华农核苷酸代谢

1第 12 章 核酸的降解和核苷酸代谢单元自测题（一） 名词解释或概念比较1. 核酸内切酶与核酸外切酶； 2. 核酸酶与限制性内切酶；3. 核苷酸的从头合成与补救途径； 4.同裂酶与同尾酶；（二）填空题1限制性核酸内切酶主要来源于 ，能识别双链 DNA 中 ，并同时断裂 。这类酶 可分为两大类，只有第 类限制性内切酶广泛用于基因操作。2识别同一断裂序列的限制性内切酶称为，识别相似断裂序列并能产生通过碱基互补相互缔合粘性末端的限制性内切酶称为 。3核苷、核苷酸和核苷二磷酸，分别是核苷激酶、核苷酸激酶和核苷二磷酸激酶作用的底 物，酶促反应的产物分别是、和。4. 同位素标记证明，嘌吟碱的N1来自，C2和C8来自 ，N3和N9来自 ，C4、 C5 和 N7 来自 ， C6 来自 。5. 同位素标记证明，嘧啶碱的各种元素分别来自和 。6. 嘌吟核苷酸合成的第一步是由酶催化和谷氨酰胺生成5 磷酸核糖胺的反应。7. 嘌吟核苷酸合成的产物是核苷酸，然后再转变为腺嘌吟核苷酸和 。8. 嘧啶合成的起始物氨甲酰磷酸的合成需要 作为氨的供体，尿素循环中的氨甲酰磷酸 是由 作为氨的供体，它们分别由氨甲酰磷酸合成酶I和II催化，前者存在于 内，后 者存在于胞浆中。9. 在E.coli细胞中，催化嘧啶核苷酸合成的关键酶是，GTP是该酶的调节物，ATP是该酶的 调节物。10. 三磷核苷酸是高能化合物，ATP参与 转移，GTP为提供能量，UTP参与 ，CTP 与的合成有关。11. 核糖核苷酸还原生成脱氧核糖核苷酸的酶促反应，通常是以 为底物。催化该反应的 酶系由 、 和 四种蛋白。12. 生物体内有些核苷酸的衍生物如、 和 可作辅酶。（三）选择题1. 5-磷酸核糖和ATP作用生成5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP），催化方反应的酶是：A 核糖激酶；B 磷酸核糖激酶；C 三磷酸核苷酸激酶； D 磷酸核糖焦磷酸激酶。2. 在E.coli细胞中受嘧啶碱和嘧啶核苷酸反馈抑制的酶是：A氨甲酰磷酸合成酶；B二氢乳酸脱氢酶；C天冬氨酸氨甲酰转移酶；D乳清酸核苷酸焦磷酸化酶。3. 别嘌吟醇与次黄嘌吟的结构相似，它强烈地抑制下列哪种酶的活性：A次黄嘌吟氧化酶；B黄嘌吟氧化酶；C次黄嘌吟还原酶； D黄嘌吟还原酶。4. 鸟类为了飞行的需要，通过下列哪种排泄物释放体内多余的氨：A 尿素； B 尿囊素； C 尿酸； D 尿囊酸。5. 胸腺嘧啶除了在DNA出现，还经常在下列哪种RNA中出现：A mRNA； B tRNA； C 5S rRNA； D 18S rRNA。6. 在生物体内下列物质的合成除哪种外都是由S 腺苷甲硫氨酸提供甲基：A磷酸肌酸；B肾上腺素；C卵磷脂；D胸腺嘧啶。7. 下列哪一个代谢途径是细菌和人共有的：A嘌吟核苷酸的合成；B氮的固定；C 乙醇发酵；D 细胞壁粘肽的合成。8. 痛风症是由于尿酸在组织中，特别是在关节内积累过量引起的，治疗的原则是：A激活尿酸分解酶；B激活黄嘌吟氧化酶；C抑制鸟嘌吟脱氢酶；D抑制黄嘌吟氧化酶。9. 存在胞浆中的氨甲酰磷酸合成酶II：A以N-乙酰谷氨酸为正效应物；C受UMP的反馈抑制；C催化尿素循环的第一步反应； D 以游离氨为底物。10. 胞嘧啶核苷生成胞嘧啶核苷酸由ATP提供磷酸基团，催化该反应的酶是：A 胸苷激酶； B 尿苷激酶； C 腺苷激酶； D 鸟苷激酶。11. 氟尿嘧啶（5-Fu）的抗癌作用机理为（）A抑制二氢叶酸还原酶的活性，从而抑制TMP的合成；B抑制尿嘧啶的合成，从而减少RNA 的生物合成；C抑制胞嘧啶的合成，从而减少DNA的生物合成；D抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶的活性，从而抑制DNA的生物合成。12. 