核苷酸

核苷gān酸（Nucleotide） 是核酸的基本结构单位。^[2]由三个部分组成：一个五碳糖分子、一个含氮碱基和一个磷酸基团，^[4]含氮碱基在DNA中有四种不同类型：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶；在RNA中，胸腺嘧mì啶dìng被尿嘧啶所替代，而其他三种碱基与DNA中相同。^[5]

核苷酸的主要功能是构成核酸，分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两种，用于传递遗传信息。另外，其还具有在细胞内通过代谢途径产生能量的功能、参与代谢和生理调节剂组成辅酶等功能。^[6]核苷酸可以从食物中获取，如含有丰富核苷酸的肉类、鱼类和豆类，也可以通过化学合成法、生物催化法及酶解法等途径人工合成。^{[7][8][9][10]}

核苷酸的用途多种多样，广泛应用于食品、医学、动物饲料、农业及实验应用等领域。5'-核糖核苷酸二钠也作为食品添加剂，用于增味剂中以增强鲜味，通常以酵母提取物的形式存在。^[11]在医学领域，核苷和核苷酸类似物在对抗病毒感染中起到了尤为重要的作用，在抗肿瘤治疗中，也常用的5-氟尿嘧啶及6-巯基嘌呤等药物。^[12][13]此外，核苷酸制剂还作为植物生长水平调节剂，用于农作物的栽培过程中，以到达增产的目的。^[14]核苷酸的使用需要在安全计量范围内，过量使用可能会对人体健康造成危害。中国和欧盟对于婴幼儿食品中核苷酸的使用制定了相关管理制度。^[15][16]

1868年，“核素”这一概念被提出来之后，柯塞尔的研究组通过大量的反复的实验证明，核酸是由碱基、磷酸和糖类组成的。1909年，列文在洛克菲勒医学研究所用酸水解肌苷酸，得到了次黄嘌呤和核糖磷酸；如果改用碱水解肌苷酸，则会得到肌酐和磷酸盐。在此基础上，列文进一步提出了“核苷酸”的概念，并认为，核酸是以核苷酸为基本结构单位的。^[17]

20世纪中期，英国化学家亚历山大·托德（Alexander Todd）开始研究核苷酸的化学结构，并成功地合成了多种核苷酸。^[18]西班牙裔美国生物化学家塞韦罗·奥乔亚（Severo Ochoa）研究了核苷酸的合成机制，并成功地制备出了核苷酸合成酶，这为生物合成核苷酸的研究奠定了基础。^[19]

20 世纪 60 年代初，日本就率先发现了利用橘青霉提取的 5'-磷酸二酯zhǐ酶可降解 RNA 生成 5'-核苷酸，随后日本利用该方法首先实现了核苷酸的工业化生产。^[10]

核苷酸的基本结构包括三个部分：一个五碳糖分子、一个含氮碱基和一个磷酸基团。^[4]

五碳糖分子是核苷酸中的一个重要组成部分，它有两种类型：脱氧核糖和核糖。脱氧核糖是DNA中的五碳糖，而核糖是RNA中的五碳糖。脱氧核糖和核糖的差别在于脱氧核糖缺少一个氧原子，具有较强的化学稳定性，使DNA分子更加稳定，适合存储遗传信息。^[20]

含氮碱基是核苷酸中的第二个重要组成部分，其与五碳糖缩合形成糖苷，即核苷。^[21]DNA中有四种不同类型的碱基：腺嘌呤（Adenine，A）、鸟嘌呤（Guanine，G）、胸腺嘧啶（Thymine，T）和胞嘧啶（Cytosine，C）。在RNA中，胸腺嘧啶被尿嘧啶（Uracil，U）所替代，而其他三种碱基与DNA中相同。这些碱基可以形成互补配对，从而在DNA中进行遗传信息的传递。具体而言，腺嘌呤和胸腺嘧啶通过双氢键配对，鸟嘌呤和胞嘧啶通过三氢键配对。^[5]RNA大多以单链状态存在，但也可以在局部区域通过碱基的互补配对形成所谓发夹形或三叶草形构象。在RNA中，碱基是按腺嘌呤和尿嘧啶和鸟嘌呤和胞嘧啶配对的。^[22]

