細(xì)胞內(nèi)豐富多彩的核苷酸衍生物

張艷馥 沙 偉

(黑龍江省齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院 161006)

1 ATP與能量代謝

ATP(腺苷三磷酸)為生物氧化的產(chǎn)物之一，是生物體內(nèi)能量的釋放、儲存和利用的中心。ATP中含有兩個高能磷酸鍵，水解時至少放出30kJ/mol的自由能。ATP提供能量最常見的方式是：通過斷裂β和γ之間的高能鍵轉(zhuǎn)變?yōu)锳DP的同時，釋放磷酸基或?qū)⒘姿峄D(zhuǎn)移至其他物質(zhì)上，完成物質(zhì)磷酸化作用，如激酶所作用的反應(yīng)；ATP通過斷裂α和β之間的高能鍵來釋放能量，轉(zhuǎn)移焦磷酸基或釋放焦磷酸；ATP轉(zhuǎn)移腺苷給其他物質(zhì)，釋放焦磷酸和磷酸。

ATP一方面吸收物質(zhì)分解所釋放的能量；另一方面又給物質(zhì)合成提供能量。ATP水解釋放的能量驅(qū)動各種需能的生命過程，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋㈦娔堋C(jī)械能等。因此，ATP為能量的中轉(zhuǎn)站，將分解代謝和合成代謝偶聯(lián)在一起。

2 cAMP、cGMP與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

2.1 cAMP cAMP(3′，5′ 環(huán)腺苷酸)是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的第二信使，在細(xì)胞內(nèi)由腺苷酸環(huán)化酶催化ATP轉(zhuǎn)變形成。作為蛋白激酶A(PKA)的別構(gòu)激活劑，它可以與PKA的調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，激活PKA的催化亞基并產(chǎn)生激酶活性。PKA可將其下游的蛋白質(zhì)磷酸化，如果作用的對象是相應(yīng)的酶，則可通過調(diào)節(jié)酶活性來調(diào)節(jié)代謝過程，例如糖原磷酸化酶的激活過程；如果所激活的蛋白是轉(zhuǎn)錄因子，則可通過調(diào)節(jié)基因表達(dá)來調(diào)節(jié)代謝過程。

此外，在細(xì)菌體內(nèi)cAMP參與調(diào)控過程，它與一種被稱作cAMP受體蛋白(CRP)相結(jié)合，來調(diào)控特定基因的表達(dá)，從而調(diào)控代謝過程。例如，比較典型的例子是細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖的效應(yīng)。

2.2 cGMP cGMP(3′，5′ 環(huán)鳥苷酸)也屬于第二信使，由鳥苷酸環(huán)化酶催化GTP產(chǎn)生。cGMP可以激活蛋白激酶G(PKG)，PKG可以使其作用的蛋白上的絲氨酸或蘇氨酸發(fā)生磷酸化，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的生理效應(yīng)。動物體內(nèi)以cGMP作為第二信使途徑的包括心鈉肽類激素的作用過程；氣體信號分子NO的作用過程；視網(wǎng)膜桿狀細(xì)胞中cGMP作為第二信使協(xié)助轉(zhuǎn)導(dǎo)視覺圖像。植物細(xì)胞中鳥苷酸環(huán)化酶可能比腺苷酸環(huán)化酶更重要，因?yàn)槠淇赡軈⑴c轉(zhuǎn)導(dǎo)真菌入侵信號；也參與由光敏色素介導(dǎo)的紅光信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)及調(diào)控糊粉淀粉酶合成的赤霉素信號。

3 NAD、NADP、FAD、CoASH充當(dāng)酶的輔因子

3.1 NAD和NADP NAD(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)為脫氫酶的輔酶，細(xì)胞內(nèi)絕大多數(shù)脫氫酶是以NAD為輔酶的脫氫酶，稱為煙酰胺脫氫酶。NAD通常在接受氫后會傳遞氫進(jìn)入呼吸鏈。

