第15章 核酸的降解和核苷酸代谢
一、选择题
1催化5-磷酸核糖与ATP生成PRPP这一个反应的酶是（ ）。[西南农业大学基础化学2002研]
A．磷酸核糖激酶
B．磷酸核糖焦磷酸激酶
C．磷酸核糖酶
D．ATP激酶
【答案】B
【解析】次黄嘌呤核苷酸的合成是一系列连续的酶促反应过程，首先需要由5-磷酸核糖焦磷酸供给核苷酸的磷酸核糖部分，在其上再完成嘌呤环的装配。在体内，5-磷酸核糖焦磷酸可由5-磷酸核糖与ATP作用产生。催化这一反应的酶称为磷酸核糖焦磷酸激酶。在此反应中ATP的焦磷酸基是作为一个单位直接转移到5-磷酸核糖分子的第一位碳的羟基上。
2下列哪种酶的缺失能导致Lesch-Nyhan综合征?（ ）[南开大学研]
A．核苷酸还原酶
B．次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
C．黄嘌呤氧化酶
D．磷酸核糖焦磷酸化酶
【答案】B
【解析】Lesch-Nyhan综合征又称为自毁容貌症，是由于次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的遗传缺陷引起的。缺乏该酶使得次黄嘌呤和鸟嘌呤不能转换为IMP和GMP，而是降解为尿酸，过量尿酸将导致Lesch-Nyhan综合症。
3嘌呤环1号位N原子来源于（ ）。[厦门大学研]
A．Gln的酰胺N
B．Gln的α-氨基N
C．Asn的酰胺N
D．Asp的α-氨基N
【答案】D
【解析】嘌呤环上的N原子有三个来源，1号位N原子来源于天冬氨酸，7号位N原子来源于天冬氨酸，3号位和9号位的N原子来源于谷氨酰胺的酰胺N。
4嘌呤核苷酸从头合成的原料不包括（ ）。[华东理工大学2017研]
A．R-5'-P
B．一碳单位
C．天冬氨酸、甘氨酸
D．Gln、CO2
E．S-腺苷蛋氨酸
【答案】E
【解析】嘌呤核苷酸从头合成的最初原料是5-磷酸核糖、谷氨酰胺、甘氨酸、天冬氨酸、一碳单位和CO2。
5嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成所需的共同原料为（ ）。[华东理工大学2017研]
A．天冬氨酸
B．甲酸
C．谷氨酸
D．丙氨酸
E．鸟氨酸
【答案】A
【解析】嘌呤核苷酸从头合成需要5-磷酸核糖、谷氨酰胺、甘氨酸、天冬氨酸、一碳单位和CO2等原料；而嘧啶核苷酸的从头合成需要谷氨酰胺、天冬氨酸和CO2等原料，因此嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸合成所需的共同原料为天冬氨酸。
6生物体嘌呤核苷酸合成途径中首先合成的核苷酸是（ ）。[四川大学2015研]
A．ANP
B．GNP
C．IMP
D．NMP
【答案】C
【解析】在嘌呤核苷酸生物合成中首先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），次黄嘌呤核苷酸先氧化成黄嘌呤核苷酸（XMP），再氨基化生成嘌呤核苷酸。
7人类和灵长类嘌呤代谢的终产物是（ ）。[四川大学2015研]
A．尿酸
B．尿囊素
C．尿囊酸
D．尿素
【答案】A
8（多选）嘌呤核苷酸循环脱氨基作用主要在哪些组织中进行？（ ）。[华东理工大学2007研]
A．肝
B．肾
C．脑
D．肌肉
E．肺
【答案】ACD
二、填空题
1在嘌呤核苷酸合成过程中，AMP由前体转变而来，需要消耗______作为能量来源。[中山大学2018研]
【答案】ATP
2核苷酸合成时，GMP是由______核苷酸转变而来。[中山大学2018研]
【答案】次黄嘌呤核苷酸
【解析】嘌呤核苷酸从头合成时先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），然后由IMP再分别转变成AMP和GMP。
3嘧啶从头合成途径中首先合成的嘧啶核糖核苷酸是______。[中山大学2018研]
【答案】乳清苷酸
4核苷酸从头合成和补救合成中，其核糖的直接供体是______。[中山大学2018研]
【答案】5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）