磷酸基团是核苷酸的第三个重要组成部分，磷酸为无机分子，易解离出H而带负电荷。磷酸易与含羟基的糖发生酯化反应，通过磷酸酯键形成新的分子。每个核苷酸分子中有一个或多个磷酸基团，磷酸基团的负电荷使得核苷酸能够连接成链状结构，形成DNA和RNA的聚合物。^[5][23]

命名核苷酸除了将五碳糖部分和碱基部分注明以外，还要指出酯键的位置。例如，脱氧腺苷酸应叫做5'-腺嘌呤脱氧核苷酸或腺嘌呤脱氧核苷-5'-磷酸，又叫脱氧腺苷一磷酸（deoxyadenosine monophosphate，dAMP)。同理，胞苷酸的名称为5'-胞嘧啶核苷酸或胞嘧啶核苷-5’磷酸，还可叫做胞苷一磷酸（cytidine monophosphate，CMP）。^[24]

嘌呤核苷酸的合成：体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径，①利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料合成嘌呤核苷酸的过程，称为从头合成途径(denovo synthesis)，是体内的主要合成途径。②利用体内游离嘌呤或嘌呤核苷，经简单反应过程生成嘌呤核苷酸的过程，称重新利用(或补救合成)途径(saluagepathway)。在部分组织如脑、骨髓中只能通过此途径合成核苷酸。^[6]

嘌呤核苷酸的从头合成主要在胞液中进行，可分为两个阶段：首先合成次黄嘌呤核苷酸(inosine monophosphate，IMP)；然后通过不同途径分别生成腺嘌呤核苷酸（Adenosine monophosphate，AMP）和鸟嘌呤核苷酸（Guanosine5'-monophos-phate，GMP）。^[6]嘌呤核苷酸的补救合成是由二种特异性不同的酶参与的，腺嘌呤磷酸核糖转移酶(Adenine phosphoribosyl transterase，APRT)催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸（Phosphoribosyl pyrophosphate，PRPP）与腺嘌呤合成AMP；人体由嘌呤核苷的补救合成只能通过腺苷激酶催化，使腺嘌呤核苷生成腺嘌呤核苷酸；嘌呤核苷酸补救合成是一种次要途径，其生理意义一方面在于可以节省能量及减少氨基酸的消耗。另一方面对某些缺乏主要合成途径的组织具有重要的生理意义，如人的白细胞和血小板、脑、骨髓、脾等。^[6]

嘧啶核苷酸的合成：嘧啶核苷酸合成也有从头合成和补救合成两条途径。^[25]嘧啶核苷酸的从头合成是先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖相连而成的。^[6]嘧啶核苷酸的补救合成是通过嘧啶核苷激酶（pyrimidine nucleoside kinase）合成尿嘧啶，然后尿嘧啶转变为尿嘧啶核苷酸。其中，尿嘧啶转变为尿嘧啶核苷酸可以通过两种方式进行：①与5-磷酸核糖焦磷酸反应；②尿嘧啶与1-磷酸核糖反应产生尿嘧啶核苷，后者在尿苷激酶作用下被磷酸化而形成尿嘧啶核苷酸。^[25]

核苷酸广泛存在于生物体的各个部位和组织中，包括细胞质、细胞核、线粒体、叶绿体等。在人体中，DNA主要存在于细胞核内，RNA主要存在于细胞质内，而ATP则广泛分布于细胞质和细胞器中。此外，核苷酸还以辅酶、信号分子等形式广泛分布于细胞内外，参与调控细胞的代谢、信号传导和生物学活动。在植物体中，核苷酸存在于线粒体和叶绿体中，主要参与细胞能量代谢和光合作用等生物过程。此外，核苷酸还可以存在于体液和尿液等生物体内的液体中，参与生理功能的调节和代谢产物的排泄等过程。^[5]

