14．为什么说葡萄糖一丙氨酸循环是一种经济有效的氨转运方式？ 15．尿素循环和三羧酸循环是如何联系在一起的？
16．在尿素合成途径中，第一步氨甲酰磷酸的合成是在线粒体中进行的，有何生理意义？
17．2分子丙氨酸彻底氧化分解并以 CO2和尿素的形式排出，请写出并计算产生的 ATP分子数。
1．在正常情况下，人体蛋白的合成与分解处于动态平衡。每天从食物中以蛋白质形式摄入 的总氮量与排出的氮量相当，基本上没有氨基酸和蛋白质的贮存，这种收支平衡的现象， 称为氮平衡。正在成长的儿童和病后恢复期的患者，体内蛋白的合成量大于分解量，这时外源氮的摄入量大于排泄量，说明一部分氮被保留在体内构成组织，这种状态称为正氮平衡。反之，长期饥饿或患有消耗性疾病的患者，由于食物蛋白的摄入量不足或组织蛋白的分解过盛，使排出氮的量大于摄入的氮量，这种状态称为负氮平衡。
2．将转氨基作用和脱氨基作用偶联在一起的脱氨方式。自然界中L一氨基酸氧化酶活力都很低，显然不能满足机体脱氨的需要，而转氨基作用虽然普遍存在，但又不能最终将氨基脱去，所以各种氨基酸首先在转氨酶的作用下，将氨基转移给a一酮戊二酸，生成谷氨酸，再借助高活性的谷氨酸脱氢酶将氨基脱去。所以，这是体内脱氨基的主要方式。
3．这主要是由于a一酮戊二酸接受氨基后生成谷氨酸，而谷氨酸脱氢酶是自然界脱氨活力最高的酶，所以可借助高活性的谷氨酸脱氢酶最终将氨基脱去。
4．甲基的直接供体是S一腺苷甲硫氨酸。因为四氢叶酸虽然可携带甲基，但由于转移势能低、不能直接将甲基转移至甲基受体，而是转移至同型半脱氨酸生成甲硫氨酸。甲硫氨酸经ATP的进一步活化生成S一腺苷甲硫氨酸后才能将甲基转移至甲基受体分子上。
5．氨基酸在体内基本没有贮存。因为体内蛋白质在不断更新，旧有蛋白质不断分解，产生的氨基酸可被再利用，成为新蛋白合成的原料，也可进一步氧化供能。在正常情况下，人体蛋白质的合成与分解处于动态平衡。每天从食物中以蛋白质形式摄入的总氮量与排出氮的量相当，所以基本上没有氨基酸和蛋白质的贮存。
6．体内氨基酸主要来源于两条途径：食物中蛋白质的分解和自身组织蛋白质分解产生。氨基酸的去路也有两条：一是合成新蛋白质，二是氧化供能。
7．氮在体内的转运方式有两种：（1）以谷氨酰胺的形式转运，在谷氨酰胺合成酶的作用下，氨与谷氨酸合成谷氨酰胺，谷氨酰胺是中性无毒物质，由血液运输至肝脏后又在谷氨酰胺酶的作用下分解为谷氨酸和氨，氨进入尿素合成途径；（2）以丙氨酸的形式转运，在肌肉中可利用丙氨酸将氨转运至肝脏。在肌肉中由酵解产生的丙酮酸在转氨酶的作用下，接受其他氨基酸的氨基形成丙氨酸，丙氨酸是中性无毒物质，通过血液运至肝脏，在谷丙转氨酶的作用下，将氨基交a一酮戊二酸生成丙酮酸和谷氨酸。谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的作用下脱去氨基，氨进入尿素合成途径，丙酮酸在肝细胞中异生为葡萄糖，再运回至肌肉氧化供能。
8．氨基酸分解产生的氨以谷氨酰胺和丙氨酸的形式转运至肝脏后，在肝脏中合成尿素经肾排出体外。 9．各种氨基酸脱氨后生成的a一酮酸可通过各自特有的代谢途径最终转变成丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、a一酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸和草酰乙酸进入三羧酸循环彻底氧化供能，或进入糖的异生途径，异生为葡萄糖。
10．凡人体自身可以合成的氨基酸称为非必需氨基酸，如丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等。凡 人体不能自己合成必须从食物中摄取，这类氨基酸称为必需氨基酸，如赖氨酸、甲硫氨 酸、色氨酸等。半必需氨基酸是指自身能够合成但又不能满足需要，必须从食物中得到补充的氨基酸，这类氨基酸有组氨酸。人体中，组氨酸的合成可满足成人合成蛋白质的需要，但正在成长的儿童，蛋白质合成旺盛，对氨基酸的需求量大，自身合成的组氨酸已不能满足需要，必须从食物中获得补充。
11．不是。氨基酸合成的前体是几条重要糖代谢途径的中间物，而不是起始于NH3和CO2。例如，以三羧酸循环途径中的a一酮戊二酸为前体可合成Glu、Gln、Pro和Arg。草酸乙酸可衍生为Asp、Asn、Met等。丙酮酸可生成Ala、Val和Leu。
12．可能的原因如下：（1）当氨不能正常排泄而浓度升高时，氨与a一酮戊二酸和谷氨酸在谷氨酸脱氢酶和谷氨酸胺合成酶的作用下分别形成谷氨酸和谷氨酸胺，前一反应需NADH参加，后一反应需ATP参加，这样当它们大量合成时，就会严重干扰脑中的能量代谢；（2）a一酮戊二酸和谷氨酸水平的降低影响三羧酸循环和γ一氨基丁酸（由谷氨酸脱羧形成，一种重要的神经介质）的合成，最终导致脑细胞功能的损伤，出现昏迷症状。