关于别嘌吟醇治疗痛风，说法错误的是：A 痛风是由于体内尿酸 过量积累造成的，经过别嘌吟醇治疗的患者排泄黄嘌吟和次黄嘌 吟； B 别嘌吟醇不能被黄嘌吟氧化酶氧化；C 别嘌吟醇是黄嘌吟氧化酶的自杀性底物； D 别嘌吟醇可以被黄嘌吟氧化酶氧化。（四）是非题1. 嘌吟核苷酸的脱氨过程主要由嘌吟脱氨酶催化嘌吟碱脱氨。2. 腺嘌吟和鸟嘌吟脱去氨基后，分别生成次黄嘌吟和黄嘌吟。3. 别嘌吟醇治疗痛风症，因为该酶可以抑制黄嘌吟氧化酶，阻止尿酸生成。4. 多数鱼类和两栖类的嘌吟碱分解排泄物是尿素，而人和其它哺乳动物是尿囊素。5. 嘌吟核苷酸和嘧啶核苷酸的生物合成过程相同，即先合成碱基再与磷酸核糖连接生成核 苷酸。6. ATP为GMP的合成提供能量，GTP为AMP的合成提供能量，缺乏ATP和GTP中的任何 一种都会影响另一种的合成。7. 当dUMP转变为dTMP时，其甲基供体是N5，N10 亚甲基THFA。8 尿苷激酶催化胞 嘧啶核苷生成胞嘧淀核苷酸。 9. 蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶都是内切酶。10.细菌的细胞内有一类识别并水解外源DNA的酶，称为限制性内切酶。（五）简答题1.简要说明碱水解核糖核酸的机制和脱氧核糖核酸抗碱的原因。 2.比较在不同生物体内 嘌吟核苷酸分解产物的差异。3. 嘧啶和嘌吟核苷酸的合成各有什么特点？指出在合成过程中分别有哪些氨基酸参 加？ 4.简要说明嘌吟和嘧啶核苷酸合成的调节。5. 羽田杀菌素是天冬氨酸的结构类似物，说明它在嘌吟核苷酸合成中的抑制作用。6. 将标记氨基氮的腺嘌吟和标记 N7 的腺嘌吟拌入人、小鼠和鸽子的食物中，在它们的哪种排泄物上有标记？7将标记 14C4 的腺嘌呤拌入含有鱼的腺嘌呤分解酶系统中，腺嘌呤分解的最终产物（脲 和乙醛酸）是否有标记？写出带标记物的分子式。8 个碱基组成为A2C4G4U2的寡核苷酸用特定酶水解，水解后测定产物的碱基组成。（1） 胰核糖核酸酶处理生成3分子Cp， 1分子含有A和U的二核苷酸，1分子只含有G的二核 苷酸，一个含有G和U的二核苷酸和一个含有A、C和G的三核苷酸。（2）用高峰淀粉酶处 理得到Ap，两个Gp和3个三核苷酸，其中一个含有A、C和U；第二个含有C、G,第三个 含有C、G和U。试推断该寡核苷酸的碱基序列。9. 鼠肝脏RNA中胞苷酸的那些原子来自下列指定的碳原子：（1）草酰乙酸的0羧基碳原子；（2）氨的氮原子；（3） Glu的氮原子。10. 如果细胞补救地利用一分子游离腺嘌呤来合成核苷酸，试计算该途径少用高能磷酸键的 数目。 11试述核酸物质作为营养保健品是否具有科学性，说明理由（供讨论）。六、参考答案（一）名词解释或概念比较1.核酸内切酶是能水解核酸分子内磷酸二酯键的核酸酶。核酸外切酶是指从核酸链的一端逐 个水解下核苷酸的酶。 2.核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶。限制性内切酶是指能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶。3. 核苷酸的从头合成是指由氨基酸磷酸戊糖、 CO2 和 NH3 等化合物为原料合成核苷酸的途 径，又称为从无到有途径；补救途径是由预先形成的碱基和核苷合成核苷酸。4. 同裂酶是识别和切割同一碱基序列的限制性内切酶；同尾酶是指识别并切割相似碱基序列 并能产生通过碱基互补相互缔合粘性末端的限制性内切酶。（二）填空题I. 微生物 双链DNA中特异的短核苷酸序列DNA的两段链II 2.同裂酶 同尾酶3. 单磷酸核苷酸 二磷酸核苷酸 三磷酸核苷酸4. 天冬氨酸 甲酸盐 谷氨酰胺的酰胺基 甘氨酸 二氧化碳 5.氨甲酰磷酸 天冬氨酸6. 磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶 5-磷酸核糖焦磷酸 7.次黄嘌呤 鸟嘌呤核苷酸8. 谷氨酰胺 游离氨 线粒体内 9. 氨甲酰磷酸合成酶 负 正10. 