嘧啶核苷酸與脫氧核糖核苷酸的合成代謝
2020-10-18 李老師談生化嘧啶核苷酸的從頭合成是先合成UMP，UMP再衍生得到CMP和dTMP。嘧啶環比較簡單，所以合成步驟較少，也沒有分支。相對來說，嘌呤環的合成過程中，組氨酸合成放出AICAR可以看作一個支路。
UMP的合成中用到兩個熟悉的分子：氨甲醯磷酸（CP）和磷酸核糖焦磷酸（PRPP）。前者是尿素合成的中間物，後者在嘌呤和組氨酸、色氨酸合成中均有參與。不過這兩個分子的使用與以前稍有不同。
PRPP在嘌呤合成中作為起始「載體」，整個嘌呤環都是在磷酸核糖之上合成的。而在UMP的合成中，磷酸核糖後期才加入，嘧啶環的合成是從CP開始的。這裡催化CP合成的酶是氨甲醯磷酸合成酶2（CPS-2），位於細胞質。尿素循環中的是CPS-1，位於線粒體。
CPS2催化穀氨醯胺與碳酸氫根生成氨甲醯磷酸，消耗2個ATP。與CPS1相比，直接消耗相同，但CPS1的底物是氨氣。因為穀氨醯胺的合成還需要消耗ATP，所以這個反應消耗更高。其優點在於擺脫了對氨的依賴，可以在氨濃度很低的細胞質中進行。
對人體來說，兩個CPS還有一點不同：CPS1是一個獨立蛋白，而CPS2是一個三功能蛋白CAD的一部分。CAD將催化此途徑前三步反應的酶活性融合在一條肽鏈中，即包含CPSase、ATCase（天冬氨酸轉氨甲醯酶）和DHOase（二氫乳清酸酶），故稱為CAD。
這種多酶融合體可以提高催化效率，也是一種進化的趨勢。哺乳動物的脂肪酸合酶（FAS）也是這樣。對於原核生物中的ATCase活性，有些生物是單獨的催化亞基三聚體，有的生物則帶有調節亞基或與DHOase相結合。
ATCase活性催化氨甲醯磷酸與天冬氨酸反應（氨甲醯磷酸可看作氨甲醯基的活性形式），生成氨甲醯天冬氨酸。PALA（N-膦醯基乙醯基-L-天冬氨酸）是ATCase過渡態類似物，所以可抑制CAD，是一種抗腫瘤藥物。Anti-tumoral Drug
DHOase活性催化氨甲醯天冬氨酸（CA）兩端的羧基和氨基反應，生成閉環的二氫乳清酸（DHO）。DHO被二氫乳清酸脫氫酶（DHODH）催化脫氫，生成乳清酸（orotate）。乳清酸與PRPP生成乳清苷酸（OMP），再脫羧生成UMP。
後兩步反應也是由一個雙功能酶催化，其N端結構域具有乳清酸磷酸核糖基轉移酶活性，C端具有OMP脫羧酶活性，合稱UMP合成酶（UMPS）。
尿嘧啶胺化可以生成胞嘧啶，但這個反應只能在NTP水平上進行。所以UMP先與2分子ATP反應生成UTP，然後在CTP合成酶（CTPS）催化下與穀氨醯胺和ATP反應，生成CTP。
合成DNA所需的脫氧核糖核苷酸都是由相應的核糖核苷二磷酸還原得到的，即由NDP還原生成dNDP。催化這個反應的核糖核苷酸還原酶（Ribonucleotide reductase，RNR）是DNA合成和修復的關鍵酶，在調節DNA合成的總速率中起關鍵作用。
RNR是通過自由基機制催化的，根據產生自由基的方式分為三種類型，第一類來自酪氨酸殘基，第二類來自腺苷鈷胺素，第三類來自糖基。RNR完成催化後，其關鍵巰基生成了二硫鍵，需要將其還原為自由巰基。最終電子供體均為NADPH，但中間的電子傳遞有兩個系統，即硫氧還蛋白系統（TRX）和谷氧還蛋白系統（GRX）。目前推測兩個系統之間可以互為備份（World J Biol Chem. 2014 Feb 26; 5(1): 68–74.）。