5核苷三磷酸在代谢中起着重要的作用。ATP是通用的能量载体，而______参与多糖的合成，______参与甘油磷脂的合成，______提供肽链合成所需要的能量。[中山大学2004研]
【答案】UTP；CTP；GTP
【解析】核酸的基本结构单位是核苷酸。细胞内存在多种游离的核苷酸，它们几乎参与细胞的所有生化过程，主要有以下几个方面的作用：（1）核苷酸是核酸生物合成的前体。（2）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。（3）ATP是生物能量代谢中通用的高能化合物。（4）腺苷酸是三种重要辅酶（烟酰胺核苷酸、黄素腺嘌呤二核苷酸和辅酶A）的组分。（5）某些核苷酸是代谢的调节物质。如cAMP和cGMP是许多种激素引起生理效应的中间介质。
6脱氧核苷酸的生物合成是在______的基础上还原生成的。[北京师范大学研]
【答案】二磷酸核苷
7羽田杀菌素（N-羟-N-甲酰甘氨酸）是______结构类似物，可以强烈地抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，从而抑制了腺苷酸的合成。[厦门大学研]
【答案】天冬氨酸
8对人类而畜，嘧啶代谢的终产物为______。葡萄糖和甘油进行分解代谢的活化形式分别是______和______。[四川大学2008研]
【答案】β-氨基异丁酸；6-磷酸葡萄糖；α-磷酸甘油
9痛风是由于______积累引起的，临床用______治疗，因为它是______酶自杀性抑制剂。[南开大学2016研]
【答案】尿酸；别嘌呤醇；黄嘌呤氧化酶
三、判断题
1核酸内切酶能够水解核酸分子内磷酸二酯键，而核酸外切酶则不能。（ ）[中山大学2018研]
【答案】对
【解析】核酸外切酶是指从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶，不能水解核酸分子内的磷酸二酯键。
2嘧啶核苷酸从头合成途径不涉及天冬酰胺。（ ）[浙江大学2018研]
【答案】对
【解析】嘧啶核苷酸的从头合成途径中嘧啶环上的各个原子分别来自于CO2、谷氨酰胺和天冬氨酸。
3嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸合成过程相同，即先合成碱基，再与磷酸核糖连接生成核苷酸。（ ）[南开大学研]
【答案】错
【解析】过程不相同。膘呤核苷酸从5-磷酸核糖焦磷酸开始生成次黄嘌呤核苷酸，而嘧啶核苷酸的合成先生成嘧啶环，再与磷酸核糖结合。
4多数鱼类和两栖类动物以尿素和乙醛酸作为嘌呤分解的最终产物。（ ）[中科院水生生物研究所2007研]
【答案】对
5核苷酸补救途径的特征是所有核苷酸都可以用现成的碱基合成核苷酸。（ ）[复旦大学2009研]
【答案】错
【解析】核苷酸补救合成途径并不是所有的核苷酸都可以用现成的碱基合成核苷酸，有的只能利用嘧啶核苷或者嘌呤核苷合成。
6人体嘌呤核苷酸循环可以帮助氨基酸脱去氨基。（ ）[复旦大学2008研]
【答案】对
7黄嘌呤氧化酶的底物是黄嘌呤，也可以是次黄嘌呤。（ ）[厦门大学2014研]
【答案】对
8人类、灵长类的动物体内嘌呤代谢的最终产物是尿囊素。由于后者生成过多或排泄减少，在体内积累，可引起痛风症。（ ）[山东大学2017研]
【答案】错
【解析】人类和其他灵长类动物、鸟类、爬行动物和昆虫嘌呤分解代谢的最终产物是尿酸，尿酸体内积累，可引起痛风症。
9温和碱性条件下，RNA容易水解，DNA则不容易。（ ）[山东大学2016研]
【答案】对
【解析】RNA的2′位置上有游离的OH，以致形成2′,3′-环形磷酸盐的中间产物，需要更低的自由能，因此易分解。而DNA为去氧核糖核酸，2′位置上没有游离的羟基，不能形成这样的中间产物，分解反应需要较高的自由能；因此在温和碱性条件下，RNA更容易水解。
四、名词解释题
1Ribozyme[武汉大学2014研]
答：Ribozyme即核酶，是指具有催化功能的RNA分子，是生物催化剂。核酸的作用底物可以是不同的分子，有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位，核酶的功能很多，有的能够切割RNA，有些还具有RNA连接酶，磷酸酶等活性，与蛋白酶相比，核酶的催化效率较低，是一种较为原始的催化酶。
