嘌呤核苷酸循环(嘌呤核苷酸循环发生在哪里)

合成核苷酸有两种方法:从头合成法和补救法。碱基的从头合成是在磷酸核糖的存在下进行的，直接合成NMP，而不是先合成碱基再生成核苷和核苷酸。因此，核酸分解代谢产生的核苷和碱基不能直接加入到从头合成途径中，而需要特殊的酶来催化NMP才能被利用，故称之为补救途径。

在嘌呤核苷酸的从头合成中，首先合成IMP，IMP可以转化为AMP和GMP。IMP的合成从PRPP(磷酸核糖焦磷酸)开始，有10个步骤，从这些步骤形成咪唑环并生成次黄嘌呤。PRPP由磷酸核糖焦磷酸激酶(也称为PRPP合酶)催化的5-磷酸核糖和ATP产生，磷酸核糖焦磷酸激酶相当于磷酸核糖的活化形式。

PRPP的合成引自《医学生物化学》杂志

第一步，谷氨酰胺的氨基取代焦磷酸，在磷酸核糖上构建咪唑环。之后依次连接甘氨酸、甲基和氨基，再环化生成5-氨基咪唑核苷酸(AIR)。然后羧基化得到天冬氨酸的氨基，再进行甲酰化，最后脱水闭环生成IMP。

第二阶段，一个中间产品AICAR值得一提。也是组氨酸合成过程中释放的产物，可加入嘌呤合成。事实上，PRPP也是一种多用途分子，用于合成组氨酸和色氨酸。

IMP合成途径。引自《医学生物化学》杂志

IMP可以通过获得氨基生成AMP，但这个氨基来自天冬氨酸，所以需要生成腺苷酸琥珀酸，然后裂解释放出富马酸(富马酸)。第一个反应由腺苷酸琥珀酸合酶(ADS)催化，GTP提供能量。第二个反应由腺苷琥珀酸裂解酶(ADSL)催化。

AMP和GMP的合成。引自《医学生物化学》杂志

AMP的合成反应也是腺苷酸循环的一部分，也称为嘌呤核苷酸循环。这一循环不仅用于天冬氨酸的脱氨基，对骨骼肌也有特殊意义。骨骼肌活动加强时，需要增加三羧酸循环，但往往缺乏回补反应。此时腺苷酸循环产生的富马酸可以补充草酰乙酸的不足。

嘌呤循环。引自《医学生物化学》杂志

IMP可以被次黄嘌呤核苷酸脱氢酶(IMPDH)氧化生成黄嘌呤，然后被鸟苷酸合成酶(GMPS)催化接受谷氨酰胺的氨基生成GMP。

AMP和GMP的合成是相互影响的。ADS需要GTP，而GMPS需要ATP。这就导致了一个NTP的积累，它会消耗自身来加速另一个的合成，最终使两者的浓度接近。也是细胞调节核苷酸平衡的手段之一。

嘌呤修复涉及三种酶:腺苷激酶(ADK)、腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT)和次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)。三种酶都催化NMP，但ADK的底物是腺苷，消耗ATP。后两种酶的底物是相应的嘌呤，它消耗PRPP。一些文献仅将后两种酶归类为补救方法。

嘌呤代谢的治疗。引自《医学生物化学》杂志

补救听起来可能不重要，但实际上非常重要。一方面降低了从头合成和饮食需求的压力，另一方面也降低了嘌呤核苷酸降解和排出的压力。因此，三种酶的缺乏会导致严重的问题。

先天性HGPRT缺乏导致Lesch-Nyhan综合征。这是X连锁隐性遗传。由于异常的补救途径，从头合成被加速，因此尿酸水平上升，导致严重的痛风。不仅如此，大脑中的HGPRT活性很高，它严重依赖于补救方法。不正常的补救会导致神经系统功能紊乱，严重时甚至会自残。别嘌呤醇只能降低尿酸浓度，不能缓解神经系统异常和防止自残。所以，唯一常见的方法就是拔牙。

ADK也发挥了重要作用。在大脑中，腺苷可以调节神经元兴奋和神经递质释放。腺苷受体属于GPCR，与睡眠、运动、焦虑、认知和记忆有关。腺苷失活的主要方式是被星形胶质细胞摄取，然后被ADK催化产生AMP。因此，ADK与大脑功能密切相关。

腺苷激酶和神经系统中的腺苷代谢。引自《开放药物发现杂志》2010年1月1日；2(3): 108–118.