DNA需要的胸腺嘧啶是由尿嘧啶甲基化生成的，在dUMP上進行。這個反應由胸腺嘧啶核苷酸合成酶（TYMS）催化，以甲叉四氫葉酸為甲基供體，生成dTMP。轉甲基後四氫葉酸（THF）生成了二氫葉酸（DHF），需要由二氫葉酸還原酶（DHFR）催化其再生。dUMP可由UDP還原、脫磷酸生成，也可由dCMP脫氨生成。
嘧啶核苷酸合成也有補救途徑。尿嘧啶可與PRPP生成UMP，也可與1-磷酸核糖生成尿苷，再被尿苷激酶催化生成UMP。胞嘧啶不能與PRPP反應，但胞苷可被尿苷激酶催化生成CMP。鹼基和脫氧核糖-1-磷酸可由磷酸化酶合成脫氧核糖核苷，再由脫氧核糖核苷激酶生成脫氧核糖核苷酸。
一些輔酶也屬於核苷酸衍生物。NAD的合成是由煙酸與PRPP反應，生成煙酸單核苷酸，再與ATP縮合生成煙酸腺嘌呤二核苷酸，最後由穀氨醯胺醯胺化生成NAD。NAD激酶可催化其生成NADP。
FAD的合成是由黃素先與ATP生成黃素單核苷酸（FMN），再與ATP生成FAD。輔酶A的合成是由泛酸先與ATP生成4-磷酸泛酸，再與半胱氨酸縮合併脫羧生成4-磷酸泛醯巰基乙胺，與ATP縮合成脫磷酸輔酶A，最後被ATP磷酸化成輔酶A。
相關焦點
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第四節 脫氧核糖核苷酸的生成
第四節 脫氧核糖核苷酸的生成 DNA與RNA有兩方面不同：(1)其核苷酸中戊糖為2脫氧核糖而非核糖。(2)含有胸腺嘧啶鹼基，不含尿嘧啶鹼基。 ，以H取代其核糖分子中C2上的羥基而生成，而非從脫氧核糖從頭合成。 -
第三節 嘧啶核苷酸的合成代謝
第三節 嘧啶核苷酸的合成代謝 嘧啶核苷酸合成也有兩條途徑：即從頭合成和補救合成。本節主要論述其從頭合成途徑。 (一)嘧啶核苷酸的從頭合成 與嘌呤合成相比，嘧啶核苷酸的從頭合成較簡單，同位素示蹤證明，構成嘧啶環的N1、C4、C5及C6均由天冬氨酸提供，C3來源於CO2，N3來源於穀氨醯胺。 -
嘧啶核苷酸的分解代謝
嘧啶核苷酸的分解代謝途徑要點： -
核糖(ribose)與脫氧核糖參與的生化過程
核糖與阿拉伯糖是差向異構體D-核糖是所有活細胞的普遍成分之一，是核糖核酸的重要組成成分。在核苷酸中，核糖以其半縮醛羥基與嘌呤或嘧啶的氮原子結合，而其2、3、5位的羥基可與磷酸連接。核糖與脫氧核糖的呋喃糖形式核糖的各種磷酸化衍生物在代謝中起重要作用。 -
核酸與核苷酸的化學組成
核酸經水解可得到很多核苷酸(nucleotide),核甘酸是核酸的基本單位。核酸就是由很多單核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。核苷酸可被水解產生核苷(nucleoside)和磷酸(phosphate),核苷還可再進一步水解，產生戊糖和含氮鹼基，戊糖包括核糖(ribose)和脫氧核糖(deoxyribose)兩類。 -
核酸與核苷酸（二）
糖的第一位碳原子與嘧啶的第一位氮原子或嘌呤的第九位氮原子以N-糖苷鍵相連。戊糖是呋喃環，C1是不對稱碳原子，核酸中的糖苷鍵都是β糖苷鍵。鹼基與糖環平面互相垂直。在tRNA中含有少量假尿嘧啶核苷（Ψ），它的核糖與嘧啶環的C5相連。 -
核苷酸對我們而言意味著什麼?!你每天都有吃嗎?!
