核苷酸

一類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的化合物。又稱核甙酸。某些核苷酸的類似物能幹擾核苷酸代謝，可作為抗癌藥物。根據糖的不同，核苷酸有核糖核苷酸及脫氧核苷酸兩類。根據鹼基的不同，又有腺嘌呤核苷酸（腺苷酸，AMP）、鳥嘌呤核苷酸（鳥苷酸，GMP）、胞嘧啶核苷酸（胞苷酸， CMP）、尿嘧啶核苷酸（尿苷酸，UMP）、胸腺嘧啶核苷酸（胸苷酸，TMP）及次黃嘌呤核苷酸（肌苷酸，IMP）等。核苷酸中的磷酸又有一分子、兩分子及三分子幾種形式。此外，核苷酸分子內部還可脫水縮合成為環核苷酸。

1919年，一位美籍俄羅斯醫生和化學家，菲巴斯·利文，首先發現了單核苷酸的三個主要成分（磷酸鹽、戊糖和氮基）的順序。他也是第一個發現核糖核酸（核糖）和脫氧核糖核酸（脫氧核糖）碳水化合物成分的人。

核苷酸是核糖核酸及脫氧核糖核酸的基本組成單位，是體內合成核酸的前身物。核苷酸隨著核酸分佈於生物體內各器官、組織、細胞的核及胞質中，並作為核酸的組成成分參與生物的遺傳、發育、生長等基本生命活動。生物體內還有相當數量以遊離形式存在的核苷酸。三磷酸腺苷在細胞能量代謝中起著主要的作用。體內的能量釋放及吸收主要是以產生及消耗三磷酸腺苷來體現的。此外，三磷酸尿苷、三磷酸胞苷及三磷酸鳥苷也是有些物質合成代謝中能量的來源。腺苷酸還是某些輔酶，如輔酶Ⅰ、Ⅱ及輔酶A等的組成成分。

在生物體內，核苷酸可由一些簡單的化合物合成。這些合成原料有天門冬氨酸、甘氨酸、谷氨醯胺、一碳單位及 CO2等。嘌呤核苷酸在體內分解代謝可產生尿酸，嘧啶核苷酸分解生成CO2、β－丙氨酸及β-氨基異丁酸等。嘌呤核苷酸及嘧啶核苷酸的代謝紊亂可引起臨床癥狀（見嘌呤代謝紊亂、嘧啶代謝紊亂）。

核苷酸類化合物也有作為藥物用於臨床治療者，例如腫瘤化學治療中常用的5-氟尿嘧啶及6-巰基嘌呤等。

有些核苷酸分子中只有一個磷酸基，所以可稱為一磷酸核苷（NMP）。5'-核苷酸的磷酸基還可進一步磷酸化生成二磷酸核苷（NDP）及三磷酸核苷（NTP），其中磷酸之間是以高能鍵相連。脫氧核苷酸的情況也是如此。

體內還有一類環化核苷酸，即單核苷酸中磷酸部分與核糖中第三位和第五位碳原子同時脫水縮合形成一個環狀二酯、即3'，5'-環化核苷酸，重要的有3'，5'-環腺苷酸(cAMP）和3'，5'-環鳥苷酸(cGMP）。

核苷酸是核酸的基本結構單位，人體內的核苷酸主要有機體細胞自身合成。核苷酸在體內的分佈廣泛。細胞中主要以5′-核苷酸形式存在。細胞中核糖核苷酸的濃度遠遠超過脫氧核糖核苷酸。不同類型細胞中的各種核苷酸含量差異很大，同一細胞中，各種核苷酸含量也有差異，核苷酸總量變化不大。

核苷酸類化合物具有重要的生物學功能，它們參與了生物體內幾乎所有的生物化學反應過程。現概括為以下五個方面：

① 核苷酸是合成生物大分子核糖核酸 (RNA）及脫氧核糖核酸(DNA）的前身物，RNA中主要有四種類型的核苷酸：AMP、GMP、CMP和UMP，這四種類型的核苷酸從頭合成前身物是磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質。DNA中主要有四種類型脫氧核苷酸：dAMP、dGMP、dCMP和dTMP，它們是由各自相應的核碳核苷酸在二磷酸水平上還原而成的。

② 三磷酸腺苷 (ATP）在細胞能量代謝上起著極其重要的作用。物質在氧化時產生的能量一部分貯存在ATP分子的高能磷酸鍵中。ATP分子分解放能的反應可以與各種需要能量做功的生物學反應互相配合，發揮各種生理功能，如物質的合成代謝、肌肉的收縮、吸收及分泌、體溫維持以及生物電活動等。因此可以認為 ATP是能量代謝轉化的中心。