食物中的核酸多与蛋白质结合为核蛋白，在胃中受胃酸的作用，或在小肠中受蛋白酶作用，分解为核酸和蛋白质。核酸主要在十二指肠降解为单核苷酸。核苷酸由不同的碱基特异性核苷酸酶和非特异性磷酸酶)催化，水解为核苷和磷酸。核苷可直接被小肠粘膜吸收，或在核苷酶(nucleosidases)和核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylases)作用下，水解为碱基，戊糖或1-磷酸五碳糖。^[6]

体内核苷酸的分解代谢与食物中核苷酸的消化过程类似，可降解生成相应的碱基，五碳糖或1-磷酸核糖。1-磷酸核糖在磷酸核糖变位酶催化下转变为5-磷酸核糖，成为合成PRPP的原料。碱基可参加补救合成途径，亦可进一步分解。^[6]

嘌呤核苷酸可以在核苷酸酶的催化下，脱去磷酸成为嘌呤核苷，嘌呤核苷在嘌呤核苷磷酸化酶的催化下转变为嘌呤。嘌呤核苷及嘌呤又可经水解，脱氨及氧化作用生成尿酸。哺乳动物中，腺苷和脱氧腺苷不能由嘌呤核苷磷酸化酶分解，而是在核苷和核苷酸水平上分别由腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酸催化脱氨生成次黄嘌呤核苷或次黄嘌呤核苷酸。它们再水解成次黄嘌呤，并在黄嘌呤氧化酶的催化下逐步氧化为黄嘌呤和尿酸。^[6]

嘧啶核苷酸的分解代谢途径与嘌呤核苷酸相似。首先通过核苷酸酶及核苷磷酸化酶的作用，分别除去磷酸和核糖，产生的嘧啶碱再进一步分解。嘧啶的分解代谢主要在肝脏中进行。分解代谢过程中有脱氨基、氧化、还原及脱羧基等反应。^[6]

胞嘧啶脱氨基转变为尿嘧啶。尿嘧啶和胸腺嘧啶先在二氢嘧啶脱氢酶的催化下，分别还原为二氢尿嘧啶和二氢胸腺嘧啶。二氢嘧啶酶催化嘧啶环水解，分别生成β-丙氨酸和β-氨基异丁酸。β-丙氨酸和β-氨基异丁酸可继续分解代谢。β-氨基异丁酸亦可随尿排出体外。^[6]

核苷酸的代谢调节是指细胞内对核苷酸合成、降解和利用过程的调控机制。细胞通过上述调控机制，能够根据细胞内外环境的变化，合理调节核苷酸的合成和降解速率，以满足细胞的生长、分裂和功能需求。这些调控机制的紊乱可能导致核苷酸代谢异常，进而影响细胞功能和导致疾病的发生。^[26]

在核苷酸的从头合成途径中，一些重要的酶被底物或产物所抑制，这种抑制作用被称为反馈抑制。例如，核苷酸合成途径中的鸟氨酸磷酸化酶（PRPP酶）和核苷酸重氢酶（NDP还原酶）受到其产物核苷酸的负反馈抑制。^[27]

核苷酸代谢酶的活性可以通过磷酸化的方式进行调节。磷酸化可以激活某些酶或抑制其他酶的活性。例如，腺苷酸激活蛋白激酶通过磷酸化调节多个酶的活性，从而影响核苷酸代谢。^[26]

核苷酸合成酶和降解酶的表达可以通过基因调控进行调节。一些转录因子或细胞信号通路可以调节这些基因的表达水平，进而影响核苷酸代谢的平衡。^[26]