核苷酸由一個含氮鹼基作為核心，加上一個五碳糖和一個或者多個磷酸基團組成。含氮鹼基有五種可能，分別是腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶。五碳糖為脫氧核糖者稱為脫氧核糖核苷酸（DNA的單體），五碳糖為核糖者稱為核糖核苷酸（RNA的單體）。核苷酸可以通過多種體外(In vitro)和體內(In vivo)方法來合成。 -
小董醫生短暫告別講解 — 嘧啶代謝,你怎能錯過?
舉個例子，尿嘧啶核苷酸可以分為 UMP、UDP、UTP，dUMP，dUDP，dUTP（M：一個；D：兩個；T：三個；d：表示脫氧），但是構成 DNA 或 RNA 的僅為 UMP，另外四個個核苷酸為 TMP、dTMP、UMP、dUMP。嘧啶核苷酸的合成有兩個途徑。下面一一進行講解。二、從頭合成途徑1. -
核苷酸系列
核苷酸是一類由鹼基（主要是嘌呤、嘧啶鹼的衍生物）、戊糖（核糖或脫氧核糖）和磷酸三種物質組成的化合物。 -
核酸與核苷酸（一）
G-四鏈體結構的RNA，引自PNAS，2010核苷酸是核酸的構件，可分解成核苷和磷酸，核苷又可分解為鹼基和戊糖。戊糖有D-核糖和D-2-脫氧核糖兩種，分別對應RNA和DNA。鹼基則分為嘌呤和嘧啶兩類。嘧啶鹼（pyrimidine, py） 是嘧啶的衍生物，共有三種：胞嘧啶(cytosine, Cyt)、尿嘧啶(uracil, Ura)和胸腺嘧啶(thymine, Thy)。其中尿嘧啶只存在於RNA中，胸腺嘧啶只存在於DNA中，但在某些tRNA中也發現有極少量的胸腺嘧啶。 -
不同核苷酸早期形成機制相同
英國倫敦大學學院科學家帶領的國際團隊在近日出版的《自然·通訊》雜誌發表論文稱，他們首次證明，構成RNA（核糖核酸）的嘌呤類核苷酸和嘧啶類核苷酸能利用早期原始材料合成的化學機制相同，且這兩種類型的鹼基形成於同一種前體分子，新研究使人類距揭示地球生命起源之謎更近了一步 -
組成DNA分子的脫氧核苷酸主要有四種,即dAMP,dGMP、dCMP和dTMP
組成DNA分子的脫氧核苷酸主要有四種，即dAMP，dGMP、dCMP和dTMP（d代表「脫氧」的意思），此外還含有少量的稀有鹼基（主要是甲基化鹼基）。1．所有DNA分子中，嘌呤鹼總摩爾數等於嘧啶鹼總摩爾數，即A+G=T+C，並且以摩爾為單位，A=T、G=C。2．DNA的鹼基組成具有種屬的特異性，即不同生物種屬的DNA具有各自獨特的鹼基組成。 -
脫氧核糖核酸,載體在細胞中的遺傳信息
每個核苷酸都是由一個含氮鹼基，一個磷酸分子和2-脫氧-β-D-核糖構建而成。DNA的含氮鹼基有腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶。核苷酸合成並形成多核苷酸鏈。DNA由兩條多核苷酸鏈構成，互補鹼基對之間形成的氫鍵將這兩條多核苷酸鏈連在一起。 -
「化學」脫氧核糖核酸，載體在細胞中的遺傳信息
含氮鹼基，一個磷酸分子和2-脫氧-β-D-核糖構建而成。、鳥嘌呤和胞嘧啶。核苷酸合成並形成多核苷酸鏈，而鳥嘌呤只會與胞嘧啶結合，因此，一根鏈的鹼基順序決定了另一根互補鏈的鹼基順序。螺旋中的鹼基對覆蓋著由脫氧核糖和磷酸構成的糖-磷酸骨架。在RNA分子的媒介下，DNA上的每個基因在生物蛋白質合成的過程中都定義了一個蛋白質。 -
你知道核酸與核苷酸嗎(第7題)
知識點：核酸與核苷酸1.核酸分為脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）2.核酸的功能：在生物體的遺傳、變異和蛋白質的生物合成中有極其重要的作用。3.核酸的基本單位為核苷酸（下圖為連接方式）；核苷酸由一分子磷酸、一分子五碳糖、一分子含氮鹼基組成。 -
嘌呤,遇到了你的嘧啶嗎?
