12 第12章 核酸的降解和核苷酸代谢

第12章 核酸的降解和核苷酸代谢

一、教学大纲基本要求

核酸的酶促降解，水解核酸的有关酶（核酶外切酶、核酶内切酶、限制性内切酶）， 核苷酸、嘌呤碱、嘧啶碱的分解代谢， 嘌呤核苷酸的合成， 嘧啶核苷酸的合成， 脱氧核糖核苷酸的合成，辅酶核苷酸的合成。

二、 本章知识要点

(一) 核酸的酶促降解

核酸酶（nucleases ）：是指所有可以水解核酸的酶，在细胞内催化核酸的降解，以维持核酸（尤其是RNA ）的水平与细胞功能相适应。食物中的核酸也需要在核酸酶的作用下被消化。

核酸酶按照作用底物可分为：DNA 酶（DNase ）、RNA 酶（Rnase ）。

按照作用的方式可分为：核酸外切酶和核酸内切酶，前者指作用于核酸链的5‘或3’端，有５’末端外切酶和３’末端外切酶两种；后者作用于链的内部，其中一部分具有严格的序列依赖性（4～8 bp），称为限制性内切酶。

核酸酶在DNA 重组技术中是不可缺少的重要工具，尤其是限制性核酸内切酶更是所有基因人工改造的基础。

（二）核苷酸代谢

1. 核苷酸的生物学功能

① 作为核酸合成的原料，这是核苷酸最主要的功能；②体内能量的利用形式；③参与代谢和生理调节；④组成辅酶。

核苷酸最主要的功能是作为核酸合成的原料，体内核苷酸的合成有两条途径，一条是从头合成途径，一条是补救合成途径。肝组织进行从头合成途径，脑、骨髓等则只能进行补救合成，前者是合成的主要途径。核苷酸合成代谢中有一些嘌呤、嘧啶、氨基酸或叶酸等的类似物，可以干扰或阻断核苷酸的合成过程，故可作为核苷酸的抗代谢物。不同生物嘌呤核苷酸的分解终产物不同，人体内核苷酸的分解代谢类似于食物中核苷酸的消化过程，嘌呤核苷酸的分解终产物是尿酸。嘧啶核苷酸的分解终产物是β-丙氨酸或β-氨基异丁酸。核苷酸的合成代谢受多种因素的调节。

(1)嘌呤核苷酸代谢 ①嘌呤核苷酸的合成代谢 ： 体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径，一是从头合成途径，一是补救合成途径，其中从头合成途径是主要途径。

嘌呤核苷酸合成部位在胞液，合成的原料包括磷酸核糖、天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位及CO 2等。主要反应步骤分为两个阶段：首先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP ），然后IMP 再转变成腺嘌呤核苷酸（AMP ）与鸟嘌呤核苷酸（GMP ）。嘌呤环各元素来源如下：N 1由天冬氨酸提供，C 2由N 10-甲酰FH 4提供、C 8由N 5，N 10-甲炔FH 4提供，N 3、N 9由谷氨酰胺提供，C 4、C 5、N 7由甘氨酸提供，C 6由CO 2提供。 嘌呤核苷酸从头合成的特点是：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子基础上逐步合成的，不是首先单独合成嘌呤碱然后再与磷酸核糖结合的。反应过程中的关键酶包括PRPP 酰胺转移酶、PRPP 合成酶。PRPP 酰胺转移酶是一类变构酶，其单体形式有活性，二聚体形式无活性。IMP 、AMP 及GMP 使活性形式转变成无活性形式，而PRPP 则相反。从头合成的调节机制是反馈调节，主要发生在以下几个部位：嘌呤核苷酸合成起始阶段的PRPP 合成酶和PRPP 酰胺转移酶活性可被合成产物IMP 、AMP 及GMP 等抑制；在形成AMP 和GMP 过程中，过量的AMP 控制AMP 的生成，不影响GMP 的合成，过量的GMP 控制GMP 的生成，不影响AMP 的合成；IMP 转变成AMP 时需要GTP ，而IMP 转变成GMP 时需要ATP 。

②嘌呤核苷酸的补救合成：反应中的主要酶包括腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT ），次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT ）。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义：节省从头合成时能量和一些氨基酸的消耗；体内某些组织器官，例如脑、骨髓等由于缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶体系，而只能进行嘌呤核苷酸的补

