嘧啶核苷酸从头合成的原料有哪些

核苷酸是核糖核酸及脱氧核糖核酸的基本组成单位，是体内合成核酸的前身物。核苷酸随着核酸分布于生物体内各器官、组织、细胞的核及胞质中，并作为核酸的组成成分参与生物的遗传、发育、生长等基本生命活动。生物体内还有相当数量以游离形式存在的核苷酸。三磷酸腺苷在细胞能量代谢中起着主要的作用。体内的能量释放及吸收主要是以产生及消耗三磷酸腺苷来体现的。此外，三磷酸尿苷、三磷酸胞苷及三磷酸鸟苷也是有些物质合成代谢中能量的来源。腺苷酸还是某些辅酶，如辅酶Ⅰ、Ⅱ及辅酶A等的组成成分。

在生物体内，核苷酸可由一些简单的化合物合成。这些合成原料有天门冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位及 CO2等。嘌呤核苷酸在体内分解代谢可产生尿酸，嘧啶核苷酸分解生成CO2、β－丙氨酸及β-氨基异丁酸等。嘌呤核苷酸及嘧啶核苷酸的代谢紊乱可引起临床症状（见嘌呤代谢紊乱、嘧啶代谢紊乱）。

核苷酸类化合物也有作为药物用于临床治疗者，例如肿瘤化学治疗中常用的5-氟尿嘧啶及6-巯基嘌呤等。

有些核苷酸分子中只有一个磷酸基，所以可称为一磷酸核苷（NMP）。5'-核苷酸的磷酸基还可进一步磷酸化生成二磷酸核苷（NDP）及三磷酸核苷（NTP），其中磷酸之间是以高能键相连。脱氧核苷酸的情况也是如此。

体内还有一类环化核苷酸，即单核苷酸中磷酸部分与核糖中第三位和第五位碳原子同时脱水缩合形成一个环状二酯、即3'，5'-环化核苷酸，重要的有3'，5'-环腺苷酸(cAMP）和3'，5'-环鸟苷酸(cGMP）。

从头合成和补救途径。

在生物体内，核苷酸可由一些简单的化合物合成。这些合成原料有天门冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位及 CO2等。嘌呤核苷酸在体内分解代谢可产生尿酸，嘧啶核苷酸分解生成CO2、β－丙氨酸及β-氨基异丁酸等。嘌呤核苷酸及嘧啶核苷酸的代谢紊乱可引起临床症状。

其功能：

1、核苷酸是合成生物大分子核糖核酸 (RNA）及脱氧核糖核酸（DNA）的前身物，RNA中主要有四种类型的核苷酸：AMP、GMP、CMP和UMP，这四种类型的核苷酸从头合成前身物是磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质。

DNA中主要有四种类型脱氧核苷酸：dAMP、dGMP、dCMP和dTMP，它们是由各自相应的核碳核苷酸在二磷酸水平上还原而成的。

2、三磷酸腺苷 (ATP）在细胞能量代谢上起着极其重要的作用。物质在氧化时产生的能量一部分贮存在ATP分子的高能磷酸键中。

ATP分子分解放能的反应可以与各种需要能量做功的生物学反应互相配合，发挥各种生理功能，如物质的合成代谢、肌肉的收缩、吸收及分泌、体温维持以及生物电活动等。因此可以认为 ATP是能量代谢转化的中心。

3、ATP还可将高能磷酸键转移给UDP、CDP及GDP生成UTP 、CTP及GTP。它们在有些合成代谢中也是能量的直接来源。而且在某些合成反应中，有些核苷酸衍生物还是活化的中间代谢物。例如，UTP参与糖原合成作用以供给能量，并且 UDP还有携带转运葡萄糖的作用。

核苷酸以一个含氮碱基为核心，加上一个五碳糖和一个或者多个磷酸基团组成。含氮碱基有五种，分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。五碳糖为去氧核糖者称为去氧核糖核苷酸（DNA的单体），五碳糖为核糖者称为核糖核苷酸（RNA的单体）。

核苷酸可以通过多种体外（In vitro）和体内（In vivo）方法来合成。

在体内，核苷酸可以从头合成（De novo synthesis）或补救途径（Salvage pathway）合成。在从头合成中使用碳水化合物和氨基酸的代谢产物作为合成前体。肝脏是从头合成核苷酸的主要器官。嘧啶和嘌呤的从头合成遵循两个不同的途径。

