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天冬氨酸、苷氨酸、谷氨酰胺直接参与了核苷酸的合成。

⒋简要说明嘌呤和嘧啶核苷酸生物合成的反馈控制机制。 答：嘌呤核苷酸生物合成受两个终产物的反馈控制，这两个终产物分别为腺苷酸和鸟苷酸。主要有 3 个控制点。第一个控制点在合成途径的第一步反应，即氨基被转移到 5- 磷酸核糖焦磷酸上，以形成 5- 磷酸核糖胺。此反应是由一种变构酶，即磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶

所催化，它可被终产物 IMP （ inosine monophosphate ，次黄苷酸，也称肌苷酸）、 AMP 和 GMP 所抑制。因此，无论是IMP、AMP 或是 GMP 的过量积累均会导致由 PRPP （ phosphoribosyl pyrophosphate ，磷酸核糖焦磷酸）开始的合成途径中第一步反应受到抑制。另两个控制点分别位于次黄苷酸后分支途径中的第一步反应，当 GMP 过量时， GMP 可使催化该步的酶，即次黄嘌呤核苷酸脱氢酶发生变构效应，但仅抑制 GMP 的形成，而不影响 AMP 的形成。反之， AMP 的积累抑制腺苷酸琥珀酸合成酶，从而抑制其自身的形成，而不影响 GMP 的生物合成。 嘧啶核苷酸的生物合成，受到终产物反馈控制的点有三个：合成途径的第一个调节酶是氨甲酰磷酸合成酶，它受 UMP 的反馈抑制；另两个调节酶是天冬氨酸转氨甲酰酶和 CTP 合成酶，它们都受 CTP 的反馈抑制。前者被抑制将影响尿苷酸和胞苷酸的合成，后者被抑制只与胞苷酸的合成有关。

⒌说明下列抗代谢物抑制核苷酸生物合成的原理和主要作用点。

重氮丝氨酸 6-重氮-5-氧-正亮氨酸 羽田杀菌素 氨基蝶呤 氨甲蝶呤

答：重氮丝氨酸，6-重氮-5-氧-正亮氨酸：在嘌呤合成上不可逆地抑制甲酰甘氨脒核苷酸合成酶的活性，从而阻抑谷氨酰胺的酰氨基转换；羽田杀菌素：是Asp的结构类似物，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成；氨基蝶呤，氨甲蝶呤：氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的一碳单位的转移。

⒍分析巯基嘌呤（次黄嘌呤的类似物）和溴尿嘧啶（胸腺嘧啶的类似物）进入体内后可能的转变途径和作用机制。 答：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巯基嘌呤与PRPP缩合形成巯基嘌呤核苷酸。因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，巯基嘌呤核苷酸还可抑制从IMP向AMP或GMP的转变反应。 溴尿嘧啶是胸腺嘧啶的类似物，进入体内后可形成溴尿嘧啶核苷酸，取代胸腺嘧啶核苷酸进入DNA，引起基因的突变。

⒎简要说明糖 、脂肪 、氨基酸和核苷酸代谢之间的相互联系。

答：糖，脂肪、蛋白质和核酸等有机物的代谢，它们在生物体内各有独特的代谢过程和途径。但彼此之间也并非互不相干的狐立过程，实际上，各类有机物质的代谢都是错综复杂而又不协调统一的完整体系，各个代谢途径之间既相互沟通，

各种中间产物也可以相互转变，因此，各个代谢过程及途径既相互依存又相互制约，使生物体内错综复杂的生物化学反应和生理活（性）动能够有条不紊，井然有序地协调进行。

（1）碳水化合物代谢和脂肪代谢之间的关系

在生物体内碳水化合物和脂类化合物之间的相互转变现象很多，例如：植物体内，特别是油料作物，叶片内进行的光合作用大量合成碳水化合物，并以糖的形式运输到种子之后，便转变成脂类化合物贮存起来。而当油料种子萌发时，其中贮存的脂肪又转变为糖转运到生长中的根和芽中去了。

转变过程为：糖经EMP过程，可生成磷酸二羟丙酮和丙酮酸等物质，磷酸-二羟丙酮可被还原成甘油、丙酮酸经氧化脱羧之后转变为乙酰COA，然后在脂肪酸合成酶系的作用下合成脂