救合成。

③嘌呤核苷酸的相互转变：IMP 可以转变成AMP 和GMP ，AMP 和GMP 也可转变成IMP 。AMP 和GMP 之间可相互转变。

④脱氧核苷酸的生成：体内的脱氧核苷酸是通过各自相应的核糖核苷酸在二磷酸水平上还原而成的。核糖核苷酸还原酶催化此反应

⑤嘌呤核苷酸的抗代谢物：A 、嘌呤类似物：6-巯基嘌呤（6MP ）、6-巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤等。6MP 应用较多，其结构与次黄嘌呤相似，可在体内经磷酸核糖化而生成6MP 核苷酸，并以这种形式抑制IMP 转变为AMP 及GMP 的反应。B 、氨基酸类似物：氮杂丝氨酸和6-重氮-5-氧正亮氨酸等。结构与谷氨酰胺相似，可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用，从而抑制嘌呤核苷酸的合成。C 、叶酸类似物：氨喋呤及甲氨喋呤（MTX ）都是叶酸的类似物，能竞争抑制二氢叶酸还原酶，使叶酸不能还原成二氢叶酸及四氢叶酸，从而抑制了嘌呤核苷酸的合成。

⑥嘌呤核苷酸的分解代谢：分解代谢反应基本过程是核苷酸在核苷酸酶的作用下水解成核苷，进而在酶作用下成自由的碱基及1-磷酸核糖。嘌呤碱最终分解成尿酸，随尿排出体外。黄嘌呤氧化酶是分解代谢中重要的酶。嘌呤核苷酸分解代谢主要在肝、小肠及肾中进行。嘌呤代谢异常：尿酸过多引起痛风症，患者血中尿酸含量升高，尿酸盐晶体可沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病。临床上常用别嘌呤醇治疗痛风症。

(2) 嘧啶核苷酸代谢：

①嘧啶核苷酸的合成代谢： A、从头合成途径：肝是体内从头合成嘧啶核苷酸的主要器官。嘧啶核苷酸从头合成的原料是天冬氨酸、谷氨酰胺、CO 2等。反应过程中的关键酶在不同生物体内有所不同，在细菌中，天冬氨酸氨基甲酰转移酶是嘧啶核苷酸从头合成的主要调节酶；而在哺乳动物细胞中，嘧啶核苷酸合成的调节酶主要是氨基甲酰磷酸合成酶II 。主要合成过程：形成的第一个嘧啶核苷酸是乳氢酸核苷酸（OMP ），进而形成尿嘧啶核苷酸（UMP ），UMP 在一系列酶的作用下生成CTP 。dTMP 由dUMP 经甲基化生成的。嘧啶核苷酸从头合成的特点是先合成嘧啶环，再磷酸核糖化生成核苷酸。B 、补救合成途径：主要酶是嘧啶磷酸核糖转移酶，能利用尿嘧啶、胸腺嘧啶及乳氢酸作为底物，对胞嘧啶不起作用。

②嘧啶核苷酸的抗代谢物：A 、嘧啶类似物：主要有5-氟尿嘧啶（5-FU ），在体内转变为FdUMP 或FUTP 后发挥作用。B 、氨基酸类似物：同嘌呤抗代谢物。C 、叶酸类似物：同嘌呤抗代谢物。D 、阿糖胞苷：抑制CDP 还原成dCDP 。

③嘧啶核苷酸的分解代谢：嘧啶核苷酸在酶作用下生成磷酸、核糖及自由碱基，产生的嘧啶碱进一步分解。胞嘧啶脱氨基转变成尿嘧啶，尿嘧啶最终生成NH 3、CO 2及β-丙氨酸。胸腺嘧啶降解成β-氨基异丁酸。

三、重点、难点

重点：核酸的酶促降解，水解核酸的有关酶， 核苷酸、嘌呤碱、嘧啶碱的分解代谢， 嘌呤核苷酸的合成， 嘧啶核苷酸的合成， 脱氧核糖核苷酸的合成，辅酶核苷酸的合成。

难点：核酸的酶促降解，核苷酸从头合成及补救途径。

四、典型例题解析

例题12-1. 简要说明碱水解RNA 的机制和DNA 抗碱的原因。

解： 碱可以水解RNA ，但不能水解DNA 。因为在稀碱的条件下，RNA 在碱（OH -）的作用下生成2′，3′-环状核苷酸的中间物，然后由于H 2O 的参入生成2ˊ-和3ˊ-核苷酸的混合物。进一步水解还可生成核苷。DNA 的核糖2ˊ位上没有羟基，在碱的作用下不能生成2ˊ，3ˊ-环状核苷酸的中间产物。所以DNA 不能被碱水解。