嘧啶首先从细胞质中的天冬氨酸和胺基甲酰-磷酸合成到共同的前体环结构乳清酸，其上磷酸化的核糖基单元共价连接，而嘌呤首先从发生环合成的糖模板合成。

作为参考，嘌呤和嘧啶核苷酸的合成由细胞的细胞质中的几种酶进行，而不在特定的细胞器内。核苷酸经历分解，使得有用的部分可以在合成反应中重复使用以产生新的核苷酸。

用途

1、调味料

鸟苷酸（GMP）、肌苷酸（IMP）等核苷酸属于呈味性核苷酸，除了本身具有鲜味之外，还有和左旋谷氨酸（味精）组合时，有提高鲜味的作用，作为调料、汤料的原料使用。

2、食品添加剂

母乳中含有尿苷酸（UMP）、胞苷酸（CMP）、腺苷酸（AMP）、鸟苷酸（GMP）、肌苷酸（IMP）等多种核苷酸，为提高婴儿的免疫调节功能和记忆力发挥着作用，部分婴儿奶粉按照母乳中的含量有添加微量核苷酸，也有添加RNA的例子。

一是从头合成途径：细胞利用氨基酸、一碳单位等小分子物质，经过一系列酶促反应，需要消耗大量的5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）和ATP及PRPP合成酶；

另一是补救合成途径：细胞利用由小肠吸收来的和体内核酸降解产生的现成嘌呤或嘧啶碱基、核苷、核苷酸产物，经过简单的反应过程直接合成核酸。从头合成是一极其复杂的高耗能过程，补救合成是一简单节能的途径。嘌呤核苷酸补救合成需要两种特异性不同的酶参与：腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）和次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）；嘧啶磷酸核糖转移酶是嘧啶核苷酸补救合成的主要酶，此外尿苷激酶也是一种嘧啶核苷酸补救合成酶。

新生、年轻组织细胞和肿瘤细胞的内源性核酸从头合成比例较大，增龄和衰老组织及能量代谢障碍时补救合成的比例增大；两种合成途径间存在一个反馈调节机制，使细胞处在耗费最少的代谢过程中。 

原料：

天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、co2

磷酸核糖

简要途径：

反应从5

磷酸核糖开始，生成prpp（磷酸核糖焦磷酸），再生成5

磷酸核糖胺（fra），多步反应后生成imp。再转转变为amp和gmp

关键酶：prpp合成酶，酰胺转移酶

2.补救合成

利用现成的嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸，称为补救合成。

腺嘌呤

+

prpp

→

amp

+

ppi

次黄嘌呤

+

prpp→

imp

+

ppi

鸟嘌呤

+

prpp

→

gmp

+

ppi

二、嘌呤核苷酸的分解代谢产物

嘌呤碱的分解产物是尿酸，体内尿酸过多可引起痛风症。

三、嘧啶核苷酸合成

1.从头合成

原料：

天冬氨酸、谷氨酰胺，co2

磷酸核糖

简要途径：

co2与谷氨酰胺先合成氨基甲酰磷酸，

多步反应合成ump；utp转变成ctp；dump转变成dtmp

关键酶：

氨基甲酰磷酸合成酶ⅱ；天冬氨酸转氨甲酰酶

2.补救合成

嘧啶

+

prpp

→

嘧啶核苷酸

+

ppi

嘧啶分解代谢产物：

β-氨基异丁酸（t）、β-丙氨酸（u、c）、nh3和co2

核苷酸的合成代谢有两种途径分别是：从头合成途径和补救合成途径。

嘌呤核苷酸主要由一些简单的化合物合成而来，这些前身物有天门冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、CO2及一碳单位（甲酰基及次甲基，由四氢叶酸携带）等。它们通过11步酶促反应先合成次黄嘌呤核苷酸（又称肌苷酸）。随后，肌苷酸又在不同部位氨基化而转变生成腺苷酸及鸟苷酸。

合成途径的第一步是5-磷酸核糖在酶催化下，活化生成5-磷酸核糖1-焦磷酸。（PRPP），这是一个重要的反应。嘌呤核苷酸的从头合成主要是在肝脏中进行，其次是在小肠粘膜及胸腺中进行。

嘌呤核苷酸降解可产生嘌呤碱，嘌呤碱最终分解为尿酸，其中部分分解产物可被重新利用再合成嘌呤核苷酸，这称为回收合成代谢途径，可在骨髓及脾脏等组织中进行。

嘌呤核苷酸降解产生的腺嘌呤、鸟嘌呤及次黄嘌呤在磷酸核糖转移酶的催化下，接受3'-焦磷酸-5-磷酸核糖（PRPP）分子中的磷酸核糖，生成相应的嘌呤核苷酸。此合成途径也具有一定意义。

嘧啶核苷酸的从头合成主要也在肝脏中进行。合成原料为氨基甲酰磷酸及天门冬氨酸等。氨基甲酰磷酸及天门冬氨酸经过数步酶促反应生成尿苷酸，尿苷酸转变为三磷酸尿苷后，从谷氨酰胺接受氨基生成三磷酸胞苷。