2限制性核酸内切酶（Restriction endonuclease）[华中科技大学2016研]
答：限制性核酸内切酶是指可以识别DNA的特异序列，并在识别位点或其周围切割双链DNA的一类内切酶，简称限制酶。根据限制酶的结构，辅因子的需求切位与作用方式，可将限制酶分为三种类型，分别是第一型（TypeⅠ）、第二型（TypeⅡ）及第三型（TypeⅢ）。Ⅰ型限制性内切酶既能催化宿主DNA的甲基化，又催化非甲基化的DNA的水解；而Ⅱ型限制性内切酶只催化非甲基化的DNA的水解。Ⅲ型限制性内切酶同时具有修饰及认知切割的作用。
3痛风[山东大学2017研]
答：痛风是一种由于嘌呤生物合成代谢增加，尿酸产生过多或因尿酸排泄不良而致血中尿酸升高，尿酸盐结晶沉积在关节滑膜、滑囊、软骨及其他组织中引起的反复发作性炎性疾病。
五、问答题
1写出尿酸的化学结构，并简要说明它的来历。[上海师范大学2001研]
答：陆生动物将脱下的氨转变为尿素。鸟类和陆生的爬虫类，因体内水分有限，它们的排氨方式是形成固体尿酸的悬浮液排出体外。因此，鸟类和爬虫类又称为排尿酸动物。
（1）尿酸的形成过程为：
次黄嘌呤和黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶的作用下氧化生成尿酸：
（2）尿酸的化学结构如下：
尿酸是由嘌呤碱分解代谢产生的。
2以6-巯基嘌呤为例，分析为什么大多数的肿瘤化疗药物的作用靶位集中在核苷酸的生物合成代谢上？[复旦大学2008研]
答：6-巯基嘌呤（6MP）是次黄嘌呤的结构类似物，它同PRPP反应生成6MP核苷酸。6MP核苷酸可抑制IMP向AMP和GMP的转变，同时，它作为IMP结构类似物反馈抑制PRPP酰胺基转移酶，干扰磷酸核糖胺的形成，从而阻断嘌呤核苷酸从头合成。此外，6MP竞争性抑制次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的活性，阻断嘌呤核苷酸的补救合成。嘌呤核苷酸合成障碍直接导致细胞内dATP与dGTP水平的下降，DNA生物合成原料不足，从而干扰肿瘤细胞的遗传增殖，这就是大多数肿瘤化疗药物作用靶位集中在核苷酸生物合成代谢过程的原因。
3PRPP的生物学功能是怎样的？[山东大学2016研]
答：PRPP即5-磷酸核糖-1-焦磷酸，其生物学功能如下：
（1）PRPP是重要的代谢中间物，参与嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸的从头合成途径和补救合成途径。
①在嘌呤核苷酸从头合成中，第一步是5-磷酸核糖与ATP在磷酸戊糖焦磷酸合成酶催化下反应生成磷酸核糖焦磷酸（PRPP）。然后继续逐步反应生成嘌呤核苷酸。
②在嘌呤核苷酸补救合成中，由PRPP提供磷酸核糖，嘌呤碱基和PRPP在嘌呤磷酸核糖转移酶催化下，分别生成AMP、IMP、GMP。在嘧啶核苷酸从头合成中，由PRPP提供磷酸核糖，乳清酸和PRPP在磷酸核糖转移酶催化下，生成乳清酸核苷酸，继续反应生成嘧啶核苷酸。在嘧啶核苷酸补救合成中，由PRPP提供磷酸核糖，嘧啶碱基和PRPP在嘧啶磷酸核糖转移酶催化下，生成嘧啶核苷酸。
（2）参与某些核苷酸类辅酶如辅酶I和辅酶II、以及某些氨基酸如组氨酸和色氨酸的合成。
4在生物合成中往往需要不同的三磷酸核苷酸参与不同物质的合成，写出四种三磷酸核苷酸分别参与哪些物质的生化合成？[山东大学2016研]
答：四种三磷酸核苷酸分别参与以下物质的生化合成：
（1）ATP参与生物体内能量代谢过程以及是第二信使的前体；
（2）GTP参与蛋白质和腺嘌呤的生物合成；
（3）CTP参与磷脂的生物合成；
（4）UTP参与多糖合成糖原的过程。
5别嘌呤醇是黄嘌呤氧化酶的抑制剂，可以用来治疗慢性痛风，解释这种治疗的生理生化基础。[山东大学2016研]
答：高尿酸血症是痛风形成的最重要的生化基础，而尿酸是人类嘌呤代谢的最终产物，因此别嘌呤醇治疗痛风的生化基础是抑制尿酸合成。抑制机制：
在人体内，嘌呤在黄嘌呤氧化酶的催化下，经过一系列代谢变化，形成尿酸，而别嘌呤醇是嘌呤合成前体PRPP的结构类似物，因此别嘌呤醇能够竞争性地和黄嘌呤氧化酶结合，从而抑制黄嘌呤氧化酶的活性，从而减少或抑制尿酸合成。