例题12-2. 指出下列反应的产物：

① 蛇毒磷酸二酯酶作用于A ——U ——A ——A ——C ——U ；

② 牛胰核酸酶作用于A ——U ——A ——A ——C ——U ；

③ 蛇毒磷酸二酯酶作用于dT ——A ——G ——G ——Cp ；

④ 对dT ——A ——C ——G ——G ——C ——A 进行轻度酸水解；

⑤ 对dT ——A ——C ——G ——G ——C ——A 进行轻度碱水解。

解：① 蛇毒磷酸二酯酶是一种外切酶，水解3′-OH 形成的磷酸酯键，产物为5′-核苷酸。

A ——U ——A ——A ——C ——② 牛胰核酸酶水解嘧啶核苷酸C 3′ 磷酸基与相邻核苷酸C 5′ 相连的磷酸酯键，生成游离的3′嘧啶核苷酸或3′磷酸末端为嘧啶核苷酸的寡核苷酸碎片。

A ——U ——A ——A ——C ————Up + A——A ——Cp + Up

③ 蛇毒磷酸二酯酶是一种外切酶，不能水解磷酸单酯键，且要求核苷酸链的3′末端有游离的羟基，dT ——A ——G ——G ——Cp 的 3′末端无游离的羟基，故蛇毒磷酸二酯酶对此片段无水解效应。

④ 由于嘌呤核苷酸中嘌呤碱基的 N9与脱氧核糖C1′形成的糖苷键在酸性条件下不如嘧啶核苷酸中的N1与脱氧核糖的 C1′形成的糖苷键稳定。故多核苷酸链中的嘌呤核苷酸残基的嘌呤糖苷键易断裂形成游离的嘌呤碱基，拖去嘌呤的多核苷酸称为无嘌呤酸。

⑤ 由于在脱氧核糖中，2′位无羟基，在碱性条件下不能形成2′，3′ 环核苷酸中间物。故DNA 链不能为碱水解。

例题12-3. 碱基组成为A 2C 4G 2U 的寡核苷酸与多种酶一起保温，（1）用核糖核酸酶处理产生2分子的Cp ，1分子含有腺嘌呤和尿嘧啶的二核苷酸，1分子含有鸟嘌呤和胞嘧啶的二核苷酸和1分子含有腺嘌呤、胞嘧啶和鸟嘌呤的三核苷酸。（2）用高峰淀粉酶处理则得到游离的胞嘧啶、Ap 和pGp 各1分子，及一个含有胞嘧啶、鸟嘌呤和尿嘧啶的三核苷酸和一个其他产物。（高峰淀粉酶既可作用于嘌呤核苷酸戊糖的3′OH 与另一核苷酸的磷酸基团形成的酯键，产物为5′磷酸核苷（pN ），也可作用于嘌呤核苷酸的5′OH 和另一个核苷酸的磷酸基团形成的酯键，产物为Np ）。（3）用蛇毒磷酸二酯酶在有限时间内处理寡核苷酸，产生了一些pC 。根据以上的数据试推断该寡核苷酸的碱基序列。

解：（1）核糖核酸酶可以水解RNA 中嘧啶核苷酸C-3′磷酸基团与另一个核苷酸C-5′羟基形成的酯键。如果有两个嘧啶碱基在RNA 分子中连续排列，经该酶作用的产物中会出现游离的嘧啶核苷酸，若嘧啶和嘌呤交替排列，则生成以嘧啶核苷酸为3′端结尾的寡核苷酸片段。题中所给的寡核苷酸经糖核酸酶处理可得2Cp ，在其分子中可能含有CpCp 或UpCp 的碱基序列；二核苷酸的碱基顺序必然是ApUp 和GpCp ：三核苷酸的碱基顺序则可能有两种：ApGpCp 或GpApCp 。

(2)当用高峰淀粉酶处理寡核苷酸后可得到游离的C 和pGp ，表明该寡核苷酸的3′端为C ，5′—端为G ；三核苷酸的顺序有两种可能，即CpUpGp 或UpCpGp ，由于原寡聚核苷酸中只含1U ，在用核糖核酸酶处理时已得到ApUp ，故可推测该三核苷酸的碱基顺序为UpCpGp ， 而三核苷酸的5′端应连接Ap ，这样就可得到一个四核苷酸的排列顺序：ApUpCpGp 。