多个细胞信号通路，如AMPK（AMP依赖的蛋白激酶）、mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）等，可以调节核苷酸代谢。这些信号通路通过调控核苷酸代谢酶的磷酸化、基因表达和底物供应等方式，影响核苷酸的合成和降解过程。^[26]

遗传信息的传递：核苷酸是DNA和RNA的组成单元，大量核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键彼此相连，通过基序排列的方式形成核酸，进而起到传递生物体的遗传信息。^[28]

能量转移和储存：核苷酸在细胞内通过代谢途径产生能量，ATP，GTP，UTP和CTP 等多酸核苷酸均含有高能磷酸键，其水解时能释放出大量自由能。它们能通过转移磷酸基团、焦磷酸基团或腺苷酸基团而转移能量，以提供生物合成和其他各种生命活动所需的自由能^[25]。特别是三磷酸腺苷(ATP)。ATP在能量代谢中起着重要的催化剂和传递者的作用，是通用的高能化合物，将能量从代谢产物中储存并传递到需要能量的生物过程中。^[28]

细胞信号传递：一些核苷酸在细胞内发挥重要的信号传递作用，如环腺苷酸和鸟苷酸等。它们参与细胞内的信号传导途径，影响细胞的生长、分化、凋亡等生理过程。^[29][30]

作为辅酶/辅基的成分：一些核苷酸衍生物是重要辅酶，例如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I）、烟酰xiān胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（辅酶Ⅱ）、黄素单核苷酸（FMN）、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和辅酶A。烟酰胺辅酶（NAD和NADP）和黄素辅酶（FMN和FAD）是氢原子和电子载体，广泛参与各种氧化还原反应，将自由能转移给生物合成需能反应。辅酶A在酶促转酰基反应中起着接受和提供酰基的作用。辅酶A的巯基和酰基结合形成高能硫酯键，水解释放大量自由能（31.38kJ/mol），与ATP高能酸酐键水解时释放的自由能（30.54kJ/mol）相近，也就是说辅酶A携带活化的酰基。许多物质代谢，如糖、脂肪酸和氨基酸代谢都可形成乙酰辅酶A，而乙酰辅酶A是进入柠檬酸循环的关键中间代谢物。^[25]

活化的中间物：核苷酸衍生物是许多生物合成的活性中间物。例如，UDP-葡萄糖和CDP-二脂酰甘油分别是糖原和磷酸甘油酯合成的中间物。^[25]

作为酶的别构效应物参与代谢的调节：如ATP为磷酸果糖激酶-1的负别构效应物，AMP作为糖原磷酸化酶的正别构效应物。^[25]

调节基因表达：鸟苷-5'-二磷酸-3'-二磷酸（ppGpp）和鸟苷-5'-三磷酸-3'-二磷酸（pppGpp）参与调节原核细胞蛋白质的合成。^[25]

一些核苷酸在食品中具有呈味作用。如5'-GMP（鸟苷酸）和5'-IMP（肌苷酸）因具有磷酸与五碳糖的5'位碳原子形成酯键，碱基6位碳原子上有羟基的嘌呤碱而呈鲜味，其鲜味分别相当于味精的160倍和40倍，并且与味精调合使用风味更佳。还可与经过特殊工艺加工的动物蛋白和植物蛋白及多种氨基酸混合生产出具有特色的鸡精、牛肉精等复合鲜味剂。在食品中添加呈味核苷酸能消除或抑制异味。某些风味食品中，如牛肉干、肉松、鱼干片中，能减少苦涩味；应用于酱类中，能改善生酱味；应用于制作肉类罐头中，能抑制淀粉味和铁锈味。此外，核苷酸还有利于肠道有益微生物的生长，添加有核苷酸的婴儿奶粉，可使婴儿肠道中有益菌群的比例升高，有害菌群的比例下降。^[31][32][33]