能量 蛋白质生物合成 糖原合成 磷脂II. 二磷酸核苷酸 硫氧还蛋白 硫氧还蛋白还原酶 蛋白质B1 B2 12.黄素核苷酸（FMN, FAD） 吡啶核苷酸（NAD+, NADP+） 辅酶A（三）选择题1. B 2. A 3. B 4. C 5. B 6. D 7. A 8. A 9. B 10.B 11.D 12. B。（四）是非题1. 对 2. 对 3. 对 4. 对 5.错 6. 对 7. 对 8. 对 9. 错 10. 对（五）简答题1. 稀碱的作用下，RNA在碱（OH-）的作用下生成2，3-环核苷酸的中间物，然后由于 H2O的参入生成2Z -和3 -核苷酸的混合物。进一步水解生成核苷。DNA的核糖2位上没 有羟基，在碱（OH-）的作用下不能生成2 ，3 -环核苷酸的中间物。DNA不能被碱水解。2. 嘌呤核苷酸分解的过程如下：腺嘌吟核苷酸一腺嘌吟核苷一次黄嘌吟核苷一次黄嘌吟* I鸟嘌吟核苷酸f鸟嘌吟核苷f黄嘌吟核苷f黄嘌吟f尿酸f尿囊素f尿囊酸f尿素+乙醛 酸。（*黄嘌噙氧化酶催化的反应。） 人、猿类、鸟类、爬虫类和大多数的昆虫以尿酸作为嘌吟碱的最终代谢产物；其它多种生物 还可进一步降解尿酸，形成不同的代谢产物，除上述提及的哺乳动物，其它哺乳动物体中嘌 呤的降解产物为尿囊素。某些硬骨鱼可将尿囊素进一步分解形成尿囊酸；大多数鱼类、两栖 类中尿囊酸可再分解为尿素和乙醛酸；某些低等动物可将尿素分解为氨和二氧化碳。其它原因导致体内过多的尿酸积累特别是在关节组织中积累可产生痛风症。别嘌呤醇通过抑 制黄嘌呤氧化酶，减少尿酸的生成可缓解痛风症。3. 嘌呤和嘧啶核苷酸的合成，通过完全不同的途径进行。嘌呤核苷酸合成的第一步是5-磷酸 核糖-1-焦磷酸（PRPP）与谷氨酰胺生成5-磷酸核糖胺（PRA）。最后合成的产物是次黄嘌吟 核苷酸，然后再转变为鸟嘌呤和腺嘌呤核苷酸。嘧啶核苷酸的合成一开始没有核糖参加，合 成的产物是嘧啶碱的前体乳清酸，然后再与5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）生成乳清酸核苷 酸，再进一步转变为尿嘧啶核苷酸。在嘌呤核苷酸合成过程中有：谷氨酰胺、甘氨酸和天冬氨酸参加。 在嘧啶核苷酸全成过程 中有：谷氨酰胺和天冬氨酸参加。 4. 嘌呤核苷酸合成的调节：（1）催化合成途径第一步反应的磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是别构酶，受AMP和GMP的反 馈抑制。（2）次黄嘌吟核苷酸氧化成黄嘌吟是由次黄嘌吟核苷酸氧化酶催化，过量的GMP 抑制该酶的活性。（3）次黄嘌吟核苷酸在GTP供能的条件下，与天冬氨酸生成腺苷酸琥珀酸，催化该反应的 腺苷酸琥珀酸合成酶，受过量 AMP 的抑制。嘧啶核苷酸合成的调节：（1）氨甲酰磷酸合成酶II受UMP的反馈抑制。（2） 天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）是别构酶，ATP是正效应物，GTP是负效应物。（3） CTP 合成酶受 CTP 的抑制。5. 羽田杀菌素（N-羟-N -甲酰甘氨酸）与天冬氨酸结构相似，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成 酶的活性，该酶催化：次黄嘌吟 +天冬氨酸+GTP腺苷酸琥珀酸，然后由腺苷酸琥珀酸裂解 为腺苷酸和延胡索酸。羽田杀菌素阻止腺苷酸琥珀酸生成，减少腺苷酸的合成量，是一种具 有抗癌作用的抗菌素。6. 标记氨基氮的腺嘌吟进入人、小鼠和鸽子体内，分解后标记物出现在NH3上排出体外。 标记N7的腺嘌吟进入人和鸽子体内分解后，标记物出现在尿酸分子中，进入小鼠体内分解 后，标记物出现在尿囊酸分子中。7. 将标记14C4的腺嘌吟在含有鱼的腺嘌吟分解酶系统中，14C4出现在腺嘌吟分解的最终产 物乙醛酸分子上。 H14C4OCOOH 8.