Funciones biológicas de los nucleótidos y sus derivados
El papel de los nucleótidos
Casi todos los alimentos procedentes de los seres vivos contienen trazas de nucleótidos y sus conjugados, polinucleótidos, ADN, ARN y otros ácidos nucleicos. Después de la ingestión, puede utilizarse como material para sintetizar eficazmente ARN y ADN en el cuerpo.
1 Definición
Clase de compuestos compuestos por tres sustancias: bases purínicas o pirimidínicas, ribosa o desoxirribosa y fosfato. También conocido como ácido nucleósido. Los azúcares de cinco carbonos y las bases orgánicas sintetizan nucleósidos, los nucleósidos y los fosfatos sintetizan nucleótidos, y los cuatro tipos de nucleótidos forman ácidos nucleicos. Los nucleótidos participan principalmente en la formación de ácidos nucleicos, y muchos nucleótidos individuales también tienen una variedad de funciones biológicas importantes, como el trifosfato de adenosina (ATP) y las coenzimas de deshidrogenación relacionadas con el metabolismo energético. Ciertos análogos de nucleótidos pueden interferir con el metabolismo de los nucleótidos y pueden usarse como medicamentos contra el cáncer. Dependiendo del azúcar, existen dos tipos de nucleótidos: ribonucleótidos y desoxinucleótidos. Según las diferentes bases, existen nucleótidos de adenina (adenilato, AMP), nucleótidos de guanina (guanilato, GMP), nucleótidos de citosina (citidilato, CMP), nucleótidos de uracilo, nucleótidos de uridina (ácido uridílico, UMP), nucleótidos de timina (ácido timidílico, TMP). ) y nucleótidos de hipoxantina (ácido inosínico, IMP), etc. El ácido fosfórico de los nucleótidos se presenta en forma de una molécula, dos moléculas y tres moléculas. Además, las moléculas de nucleótidos también pueden deshidratarse y condensarse para formar nucleótidos cíclicos.
2 Síntesis
Los nucleótidos son los componentes básicos del ácido ribonucleico y del ácido desoxirribonucleico, y son los precursores de la síntesis de ácidos nucleicos en el cuerpo. Los nucleótidos se distribuyen junto con los ácidos nucleicos en los núcleos y el citoplasma de diversos órganos, tejidos y células de los organismos y, como componentes de los ácidos nucleicos, participan en actividades vitales básicas como la herencia, el desarrollo y el crecimiento de los organismos. También existen cantidades considerables de nucleótidos en forma libre en los organismos. El trifosfato de adenosina desempeña un papel importante en el metabolismo energético celular. La liberación y absorción de energía en el cuerpo se reflejan principalmente en la producción y consumo de trifosfato de adenosina. Además, el trifosfato de uridina, el trifosfato de citidina y el trifosfato de guanosina también son fuentes de energía en el anabolismo de algunas sustancias. El adenilato también es un componente de ciertas coenzimas, como las coenzimas I, II y la coenzima A.
En los organismos vivos, los nucleótidos se pueden sintetizar a partir de algunos compuestos simples. Estas materias primas sintéticas incluyen ácido aspártico, glicina, glutamina, unidades de un carbono y CO2, etc. El catabolismo de los nucleótidos de purina en el cuerpo puede producir ácido úrico y el catabolismo de los nucleótidos de pirimidina puede producir CO2, β-alanina y ácido β-aminoisobutírico, etc. Los trastornos metabólicos de los nucleótidos de purina y pirimidina pueden causar síntomas clínicos (ver Trastornos del metabolismo de las purinas, Trastornos del metabolismo de las pirimidinas).
Los compuestos nucleotídicos también se utilizan como fármacos en tratamientos clínicos, como el 5-fluorouracilo y la 6-mercaptopurina, que se utilizan habitualmente en la quimioterapia tumoral.