核苷酸、核苷及碱基及其衍生物是重要的医药中间体。例如，腺苷酸是体内能量传递物质，具有显著的扩张血管和降压作用；5'-腺苷酸用于生产ATP、CoA、NADH和3',5'-环腺苷酸和阿糖腺苷等的重要原料。尿苷酸用于治疗肝炎，有改善冠心病、风湿性关节炎症状的作用。5‘-氟尿嘧啶为尿抗代谢物，抑止胸腺脱氧核苷酸合成酶，阻断脱氧尿核苷酸转变成为胸腺脱氧核苷酸，从而影响DNA的生物合成，抑制肿瘤细胞的生长增殖。无环鸟苷是治疗乙肝的抗病毒药物；三氮唑核苷是治疗流感、甲肝、病毒性肺炎等的广谱抗病毒药物；鸟嘌呤核苷三磷酸可以治疗肌肉萎缩和脑震荡等。胞二磷胆碱能促进卵磷脂的生物合成，可改善脑代谢和脑循环，用于脑外伤、抑郁症等精神疾病；聚肌胞苷酸为双链多聚肌苷酸、多聚胞苷酸的简称，是一种有效的人工干扰素诱导剂，注入人体后产生干扰素，使正常细胞产生抗病毒蛋白，干扰病毒繁殖，临床试用于肿瘤、病毒性肝炎疾病。^[31][34]

核苷酸对动物机体非特异性免疫功能具有重要作用，在食物中添加核苷酸后可以提高巨噬细胞的吞噬能力，而幼龄动物食物中核苷酸的缺乏可以降低巨噬细胞的活化能力。研究表明，当动物日粮中缺乏核苷酸时，巨噬细胞吞噬能力有所下降，杀菌能力也有所下降，死亡率也有所提高。^[35]

核苷酸是构成核酸的基本物质，植物细胞分裂、叶绿体合成均需要核苷酸参与，作为植物的有机营养物，可以有效地促进叶片的光合作用，调节植物生殖器官的生长发育。在现代农业生产上，核苷酸有机叶面肥常作为土壤肥力不足时的一种施肥措施，具有易操作、肥效高、见效快、投入少等特点，在农业生产上具有重要地位，不仅可以刺激细胞分裂，调节作物生长发育，提高作物产量，而且可以增强作物抗逆性，防止或减轻环境胁迫对作物生长发育的危害。^[36]

核苷酸的混合制剂作为植物生长调节剂在农业上已被应用多年。在果树、蔬菜及农作物的栽培、培养中应用核苷酸制剂，平均增产可达 10%。^[37]在果树生长方面，以一定比例混合的核苷酸可以增加叶绿素含量，提高光合作用强度，达到保叶、保鲜、保果、增花、增糖、增重的目的。^[38]

核苷酸在实验室中广泛应用于生物学研究。例如，PCR（聚合酶链式反应）是一种在分子生物学中常用的技术，可以扩增特定DNA序列。在PCR反应中，需要使用DNA聚合酶和一系列的核苷酸作为反应原料，核苷酸的序列将用于确定扩增的特定DNA序列。核苷酸还可应用于转染和基因表达，序列分析，RNA干扰等方面。^[39]

化学合成法生产核苷酸主要是通过对核苷进行磷酸酯化反应，在核苷的 5' 位上导入磷酸基而得到 5'-核苷酸的一种生产方法。磷酸化试剂主要采用磷酸或者焦磷酸的活性衍生物，工业上常用三氯氧化磷。工业上已经形成采用三氯氧化磷做磷酸化剂，在少量水的存在下，直接使核苷进行磷酸化反应生成相应的 5'-磷酸酯的生产工艺路线。^[7]

生物催化转化为核苷酸，是利用微生物作为酶原，催化核苷酸的前体物质转化为核苷酸的过程。所使用的菌株多为枯草芽孢杆菌和产氨棒杆菌，前者主要用于生产核苷和嘌呤核苷酸，后者是目前利用微生物工业化生产核苷酸及其衍生物的主要菌株。^[8][9]