肪酸。再与甘油合成脂肪。 脂转化成糖的过程：脂肪水解的产物为甘油和脂肪酸，甘油氧化成磷酸二羟丙酮，然后合成己糖，脂肪酸经过β-氧化作用生成乙酰COA，然后通过乙醛酸循环生成琥珀酸，再被氧化成草酰乙酸，经脱羧形成丙酮酸，逆酵解途径合成糖。

（2）碳水化合物与蛋白质代谢之间的关系

碳水化合物是生物的重要碳源和能量，糖可以转变为各种AA分子的碳架，经氨基化或转氨基作用而生成相应的AA，AA合成多肽链并形成蛋白质，另一方面也可以转变为碳水化合物，蛋白质水解作用而产生氨基酸，氨基酸脱氨而产生酮酸，再转变为丙酮酸之后又可以合成糖类化合物，连接碳水化合物和蛋白南代谢之间起桥梁作用的是酮酸，它在糖 代谢过程中的糖 酵解途径和三羧酸循环中都 可以产生，也可以在AA脱氨过程中形成。

（3）脂肪代谢与蛋白质代谢之间的关系

脂肪代谢的水解产物甘油可以转变为丙酮酸，丙酮酸接受NH3生成AA，丙酮酸也可以进一步转变成草酰乙酸，α-酮戊二酸，这些酮酸接受NH3生成相应的AA，脂肪水解的另一产物脂肪酸经β-氧化生成乙酰COA、乙酰COA一方面可以进入三羧酸循环而产生酮酸，以合成AA，另一方面又可以进入乙醛酸循环产生琥珀酸来补充三羧酸循环的碳源，这在油料作物种子萌发期间嗫这明显，相反，蛋白质也可以转变为脂肪。如蛋白质的水解产物AA，经脱氨生成酮酸，生成乙酰COA，乙酰COA经缩合成脂肪酸→脂肪。

（4）核酸代谢与糖、脂、蛋白质三者之间的代谢联系 核酸在代谢过程中虽然不是重要的碳源，氮源的能源，但是在生物的遗传过程中是非常重要的物质，按“中心法则”的观点，核酸能控制蛋白质生物合成，进而影响到细胞的组成成分和代谢类型。核酸的降解产物核苷酸在代谢中有极其重要的作用。如ATP中能量和磷酸基团转移的重要物质，UTP及UDP在淀粉代谢、蔗糖代谢中是糖基转移的重要物质，CTP则参与磷酸脂的合成，AMP还可以转变为组aa，此外，在许多代谢中的重要辅酶NAD+、NADP+、FAD、HSCoA等都是腺嘌呤核苷酸衍生物。另一方面，核酸的代谢也依赖其它代谢并受其它代谢的制约。例如：核酸本身的合成需要糖代谢提供核糖，也需要蛋质代谢提供甘氨酸,

天门冬氨酸和谷氨酰胺参加嘌呤和嘧啶的合成。

综上所述，可见碳水化合物、脂肪、蛋白质和核酸等物质在代谢过程中彼此都有相互密切的联系，其中糖的酵解（EMP）途径和三羧酸TCA循环更是沟通各代谢之间的重要环节，所以EMP途径和TCA循环又被称之为“中心代谢途径或称之为不定向代谢途径”。

第34章 DNA的复制和修复

⒈生物的遗传信息如何由亲代传给子代？

答：在细胞分裂间期，DNA分子边 解旋边复制，分别以亲代DNA的两条母链为模板，以核中游离的脱氧核苷酸为原料，根据碱 基互补配对原则，合成两条子链，它们分别与相应的模板链螺旋化就形成了两个与亲代DNA 一样的子代DNA，在生物传种接代的过程中，亲代将复制出的一份DNA通过配子传给子代，从 而实现了亲子代间遗传信息的传递。接下来，在子代个体发育的过程中，将利用DNA(gene)来指导自身蛋白质的合成，从而表现出与 亲代相似的性状。 也有一些生物如某些病毒，是通过将亲代的RNA复制后传给子代的方式进行遗传信息的传递。