13．因为必需氨基酸相应的酮酸进入体内后在转氨酶的作用下，生成必需氨基酸，供机体合成蛋白质需要，这样利用1分子酮酸相当于清除掉1分子氨，对缓解高氨血症有一定帮助。 14．当从肌肉向肝脏转运1分子丙氨酸，相当于从肌肉带至肝脏1分子丙酮酸和1分子氨，这样既防止了肌肉中丙酮酸的积累又清除了氨。在肝脏，丙氨酸脱氨后，氨进入尿素合成途径被清出体外，丙酮酸进入糖异生途径合成葡萄糖，可再次回到肌肉被利用。这样收到一举两得的功效，所以说葡萄糖一丙氨酸循环是一种经济、有效的氨转运方式。
15．在尿素循环中，当精氨琥珀酸裂解为精氨酸和延胡索酸后，延胡索酸可进入柠檬酸循环，所以延胡索酸将尿素循环和柠檬酸循环联系在一起。
16．因为这样有利于将NH3严格控制在线粒体中，防止其扩散进入血液引起氨中毒。 17．
（1）首先丙氨酸通过联合脱氨的方式将氨基脱掉，这步反应产生2分子的NADH，相当于生成5分子ATP。 （2）2分子氨经尿素循环合成尿素需消耗 4分子 ATP。
（3）2分子丙酮酸脱氢氧化形成乙酸CoA，同时生成 2分子 NADH，相当于生成 5分子ATP。 （4）2分子乙酸 CoA进入三疑酸循环产生 20分子 ATP。
所以2分子丙氨酸彻底氧化并以CO2和尿素形式排出体外，共产生26分子ATP。 第十章 核苷酸的代谢
1．核苷磷酸解酶催化的反应如下。
核糖—1'一磷酸十碱基=核苷+磷酸或
脱氧核糖一1'一磷酸十碱基=脱氧核苷十磷酸，这些反应的平衡常数大约为1。
1）同位素示踪法证明，胸腺嘧啶掺人到DNA分子中涉及到核苷磷酸解酶催化的反应，而脱氧腺苷或脱氧鸟苷的存在将促进胸腺嘧啶进人DNA分子中，为什么？
2）在不能进行IMP从头合成的细胞中，次黄嘌呤核苷可用于合成IMP，但由于次黄嘌呤激酶的缺乏，只能经间接的补救合成途径，请写出其主要的反应步骤。
2．别嘌呤醇为什么可用于治疗“痛风症”？
3．嘌呤和嘧啶核苷酸“补救合成途径” 的特征是什么？ 4．脱氧核苷酸是如何合成的？
5．为什么6'一巯基嘌呤、氨甲蝶呤和氨基蝶呤可抑制核苷酸的生物合成？
6．许多多维制剂含有烟酰胺，大多数哺乳类动物细胞中含有一种酶可使烟酰胺直接转变为NAD+，从烟酰胺形成NAD+所需要的其他物质是什么？
7．患有I型遗传性乳清酸尿症的婴儿体内缺乏乳清酸磷酸核糖转移酶和乳清酸核苷酸脱羧酶。因而发育迟缓，并伴有贫血及乳清酸尿；治疗多采用口服嘧啶类药物，问选用胞嘧啶、尿嘧啶还是尿嘧啶核苷酸？为什么？
8．在癌症的化学治疗中常使用6一巯基嘌呤。研究发现，它在体内必须先转变为一种核苷酸后才能发挥作用。问： 1）6一巯基嘌呤为什么可转变为一种核苷酸？是何种核苷酸？ 2）该核苷酸如何抑制嘌呤核苷酸的从头合成途径？
9．抗肿瘤药物羟基脲（HO－HN－CO－NH2）是Fe3+离子的螯合剂，可干扰DNA的合成，羟基脲的靶酶是什么？为什么它可抑制DNA的合成？ 10．嘌呤核苷酸的补救合成途径中，N一糖苷键形成所需的能量从何而来？
11．若在 PH 8．0条件下进行电泳，乳清酸核苷酸（OMP）和尿嘧啶核苷酸（UMP）将向哪一电极方向移动？谁移动得快？ 12．自由的嘧啶碱乳清酸如何转变为乳清酸核苷酸及尿嘧啶核苷酸？ 13．胞苷4位上的环外氨基是如何形成的？
14．dATP可激活T4噬菌体中的核苷酸还原酶，而细菌和哺乳类动物中的该酶对dATP水平十分敏感，为什么？
15．肝葡萄糖一6一磷酸酶缺乏所导致的疾病称为 Von Gierke's综合症。其主要症状为血尿酸水平升高。对此病病因的解释有多种，其中之一认为患者（Victims）乳酸水平升高干扰了肾小管中尿酸的分泌，问：
1）为什么该病患者的乳酸水平会升高？为什么乳酸水平升高会干扰尿酸的分泌而引起血尿酸水平升高？
2）用14C标记甘氨酸的第一位碳原子进行研究发现，14C标记的甘氨酸掺人患者尿酸中的量远远高于正常个体，这说明患者体内何种核苷酸合成的速度加快，为什么？
16．20世纪 50年代初期，Rose和 Schweigert用氚标记胞苷的嘧啶碱基，用14C标记胞苷的核糖部分，将标记好的胞苷给动物注射。经过一定时间后，从动物组织中分离出了自由的带同位素标记的核糖和胞嘧啶；同时还发现分离出的DNA分子中含有带同位素标记的脱氧胞苷酸存在，从这些观察中你可得到什么结论？
17．有些哺乳类动物的淋巴细胞中缺乏腺苷脱氨酶，使细胞的生长和分化受到影响。但这些细胞中dATP的水平比正常的淋巴细胞中高100倍，问：
1）异常淋巴细胞中的腺苷如何转变为dATP？ 2）dATP水平升高为什么影响DNA的合成？
