱氨酸殘基的質子化後，它會以 H2O 的形式離開。
- 4. 然後，第三個半胱氨酸殘基提供一個氫化物來完成 C2 的還原。這使 C3 恢復為自由基，併產生一個二硫鍵。
- 5. C3 自由基與第一個半胱氨酸提取的原始氫反應。現在已經生成了一個脫氧核糖核苷酸，它可以離開核糖核苷酸還原酶。
所以呢？
- 核苷酸的生物合成和代謝對人體很重要，因為它們的中斷會導致病理。如果核苷酸不能正常降解，就會出現某些情況。例如痛風。尿酸是降解的蛋白質，痛風是指尿酸積累，導致關節疼痛和關節炎。
- 同樣，如果核苷酸不能正常合成，或者合成不足，也會出現某些情況。例如萊什-尼漢綜合徵。該病的症狀包括智力缺陷、自殘和痛風。這種疾病是由於缺乏一種酶造成的，這種酶是透過補救途徑合成嘌呤核苷酸所必需的。
來源：Berg，Jeremy 和 Stryer，Lubert。生物化學：第五版。美國：W.H. Freeman and Company，2002 年。