核苷酸代谢

12 核苷酸代谢

1．你如何解释以下现象：细菌调节嘧啶核苷酸合成的酶是天冬氨酸-氨基甲酰转移酶，而人类调节嘧啶核苷酸合成的酶主要是氨基甲酰磷酸合成酶。

解答： 氨基甲酰磷酸合成酶参与两种物质的合成，嘧啶核苷酸的合成和精氨酸的合成。在细菌体内，这两种物质的合成发生在相同的部位（细菌无细胞器的分化），如果调节嘧啶核苷酸合成的酶是此酶的话，对嘧啶核苷酸合成的控制将会影响到精氨酸的正常合成。而人体细胞内有两种氨基甲酰磷酸合成酶，即定位于线粒体内的氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ和定位于细胞质内的氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ，它们分别参与尿素循环（精氨酸合成），嘧啶核苷酸的合成。

2．假如细胞中存在合成核苷酸的全部前体物质，① 从核糖-5-磷酸合成1mol 腺苷酸需要消耗多少摩尔A TP ？② 如果用补救途径合成1mol 腺苷酸，细胞可节省多少摩尔A TP ？

解答：① 从核糖-5-磷酸合成磷酸核糖焦磷酸（PRPP ）时，需要将1mol 焦磷酸基团从ATP 转移到核糖-5-磷酸分子上去，在合成IMP 途径的后续步骤中，该焦磷酸被释放并迅速水解生成2mol Pi，相当于消耗2mol ATP。随后在生成甘氨酰胺核苷酸、甲酰甘氨咪唑核苷酸、5-氨基咪唑核苷酸和甲酰胺核苷酸四步反应中，各有1mol ATP 的消耗，生成了IMP 。在IMP 转化成腺苷酸时，由腺苷琥珀酸合成酶催化的反应又另外消耗1mol GTP 。所以，从核糖-5-磷酸合成1mol 腺苷酸需要消耗7mol ATP 。② 补救途径合成腺苷酸反应为：腺嘌呤 + 核糖-5-磷酸 → 腺苷+Pi ，腺苷 + ATP → AMP + ADP ,可见从腺嘌呤补救途径合成1mol 腺苷酸只消耗1mol ATP，比从头合成核糖-5-磷酸节省6mol ATP 。

3．使用放射性标记的尿苷酸可标记DNA 分子中所有的嘧啶碱基，而使用次黄苷酸可标记DNA 分子中所有的嘌呤碱基，试解释以上的结果。

解答：使用放射性标记尿苷酸后，尿苷酸（UMP ）→UDP→CTP→CDP→dCDP→dCTP；UDP→dUDP→dUMP→dTMP→dTDP→dTTP。放射性标记次黄苷酸后，次黄苷酸（IMP ）→GMP→GDP→dGDP→dGTP；次黄苷酸（IMP ）→腺苷琥珀酸→AMP→ADP→dADP→dATP。

4．为便于筛选经抗原免疫的B 细胞和肿瘤细胞的融合细胞，选用次黄嘌呤–鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷(HGPRT–) 的肿瘤细胞和正常B 细胞融合后在HA T(次黄嘌呤–氨甲蝶呤–胞苷) 选择培养基中培养，此时只有融合细胞才能生长和繁殖，请解释选择原理。

解答：细胞内核苷酸合成有两条途径，一是从头合成途径，另一条是补救途径。对于B 细胞，由于不能在培养基上繁殖，所以未融合的B 细胞不能在培养基上繁殖。对于肿瘤细胞，因为是HGPRT 缺陷型，因而它不能通过补救途径合成核苷酸。又因为选择性培养基HAT 中含

氨甲蝶呤，它是叶酸的拮抗剂，叶酸是嘌呤和嘧啶核苷酸从头合成途径中转移一碳单位的辅酶（四氢叶酸）的来源，所以氨甲蝶呤抑制了核苷酸的从头合成途径，这样未融合的肿瘤细胞也不能在选择性培养基上生长和繁殖，只有融合细胞具有了双亲的遗传性，才能在HAT 选择性培养基中利用补救途径合成核苷酸，从而生长和繁殖。

5．简述5-氟尿嘧啶(5-Fura) 、6-巯基嘌呤在体内的代谢去向，试解释它们为何能抑制DNA 的复制。

解答：5-溴尿嘧啶是胸腺嘧啶的结构类似物。它进入人体后，可转化成5-溴脱氧尿苷酸（BrdUMP ），进一步生成5-溴脱氧尿苷二磷酸（BrdUDP ）和5-溴脱氧尿苷三磷酸（BrdUTP ），BrdUTP 作为dTTP 的类似物可掺入到新合成的DNA 链中。但它又可作为一种假的负反馈抑制剂抑制CDP 的还原，从而抑制DNA 的合成。因为dTTP 作为NDP 还原酶的变构抑制剂可抑制CDP 的还原，具有类似的效应。CDP 还原的抑制影响到DNA 前体dCTP 的产生。 6-巯基嘌呤是次黄嘌呤的结构类似物。它进入人体后，在次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化下发生下列反应：6-巯基嘌呤 + PRPP → 6-巯基嘌呤核苷酸，可抑制磷酸核糖焦磷酸激酶和磷酸核糖氨基转移酶，使PRPP 和5¢-磷酸核糖胺的合成受阻。同时6-巯基嘌呤核苷酸还可抑制次黄苷酸（IMP ）进一步合成AMP 、GMP ，从而使核酸的合成受阻。

6．人体次黄嘌呤―鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)缺陷会引起核苷酸代谢发生怎样的变化？其生理生化机制是什么？

解答：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶是催化次黄嘌呤、鸟嘌呤补救合成的一种重要的酶。正常情况下嘌呤核苷酸从头合成途径和补救合成途径是平衡的，次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶缺陷后，嘌呤补救合成停止了，会使嘌呤核苷酸从头合成的底物堆积，尤其是磷酸核糖焦磷酸（PRPP ），高水平的PRPP 导致嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸过量生成。由于嘌呤核苷酸的从头合成是在PRPP 基础上进行的，因而HGPRT 缺陷对嘌呤核苷酸合成影响更大。高水平的嘌呤核苷酸进而促使它的分解加强，结果导致血液中尿酸的堆积。过量尿酸将导致自毁容貌症，又称Lesch-Nyhan 综合征。

7．用氘标记胞苷的嘧啶碱基，用14C 标记胞苷的核糖部分，用标记好的胞苷注射动物。经过一段时间后，从动物组织中除了分离出游离的带有标记的核糖和胞嘧啶，同时还发现分离出的DNA 分子中含有带标记的脱氧胞苷酸，从这些实验事实中你可得到什么结论？ 解答：从这些实验事实中可以看出，嘧啶化合物与其他代谢物一样在体内处于不断的分解和合成中。胞苷进入体内后可经过合成代谢转变为胞苷酸和脱氧胞苷酸，后者可进一步转变成dCDP 和dCTP 而掺入DNA 分子中。胞苷也可经分解代谢产生胞嘧啶和核糖。从这些结果促

使人们去研究核苷酸在体内是如何转变成脱氧核苷酸的？核苷酸还原酶的发现使这一问题得到了答案，原来核苷酸还原酶能够以核苷二磷酸为底物，催化核苷二磷酸转变为脱氧核苷二磷酸。