18．F－dUMP和氨甲蝶呤都是重要的抗癌药物，但把F－dUMP和氨甲蝶吟结合用于“癌症”的治疗并未发现有增效作用，为什么服用氨甲
蝶呤可干扰F－dUMP的作用？
19．线粒体氨甲酰磷酸合成酶的缺乏将导致血氨水平升高，问：
l）该酶的缺乏将导致线粒体内氨甲酰磷酸的堆积吗？将促进细胞质中嘧啶核苷酸的合成吗？
2）细胞质中氨甲酰磷酸合成酶的缺乏将导致什么后果？ 为什么不会导致血氨的升高？对细胞质中缺乏氨甲酰磷酸合成酶的病人应补充什么物质？为什么？
20．现有两种培养基，一种只含有葡萄糖和盐类，一种含有酵母细胞提取物的水解产物，为研究大肠杆菌中核苷酸补救合成途径中的酶，你将选用哪种培养基培养大肠杆菌，为什么？ 1．
1）因核苷磷酸解酶可催化脱氧腺苷或脱氧鸟苷转变为相应的碱基和脱氧核糖一1'一磷酸，后者水平的升高，促进和胸腺嘧啶结合形成胸腺嘧啶核苷酸。
脱氧核糖一1'一磷酸十胸腺嘧啶=脱氧胸苷十磷酸，由胸苷磷酸解酶催化。
2）在核苷磷酸解酶催化下，次黄嘌呤核苷可转变为次黄嘌呤和核糖一1'一磷酸。在磷酸核糖变位酶作用下，核糖一I'一磷酸可转变为核糖一5'一磷酸，后者在 PRPP合成酶的作用下可转变为PRPP。这样，次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移酶可催化次黄嘌呤与PRPP缩合形成IMP。
2．“痛风症”基本的生化特征为高尿酸血症。由于尿酸的溶解度很低，尿酸以钠盐或钾盐的形式沉积于软组织、软骨及关节等处，形成尿酸结石及关节炎（尿酸盐结晶沉积于关节腔内引起的关节炎为痛风性关节炎）；尿酸盐也可沉积于肾脏成为肾结石。治疗“痛风症” 的药物别嘌呤醇是次黄嘌呤的类似物，可与次黄嘌呤竞争与黄嘌呤氧化酶的结合；别嘌呤醇氧化的产物是别黄嘌呤，后者的结构又与黄嘌呤相似，可牢固地与黄嘌呤氧化酶的活性中心结合，从而抑制该酶的活性，使次黄嘌呤转变为尿酸的量减少，使尿酸结石不能形成，以达到治疗之目的。
3．两种核苷酸补救合成途径都是利用体内自由存在的碱基（嘌呤碱或嘧啶碱）和PRPP（5'一磷酸核糖一1'一焦磷酸）在特定的碱基（嘌呤或嘧啶）磷酸核糖转移酶作用下合成的。如嘌呤磷酸核糖转移酶有多种，分别催化不同的嘌呤核苷酸的合成；腺嘌呤磷酸核糖转移酶催化腺嘌呤和PRPP缩合形成腺嘌呤核苷酸，鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化鸟嘌呤和PRPP缩合形成鸟嘌呤核苷酸。同样，不同的嘧啶磷酸核糖转移酶分别催化相应的嘧啶核苷酸的合成。
4．生物体内脱氧核苷酸的合成一般通过还原反应，这种还原反应多发生在核苷二磷酸的水平上；在核糖核苷酸还原酶的作用下，核糖核苷二磷酸（NDP）可转变为相应的脱氧核糖核苷二磷酸（dNDP），后者还可进一步转变为dNTP。
5．6一巯基嘌呤，与次黄嘌呤的结构相似，可抑制从次黄嘌呤核苷酸向腺苷酸和鸟苷酸的转变；同时，6一巯基嘌呤也是次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的竞争性抑制剂，使PRPP分子中的磷酸核糖不能转移给次黄嘌呤和鸟嘌呤，影响了次黄嘌呤核苷酸和鸟苷酸的补救合成途径，当然也就抑制了核酸的合成；故6一巯基嘌呤可用作抗癌药物。氨基蝶呤（亦称氨基叶酸）和氨甲蝶呤是叶酸类似物，都是二氢叶酸还原酶的竞争性抑制剂，使叶酸不能转变为二氢叶酸和四氢叶酸；因此，影响了嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸合成所需要的一碳单位的转移，使核苷酸合成的速度降低甚至终止，进而影响核酸的合成。叶酸类似物也是重要的抗癌药物。氨基蝶呤及其钠盐、氨甲蝶呤是治疗白血病的药物，也用作杀鼠剂；氨甲蝶吟也是治疗绒毛膜癌的重要药物。三甲氧苄氨嘧啶可与二氢叶酸还原酶的催化部位结合，阻止复制中的细胞合成胸苷酸和其他核苷酸，是潜在的抗菌剂和抗原生动物剂。三甲氧苄二氨嘧啶专一性抑制细菌的二氢叶酸还原酶，与磺胺类药物结合使用，治疗细菌感染性疾病。5'一氟尿嘧啶和 5'一氟脱氧尿苷，是重要的抗癌药物；在体内，它们可转变为 5'一氟脱氧尿嘧啶核苷酸（F－dUMP），后者是脱氧胸腺嘧啶核苷酸的类似物，是胸腺嘧啶核苷酸合成酶的自杀性抑制剂。5'一氟脱氧尿嘧啶核苷酸的第六位碳原子与酶的硫氢基结合；接着，N5，N10一亚甲基四氢叶酸与5'一氟脱氧尿嘧啶核苷酸的第五位碳原子结合，形成了一个共价结合的三元复合物，使酶不能把氟除去，干扰了尿嘧啶的甲基化，因而不能合成胸腺嘧啶核苷酸；使快速分化的细胞由于缺乏胸苷酸不能合成 DNA而死亡。
6．从NAD+的结构看，它是一个二核苷酸的缩合物，含有烟酰胺核苷酸和AMP。从烟酰胺合成NAD+还需要磷酸核糖和AMP。磷酸核糖转移酶可催化烟酸和PRPP反应生成烟酰核苷酸，PRPP是由PRPP合成酶催化磷酸核糖和ATP反应产生的。烟酰核苷酸、谷氨酰胺和 ATP反应最