⒉何谓DNA的半保留复制？是否所有的DNA复制都以半保留的方式进行？（双链DNA通常都以半保留方式复制。）

答：DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制(semiconservative replication)。

并非所有的DNA复制都以半保留的方式进行，但双链DNA通常都以半保留方式复制。

⒊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？

答：这两者之比为1:3。

⒋比较DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ性质的异同。DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ的功能是什么？有何生物学意义？

答：在E.coli中，共发现了3种DNA聚合酶，即DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。 DNA聚合酶Ⅰ是个多功能酶，具有5’--→ 3’聚合功能；3’--→ 5’外切功能以及3’--→ 5’外切功能。DNA聚合酶Ⅱ与DNA聚合酶Ⅰ功能相似，但没有5’--→ 3’外切功能。 DNA聚合酶Ⅲ与DNA聚合酶Ⅱ功能相同，但其聚合活性比DNA聚合酶Ⅰ高1000倍，是E.coliDNA复制中的最主要酶。

DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ是在1999年才被发现的,它涉及DNA的错误倾向修复(errorprone repair)。当DNA受到较严重损伤时, 即可诱导产生这两个酶,使修复缺乏准确性(accuracy),因而出现高突变率。其生物学意义在于高突变率虽会杀死许多细胞,但至少可以克服复制障碍, 使少数突变的细胞得以存活。

⒌DNA复制的精确性、持续性和协同性是通过怎样的机制实现的？

答：DNA聚合酶Ⅲ由10个亚基组成，这些亚基将催化DNA合成、校对和夹位DNA等功能有机地组合在一起，保证了DNA复制的精确性、持续性和协同性。

⒍何谓DNA的半不连续复制？何谓冈崎片断？试述冈崎片断合成的过程？ 答：DNA的双螺旋结构中的两条链是反向平行的，当复制开始解链时，亲代DNA分子中一条母链的方向为5′～3′，另一条母链的方向为3′～5′。DNA聚合酶只能催化5′～3′合成方向。在以3′～5′方向的母链为模板时，复制合成出一条5′～3′方向的前导链，前导链的前进方向与复制叉的行进方向一致，前导链的合成是连续进行的。而另一条母链仍以3′～5′方向作为模板，复制合成一条5′～3′方向的随从链，因此随从链会成方向是与复制叉的行进方向相反的。随从链的合成是不连续进行的，先合成许多片段，即冈崎片段。最后各段再连接成为一条长链。由于前导链的合成连续进行的，而随从链的合成是不连续进行的，所以从总体上看DNA的复制是半不连续复制。

DNA复制时，在滞后链上，较短的DNA片段（大约1000-2000个核苷酸）是在分段合成引物的基础上，非连续合成的，这些不连续的DNA片段最先由日本科学家冈崎在电子显微镜下发现，故称为冈崎片断(Okazaki fragment)。

引发体在滞后链上沿5’→3’方向不停的移动(这是一种相对移动，也可能是滞后链模板在移动)，在一定距离上反复合成RNA引物。DNA聚合酶Ⅲ从RNA引物的3，-OH 端合成冈崎片段。

⒎DNA复制时双链是如何解开的？比较类型Ⅰ和类型Ⅱ拓扑异构酶的作用特点和生理功能。 答：DNA复制起始的体外实验表明需要6种蛋白,Dna A、Dna B、Dna C、组蛋白样蛋白(HU)回旋酶及单链结合蛋白(SSB)形成起始复合物。Dna A单体首先结合到复制起始点上4个含9 bp的重复顺序上。然后20～40个Dna A单体结合到复制起始点形成一个核心。在Dna A蛋白的作用下位于复制起始点右侧的3个含13 bp的重复顺序开始解链形成开放复合体。Dna B/Dna C在复制起始区充当了起始的引发体（primosome）。Dna B?Dna C复合体转变为Dna B六聚物，形成复制叉。Dna B提供解旋酶（helicase）活性，使DNA解旋，可能它识别复制叉上潜在的单链结构，从13 bp的重复顺序上取代出Dna A，并开始解螺旋。Dna B在复制起始区域以很少的量（1－2六聚物）担负着催化作用。在那儿Dna B还具有激活Dna G引发酶的能力。解旋反应还需要另外两种蛋白，旋转酶（Gyrase）和SSB（单链结合蛋白）。旋转酶也就是Top Ⅱ，其作用是解旋，即让一条链绕着另一条链旋转。若没有这步反应，解开双链就会产生DNA的扭曲。SSB可使已形成的单链处于稳定状态。 拓扑异构酶Ⅰ（Topo Ⅰ），将环状双链DNA的一条链切开一个口，切口处链的末端绕螺旋轴按照松弛超螺旋的方向转动，然后再将切口封起。拓扑酶I松弛超螺旋不需ATP参与。 拓扑异构酶Ⅱ（Topo Ⅱ），它的作用特点是切开环状双链DNA的两条链，分子中的断端经切口穿过而旋转，然后封闭切口。Topo Ⅱ在ATP参与下，将DNA分子从松弛状态转变为负超螺旋，为DNA分子解链后进行复制及转录作好准备。

