常見的核苷有:尿-嘧啶核苷(尿嘧-啶-1-β-D-呋喃核糖核苷)(見結構式a)、腺嘌呤核苷(腺嘌呤-9-β-D-呋喃核糖核苷)(b)、胞嘧啶核苷(胞嘧啶-1-β-D-呋喃核糖核苷)(c)、鳥嘌-呤核苷(鳥嘌-呤-9-β-D-呋喃核糖核苷)(d)、胸腺嘧啶核苷(胸腺嘧啶-1-β-D-2′-脫氧呋喃核糖核苷)(e)。
此外,核糖和脫氧核糖可與稀有堿基結合成相應的稀有核苷;還有碳-碳鍵連結在一起的假尿嘧-啶核苷(f)。
性質
一般核苷為無色的高熔點結晶;易溶于熱水,難溶于冷水,嘧啶核苷較嘌呤核苷更易溶于水,難溶于有機溶劑,苯甲酰化后可溶于醇。腺嘌呤核苷、胞嘧啶核苷為弱堿性,尿嘧-啶核苷為弱酸性,溶于強堿中;可制成鉛鹽、銀鹽、苦味-酸鹽、苦酮酸鹽。
核苷上的羥基可起烷基化反應,如二苯甲基化、甲基化、芐基化、硅烷化等反應;也可進行各種?;磻?/span>,如乙酰化、苯甲酰化、異丁?;?/span>等反應,核糖核苷可進行丙酮叉化、芐叉化反應,還可以與原酸酯反應。
制法
核苷可從水解核酸來制備。用吡啶水溶液、氧化鋁或酶促水解核糖核酸RNA,可得到核糖核苷;用氧化鋁或酶水解脫氧核糖核酸DNA可得到脫氧核糖核苷。核苷也可用化學方法合成。適當保護的核糖或脫氧核糖與堿基衍生物縮合,可得到相應的核糖核苷和脫氧核糖核苷?;蛟谔堑腃1上先形成碳-氮和碳-碳鍵,然后閉環成雜環堿基而得到核苷。
代謝
可從合成代謝、分解代謝及代謝調節三個方面討論。
合成代謝
嘌呤核苷酸主要由一些簡單的化合物合成而來,這些前身物有天門冬-氨酸、甘-氨酸、谷氨-酰胺、CO2及一碳單位(甲酰基及次甲基,由四氫葉-酸攜帶)等。它們通過11步酶促反應先合成次黃-嘌呤核苷酸(肌-苷酸)。隨后,肌-苷酸又在不同部位氨基化而轉變生成腺苷酸及鳥苷酸。合成途徑的第一步是5-磷酸核糖在酶催化下,活化生成5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP),嘌呤核苷酸的從頭合成主要是在肝臟中進行,其次是在小腸粘膜及胸腺中進行。
嘌呤核苷酸降解可產生嘌呤堿,嘌呤堿最終分解為尿酸,其中部分分解產物可被重新利用再合成嘌呤核苷酸,這稱為回收合成代謝途徑,可在骨髓及脾臟等組織中進行。嘌呤核苷酸降解產生的腺嘌呤、鳥嘌-呤及次黃-嘌呤在磷酸核糖轉移酶的催化下,接受5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)分子中的磷酸核糖,生成相應的嘌呤核苷酸。此合成途徑也具有一定意義。
嘧啶核苷酸的從頭合成主要也在肝臟中進行。合成原料為氨基甲酰磷酸及天門冬-氨酸等。氨基甲酰磷酸及天門冬-氨酸經過數步酶促反應生成尿苷酸,尿苷酸轉變為三磷酸尿苷后,從谷氨-酰胺接受氨基生成三磷酸胞苷。
上述體內合成的嘌呤及嘧啶核苷酸均系一磷酸核苷。它們均可在磷酸激酶的催化下,接受 ATP提供的磷酸基,進一步轉變為二磷酸核苷及三磷酸核苷。