终形成NAD+，NAD+中的 AMP部分是由 ATP提供的。注释：细胞中NAD的合成分三步。第一步是烟酸（人体可利用色氨酸合成烟酸，进而转变为烟酰胺）和PRPP反应生成烟酸核苷酸。第二步，烟酸核苷酸和ATP反应生成脱（酰）氮基一NAD+。第三步，脱（酰）氮基一NAD+从Gln 获得一个酰胺基形成烟酰胺核苷酸。（Stryer教材p755）。
7．应选择尿嘧啶，因在生理PH条件下它不带电荷，它可横跨血浆膜进入细胞质中。在这里经核苷酸激酶的作用，它被转变为UMP。CMP的合成依赖于可用的UMP的水平。胞嘧啶虽可转变为CMP，但不能用于UMP的合成。一般不服用尿嘧啶核苷酸，因它的磷酸基在生理PH下是带电的，不能横跨血浆膜而进入细胞质。 8．
1）6一巯基嘌呤的结构与次黄嘌呤类似，次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移酶可催化6一巯基嘌呤与PRPP缩合形成6一巯基嘌呤核苷酸。 2）因 6一巯基嘌呤核苷酸是次黄嘌呤核苷酸（IMP）的类似物，可抑制 PRPP和 5'一磷酸核糖胺的形成（即嘌呤核苷酸从头合成途径中的前两步反应，它们受IMP的反馈抑制）。同时，6一巯基嘌呤核苷酸还可抑制从IMP向AMP或GMP的转变反应。
9．靶酶是核苷酸还原酶，该酶有B1和B2两个亚基组成。B1和B2亚基都是二聚体；B1亚基的每一条肽链上都含有核苷酸底物结合部位及效应物的结合部位；B2亚基的每一条肽链上含有一个稳定的酪氨酸自由基参与催化反应。酪氨酸自由基的产生与Fe3+离子的存在密切相关。羟基脲通过隔绝（sequestering，螯合？）Fe3+离子使酶的B2亚基上的有机自由基变得不稳定而达到抑制核苷酸还原酶活性的目的。核苷酸还原酶的活性被抑制，将影响脱氧核苷二磷酸的合成，进而影响dNTP的合成，使DNA的合成因缺乏原料而被抑制。
10．嘌呤核苷酸的补救合成途径中，是嘌呤碱（腺嘌呤或鸟嘌呤）和PRPP反应生成相应的嘌呤核苷酸并放出焦磷酸。后者水解所释放的能量驱动了N一糖苷键的形成。由于PRPP来自于 5'一磷酸核糖和 ATP的反应，故能量的来源应是 ATP。
11．两者都向正极移动，且OMP向正极移动的速度要大于UMP。因OMP分子中有一额外的羟基，而 UMP无；在 PH 8．0条件下，OMP比 UMP带有较多的负电荷，因而向正极移动的要快。
12．在乳清酸磷酸核糖转移酶的催化下，乳清酸与5'一磷酸核糖一1'一焦磷酸反应形成乳清酸核苷酸。乳清酸核苷酸脱羧酶可催化乳清酸核苷酸脱去羧基转变为尿嘧啶核苷酸。（反应式见Stryer教材p746）。
13．UTP的氨基化作用形成CTP。UTP C－4位上的羰基O原子被氨基取代时须经一个烯醇
式磷酸酯中间化合物。在大肠杆菌中，NH4+是氨基的供体，在哺乳类动物中，Gln的酰氨基是氨基的供体。
14．核苷酸还原酶催化核苷二磷酸转变为脱氧核苷二磷酸。后者进一步转变为dNTP，以利于DNA的合成。在大多数机体中，当脱氧核苷酸合成的量增多时，需有一定的调控机制存在以保持脱氧核苷酸水平的相对稳定。在细菌和哺乳类动物细胞中，当dATP水平高时，将抑制核苷酸还原酶，使脱氧核苷酸合成的速度减慢。而 T4噬菌体感染宿主细胞，需大量合成脱氧核苷酸，以便病毒基因组的合成。故dATP对病毒的核苷酸还原酶起激活作用而不是抑制。 15．
1）肝葡萄糖一6一磷酸酶缺乏将导致葡萄糖一6一磷酸水平升高，使酵解速度加快，其结果是乳酸和丙酮酸水平升高。乳酸和丙酮酸都是酸性物质，将干扰肾小管分泌的尿酸盐进入尿中，故引起血尿酸水平升高。
2）肝中葡萄糖一6一磷酸水平升高，葡萄糖一6一磷酸可经磷酸戊糖途径（HMS途径）进一步代谢，产生较多的核糖一5'一磷酸。导致5'一磷酸核糖一1'一焦磷酸（PRPP）水平增加，使嘌呤核苷酸合成增加，因PRPP和甘氨酸都是嘌呤核苷酸合成的原料。呼呼类物质代谢的结果必然产生较多的尿酸。
注释：1929年，Gierke首次发现了糖原堆积病，故把糖原堆积病也称为 Gierke's病。1952年，Con首先阐明了Gierke's病的病因是由于患者肝内先天性缺乏葡萄糖一6一磷酸酶，不能使葡萄糖一6一磷酸转变为葡萄糖。葡萄糖一6磷酸只能走酵解或HMS途径，或合成糖原，最终导致乳酸和丙酮酸水平升高或肝中糖原储存增多。