NADP(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)也是脫氫酶的輔酶。細(xì)胞內(nèi)以NADP作為輔酶的脫氫酶種類較少，并且與NAD不同的是：所生成的NADPH通常不進(jìn)入呼吸鏈，而是作為合成代謝過程中的供氫體，比較常見的是參與脂肪酸的合成，包括脂肪酸的從頭合成和加長合成。在光合作用過程中，光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋㈦娔苻D(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能之一就是NADPH，進(jìn)一步通過合成糖將能量以穩(wěn)定化學(xué)能的形式儲存起來。

3.2 FAD FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸)由AMP和黃素核苷酸構(gòu)成，由于其中含有維生素B2，因此也是維生素的衍生物。FAD有氧化和還原兩種形式，是脫氫酶的輔酶。細(xì)胞內(nèi)以FAD為輔酶的酶種類較少，比較典型的是琥珀酸脫氫酶，該酶是三羧酸循環(huán)中唯一一個與線粒體內(nèi)膜結(jié)合的酶。

3.3 CoASH CoASH(輔酶A)由泛酸、巰基乙胺和ADP構(gòu)成，巰基為活潑的功能基，可以攜帶酰基。CoASH在糖類、脂質(zhì)及蛋白質(zhì)代謝中都有重要作用。乙酰輔酶A中含有高能硫脂鍵，其中的乙酰基為活潑的功能基團(tuán)。

4 SAM與甲基化反應(yīng)

SAM(S-腺苷甲硫氨酸)是ATP將其腺苷轉(zhuǎn)移給甲硫氨酸所形成的，結(jié)構(gòu)中含有高能硫脂鍵，是活性甲基的提供者，參與體內(nèi)許多甲基化反應(yīng)。例如，氨基酸的合成代謝；mRNA帽子結(jié)構(gòu)中鳥嘌呤和起始核苷酸的甲基化反應(yīng)；在磷脂合成中為磷脂酰乙醇胺提供甲基，轉(zhuǎn)變?yōu)榱字Ｄ憠A。

5 合成代謝中的核苷酸衍生物

5.1 UDP-G、ADP-G與糖的合成 UDP-G(尿二磷葡萄糖)和ADP-G(腺二磷葡萄糖)被稱為活性葡萄糖，在淀粉、糖原及蔗糖等糖的合成中為糖鏈的延伸提供糖基。例如，通過對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)的糖基化和溶酶體中溶酶體蛋白酶糖基化的標(biāo)記，證明這些過程提供糖基的都是核苷糖，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖或UDP-N-乙酰葡萄糖胺。

5.2 CDP與磷脂合成 磷脂是生物膜的重要組成成分，除了作為膜的基本結(jié)構(gòu)物質(zhì)外，膜中的一些磷脂是信號分子。例如，雙信使途徑中的磷脂酰肌醇可以在磷脂酶C的作用下形成磷酸肌醇和二酰甘油兩種信號分子。在磷脂合成的兩種基本途徑中CDP(胞苷二磷酸)都起到了重要作用，類似糖合成中的UDP-G，磷脂合成中通過CDP-氮堿(如CDP-乙醇胺、CDP-膽堿)或CDP-二酰甘油與相應(yīng)的取代基反應(yīng)合成磷脂。

5.3 GTP與蛋白質(zhì)合成 在蛋白質(zhì)生物合成過程中，GTP(鳥苷二磷酸)一方面作為供能物質(zhì)；另一方面以G蛋白的形式參與代謝。G蛋白即與GTP或GDP結(jié)合的蛋白，在許多生命過程中都存在，通常結(jié)合GTP時有活性而結(jié)合GDP時無活性，因此被稱為分子開關(guān)。

隨著研究的深入，核苷酸衍生物的功能可能被更多的展現(xiàn)出來，它們的多種功能顯示了這類物質(zhì)在生命過程中的重要性。