核苷酸代谢

核苷酸代谢包括从简单前体构建核苷酸并对其进行回收或降解的途径，为核酸和能量载体提供构建模块。

Definition

核苷酸代谢是通过从头合成和补救途径产生嘌呤和嘧啶核苷酸，并将其分解为清除产物的一系列生物合成和分解代谢途径。

Scope

本主题涵盖嘌呤和嘧啶核苷酸的从头合成、经济地再利用预形成碱基的补救途径、核糖核苷酸还原酶将核糖核苷酸转化为脱氧核糖核苷酸，以及核苷酸降解为排泄终产物。

Core questions

• 从头合成途径和补救途径在成本和策略上有何不同？
• 嘌呤和嘧啶环是如何组装的？
• 脱氧核糖核苷酸是如何从核糖核苷酸产生的？
• 核苷酸降解的最终产物是什么？

Key theories

核糖核苷酸还原

核糖核苷酸还原酶通过自由基机制将核糖核苷酸转化为脱氧核糖核苷酸，这是DNA脱氧核糖核苷酸前体的唯一途径，也是平衡供应的关键控制点。

Mechanisms

嘌呤核苷酸是通过在核糖磷酸骨架上逐步组装环而从头构建的，而嘧啶环是先合成再连接到核糖磷酸上。补救途径以低得多的能量成本将预形成的碱基重新连接到核糖磷酸上。核糖核苷酸还原酶随后为DNA提供脱氧核糖核苷酸。降解将嘌呤转化为尿酸或进一步的产物，将嘧啶转化为可溶性小分子，并通过反馈调节平衡核苷酸库。

Clinical relevance

核苷酸途径是受调控生物合成的经典范例，也是药物化学中许多酶抑制剂的靶点。本治疗方法是描述性的，不具指导性。

History

20世纪中期，特别是布坎南（Buchanan）的同位素标记研究，追溯了嘌呤环中原子的来源，而赖卡德（Reichard）等人阐明了核糖核苷酸还原酶，确立了核苷酸生物合成的化学过程。

Key figures

• John Buchanan
• Arthur Kornberg
• Peter Reichard

Seminal works

• nelson2021
• berg2019

Frequently asked questions

如果细胞可以从头合成核苷酸，为什么还要维持补救途径？

补救途径以远低于从头构建环的能量成本重复利用预形成的碱基，这在需求高或合成能力有限的组织中具有优势。

DNA的脱氧核糖核苷酸从何而来？

它们是由相应的核糖核苷酸通过核糖核苷酸还原酶产生的，该酶通过自由基机制去除2'-羟基。