上述体内合成的嘌呤及嘧啶核苷酸均系一磷酸核苷。它们均可在磷酸激酶的催化下，接受ATP提供的磷酸基，进一步转变为二磷酸核苷及三磷酸核苷。

体内还有一类脱氧核糖核苷酸。它们是dAMP、dGMP、dCMP及dTMP。它们组成中的脱氧核糖并非先生成而后组合到核苷酸分子中去，而是通过业已合成的核糖核苷酸的还原作用而生成的。

此还原作用发生于二磷酸核苷分子水平上，dADP、dGDP、dCDP及dUDP均可由此而来，但dTMP则不同，它是由dUMP经甲基化作用而生成的。

扩展资料

核苷酸类化合物具有重要的生物学功能，它们参与了生物体内几乎所有的生物化学反应过程。现概括为以下五个方面：

1、核苷酸是合成生物大分子核糖核酸 (RNA）及脱氧核糖核酸(DNA）的前身物，RNA中主要有四种类型的核苷酸：AMP、GMP、CMP和UMP，这四种类型的核苷酸从头合成前身物是磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质。

DNA中主要有四种类型脱氧核苷酸：dAMP、dGMP、dCMP和dTMP，它们是由各自相应的核碳核苷酸在二磷酸水平上还原而 [1]  成的。

2、三磷酸腺苷(ATP）在细胞能量代谢上起着极其重要的作用。物质在氧化时产生的能量一部分贮存在ATP分子的高能磷酸键中。

ATP分子分解放能的反应可以与各种需要能量做功的生物学反应互相配合，发挥各种生理功能，如物质的合成代谢、肌肉的收缩、吸收及分泌、体温维持以及生物电活动等。因此可以认为ATP是能量代谢转化的中心。

3、ATP还可将高能磷酸键转移给UDP、CDP及GDP生成UTP、CTP及GTP。它们在有些合成代谢中也是能量的直接来源。而且在某些合成反应中，有些核苷酸衍生物还是活化的中间代谢物。例如，UTP参与糖原合成作用以供给能量，并且UDP还有携带转运葡萄糖的作用。

4、腺苷酸还是几种重要辅酶，如辅酶Ⅰ（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，（NAD+）、辅酶Ⅱ（磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，NADP+）、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD）及辅酶A（CoA）的组成成分。

NAD+及FAD是生物氧化体系的重要组成成分，在传递氢原子或电子中有着重要作用。CoA作为有些酶的辅酶成分，参与糖有氧氧化及脂肪酸氧化作用。

5、核苷酸对于许多基本的生物学过程有一定的调节作用。一切生物体的基本成分，对生物的生长、发育、繁殖和遗传都起着主宰作用。如在奶粉作为维持宝宝胃肠道正常功能，减少腹泻和便秘、提高免疫力，少生病的作用。

参考资料来源：百度百科-核苷酸

嘧啶核苷酸的合成过程主要在肝细胞的胞液中进行。除了二氢乳清酸脱氢酶位于线粒体内膜上外，其余均位于胞液中。

偶联效率对总产量的影响

无论采用何种纯化方法，从一个失败的合成中得到纯的寡核苷酸是不可能的。可以用分光光度法测定495nm的吸光度来准确地计算出合成的偶联效率，这是由于每个循环中末端核苷酸5’—OH的脱保护产生橘黄色吸收，这种颜色产生于DMT阳离子的释放，对测定每一步的偶联效率非常有用。

在一个成功的合成中，从一个循环到下一个循环间，由于不完全偶联和未反应链的封闭所引起的颜色强度的下降非常小。偶联效率愈高，产率愈高，一定偶联率下，随着片段的延长，寡聚脱氧核苷酸的每步得率逐步下降。

采用优质的试剂，在设计合理的DNA自动合成仪上平均偶联率可以达到99．5％，且仍有余地增加寡核苷酸合成的偶联率。如果日常平均偶联率可达到99．5％以上，DNA链的合成可超过200个核苷酸。

2、

固相寡核苷酸合成的局限性对总产量的影响

虽然DNA合成效率高，但是杂质不可避免地要积累。合成一个20mer的寡聚脱氧核苷酸，要包含100多个单独的化学步骤，每一步骤都有产生不必要的副反应的可能性。除了不完全的偶联所引起的失败片段的积累，去嘌呤化后的寡核苷酸链切除也可产生截去末端的片段。

有时会出现碱基杂环的化学修饰，修饰的寡核苷酸产物可能是诱变剂，在生物学实验中容易引起严重的问题。由于副反应的出现，要得到很高纯度的寡核苷酸，必须应用很好的纯化方法进行纯化。