Algunas moléculas de nucleótidos tienen un solo grupo fosfato, por lo que se denominan nucleósidos monofosfatos (NMP). El grupo fosfato del 5'-nucleótido se puede fosforilar aún más para generar nucleósido difosfato (NDP) y nucleósido trifosfato (NTP), en los que los fosfatos están conectados por enlaces de alta energía. Lo mismo ocurre con los desoxirribonucleótidos.
También existe un tipo de nucleótido cíclico en el cuerpo, es decir, la parte fosfato del único nucleótido y el tercer y quinto átomo de carbono de la ribosa se deshidratan y condensan simultáneamente para formar un diéster cíclico, que es decir, 3', 5'-nucleótidos cíclicos, los importantes son 3',5'-monofosfato de adenosina cíclico (cAMP) y 3',5'-monofosfato de guanosina cíclico (cGMP).
3 Distribución
Los nucleótidos son la unidad estructural básica del ácido nucleico en el cuerpo humano. Los nucleótidos son sintetizados principalmente por las propias células del organismo. Los nucleótidos están ampliamente distribuidos en el cuerpo. Existe principalmente en forma de 5'-nucleótidos en las células. La concentración de ribonucleótidos en las células supera con creces la de desoxirribonucleótidos. El contenido de varios nucleótidos en diferentes tipos de células varía mucho. En la misma célula, el contenido de varios nucleótidos también varía, pero la cantidad total de nucleótidos no cambia mucho.
4 Funciones
Los compuestos nucleotídicos tienen importantes funciones biológicas y participan en casi todos los procesos de reacción bioquímica de los organismos. Ahora se resume en los siguientes cinco aspectos:
① El nucleótido es el precursor de las macromoléculas biológicas sintéticas ácido ribonucleico
(ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN). Hay cuatro tipos de nucleótidos: AMP, GMP, CMP y UMP. Los precursores de síntesis de novo de estos cuatro tipos de nucleótidos son sustancias simples como ribosa fosfato, aminoácidos, unidades de un carbono y dióxido de carbono.
Hay cuatro tipos principales de desoxinucleótidos en el ADN: dAMP, dGMP, dCMP y dTMP, que se reducen de sus correspondientes nucleótidos de carbono nucleares al nivel de difosfato [1].
② El trifosfato de adenosina (ATP) juega un papel extremadamente importante en el metabolismo energético celular. Parte de la energía generada cuando se oxida una sustancia se almacena en los enlaces fosfato de alta energía de las moléculas de ATP. La reacción de las moléculas de ATP para descomponerse y liberar energía puede cooperar con diversas reacciones biológicas que requieren energía para realizar el trabajo y realizar diversas funciones fisiológicas, como el anabolismo de sustancias, la contracción, absorción y secreción muscular, el mantenimiento de la temperatura corporal y las actividades bioeléctricas. . Por tanto, se puede considerar que
El ATP es el centro de conversión del metabolismo energético.
③ El ATP también puede transferir enlaces fosfato de alta energía a UDP, CDP y GDP para generar UTP
, CTP y GTP. También son una fuente directa de energía en algunos anabolismos. Además, en algunas reacciones sintéticas, algunos derivados de nucleótidos también son metabolitos intermedios activados. Por ejemplo, la UTP participa en la síntesis de glucógeno para suministrar energía, y
UDP también transporta y transporta glucosa.
④
El adenilato también incluye varias coenzimas importantes, como la coenzima I (nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+), coenzima II (nicotinamida adenina difosfato fosfato) nucleótido, NADP+), flavina adenina. El dinucleótido (FAD) y la coenzima A (CoA) son componentes importantes del sistema de oxidación biológica y transfieren hidrógeno. Juega un papel importante en los átomos o electrones. Como componente coenzima de algunas enzimas, participa en la oxidación aeróbica de azúcares y grasas. oxidación ácida.
⑤ Los nucleótidos cíclicos tienen un cierto efecto regulador en muchos procesos biológicos básicos.