RNA的嘌呤，嘧啶們日思夜想，下次投胎，一定做一個DNA。 這個日子終於來了！！最近，生物化學《核苷酸代謝》開講了，嘌呤和嘧啶如何生、如何轉世，生化可愛的老師們為大家細細講授。今天要PO給大家的是大量嘌呤投胎轉世帶來的問題---- 核苷酸，由嘌呤鹼或嘧啶鹼基、核糖或脫氧核糖以及磷酸三種物質組成是核糖核酸（RNA）及脫氧核糖核酸（DNA）的基本組成單位，是體內合成核酸的前體。因此，核苷酸具有重要的生物學功能，參與生物體內幾乎所有的生物化學反應過程。 -
核糖核苷酸的整合竟促進...
當DNA聚合酶對DNA進行複製時，脫氧核苷酸會被整合進去，而當RNA聚合酶對DNA進行轉錄時，核糖核苷酸會被使用。在DNA複製期間，將核糖核苷酸錯誤整合到DNA中經常會發生。在將遺傳信息忠實地傳遞給後代時，基因組穩定性需要得到保持。然而，核糖核苷酸在DNA中的存在讓它變得更加脆弱，這威脅著基因組穩定性。 -
二磷酸核苷激酶對底物的鹼基及戊糖(核糖或脫氧核糖)均無特異性
二磷酸核苷激酶對底物的鹼基及戊糖(核糖或脫氧核糖)均無特異性。此酶催化反應系通過「桌球機制」，即底物NTP使酶分子的組氨酶殘基磷酸化，進而催化底物NDP的磷酸化。反應△G≈0，為可逆反應。4.嘌呤核苷酸從頭合成的調節從頭合成是體內合成嘌呤核苷酸的主要途徑。但此過程要消耗胺基酸及ATP。機體對合成速度有著精細的調節。在大多數細胞中，分別調節IMP，ATP和GTP的合成，不僅調節嘌呤核苷酸的總量，而且使ATP和GTP的水平保持相對平衡。 -
核糖核苷酸≠核糖+鹼基+磷酸?
科學家還發現，在早期地球環境中，核糖核苷酸是可以聚合成RNA的，這也是RNA能成為生命起源的重要支持，而核糖核苷酸是由核糖和鹼基和磷酸構成的，那如果我們能找到在早期地球環境中由更簡單的分子形成核糖和鹼基的證據，再找到他們進一步形成核苷與核苷酸的證據，那這個故事就完整了。然而：這做不到！在原始地球的環境中，核糖和鹼基根本形成不了核苷！難道這樣就應該放棄了嗎？ -
核糖核苷酸還原酶複合物中捕獲自由基轉移途徑的結構獲解析
核糖核苷酸還原酶複合物中捕獲自由基轉移途徑的結構獲解析 作者：小柯機器人 發布時間：2020/3/28 21:54:28 美國麻省理工學院霍華德•休斯醫學院Catherine L.