③ ATP還可將高能磷酸鍵轉移給UDP、CDP及GDP生成UTP 、CTP及GTP。它們在有些合成代謝中也是能量的直接來源。而且在某些合成反應中，有些核苷酸衍生物還是活化的中間代謝物。例如，UTP參與糖原合成作用以供給能量，並且 UDP還有攜帶轉運葡萄糖的作用。

④ 腺苷酸還是幾種重要輔酶，如輔酶Ⅰ（煙醯胺腺嘌呤二核苷酸，（NAD）、輔酶Ⅱ（磷酸煙醯胺腺嘌呤二核苷酸，NADP）、黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD）及輔酶A（CoA）的組成成分。NAD及FAD是生物氧化體系的重要組成成分，在傳遞氫原子或電子中有著重要作用。CoA作為有些酶的輔酶成分，參與糖有氧氧化及脂肪酸氧化作用。

⑤ 核苷酸對於許多基本的生物學過程有一定的調節作用。一切生物體的基本成分，對生物的生長、發育、繁殖和遺傳都起著主宰作用。如在奶粉作為維持寶寶胃腸道正常功能，減少腹瀉和便秘、提高免疫力，少生病的作用。

可從合成代謝、分解代謝及代謝調節三個方面討論。

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、谷氨醯胺、CO2及一碳單位（甲醯基及次甲基，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（又稱肌苷酸）。隨後，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），這是一個重要的反應。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鹼，嘌呤鹼最終分解為尿酸，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3'-焦磷酸-5-磷酸核糖（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。合成原料為氨基甲醯磷酸及天門冬氨酸等。氨基甲醯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，從谷氨醯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並非先生成而後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。此還原作用發生於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。

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。

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。

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，敵對性及侵佔性及自毀容貌的表現（萊施－尼漢二氏綜合征）。患兒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後果。

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（高尿酸血症）常見於痛風。血中尿酸含量超過8mg%時，尿酸就以鈉鹽形式沉積於關節、軟組織、軟骨及腎臟等處。原發性痛風症是一種先天代謝缺陷性疾病。患者體內的次黃嘌呤-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。原發性痛風症可用別嘌呤醇治療。別嘌呤醇的結構與次黃嘌呤相似，是黃嘌呤氧化酶的抑製劑，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，可見於各種腎臟疾病、血液病及淋巴瘤等。患者細胞中核酸大量分解，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繫的。

嘧啶合成障礙有乳清酸尿症，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）用於腫瘤的化學治療。6-巰基嘌呤的結構與次黃嘌呤相似，其一磷酸核苷對於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）。它們對於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。

體內嘌呤核苷酸的合成有兩條途徑，一是從頭合成途徑，一是補救合成途徑，其中從頭合成途徑是主要途徑。

⒈嘌呤核苷酸的從頭合成

肝是體內從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸粘膜和胸腺。嘌呤核苷酸合成部位在胞液，合成的原料包括磷酸核糖、天冬氨酸、甘氨酸、谷氨醯胺、一碳單位及CO2等。主要反應步驟分為兩個階段：首先合成次黃嘌呤核苷酸（IMP），然後IMP再轉變成腺嘌呤核苷酸（AMP）與鳥嘌呤核苷酸（GMP）。嘌呤環各元素來源如下：N1由天冬氨酸提供，C2由N10-甲醯FH4提供、C8由N5，N10-甲炔FH4提供，N3、N9由谷氨醯胺提供，C4、C5、N7由甘氨酸提供，C6由CO2提供。嘌呤核苷酸從頭合成的特點是：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子基礎上逐步合成的，不是首先單獨合成嘌呤鹼然後再與磷酸核糖結合的。反應過程中的關鍵酶包括PRPP醯胺轉移酶、PRPP合成酶。PRPP醯胺轉移酶是一類變構酶，其單體形式有活性，二聚體形式無活性。IMP、AMP及GMP使活性形式轉變成無活性形式，而PRPP則相反。從頭合成的調節機制是反饋調節，主要發生在以下幾個部位：嘌呤核苷酸合成起始階段的PRPP合成酶和PRPP醯胺轉移酶活性可被合成產物IMP、AMP及GMP等抑制；在形成AMP和GMP過程中，過量的AMP控制AMP的生成，不影響GMP的合成，過量的GMP控制GMP的生成，不影響AMP的合成；IMP轉變成AMP時需要GTP水解供能，而IMP轉變成GMP時需要ATP水解供能。

⒉嘌呤核苷酸的補救合成

反應中的主要酶包括腺嘌呤磷酸核糖轉移酶（APRT），次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶（HGPRT）。嘌呤核苷酸補救合成的生理意義：節省從頭合成時能量和一些氨基酸的消耗；體內某些組織器官，例如腦、骨髓等由於缺乏從頭合成嘌呤核苷酸的酶體系，而只能進行嘌呤核苷酸的補救合成。