⒏天然双链闭环DNA(cccDNA)的比超螺旋(δ)为-0.05，复制时解螺旋酶将双链撑

开，如果反应系统中无旋转酶，当比超螺旋达到+0.05时，DNA的扭曲张力将阻止双链解开，此时已解开的双链占DNA分子的百分数是多少？ 答：此时已解开的双链占DNA分子的百分数是9.52%。

⒐何谓复制体？试述其主要成分的功能。

答：与DNA复制有关的酶和蛋白质因子由30多种，他们在复制叉上形成离散的复合物，彼此配合，进行高度精确的复制，这种结构称为复制体。

复制体的主要成分有,Dna A、Dna B、Dna C、组蛋白样蛋白(HU)回旋酶、单链结合蛋白(SSB)、引物合成酶、RNA聚合酶、DNA旋转酶，Dam甲基化酶以及DNA聚合酶等。复制体在DNA复制叉上进行的基本活动包括： 双链的解开，RNA引物的合成，DNA链的延长，切除引物，填补缺口，连接相邻的DNA片断，切除和修复尿嘧啶和错配碱基。

⒑DNA的复制过程可分为哪几个阶段？其主要特点是什么？复制的起始是怎样控制的？ 答：DNA的复制过程包括复制的起始、延伸和终止三个阶段。 （1）复制的起始

引发：当DNA的双螺旋解开后，合成RNA引物。

引发体沿着模板链5’→3’方向移动（与冈崎片段合成的方向正好相反，而与复制叉移动的方向相同），移到一定位置上即可引发RNA引物的合成。 （2）DNA链的延伸

前导链只需要一个RNA引物，后随链的每一个冈崎片段都需要一个RNA引物，链的延长反应由DNA pol.Ⅲ催化。

复制体沿着复制叉方向前进合成DNA。

DNA polⅠ的5，→ 3，外切活力，切除RNA引物。 DNApolⅠ的5，→ 3，合成活性补齐缺口。

DNA ligase，动物、真核由ATP供能，原核由NAD供能。

（3）DNA合成的终止

环状DNA、线性DNA，复制叉相遇即终止。 DNA复制的调控主要是起始阶段的调控。原核生物DNA复制的调控与其生长环境有关，真核生物DNA复制的调控与细胞周期蛋白等多种蛋白质因子有关，机制十分复杂，但复制起始点必须全甲基化后复制才能发生。

⒒真核生物DNA聚合酶有哪几种?它们主要功能是什么？ 答：真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ等五种。

真核生物的DNA复制是在DNA聚合酶α与DNA聚合酶δ互配合下催化进行的，还有一些酶及蛋白质因子参与反应。DNA Polα与引发酶共同起引发作用，然后由DNA Polδ催化前导链及随从链的合成。在链的延长中，有 PCNA（增殖细胞核抗原）参与，保障连续性DNA Pol的性质与DNA Polδ有相似之处，在有些情况下，它可代替 DNA Polδ起作用，例如在DNA损伤时，催化修复合成。DNA Polγ是线粒体中DNA复制酶。

DNA Polδ及均有外切酶活性，因此也有编辑功能，校正复制中的错误。它们的5′→3′外切酶活性可能在切除引物RNA中有作用。 真核生物 DNA聚合酶的主要功能见下表：