发布时间 : 星期六 文章生物化学简明教程（第四版）课后习题及答案详解更新完毕开始阅读
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ATP？② 如果用补救途径合成1mol腺苷酸，细胞可节省多少摩尔ATP？
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HAT(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。
13 DNA的生物合成
1．生物的遗传信息如何由亲代传递给子代？
解答：生物的遗传信息表现为特定的核苷酸排列顺序，通过DNA的复制和细胞分裂由亲代细胞传递给子代细胞。进行有性生殖的多细胞生物形成性细胞时，通过减数分裂，使性细胞形成单倍体，在受精过程中形成的双倍体细胞中，一半染色体来自父亲，另一半染色体来自母亲，从而实现了遗传信息从亲代到子代的传递。
2．何谓DNA的半保留复制？是否所有DNA的复制都以半保留的方式进行？ 解答：DNA的半保留复制指新合成的DNA双链中，有一条链是来自亲代的，另一条链是新合成的。半保留复制的方式只适用于双链分子，单链DNA分子要转化成双链的复制型DNA，再以半保留方式复制。
3．若使15N标记的大肠杆菌在14N培养基中生长三代，提取DNA，并用平衡沉降法测定DNA密度，其14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比应为多少？
15解答：N标记的大肠杆菌利用培养基中的14N合成DNA，第一代DNA双链都是14N-15N
杂合DNA分子。第二代分别是以第一代中的14N和15N链作为母链合成新的DNA，所以
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N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比为1：1。第三代中的14N和15N母链的分子之
比是3:1，所以14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比应为3:1。
4．已知DNA的序列为：
W: 5′-AGCTGGTCAATGAACTGGCGTTAACGTTAAACGTTTCCCAG-3′ C: 3′-TCGACCAGTTACTTGACCGCAATTGCAATTTGCAAAGGGTC-5′ → 上链和下链分别用W和C表示，箭头表明DNA复制时复制叉移动方向。试问：① 哪条链是合成后随链的模板? ② 试管中存在单链W，要合成新的C链，需要加入哪些成分? ③ 如果需要合成的C链被32P标记，核苷三磷酸中的哪一个磷酸基团应带有32P? ④ 如果箭头表明DNA的转录方向，哪一条链是合成RNA的模板?
解答：① W链；② DNA聚合酶，引物，dNTP，mg2+；③ α-磷酸基团；④ C链。 5．用什么实验可以证明DNA复制时存在许多小片段（冈崎片段）？
解答：用带标记的脱氧核苷三磷酸作为合成DNA的原料，经过一段时间后，加入碱溶液使合成停止，检查发现标记出现在大约1000个核苷酸的小片段DNA即冈崎片段上，追赶标记发现，这些带标记的小片段DNA很快能够连接成DNA长链，后来的研究发现，DNA复制时，前导链是连续合成的，后随链需要先合成冈崎片段。
6．某哺乳动物的细胞中，每个细胞的DNA长1.2m，细胞生长周期中的S期约为5h，
如果这种细胞DNA延长的速度与E.coli相同，即16μm/min，那么染色体复制时需要有多少复制叉同时运转？
解答：每个复制叉5h复制DNA片段的长度为16μm/min × 300min = 4800μm。每个细胞内DNA长1.2m = 1.2 × 106μm，染色体复制时应当有1.2 × 106μm ÷ 4800μm = 250个复制叉。
7．DNA复制的精确性、持续性和协同性是通过怎样的机制实现的？
解答：DNA聚合酶Ⅲ具有复杂的亚基结构。其3′→5′外切酶活性起到校对作用，不对称二聚体相互协调，两个β亚基形成滑动夹子，维持了DNA合成的持续性。复制叉有多种蛋白质协同作用，使DNA复制的各个环节能够协调进行。
8．真核生物DNA聚合酶有哪几种？它们的主要功能是什么？
解答：真核生物的DNA聚合酶主要有α、β、γ、δ、ε五种，均具有5′→ 3′聚合酶活性，DNA聚合酶γ、δ和ε有3′→5′外切酶活性，DNA聚合酶α和β无外切酶活性。因此设想细胞核DNA复制时，在复制叉上由DNA聚合酶α/引物酶合成RNA引物和一小段DNA，DNA聚合酶δ或DNA聚合酶ε合成前导链和滞后链。不过目前尚不清楚两种酶哪个合成前导链，哪个合成后随链。DNA聚合酶β和ε主要起修复作用，DNA聚合酶γ用于线粒体DNA的合成。近年又发现了多种参与修复的DNA聚合酶。
9．DNA的复制过程可分为哪几个阶段？其主要特点是什么？
解答：DNA的复制过程分为三个阶段，各阶段的特点主要表现在复制体的变化。起始阶段，形成起始复合物；延伸阶段，DNA聚合酶Ⅲ进行持续的DNA复制；终止阶段，复制体解聚，形成两个新的子代分子。
10．哪些因素能引起DNA损伤？生物体有哪些修复机制？
解答： 引起DNA损伤的途径有：生物因素如复制差错或病毒整合，物理因素如紫外线和电离辐射，化学因素如各种化学诱变剂。目前已知细胞有5种对DNA损伤的修复系统：错配修复、直接修复、切除修复、重组修复、易错修复（SOS修复）。
11．在大肠杆菌DNA分子进行同源重组的时候，形成的异源双螺旋允许含有某些错配的碱基对。为什么这些错配的碱基对不会被细胞内的错配修复系统排除？
解答：大肠杆菌在进行错配修复的时候，根据老链和新链的甲基化程度不同而识别出新链上错配的碱基，再将新链上错误的碱基切除，而不会切掉旧链上正确的碱基。在DNA进行同源重组的时候，形成的异源双螺旋尽管会含有某些错配的碱基对，但异源双螺旋的两条DNA链上都是高度甲基化的，因此这些错配的碱基对不会被细胞内的错配修复系统排除。
12．试比较切除修复和光复活机制是如何清除由紫外线诱导形成的嘧啶二聚体的？你可使用什么方法区分这两种机制？
解答：切除修复需要将嘧啶二聚体切除掉，换上正常的胸苷酸，而光复活机制是通过光复活酶直接破坏嘧啶二聚体的环丁烷结构而修复嘧啶二聚体。可使用[3H]标记的胸苷追踪修复过程，如果[3H]出现在修复后的DNA分子上，则修复的方式是切除修复，否则就是光复活