16．从中可以看出，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或脱氧胞苷酸，后者进一步可转变为dCDP和dCTP而参入DNA的分子中。而不是核糖先转变为脱氧核糖，然后脱氧核糖与碱基和磷酸合成脱氧核苷酸。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如何转变为脱氧核苷酸？核苷酸还原酶的发现使人们解开了体内的核苷酸是如何转变为脱氧核苷酸的，该酶以核苷二磷酸为底物，催化它转变为脱氧核苷二磷酸。 17
1）因腺苷脱氨酶的缺乏，腺苷不能进行分解代谢，腺苷在特异性的腺苷激酶作用下，ATP获得磷酸基而产生 AMP。在相应的核苷一磷酸激酶作用下，AMP可转变为ADP；体内的核苷酸还原酶可催化ADP转变为dADP，后者在核苷二磷酸激酶作用下又可转变为 dATP。故dATP水平升高。
2）核苷酸还原酶有B1和B2两个亚基组成，每个亚基都是二聚体结构。B1亚基的每条肽链上有一个核苷酸结合部位。当高浓度的dATP存在时，它可占据核苷酸还原酶分子上的核苷酸底物的结合部位，使四种脱氧核苷二磷酸的合成受到影响。进而影响四种脱氧核苷三磷酸的合成。DNTP是DNA合成的原料，故dATP水平的升高导致DNA合成减少。
18．F－dUMP和氨甲蝶呤都是重要的抗癌药物，但二者的作用机理不同。氨甲蝶冷是二氢叶酸还原酶的抑制剂，它可影响胸苷酸合成过程中产生的二氢叶酸（FH2）重新形成四氢叶酸。若四氢叶酸不能合成，意味着细胞中需要一碳单位的反应不能进行。如亚甲基四氢叶酸，它是胸苷酸合成酶的底物之一。而 F-dUMP是胸苷酸的类似物，它和亚甲基四氢叶酸能与胸苷酸合成酶形成共价结合的三元复合物，使酶不能把F原子除去，不能合成胸苷酸，进而影响DNA的合成。当亚甲基四氢叶酸缺乏时，F-dUMP和胸苷酸合成酶不能形成共价的三元复合物（亚甲基四氢叶酸是与F-dUM的第五位碳原子结合的），不能于扰胸苷酸和DNA的合成。 19．
+
1）不会，因线粒体氨甲酰磷酸合成酶以NH4为氮源，与CO2缩合形成氨甲酰磷酸，的缺乏，不可能有氨甲酰磷酸的堆积。氨甲酰磷酸不仅是线粒体内尿素合成的第一个中间产物，也是细胞质中嘧啶核苷酸合成途径中的第一个中间产物，故不可能促进细胞质中嘧啶核苷酸的合成。
2）细胞质中的氨甲酰磷酸合成酶催化嘧啶核苷酸合成途径中的第一步反应，它的底物是Gln而不是NH4+，故它的缺乏不会导致血氨的升高。细胞质中氨甲酰磷酸合成酶的缺乏必然影响嘧啶核苷酸的合成，故对病人应补充嘧啶类化合物，如尿嘧啶或尿嘧啶核苷酸。它们在体内可转变为UMP和CMP。
20．应选用含有酵母细胞提取物的水解产物的培养基。因酵母细胞提取物的水解产物中含有核苷酸、核苷和碱基，这些都可被细菌补救合成途径中的酶系利用去合成自身生长、分化所需要的核苷酸。因此，不需要进行核苷酸的从头合成（de novo）。在快速生长的细胞中，核苷酸分解代谢产物的浓度较低，若使用简单的葡萄糖一盐组成的培养基，细菌体内补救合成途径所需要的酶的活性较低，须进行核苷酸的从头合成以满足快速生长的细胞的需要。 第十一章 DNA的复制、修复和重组
1．Meselson－Stahl实验证明大肠杆菌染色体DNA的复制是半保留的。有一种“分散”式复制模型假定亲本链被切成随机大小的片断，然后和新合成的子代链连接产生子代双链，在Meselson－stahl实验中，每条链可能含有重链和轻链的随机片断。解释Meselson－Stahl实验如何排除这种复制模型的可能性。
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2．在含有NH4Cl 的介质中生长的大肠杆菌被转移到含NH4CI的介质培养三代（细胞群体增加 8倍），此时杂合 DNA（N－N）和轻DNA（14N－14N）的分子比例是多少？
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3．大肠杆菌染色体含有4 639 221个碱基对，(a)在E．coli染色体复制期间多少个DNA螺旋必须解开？（b）根据本章资料，在37C时，如果有两个复制叉从原点出发需要多少时间才能完成大肠杆菌染色体DNA复制？假定复制以每秒1000bP速度进行，而大肠杆菌细胞20min能分裂1次，怎样才能实现这一点？（c）在复制期间有多少个冈崎片断形成？如何保证冈崎片断按正常次序组装？
4．已知噬菌体 ΦX 174一条链的碱基成分是：A、24．1％；G、24．7％；C、18．5％；T、32．7％，如果提供 ΦX 174（一种环形 DNA分子）互补链的等摩尔混合物作为模板，预计由DNA聚合酶催化合成的全部DNA的碱基组成。回答这个问题要有什么前提？