⒊嘌呤核苷酸的相互轉變

IMP可以轉變成AMP和GMP，AMP和GMP也可轉變成IMP。AMP和GMP之間可相互轉變。

⒋脫氧核苷酸的生成

體內的脫氧核苷酸是通過各自相應的核糖核苷酸在二磷酸水平上還原而成的。核糖核苷酸還原酶催化此反應。

⒌嘌呤核苷酸的抗代謝物

①嘌呤類似物：6-巰基嘌呤（6MP）、6-巰基鳥嘌呤、8-氮雜鳥嘌呤等。6MP應用較多，其結構與次黃嘌呤相似，可在體內經磷酸核糖化而生成6MP核苷酸，並以這種形式抑制IMP轉變為AMP及GMP的反應。

②氨基酸類似物：氮雜絲氨酸和6-重氮-5-氧正亮氨酸等。結構與谷氨醯胺相似，可干擾谷氨醯胺在嘌呤核苷酸合成中的作用，從而抑制嘌呤核苷酸的合成。

③葉酸類似物：氨喋呤及甲氨喋呤（MTX）都是葉酸的類似物，能競爭抑制二氫葉酸還原酶，使葉酸不能還原成二氫葉酸及四氫葉酸，從而抑制了嘌呤核苷酸的合成。

分解代謝反應基本過程是核苷酸在核苷酸酶的作用下水解成核苷，進而在酶作用下成自由的鹼基及1-磷酸核糖。嘌呤鹼最終分解成尿酸，隨尿排出體外。黃嘌呤氧化酶是分解代謝中重要的酶。嘌呤核苷酸分解代謝主要在肝、小腸及腎中進行。嘌呤代謝異常：尿酸過多引起痛風症，患者血中尿酸含量升高，尿酸鹽晶體可沉積於關節、軟組織、軟骨及腎等處，導致關節炎、尿路結石及腎疾病。臨床上常用別嘌呤醇治療痛風症。

⒈從頭合成途徑（de novo synthesis）：體內嘌呤核苷酸的合成代謝中，利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘌呤核苷酸稱為從頭合成途徑。

⒉補救合成途徑（salvage pathway）：利用體內遊離的嘌呤或嘌呤核苷，經過簡單的反應過程，合成嘌呤核苷酸，稱為補救合成途徑。

⒊自毀容貌症：又稱（Lesch-Nyhan綜合症），是由於某些基因缺乏而導致HGPRT完全缺失的患兒，表現為自毀容貌症。

⒈嘧啶核苷酸的從頭合成

肝是體內從頭合成嘧啶核苷酸的主要器官。嘧啶核苷酸從頭合成的原料是天冬氨酸、谷氨醯胺、CO2等。反應過程中的關鍵酶在不同生物體內有所不同，在細菌中，天冬氨酸氨基甲醯轉移酶是嘧啶核苷酸從頭合成的主要調節酶；而在哺乳動物細胞中，嘧啶核苷酸合成的調節酶主要是氨基甲醯磷酸合成酶Ⅱ。主要合成過程：形成的第一個嘧啶核苷酸是乳氫酸核苷酸（OMP），進而形成尿嘧啶核苷酸（UMP），UMP在一系列酶的作用下生成CTP。dTMP由dUMP經甲基化生成的。嘧啶核苷酸從頭合成的特點是先合成嘧啶環，再磷酸核糖化生成核苷酸。

⒉嘧啶核苷酸的補救合成

主要酶是嘧啶磷酸核糖轉移酶，能利用尿嘧啶、胸腺嘧啶及乳氫酸作為底物，對胞嘧啶不起作用。

徠⒊嘧啶核苷酸的抗代謝物

①嘧啶類似物：主要有5-氟尿嘧啶（5-FU），在體內轉變為FdUMP或FUTP后發揮作用。

②氨基酸類似物：同嘌呤抗代謝物。

③葉酸類似物：同嘌呤抗代謝物。

④阿糖胞苷：抑制CDP還原成dCDP。

嘧啶核苷酸在酶作用下生成磷酸、核糖及自由鹼基，產生的嘧啶鹼進一步分解。胞嘧啶脫氨基轉變成尿嘧啶，尿嘧啶最終生成NH3、CO2及β-丙氨酸。胸腺嘧啶降解成β-氨基異丁酸。

核苷酸

核苷的磷酸酯，磷酸基與糖上的羥基連接。因為核糖有 3個羥基，所以核糖核苷酸如腺嘌呤核苷酸（簡稱腺苷酸）。脫氧核糖有兩個羥基，因而脫氧核糖核苷酸如腺嘌呤脫氧核糖核苷酸（簡稱脫氧腺苷酸）只有兩種。