酶解法生产核苷酸主要是利用 5’-磷酸二酯酶水解 RNA，控制合适的条件，得到四种 5’-单核苷酸的混合物的一种方法。酶解法生产核苷酸，酶的专一性较高，作用条件温和，产品安全、纯度高，是一种较为理想的生产四种单核苷酸的方法，也是大规模生产四种 5’-核苷酸的主要方式。^[40]

ADP和ATP：ADP和ATP是体内参与氧化磷酸化的高能磷酸化合物,它们能通过转移磷酸基团、焦磷酸基团或腺苷酸基团而转移能量，以提供生物合成和其他各种生命活动所需的自由能。^[25]

环腺苷酸：环腺苷酸（CAMP)与腺苷酸（AMP）一样，都是由一分子的腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸缩合而成。由于分子中磷酸基团是和核糖分子中3'-OH和5'-OH形成环状，故也可称为3',5'-环腺苷酸，环腺苷酸广泛存在于一切细胞中，从细菌到人的各类型细胞中都已发现它的存在。CAMP是生物体内的调节物质。如它对很多酶所催化的反应具有调节作用，可调节细胞内贮藏糖和脂肪反应中一系列酶的活性；另外，对蛋白质生物合成也具有调节控制作用。^[41]

2′，5′-寡聚腺苷酸：是干扰素发挥作用所需要的一类重要的介质，它能抑制DNA、RNA、蛋白质等生物大分子的合成和mRNA帽子的甲基化。^[42]

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I）：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸由一分子烟酰胺核苷酸和一分子腺呤核苷酸连接而成。^[25]在细胞中参与物质和能量代谢，产生于糖酵解和细胞呼吸作用中的柠檬酸循环，并作为生物氢的载体和电子供体，在线粒体内膜上通过氧化磷酸化过程，转移能量供给ATP合成。^[43]

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（辅酶Ⅱ）：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸由烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸化获得，参与多种合成代谢反应，如脂类、脂肪酸和核苷酸的合成，在暗反应还可为二氧化碳的固定供能。^[25]

黄素单核苷酸（FMN）：是核黄素在核黄素激酶的催化下，由ATP提供磷酸基生成的，对呼吸等生物氧化过程的电子传递起着重要的作用。^[25]

黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）：由一分子FMN和一分子腺苷酸联结而成，广泛参与体内多种氧化脱氢反应，含有核黄素属于需氧脱氢酶类，在生物氧化系统中起传递氢的作用。^[25]

辅酶A：辅酶A分子中含有腺苷酸、泛酸、巯基乙胺和磷酸，它们连接的方式是3-磷酸-ADP-泛酰-巯基乙胺。辅酶A是酰基转移酶的辅酶，主要参与脂肪酸以及丙酮酸的代谢。^[25]

3′-磷酸腺苷-5′-磷酸硫酸(PAPS)：是生物体内所有生物磺酸化反应的通用磺酸基团供体，用于各种硫酸酯的生物合成。^[44]

GDP和GTP：蛋白质生物合成的起始和延伸过程中，需要GDP和GTP参与反应，供给能量。^[25]

环鸟苷酸：3',5'-环化鸟苷酸，环鸟苷酸（cGMP）是一种重要的胞内第二信使，它由鸟苷酰环化酶催化形成、细胞含有多种鸟苷酰环化酶，如与膜结合的鸟苷酰环化酶，该酶受G蛋白激活；另一种是细胞质鸟苷酰环化酶，调节该酶活性的因子很多，包括NO，环鸟苷酸主要有两种功能①调节依赖环鸟苷酸的蛋白质激酶的活性；②控制阴离子通道的开放状态。^[45]

鸟苷-5‘-二磷酸-3’-二磷酸（ppGpp）和鸟苷-5‘-三磷酸-3’-二磷酸（pppGpp）：参与调节原核细胞蛋白质的合成。^[25]