5 Metabolismo
Se puede discutir desde tres aspectos: anabolismo, catabolismo y regulación metabólica.
Anabolismo
Los glucósidos de núcleo purínico se sintetizan principalmente a partir de algunos compuestos simples. Estos precursores incluyen ácido aspártico, glicina, glutamina, CO2 y unidades de un carbono (formilo). y metino, transportado por tetrahidrofolato), etc. Pasan a través de la reacción enzimática de 11 pasos que primero sintetiza el nucleótido de hipoxantina (también conocido como ácido inosínico). Posteriormente, el ácido inosínico se amina en diferentes partes y se convierte en ácido adenílico y ácido guanílico. El primer paso de la ruta de síntesis es que la ribosa 5-fosfato es activada por enzimas para generar 1-pirofosfato-5-ribosa fosfato (PRPP). Esta es una reacción importante. La síntesis de novo de nucleótidos de purina se realiza principalmente en el hígado. , seguido de la mucosa del intestino delgado y en el timo.
La degradación de los nucleótidos de purina puede producir bases de purina, que eventualmente se descomponen en ácido úrico. Algunos de los productos de la descomposición pueden reutilizarse para sintetizar nucleótidos de purina. , que se llama vía del anabolismo del reciclaje, que se puede llevar a cabo en tejidos como la médula ósea y el bazo. La adenina, la guanina y la hipoxantina producidas por la degradación de los nucleótidos de purina son catalizadas por la fosforribosiltransferasa y aceptan 3'-pirofosfato-5-ribosa fosfato. (PRPP) ) fosfato ribosa en la molécula para generar el correspondiente nucleótido de purina.
La síntesis de novo de nucleótidos de pirimidina también se lleva a cabo principalmente en el hígado. y el ácido aspártico sufre varias reacciones enzimáticas para generar ácido uridílico. Después de que el ácido uridílico se convierte en trifosfato de uridina, acepta un grupo amino de la glutamina para generar trifosfato de citidina.
Los nucleótidos de purina y pirimidina se sintetizan en el cuerpo. Son todos nucleósidos monofosfato y pueden aceptar el grupo fosfato proporcionado por el ATP bajo la catálisis de la fosfoquinasa. Convertirlos en nucleósidos difosfato y nucleósidos trifosfato.
También hay un tipo de desoxirribonucleótido en el cuerpo. , dGMP, dCMP y dTMP. La desoxirribosa en su composición no se forma primero y luego se combina en la molécula de nucleótidos, sino que se genera mediante la reducción de ribonucleótidos ya sintetizados. Esta reducción se produce a nivel de la molécula de nucleósido difosfato, y dADP, dGDP. , dCDP y dUDP pueden provenir de esto, pero dTMP es diferente. Se genera por metilación de dUMP.
Catabolismo
Los nucleótidos de purina sufren catabolismo en el cuerpo y sufren desaminación para generar hipoxantina y xantina, que luego se oxidan bajo la catálisis de la función xantina oxidasa, produciendo finalmente ácido úrico.
El ácido úrico se puede excretar del cuerpo con la orina. La excreción diaria de ácido úrico de una persona normal es de 0,6 g. Los productos de descomposición de los nucleótidos de pirimidina en el organismo son CO2, β-alanina y ácido β-aminoisobutírico.
Regulación metabólica
La síntesis de nucleótidos en el organismo está sujeta a una regulación por retroalimentación. Los productos finales de la síntesis de nucleótidos de purina son AMP y GMP, que pueden inhibir por retroalimentación la reacción de IMP a AMP y GMP. Junto con IMP, pueden inhibir por retroalimentación la producción de PRPP, la reacción inicial de la vía sintética. El producto de la síntesis de nucleótidos de pirimidina
CTP también puede inhibir por retroalimentación la reacción inicial de la síntesis de pirimidina.
Referencia: Enciclopedia Baidu