⒉固氮生物的种类及特点。 答：生物固氮主要包括自生固氮和共生固氮两大类。自生固氮是指有些固氮微生物在土壤或培养基中能够独立地完成固定大气中的分子态氮的作用，其固氮量远远低于共生固氮。共生固氮是指固氮微生物和寄生植物生活在一起，直接从寄生植物获取能源，完成固氮作用。

⒊固氮酶的结构组成、催化反应及可能过程。

答：含两种铁-硫蛋白。其一为铁蛋白，分子量较小，除蛋白质外含铁、硫原子，为电子传递体。另一为钼铁蛋白，分子量很大，除蛋白质外含钼、铁、硫原子，为活性部位。结构尚未确定。已从钼铁蛋白中分离出Fe-Mo铺因子，既怕氧又怕水，是固氮酶特有的结构成分。此外，还有Fe4S4，原子簇（图中Cys表示半胱氨酸）等。

固氮酶催化的反应是将空气中的N2还原为NH4+。其可能过程为固氮酶从还原剂如NADPH等接受电子并将电子传递给分子氮使之还原。

⒋共生固氮过程中的基因表达调控过程。

答：共生固氮过程中的基因表达调控比较复杂，涉及根瘤菌及植物本身众多基因。

（这方面的研究成果颇多，进展很快，限于篇幅，难以一一道来，请参阅相关综述文章） ⒌生物固氮的基因工程有哪些工作可做？

答：生物固氮的基因工程可做的工作主要有：使非豆科植物转变为固氮作物；提高现有固氮作物的固氮能力；培育具抗药基因的根瘤菌。

第33章 核酸的降解和核苷酸代谢

⒈解聚核酸的酶有哪几类？举例说明它们的作用方式和特异性.

答：在生物体内能催化磷酸二酯键水解而使核酸解聚的酶，称为核酸酶。其中专一作用于RNA的称为核糖核酸酶（RNase）；专一水解DNA的称为脱氧核糖核酸酶（DNase）。核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶中，能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶称为核酸内切酶（Endonuclease）；而能从DNA或RNA以及低聚多核苷链的一端逐个水解下单核苷酸的酶称为核酸外切酶（Exonuclease)。

如蛇毒磷酸二酯酶，可从多核苷酸链的3、端逐个水解下5、-核苷酸。

⒉比较不同生物对嘌呤分解代谢产物的差别。

答：由于不同生物体内存在的酶不一样，嘌呤分解的终产物不同：

人类和排尿酸动物（鸟类、昆虫）——尿酸为终产物；其它哺乳动物——尿囊素； 鱼类两栖类——尿囊；无脊椎动物甲壳类——NH3+CO2。

⒊生物体内嘌呤和嘧啶环是如何形成的？有哪些氨基酸直接参与核苷酸的合成？

答：生物体内嘌呤环是利用天冬氨酸、苷氨酸、谷氨酰胺、甲酸盐及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应合成的。生物体内嘧啶环是以谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖为合成原料，经过一系列酶促反应合成的。

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