5．Kornberg和他的同事用dATP，dTTP，dGTP和dCTP混合物与可溶性大肠杆菌抽提物一起保温，且所有这些脱氧核苷三磷酸都是在α一磷酸基团用32P中标记的。在保温一段时间之后，保温混合物都用三氯醋酸处理，它沉淀DNA，但不沉淀核苷酸前体。收集沉淀，测定存在于沉淀中的放射性来确定前体掺人的水平。（a）如果四种核苷酸前体中的任意一种被省去，沉淀中是否会有放射性？为什么？（b）如果只有dTTP是被32P标记的，能否在沉淀中测出放射性？（c）如果32P被标记在β-或γ-磷酸基团，能否在沉淀中发现放射性？ 6．列表比较在大肠杆菌DNA复制中各种前体、酶和其他蛋白质因子在前导链和滞后链合成中的功能。
7．一些大肠杆菌突变体含有DNA连接酶基因突变，当这些突变体用含3H一胸腺嘧啶的培养基培养，产生的DNA用碱性蔗糖梯度作沉降分析，发现出现两个区带，一个出现在高分子量部分，一个在低分子量部分，解释这种现象。
8．在前导链合成期间，什么因素提高复制的精确度？你估计滞后链合成有相同的精确度吗？说明原因。
9．在复制时DNA解螺旋影响的超螺旋密度。在DNA拓扑异构酶不在的时候，复制叉前面的DNA过分超螺旋，而复制叉后面的DNA螺旋不足。复制叉前面的DNA超螺旋密度如果超过十0．14复制叉将停止前进。假定一个6000bP的质粒在体外以双向复制而反应体系中没有拓扑异构酶。质粒原先的ζ=-0．06，问在复制叉停止前进以前每个复制叉多少碱基对被解螺旋并复制？假定每个复制叉运动速度相同，且体系中存在着除了拓扑异构酶以外的所有DNA延长所需的成分。
10．在缺少组氨酸的营养介质中，一薄层琼脂含有109个沙门氏杆菌细胞（组氨酸异养型）在经过37℃两天的培养产13个自养型菌落。这些菌落是怎样产生的？这个实验在有0·4μg，α-氨基蒽存在的情况下被重复1次，两天的培养使自养型突变菌落超过 10 000，这表明α -氨基蒽有什么性质？你如何评价它的致癌性？
11．脊椎动物和植物细胞经常甲基化胞嘧啶以形成5一甲基胞嘧啶。在这些细胞中有专门的修复系统以修复G-T错配恢复G三C配对，这种修复系统对细胞有什么好处？
12．已知由突变造成着色性干皮病（XP）起码有七个不同的人基因突变。这些突变总是包括参与DNA核苷酸切割修复的基因。不同类型的XP标记为A－G（XP－A，XP－B，等等），另几个其他变种记为XP－V。以正常个体的细胞和来自一些带XP－G病人的细胞培养物用紫外光照射。然后抽提细胞DNA并变性，产生的单链DNA使用分析超离心进行鉴定。（a）从正常成纤维细胞在经照射后制备的DNA其平均分子量显著降低，而来自XP－G成纤维细胞没有这种降低，为什么？（b）如果你认为是核苷酸切割修复起作用，从XP－G病人来的细胞可能在哪一步骤有缺陷？
13．同源遗传重组与位点特异重组在Holliday中间体的形成上有何不同？ 14．为什么说DNA的复制为半保留复制而不是全保留复制？ 15．紫外线如何损伤DNA分子？生物体内的修复机制是什么？ 16．为什么说DNA的复制方式是半不连续复制？ 17．举例说明细菌的基因是如何命名的？ 18．DNA酶促合成的基本规律是什么？
19．G4噬菌体基因组是一个小的环型DNA分子。当E．coli的dnaG基因编码的RNA聚合酶合成后，G4基因组DNA才能复制。当dnaG基因由于突变合成的RNA聚合酶无活性时，G4噬菌体DNA不能复制，也不能感染E．coli，为什么？
20．假定DNA复制时，可加接的核苷酸是3'-核苷酸而不是5'-核苷酸，DNA聚合酶应具有什么性质才能催化上述反应？ 21．DNA聚合酶I缺乏的突变株中DNA的合成正常，但对紫外线照射十分敏感，为什么？
22．一单链环状DNA分子中含有30％的A，20％的T，15％的C和35％的G，若以它为模板合成一互补链，问 1）互补链的碱基组成如何？
2）产生的双链DNA的碱基组成如何？
23．一细菌突变株中DNA复制的速度很低，研究证明，其DNA聚合酶I、聚合酶Ⅲ，DNA旋转酶，dnaA、dnaB、dnaC和SSB蛋白也正常，复制原点也是正常的，为什么复制速度很低？
24．为什么5-F-U可作为抗癌药物？它对正常细胞的生长有无影响？
25．DNA聚合酶 I、DNA连接酶和拓扑异构酶 I（Top I）都能催化磷酸二酯键的形成。在它们各自催化的连接反应中的底物及除去的基团各是什么？
1．如果发生随机的分散式复制，第一子代细胞DNA在CsCl密度梯度离心中将产生位于重DNA和轻DNA区带中间的一条区带；到第二子代也只产生一条位于第一子代DNA带和轻DNA区带之间的区带。在原 Meselson－Stahl实验中，第二子代会产生两条区带（完全轻链带和轻重杂合双链）。事实证明，“分散式”DNA复制模式是不存在的。
2．经过三代复制，一个细胞变成8个细胞。但重DNA链只有两条。因此，半保留复制使杂合链和轻链的比例为2：6。