该寡核苷酸为十二个单核苷酸所组成,各种单核苷酸的分子比例为A：C：G：U = 2： 4： 4： 2。 （2） 胰核糖核酸酶处理得到的多核苷酸碎片的端均含有嘧啶（U或C）核苷酸：M3GPUPGpApCpApGpCpApUp3CpUGCA2442 或要得到游离的嘧啶苷酸，在寡核苷酸中它们必须与嘧啶核苷酸相连。故ApUp、ApGpCp （或 GpApCp）、GpUp的 端均应加1Cp，这就可得到相应的3个碎片：1） ApUpCp； 2） ApGpCpCp 或 ）GpApCpCp；3） GpUpCp。另外GpGp这个碎片必须位于寡核苷酸的 末端，该碎 片的 端也应于嘧啶核苷酸相连。3（3）高峰淀粉酶处理得到的产物中，寡核苷酸都应是嘌吟核苷酸结尾；在含有C和G的三 核苷酸中，根据寡核苷酸的碱基比值应是2C1A，其顺应是CpCpAp。这样寡核苷酸经高峰淀 粉酶得到的三个碎片分别是 4)UpCpAp 或 )CpUpAp； 5)UpCpGp 或 )CpUpGp；6) CpCpAp。至于第4)和第5)碎片以何种顺序排列，我们可以根据碎片1)5和3)来确定。在1)和3)中，均含有UpCpGp，故这两种碎片的碱基顺序为：UpCpAp和UpCpGp。(4) 关于碎片 2)的排列顺序可通过综合两种酶处理寡核苷酸所得到的产物来确定。在产 物中分别含有ApUpCp和UpCpAp两种含A的碎片，只有在UpCpAp的 端加1Gp得到 UpCpApGp，在用高峰淀粉酶处理时可得到1Gp，另外分子-GpGp水解，码得到另一分子的 Gp。(5)高峰淀粉酶水解寡核苷酸得到的产物中除了 UpCpGp、UpCpAp和CpCpGp之外，还有 1Ap和2Gp，它们应分别 与三个三核苷酸相连。综合上述各项分析，再据片段重叠原理可得：ApUpCp ApGpCpCp GpUpCp GpGp Ap UpCpAp Gp CpCpGp UpCpGp Gp 戈 U“=二”的表示所补 充的碱基即：UpCpGpGpUpCpGPGpCpCpGpGpCpCpApUpCpAp最后可得到殓观1!?低取核苷酸的排列顺序为：ApUpCpApGpCpCpGpUpCpGpGp这里应该指出，按照题中所提供的数据，A2C4G2U2寡核苷酸还可以排列出下列两种不同的 顺序GpUpCpApUpCpGpApCpCpGpGpApGpCpCpGpUpCpApUpCpGpGp 因为这两种排列顺序分别用胰核糖核酸酶和高峰淀粉酶处 理，也可得到与题中一样的水解产物。它们的推导过程略。9. 根据合成反应可知，嘧啶环中的原子来源是：O1NCN6C5CC4NH2NH3CO2Gln 的酰胺 NAspP0H00HCH2OHH0HH0H32图 122 嘧啶环中各原子的来源(1) 草酰乙酸可发生转氨作用生成Asp，a -碳原子在嘧啶环中位于第6位；草酰乙酸可氧 化，形成C02，它可参与嘧啶环的合成，在环中应位于第2位。(2) NH3可参与氨甲酰磷酸合成，进而参与嘧啶环的合成，在环中应位于第3位；NH3也 可参与氨基酸的合成，再经转氨作用，可做为Asp的-NH2,在环中应位于第1位；NH3也 可做为谷氨酰胺的N原子在胞嘧啶核苷酰中，成为与C6相结合的氨基氮。(3) Glu 可发生下列反应：1) Glu与草酰乙酸之间进行转氨，使其N原子为Asp分子中a -NH2的N原子；2) Glu 氧化脱羧使其 N 原子形成 NH3， NH3 可参与氨基酰磷酸的合成， NH3 还可参与谷氨 酰胺的合成。如果通过反应1)，Glu的N原子应是N1,通过反应2)，该N原子可能是N3 或与 N6 相连的氨基氮。10. 以核糖-5-磷酸，有关氨基酸，C02等为底物合成核苷酸的过程称为从头合成途径。此过 程中要消耗ATP和GTP分子中的高能磷酸键共7个。补救途径合成AMP只有两步反应： 腺嘌吟+核糖-5-磷酸一腺苷+Pi腺苷+ATPAMP+ADP 消耗1个高能磷酸键。可见补救途径比从头合成途径少用6个高能磷酸键。