另外根据碱基组成可知高峰淀粉酶处理得到的另一产物是含有2CplAp 的三核苷酸，该三核苷酸的排列顺序为：CpCpAp 。

按照片段置迭法可将上述四核苷酸和三核苷酸的碱基顺序排列如下：

ApUpCpGp

CpCpAp

即CpCpApUpCpGp

由于用高峰淀粉酶处理后可得到lAp ，Ap 在寡核苷酸中的5′端应与嘌呤核苷酸相连，因该分子中只有2Gp ，1个已位于5′末端，故Ap 只能与上述6核苷酸碎片的3′端的Gp 相连接，这就可得到7核苷酸碎片的碱基顺序为：CpCpApUpCpGpAp 。加上5′末端和3′端的碱基可得到寡核苷酸的碱基排列顺序为：pGpCpCpApUpCpGpApC —OH 。

（3）蛇毒磷酸二酯酶是从3′末端开始水解的外切酶，当限制性水解时得到pC ，这可进一步证实该寡核苷酸的3′末端碱基为胞嘧啶。

例题12-4从肝脏RNA 水解产物分离出来的腺苷酸的那一些原子来自下列指定的原子：（1）乙酰辅酰A 的羰基碳因子；（2）D-葡萄糖的第3碳原子；（3）丝氨酸的α-碳原子；（4）天门冬氨酸的氨基氮原子；

（5）谷氨酰胺的酰氨氮原子。

解： 腺苷酸的结构式、顺序标记和嘌呤环各原子的来源如图所示：

（1）乙酰辅酶A 的羰基碳原子通过TCA 循环，形成CO 2，它可以参与Gly 的合成：

CO 2+NH3+N5，N 10-亚甲基四氢叶酸+NADH+H+ →Gly+四氢叶酸+NAD+

CO 2的碳原子在Gly 分子中为羧基碳，在嘌呤环中为C 4；另外CO 2也可直接参与嘌呤环的合成，故C 6也可能是乙酰辅酶A 的羰基碳原子。

CO 2

Gly 甲酸OH

HO O O

图12-1 腺苷酸的结构式、顺序标记及嘌呤环各原子的来源

（2）D-葡萄糖第3位碳原子通过磷酸已糖途径后位于5-磷酸核糖的第2位，故在AMP 中核糖C 2'是D-葡萄糖的第3位碳原子。另外D-葡萄糖可以完全氧化形成CO 2，第3位碳原子以CO 2的形式参与Gly 的合成，故在AMP 中应是C 4或以CO 2的形式直接参与嘌呤环合成，应是C 6。

（3）Ser 通过下列反应生成Gly ，这样嘌呤环的C 4，C 5，N 7是来自Ser ，α-碳为嘌呤环的C 5：

Ser+FH4→Gly+N5，N 10-CH 2-FH 4

（4）Asp 的N 原子位于嘌呤的第1位和与C 6相结合的氨基氮；

（5）嘌呤环的N 3和N 9是来自于Gln 的酰胺N 。

综上所述，可列表如下（见表12-1）。

表12-1 各前身物质所提供的原子在AMP 中的位置

前身物代号

（1）

（2） 所提供的原子 C C 在AMP 中的位置 C 4，C 6 C 4 C6和C 2'

C 5

N 1，与C 6相结合的氨基氮

N 3，N 9 （3） （4） （5）

C N N

五、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DNA 中，并同时断裂类酶可分为两大类，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，嘌呤碱的N 1来自 ，C 2和C 8来自 ，N 3和N 9来自 ，

C 4、C 5和N 7来自 ，C 6来自 。

5．同位素标记证明，嘧啶碱的各种元素分别来自和。

6．嘌呤核苷酸合成的第一步是由和谷氨酰胺生成5―磷酸核糖胺的反应。

7．嘌呤核苷酸合成的产物是核苷酸，然后再转变为腺嘌呤核苷酸和。

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A TP

是该酶的 调节物。

10．三磷核苷酸是高能化合物，A TP 参与转移，GTP 为UTP 参与，

CTP 与

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．别嘌呤醇与次黄嘌呤的结构相似，它强烈地抑制下列哪种酶的活性：

A 次黄嘌呤氧化酶； B 黄嘌呤氧化酶；

C 次黄嘌呤还原酶； D 黄嘌呤还原酶。

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 嘌呤核苷酸的合成； 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 激活黄嘌呤氧化酶；

C 抑制鸟嘌呤脱氢酶； D 抑制黄嘌呤氧化酶。

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A TP 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. 关于别嘌呤醇治疗痛风，说法错误的是：