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3．每 10．5bP一螺旋，则 4 639 221÷10．5=442 X10（螺旋） （a）DNA复制时必须解开 442× 105个螺旋。
（b）在 DNA复制中复制叉的移动速度为：1000nt/s，则 DNA在双向复制的情况下，整个染色体所需的复制时间为：4 639 2215÷（2 × 1000）=2320s（约40min）。如果细胞20min分裂 1次，DNA复制必须在第一次复制完成之前就开始。
（c） 若冈崎片段长1000～2000nt，则整个大肠杆菌染色体DNA复制时有约2320～4640个冈崎片段形成。由于冈崎片段合成后与模板以碱基配对之间的氢键相连，且经DNA聚合酶去除RNA引物并填补缺口；最后由DNA连接酶连接各冈崎片段，它们就按正确次序被组装成一个新的互补链。
4．如果提供等摩尔混合物的ΦX 174 DNA的互补链模板经 DNA聚合酶合成后，其产物总的碱基组成应是：A、28．7％；G、21．3％；C、21．3％；T、28．1％；即一链产物链的碱基组成应是：T、24．7％；C 24．1％；G、18．5％；A、32．7％；另一链产物链的碱基组成应是：A、24．7％；G、24．1％；C 18．5％；T、32．7％。这个答案的前提应是提供的 ΦX 174 DNA为互补的复制型双链 DNA。 5．
（a）如果四种核苷酸前体中任意一种被省去，DNA新链的多聚化是不可能。因此，没有32P中被掺入多核苷酸，故在沉淀中无法检出放射性。
（b）如果只有dTTP是被标记的，沉淀中也能检出放射性。因为标记的dTTP会被掺入到脱氧腺嘌呤核苷酸残基的互补位置。
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（c）如果P被标记在β-和γ-磷酸基团，在DNA聚合酶催化产生的沉淀中将不会有放射性。因为在DNA多聚化过程中，只有α-磷酸基团参与磷酸二酯键的形成而β-和γ-磷酸基团作为焦磷酸基团被释放，因此，不会产生于多核苷酸中。 6. 前 导 链 滞 后 链 前体 dATP dGTP dCTP dTTP ATP，GTP，CTP，TTP，dATP， dGTP， dCTP， dTTP 酶 DNA旋转酶，解螺旋酶，单链DNA结合蛋白（SSB），DNA旋转酶，解螺旋酶，SSB，DNA 聚合酶Ⅲ，拓扑异构酶，焦磷DNA 聚合酶Ⅲ，拓扑异构酶，焦磷酸酶 酸酶，引物酶，DNA聚合酶I，DNA连接酶及NAD+ 7．连接酶缺陷菌株在DNA复制后，导致滞后链的冈崎片段仍以片段存在。在对这种DNA样品进行碱性蔗糖密度梯度离心时，变性了的游
离冈崎片段出现在低分子量区，前导链是高分子量的；因此出现在高分子量区带。
8．两种因素提高复制精确度。Watson－Crick碱基配对指导模板链与互补链之间互补的精确性。DNA聚合酶Ⅲ的3'一5'外切酶校正作用除去错配碱基，这是前导链的情况。滞后链可能也可以获得相同的精确度，因为这两种因素在滞后链合成期间都存在。但是由于有更多的不同化学反应发生在滞后链，出错的机会可能比前导键要多一些。
9．此质粒松弛状态的连系数Lk0= 6000（bp）／10．5（bp）=571（保留整数）质粒的超螺旋密度是-0．06故它的拓扑连系数应是：
ζ（超螺旋密度）= (Lk－Lk0) / Lk0
则Lk=571＋（－0．06×571）=537
在没有DNA拓扑酶活性的情况下，DNA复制解螺旋并没有改变质粒的Lk值，而是靠复制叉前面增加超螺旋密度来补偿。因此，设复制停止前被解开的螺旋数为a，则复制叉前面部分的 Lk应为 537，故：（571—a）×（1十0．14）=537，a=100（螺旋）复制停止前被解开的 DNA碱基对数=100×10．5=1050（bp）（即约有 1050个碱基对被解螺旋）。
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10．在缺少组氨酸的营养介质中，天然突变使10个沙门氏杆菌细胞有13个重新获组氨酸合成能力。当在培养介质中加入 0.4μg一氨基蒽时，这种回复突变率增加超过10 000个。这个事实说明α一氨基蒽的补加大大增加了组？（1000倍）的突变率。所以这种化合物是一种诱变剂。由于大部分诱变剂是致癌物，α一氨基蒽应是一种致癌物。
11．胞嘧啶甲基化成5-甲基胞嘧啶是高等生物常见的碱基修饰方式，而且碱基的天然脱氨事件也经常发生（一个哺乳动物基因组每天约100次）。当5一甲基胞脱氨后产生胸腺嘧啶，即形成 G-C配对；如果这种配对不加以修复再经过复制后产物产生由 G-C配对变成 A-T配对的突变体。由于这种突变现象相当普遍，因此细胞有专门的 G-T错配修复系统是很必要的。
