生化學-核苷酸合成與代謝

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生化學-核苷酸合成與代謝

重要考點

核苷酸合成途徑可以分為從頭合成和補救合成兩種方式。嘌呤核苷酸的分解代謝主要在肝與小腸中進行。當核酸的新陳代謝產生失調時，就會造成一些嚴重疾病。

說明

核酸化學結構的基本認識

核酸的基本單位是核苷酸(nucleotide)。去氧核糖核苷酸(deoxyribonucleotide)是組成DNA的核苷酸，核糖核苷酸(ribonudeotide)是組成RNA的核苷酸。核苷酸可以進一步水解為核苷(nucleoside)和磷酸，核苷又可以水解為戊糖(pentose)和鹼基(base)。體內核酸濃度的恒定，必須藉由核酸的分解、從頭合成( de novo biosynthesis)及補救合成(salvage pathway)等路徑來調節。

核苷酸的合成過程

合成途徑可以分為從頭合成和補救合成兩種方式。從頭合成是核苷酸合成的主要途徑，在肝中進行；補救合成在腦和脊髓中進行，是一種重新利用的過程。

	從頭合成 ( de novo biosynthesis)	補救合成 (salvage pathway)
主要部位	肝	腦、脊髓 ( 因腦、骨髓缺乏從頭合成嘌呤核苷酸的酶 )
原料	利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位與 CO2，經連續酶促反應合成	直接利用體內的鹼基，經簡單反應合成核苷酸
功用	是核苷酸合成主要途徑	一種重新利用的過程

		嘌呤核苷酸	嘧啶核苷酸
從頭合成途徑	合成區域	細胞質中	細胞質中
	合成原料	嘌呤鹼基的 9 個原子各來自穀氨醯胺 (Gl) 、天冬氨酸、甘氨酸、一碳單位與 CO2 合成原料	穀氨醯胺、天冬氨酸、 CO2
	過程	次黃嘌呤核苷酸 (IMP) 合成：從 R- 5-P( D-ribose-5-phosphate ) 開始，磷酸化後 →產生 PRPP → PRPP+glutamine →形成 5-phosphoribosyl-1-amine → …… →生成 IMP IMP 再轉變成 AMP 與 GMP ：由天門冬氨酸提供氨基→取代 IMP 上的酮基→轉變成 AMP； IMP 氧化→形成黃嘌呤核苷酸 (XMP) →再由谷氨醯胺提供氨基→嘌呤環 C2 氨基化→生成 GMP (IMP 是嘌呤核苷酸合成的中間產物，是 AMP 和 GMP 的前體 )	也可分為兩階段：合成 UMP ：先合成嘧啶環→再與磷酸核糖焦磷酸縮合、脫羧生成 UMP( 與嘌呤核苷酸的從頭合成途徑不同 ) 合成胞苷酸 (CTP) 及胸苷酸：由穀氨醯胺提供氨基→使 UTP 轉變成 CTP dUMP →甲基化 (TMP 合成酶+ N⁵, N¹⁰ - 甲烯基四氫葉酸 ) →生成 dTMP 【註】關鍵酶：PRPP 合成酶、CPS-2( 位於細胞質中 )
補救合成途徑		腺嘌呤 + 磷酸核糖焦磷酸 ( PRPP ) 　　　↓ ( APRT ) 腺苷酸 + 焦磷酸鳥嘌呤 + PRPP 　　　↓ ( HGPRT ) 鳥苷酸 + 焦磷酸次黃嘌呤 + PRPP 　　　　↓ ( HGRT ) 次黃嘌呤苷酸 + 焦磷酸【註1】目的是藉由 HPRT 及 APRT 作用，將 hypoxnthine 、 guanine 和 adenine 轉變為 IMP 、 GMP 、 AMP ，使遊離 purines 回收，重新參與核酸合成 ) 【註2】 Lesch-Nyhan syndrome，因其體內 HPRT 缺乏，次黃嘌呤 hypoxanthine 無法轉變為 IMP，次黃嘌呤藉由黃嘌呤氧化酶 (xanthine oxidase) 的作用，產生過量尿酸。	嘧啶 + PRPP 　　↓( 嘧啶磷酸核糖轉移酶 ) 嘧啶核苷酸嘧啶核苷 +ATP 　　↓ ( 嘧啶核苷激酶 ) 嘧啶核苷酸【註】關鍵酶：嘧啶磷酸核糖轉移酶

【註】HGPRT : hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase( 次黃嘌呤 - 鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶 ) ； APRT : adenine phosphoribosyl transferase( 腺嘌呤磷酸核糖轉移酶 )

核苷酸的代謝過程

嘌呤核苷酸的分解代謝主要在肝與小腸中進行。

	嘌呤核苷酸	嘧啶核苷酸
代謝過程	嘌呤核苷酸（IMP,AMP,GMP） ↓ 尿酸 ( 別嘌呤醇的結構與次黃嘌呤相似，可以競爭性抑制次黃嘌呤氧化酶，使尿酸合成減少 )	胞嘧啶 ↓ CO2+NH3+ β - 丙氨酸胸腺嘧啶 ↓ CO2+NH3+ β - 氨基異丁酸

核苷酸生物學功能

(1) 核苷酸是構成核酸的基本單位，構成了 DNA 和 RNA ；
(2) 參與能量代謝：ATP 是細胞的主要能量形式；它的中間產物也參與生物合成的反應；
(3) 參與代謝和生理調節：代謝過程受 ATP、ADP 或 AMP 的調節；cAMP 或 cGMP 參與訊息傳遞作用的調節，是細胞膜受體啟動的第二信使；
(4) 參與輔酶 ( coenzymes ) 的形成：腺苷酸是 NAD ＋、ANDP ＋、FMN、FAD 及 CoA 成分之一。

相關考題

1.下列何種輔酶能協助單碳基團（one-carbon groups）轉移，如果缺乏時會影響DNA的合成？ < 97-1-42 >

coenzyme A
lipoate
tetrahydrofolate
pyridoxal phosphate

解答：C

2.輔酶NAD＋、FAD、coenzyme A等分子中之共同結構單元（structure module）為： < 98-2-47 >

ADP
CDP
GDP
UDP

解答：A

3.下列何種鹼基不存於一般RNA分子？ < 99-1-32 >

腺嘌呤（ adenine ）
尿嘧啶（ uracil ）
胞嘧啶（ cytosine ）
胸腺嘧啶（ thymine ）

解答：B

4.核酸去嘌呤作用（depurination of nucleotides）是破壞在連接鹼基（base residues）與核糖（ribose）的化學鍵。這個化學鍵稱為：< 99-2-31 >

氫鍵（ hydrogen bond ）
糖苷鍵（ N-glycosyl bond ）
磷酸二酯鍵（ phosphodiester bond ）
醯胺鍵（ amide bond ）

解答：B

5.下列關於Lesch-Nyhan syndrome的敘述，何者錯誤？< 100-2-31 >

先天缺乏 Hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase 而導致
無法藉由新合成路徑（ De novo pathway ）合成鳥糞嘌呤
患病兒童通常在 2 歲前發病，出現肢體不協調與智能障礙
嚴重者會累積過多的尿酸，造成組織的破壞

解答：B

刊名

小龍醫師館

關鍵詞

生化學、核苷酸、去氧核糖、氨基酸、嘌呤、嘧啶、細胞質、鹼基、基礎醫學教室