含兩個以上磷酸基的核苷酸。只帶一個磷酸基的核苷酸，叫核苷一磷酸，帶兩個磷酸基的核苷酸叫核苷二磷酸，依此類推。如腺嘌呤核苷酸有腺苷一磷酸（即腺苷酸，AMP）、腺苷二磷酸(ADP）、腺苷三磷酸（ATP）和脫氧腺苷一磷酸（即脫氧腺苷酸，dAMP）、脫氧腺苷二磷酸(dADP）、脫氧腺苷三磷酸(dATP）。天然的核苷多磷酸中，磷酸基多是與戊糖的5′-羥基相連。4 種核苷三磷酸（ATP、GTP、CTP和UTP）、4 種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP和dTTP）分別是RNA和DNA生物合成的原料。

寡核苷酸與多核苷酸

2～20個核苷酸連接而成的化合物叫寡核苷酸。20個以上的核苷酸組成的化合物叫多核苷酸。核酸是一種多核苷酸。

ADP和ATP是體內參與氧化磷酸化的高能化合物,ATP也是細胞內最豐富的遊離核苷酸（如哺乳動物細胞中ATP濃度接近1毫克分子），水解1克分子ATP約釋放7000卡能量。

腺苷-3′，5′-磷酸即環腺苷酸，主要存在於動物細胞中，生物體內的激素通過引起細胞內cAMP的含量發生變化，從而調節糖原、脂肪代謝、蛋白質和核酸的生物合成，所以cAMP被稱為第二信使。

2′，5′-寡聚腺苷酸，通常由3個腺苷酸通過2′，5－磷酸二酯鍵聯接而成，即pppA⑵p⑸A⑵P⑸A，是干擾素發揮作用的一個媒介，具有抗病毒、抑制DNA合成和細胞生長、調節免疫反應等生物功能。

幾個重要的輔酶都是腺苷酸衍生物。ATP 就是其中最重要的一個。此外，NA、NAD和FAD，可通過氫原子的得失參與許多氧化還原反應。輔酶 A行使活化脂肪酸功能，與脂肪酸、萜類和類固醇生物合成有關。

腺苷-3′-磷酸-5′-磷醯硫酸是硫酸根的活化形式，蛋白聚糖的糖組分中硫酸根的來源。甲硫氨酸被腺苷活化得到S-腺苷甲硫氨酸，它在生物體內廣泛用作甲基供體。

在某些需能反應中，如蛋白質生物合成的起始和延伸，不能使用ADP和ATP，而要GDP和GTP參與反應。鳥苷-3′，5′-磷酸也是一個細胞信號分子，在某些情況下，cGMP與cAMP是一對相互制約的化合物，兩者一起調節細胞內許多重要反應。鳥苷-3′-二磷酸-5′-二磷酸 (ppGpp）和鳥苷-3′-二磷酸-5′-三磷酸（pppGpp）則與基因表達的調控有關。

CDP和CTP也是一類高能化合物。與磷脂類代謝有關的胞苷酸衍生物有CDP-膽鹼、CDP-乙醇胺、CDP-二甘油酯等。

在糖代謝中起著重要作用，UDP是單糖的活化載體，參與糖與雙糖多糖的生物合成，如UDP－半乳糖是乳糖的前體，UDP－葡萄糖是糖原的前體，UDP－N－乙醯葡糖胺與糖蛋白生物合成有關。UDP和 UTP也是一類高能磷酸化合物。

鳥苷酸（GMP）、肌苷酸（IMP）等核苷酸屬於呈味性核苷酸，除了本身具有鮮味之外，還有和左旋谷氨酸（味精）組合時，有提高鮮味的作用，作為調料、湯料的原料使用。

母乳中含有尿苷酸（UMP）、胞苷酸（CMP）、腺苷酸（AMP）、鳥苷酸（GMP）、肌苷酸（IMP）等多種核苷酸，為提高嬰兒的免疫調節功能和記憶力發揮著作用，在歐美、日本等國家生產的嬰兒奶粉均按照母乳中的含量有添加微量核苷酸。也有添加RNA的例子。1991年歐共體對嬰幼兒食品中核苷酸的添加水平規定了上限：每420kj食品中cmp2.5mg，ump1.75mg，amp1.5mg，gmp0.5mg，imp1.0mg。2005年中國衛生部15號公布推薦，核苷酸在嬰幼兒配方粉中的添加量為0.2～0.58g/kg（以核苷酸總量計）。中國也有專利介紹添加核酸或核苷酸的高能牛奶，易被人體吸收，可以促進血液循環，改善腦機能，促進新陳代謝，抗疲勞，抗輻射，增強體制，提高免疫力等作用。

核苷酸作為醫藥，可抑制尿道發炎，在美國也有作為免疫調節劑給手術后的患者使用的例子。

核苷酸在嬰幼兒產品上多用於生產益生元葡萄糖、奶粉類、米粉類等產品。關於核苷酸添加2013年有新的添加標準，只能添加在奶粉類，不可添加在葡萄糖、米粉類。