12．（a）正常细胞在紫外光照射后，由于 DNA一些相邻胸腺嘧啶碱基形成二聚体，激发细胞核苷酸切割修复系统中的切割核酸酶在损伤处切去一些核苷酸，故使DNA形成分子量较低的片段。
（b）XP－G病人的细胞可能在核苷酸切割系统中的切割核酸酶基因发生突变，失去切割核酸酶（excinuclease）活力，故其DNA保持完全的长链状态。
13．同源重组期间，Holliday中间体可以形成在两配对同源染色体的任意一个位点。一旦形成，Holliday的分叉点可以随分叉迁移移动。在位点特异重组中，Holliday中间体只在两个特异位点之间形成，且不太可能有分叉迁移事件发生。
14．Mathew Meselson和 Franklin Stahl在 1957年设计了一个非常出色的实验证明了 DNA的复制为半保留复制。他们把大肠杆菌在含有15N的单一氮源（NH4CI）中培养很多代后转移到仅含14N的培养介质中，使所有细胞增殖一代，从这些第一代细胞制备的 DNA仍然在CsCI
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密度梯度中形成单一的带，但它的密度表明，这些DNA分子是含有一条N链和一条N链的杂合双链。如果让细胞在“轻”介质中增殖两代，所提取的 DNA可被CsCI密度梯度平衡超离心分离成两条带，其中一条带是“重”“轻” 杂合双链DNA，另一区带 DNA则完全是由“轻”链（14N）组成。这个实验结果证实了 DNA复制是半保留的而不是“全保留” 的。 所谓“全保留复制”是另一种关于DNA复制模型的假设。这种假设认为复制产生由新合成的DNA链组成双螺旋分子，而亲本双链得以保留，Meselson－Stahl实验所提供的事实否定了这种假设，因为复制如果是全保留的，则大肠杆菌繁殖一代后，它们的DNA在平衡CsCl密度梯度超离心中一定分离成合15N“重”链带和完全含14N的“轻”链带。而实验证明，只存在一条杂合DNA带，在DNA被复制两代后只有全“轻”
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链和杂合链，而没有完全由N组成的全“重”链。实验事实只符合半保留制复制机制，而与全保留复制的假设相抵触。
15．通常紫外线可使 DNA分子中两个相邻的嘧啶形成环丁烷结构，主要是 TT二聚体；使DNA的双螺旋结构破坏，复制和转录功能受到影响。生物体内的修复机制有：
1）光复活修复 可见光激活光复活酶，使 TT二聚体结构解聚； 2） 暗修复 DNA聚合酶可在靠近二聚体处切断DNA，利用互补链为模板进行局部修复合成，同时有5'一核酸外切酶切去二聚体的核甘酸，连接酶将新合成的链与原来的链连接在一起。
16．所有的 DNA聚合酶都是以 5'一三磷酸脱氧核苷酸为底物，以单链 DNA为模板从 5'一末端向3'一末端合成，这是DNA聚合酶的催化特性所决定的。DNA复制时亲本DNA双链是逐步被解开的，两条 DNA模板链是反平行的；一条链的走向是 5'－3'，另一条链的走 向是3'一5'。在后一条模板链上的DNA合成与复制叉移动方向一致，所以可以连续的合成；在另一模板链上DNA的合成与复制叉移动方向相反，所以只能是模板链解开一段，复制进行一段。于是复制机制是半不连续的。
17．通常细菌的基因是以三个斜体小写字母来命名的。这些字母反映基因已知的功能。例如，dna、uvr和rec 基因各自影响DNA复制，对紫外射线损伤的抗性以及重组作用。如果几个基因影响同一功能，则按照基因的发现先后次序在基因名的三个字母后加A，B，C等以示区别。
18．1）DNA聚合酶催化DNA合成都需要模板，DNA的多聚化反应是按碱基配对的原则由模板DNA链指导下合成的。2）聚合反应需要引物，引物是互补于模板链的一个寡聚核苷酸片段。它带有一个游离的3'－OH。即DNA 聚合酶只能把一个核苷酸加接到 现存的一条链的末端，而不能独立重新合成一条新链。已有的实验事实证明，所有DNA聚合酶都需要引物，引物常常是一小段RNA。
19．DNA聚合酶催化的DNA复制必须有RNA引物存在，即DNA聚合酶不能催化从无到有的合成。引物可以是核糖核苷酸片段，也可以是脱氧核糖核苷酸片段，但必须与DNA模板链有互补关系，且有自由的3'－OH末端。G4在色体基因组是环形的，DNA聚合酶不可能合成一段与之互补的引物。E coli的 dnaG基因编码的 RNA聚合酶可合成RNA引物以使G4噬菌体基因组可以复制。当复制接近RNA引物的5'一端时，引物被水解除去，产生的缺口由DNA聚合酶合成一DNA小片段填充，最后由连接酶催化使 DNA的复制完成。当 dnaG基因由于突变合成的 RNA 聚合酶无活性时，因不能合成RNA引物，所以G4噬菌体DNA不能复制，也不能感染E．coli。