CDP-胆碱、CDP-乙醇胺、CDP-二甘油酯：参与生物体内磷脂类代谢。^[25]

UDP: 是单糖的活化载体，参与糖与双糖多糖的生物合成，如UDP－半乳糖是乳糖的前体，UDP－葡萄糖是糖原的前体，UDP－N－乙酰葡糖胺与糖蛋白生物合成有关。^[25]

核苷酸为无色粉末或结晶，易溶于水，不溶于有机溶剂。因为戊糖含有不对称碳原子，核苷酸溶液具有旋光性。^[3]

由于嘌呤和嘧啶碱具有共轭双键，所以碱基、核苷及核苷酸在240～290nm波段有一强烈的吸收峰，其最大吸收值在260nm附近，不同的核苷酸有不同的吸收光谱特性。因此，可以用紫外分光光度计定性地鉴别核苷酸及定量地测定核苷酸。^[3]

碱基上带有酮基的核苷酸能发生烯醇式转化。在溶液中，酮tóng式与烯醇式两种互变异构体常同时存在，并处于一定的平衡状态，在体内核酸结构中核苷酸以酮式结构为主要存在形式。碱基之间可形成氢键的特性，对核酸的生物学功能具有决定性意义。碱基上的重要官能团都能参与氢键的形成，包括：腺嘌呤、鸟嘌呤及胞嘧啶上的氨基-NH2；腺嘌呤、鸟嘌呤环1位上的亚氨基=NH；嘧啶碱3位上的亚氨基；胞嘧啶2位上、胸腺嘧啶及尿嘧啶4位上及鸟嘌呤6位上电负性很强的氧原子。由于酮式与烯醇式碱基在形成氢键的能力上有一定的差异，所以当DNA复制时碱基发生互变异构作用，就可能引起突变。^[3]

由于嘧啶和嘌呤化合物杂环中的氮以及各种取代基具有结合和释放质子的能力，所以这些物质既有碱性解离又有酸性解离的性质。戊糖的存在，使碱基的酸性解离特性增强，磷酸的存在，则使核苷酸具有较强的酸性。应用离子交换柱层析和电泳等方法分级分离核苷酸及其衍生物，主要是利用它们在一定条件下具有不同的解离特性这一事实。核苷酸为兼性离子，所以，核苷酸等电点（pI）可以按下式计算：^[3]

实验室操作中需要使用核苷酸，如PCR反应、DNA测序等。在进行实验室操作时，必须严格遵守相关的实验室安全规定，采取必要的防护措施，如佩戴手套、护目镜等，避免核苷酸的误食、皮肤接触等。^[39]

核苷酸的毒性较低，核苷酸在正常剂量下被认为是安全的，但过量使用可能会对人体健康造成危害。例如恶心、呕吐、腹泻等。此外，由于核苷酸在人体内可以转化为嘌呤和嘧啶，过量使用可能会导致尿酸代谢异常，从而引起痛风等疾病。^[46][47]

对于某些人群，如肝肾功能不佳、婴儿等，应特别注意核苷酸的使用。^[48]中华人民共和国国家卫生健康委员会在《食品营养强化剂使用标准》（GB14880-2012）中对于婴幼儿配方食品中使用核苷酸进行了详细规定（0.12g/kg-0.58g/kg，以核苷酸总量计）。根据这些规定，婴幼儿配方食品中的核苷酸添加受到限制，需要在本标准规定的核苷酸名单中选择使用的核苷酸并在配料表中标示出具体使用的化合物。^[16]欧洲联盟对婴幼儿配方食品的成分和标签要求进行了严格的规定。根据欧盟委员会的法规，婴幼儿配方食品应当符合特定的成分要求，并且需要满足安全性和适用性的标准。^[15]

核苷酸应根据不同的使用环境和使用条件进行标记，例如在食品成分中应标注核苷酸的种类和用量等信息。在工作场所中，应设置相关的安全标志，提醒工作人员注意安全防护。^[49]