體內還有一類脫氧核糖核苷酸。它們是dAMP、dGMP、dCMP及dTMP。它們組成中的脫氧核糖并非先生成而后組合到核苷酸分子中去,而是通過業已合成的核糖核苷酸的還原作用而生成的。此還原作用發生于二磷酸核苷分子水平上,dADP、dGDP、dCDP及dUDP均可由此而來,但dTMP則不同,它是由dUMP經甲基化作用而生成的。
分解代謝
嘌呤核苷酸在體內進行分解代謝,經脫氨基作用生成次黃-嘌呤及黃-嘌呤,再在黃-嘌呤氧代酶催化下,經過氧化作用,最終生成尿酸。尿酸可隨尿排出體外,正常人每日尿酸排出量為0.6g。嘧啶核苷酸在體內的分解產物為CO2,β-丙-氨酸及β-氨基異丁酸等。
代謝調節
核苷酸在體內的合成受到反饋性的調節作用。嘌呤核苷酸合成的終產物是AMP及GMP,它們可以反饋性地抑制由 IMP轉變為AMP及GMP的反應。它們可與 IMP一齊反饋性地抑制合成途徑的起始反應PRPP的生成。嘧啶核苷酸合成的產物 CTP也可反饋性地抑制嘧啶合成的起始反應。
與醫學的聯系
可從代謝異常所致疾病及作為藥物兩方面討論。
① 核苷酸代謝的異常。GMP及IMP的回收合成需次黃-嘌呤-鳥-嘌呤磷酸核糖轉移酶(HGPRT)參與。此酶遺傳性缺乏則2~3歲時就可出現智力發育障礙、共濟失調,敵對性及侵占性及自毀容貌的表現(萊施-尼漢二氏綜合征)?;純?/span>嘌呤核苷酸的從頭合成仍可正常進行,但回收合成的障礙就可造成嚴重后果。
嘌呤核苷酸分解代謝的終產物為尿酸。正常人血中尿酸含量約為2~6mg%,血中尿酸水平的升高(高尿酸血癥)常見于痛風。血中尿酸含量超過8mg%時,尿酸就以鈉鹽形式沉積于關節、軟組織、軟骨及腎臟等處。原發性痛風癥是一種先天代謝缺陷性疾病?;颊唧w內的次黃-嘌呤-鳥-嘌呤磷酸核糖轉移酶部分缺乏,致使IMP及GMP 的回收合成減少,結果造成嘌呤核苷酸的從頭合成加快。此外,患者體內的磷酸核糖焦磷酸激酶活性異常增高,以致大量地生成PRPP,促使從頭合成加快,這些都造成尿酸的大量產生。原發性痛風癥可用別嘌呤醇治療。別嘌呤醇的結構與次黃-嘌呤相似,是黃-嘌呤氧化酶的抑制劑,可抑制次黃-嘌呤及黃-嘌呤轉變為尿酸的反應,降低血中尿酸水平。繼發性痛風,可見于各種腎臟疾病、血液病及淋巴瘤等?;颊呒毎泻怂岽罅糠纸?,因而尿酸生成增多。
cAMP對細胞的一些生理活動有廣泛的影響。cAMP的合成不足或作用失調與有些疾病過程有關。例如,支氣管喘息及銀屑病組織中cAMP量較低,又如糖尿病人各種代謝的異常與肝及脂肪組織中cAMP的生成過多也是有聯系的。
嘧啶合成障礙有乳清酸尿癥,為乳清酸磷酸核糖轉移酶及乳清酸核苷酸脫羧酶缺乏所致。
②核苷酸類似物的臨床應用。核苷酸類似物6-巰基嘌呤(6MP)及5-氟尿-嘧啶(5FU)用于腫瘤的化學治療。6-巰基嘌呤的結構與次黃-嘌呤相似,其一磷酸核苷對于AMP及GMP合成有關的幾個酶有抑制作用,從而選擇性地阻止腫瘤的生長。5-氟尿-嘧啶的結構與胸腺嘧啶相似,它在體內可轉變為一磷酸脫氧核糖氟尿-嘧啶核苷(5Fd-UMP)及三磷酸氟尿-嘧啶(FUMP)。它們對于胸苷酸合成中的甲基化作用有較強的抑制作用,從而造成癌細胞的死亡。