A 痛风是由于体内尿酸 过量积累造成的，经过别嘌呤醇治疗的患者排泄黄嘌呤和次黄嘌呤； B 别嘌呤醇不能被黄嘌呤氧化酶氧化；

C 别嘌呤醇是黄嘌呤氧化酶的自杀性底物；

D 别嘌呤醇可以被黄嘌呤氧化酶氧化。

（四）是非题

1． 嘌呤核苷酸的脱氨过程主要由嘌呤脱氨酶催化嘌呤碱脱氨。

2． 腺嘌呤和鸟嘌呤脱去氨基后，分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤。

3． 别嘌呤醇治疗痛风症，因为该酶可以抑制黄嘌呤氧化酶，阻止尿酸生成。

4． 多数鱼类和两栖类的嘌呤碱分解排泄物是尿素，而人和其它哺乳动物是尿囊素。

5． 嘌呤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N 5，N 10―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呤核苷酸分解产物的差异。

3．嘧啶和嘌呤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．简要说明嘌呤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，说明它在嘌呤核苷酸合成中的抑制作用。

6．将标记氨基氮的腺嘌呤和标记N 7的腺嘌呤拌入人、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14C 4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。

8．一个碱基组成为A 2C 4G 4U 2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β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、CO 2和NH 3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

1. 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

11. 二磷酸核苷酸 硫氧还蛋白 硫氧还蛋白还原酶 蛋白质B 1 B 2

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2ˊ，3ˊ-环核苷酸的中间物，然后由于H 2O 的参入生成2′-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2ˊ，3ˊ-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：

腺嘌呤核苷酸→腺嘌呤核苷→次黄嘌呤核苷→次黄嘌呤

*║

鸟嘌呤核苷酸→ 鸟嘌呤核苷→ 黄嘌呤核苷→ 黄嘌呤→ 尿酸→尿囊素→尿囊酸→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呤碱的最终代谢产物；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呤核苷酸，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）次黄嘌呤核苷酸氧化成黄嘌呤是由次黄嘌呤核苷酸氧化酶催化，过量的GMP 抑制该酶的活性。

（3）次黄嘌呤核苷酸在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（A TCase ）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：次黄嘌呤+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. 标记氨基氮的腺嘌呤进入人、小鼠和鸽子体内，分解后标记物出现在NH 3上排出体外。标记N 7的腺嘌呤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14C 4的腺嘌呤在含有鱼的腺嘌呤分解酶系统中，14C 4出现在腺嘌呤分解的最终产物乙醛酸分子上。H —14C 4OCOOH

8. (1)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3'-端均含有嘧啶（U 或C ）核苷酸：

⎧3Cp ⎪ApUp ⎪⎪A 2C 4G 4U 2→⎨ApGpCp

⎪GpUp ⎪⎪⎩GpGp (或GpApCp )

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3'-端均应加1Cp ，这就可得到相应的3个碎片：1）ApUpCp ；2）ApGpCpCp 或 2'）GpApCpCp ；

3）GpUpCp 。

另外GpGp 这个碎片必须位于寡核苷酸的3'-末端，该碎片的5'-端也应于嘧啶核苷酸相连。

（3）高峰淀粉酶处理得到的产物中，寡核苷酸都应是嘌呤核苷酸结尾；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4'）CpUpAp ； 5）UpCpGp 或5'）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）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3'-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，可得到另一分子的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： 划“==”的表示所补充的碱基即：

Ap UpCpAp −+−→−ApUpCpAp

Gp GpCpCp −+−→−GpCpCpGp

Gp UpCpGP −+−→−UpCpGpGp

最后可得到A 2C 4G 4U 2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，A 2C 4G 2U 2寡核苷酸还可以排列出下列两种不同的顺序

GpUpCpApUpCpGpApCpCpGpGp

ApGpCpCpGpUpCpApUpCpGpGp

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：

NH 2

C 的酰胺N NH CO O

HO O

图12－2 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 ，α-碳原子在嘧啶环中位于第6位；草酰乙酸可氧化，形成CO 2，它可参与嘧啶环的合成，在环中应位于第2位。

（2）NH 3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；NH 3也可参与氨基酸的合成，再经转氨作用，可做为Asp 的-NH 2，在环中应位于第1位；NH 3也可做为谷氨酰胺的N 原子在胞嘧啶核苷酰中，成为与C 6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α-NH 2的N 原子；

2）Glu 氧化脱羧使其N 原子形成NH 3，NH 3可参与氨基酰磷酸的合成，NH 3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N 1，通过反应2），该N 原子可能是N 3或与N 6相连的氨基氮。

10. 以核糖-5-磷酸，有关氨基酸，CO 2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A TP 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：

腺嘌呤+核糖-5-磷酸→腺苷+Pi

腺苷+ATP →AMP+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。