图15－3
7．解答：裂解芳香环的酶是尿黑酸氧化酶（图15－6）。该酶缺乏时，导致尿黑酸积累而产生尿黑酸症。
图15－6 苯丙氨酸和酪氨酸分解代谢
8．解答：① α-酮戊二酸＋NH4+＋NAD(P)H＋H+ → 谷氨酸＋NAD(P) +＋H2O 谷氨酸＋NH4+＋ATP → 谷氨酰胺＋ADP＋Pi
α-酮戊二酸＋NH4+＋NAD(P)H＋ATP →
谷氨酰胺＋ADP＋Pi＋NAD(P) +＋H2O
② 2 NH4+＋谷氨酸＋2 ATP → 2谷氨酰胺＋2 ADP＋2 Pi
谷氨酰胺＋α-酮戊二酸＋NAD(P)H＋H+ → 2谷氨酸＋NAD(P) + 2 NH4+＋α-酮戊二酸＋NAD(P)H＋H+＋ 2 ATP →
谷氨酰胺＋2 ADP＋2 Pi ＋NAD(P) +
谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶的偶联反应比谷氨酸脱氢酶和谷氨酰胺合成酶的偶联反应消耗的ATP多。由于谷氨酰胺合成酶对NH4+的Km比谷氨酸脱氢酶的低得多，因此，当NH4+的水平低时，谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶的偶联反应占优势。当NH4+的浓度受限制时，
需要更多的能量花费在氨的同化上。但后一种途径只发生在植物和一些细菌中。
9．解答：天冬氨酸被15N标记的氨基在天冬氨酸转氨酶的催化下转移到α-酮戊二酸上生成谷氨酸。由于转氨反应几乎是接近平衡，而且许多转氨酶都能利用谷氨酸作为氨基的供体，因此，被标记的N很快分布在那些能与谷氨酸进行转氨反应的底物氨基酸中。
10．解答： 谷氨酰胺合成酶催化的反应是：
NH3＋谷氨酸＋ATP→谷氨酰胺＋ADP＋Pi
这是直接将游离的NH3结合到氨基酸中的两个反应之一。另一个反应由谷氨酸脱氢酶催化。在谷氨酰胺合成酶催化的反应中，NH3以酰胺的形式结合在谷氨酰胺中，而这个酰胺是许多其他含氮化合物的最终氮原子来源。即是说，谷氨酰胺是一种多功能的前体，尤其在植物和细菌中。因此，在细菌中谷氨酰胺合成酶成为多种化合物反馈调节的别构酶就不足为奇了。谷氨酰胺是一种中性无毒分子，在所有生物中，它以它无毒的形式转运和贮存NH3，解除或减轻过量的氨对细胞的毒害。
第十六章 核苷酸代谢
内容提要
核苷酸是合成DNA 和 RNA的前体；它们的衍生物是许多生物合成的活化的中间物；
＋＋
ATP是生物系统最通用的能量；腺苷酸是三种主要辅酶NAD、FAD 和CoA的组分；核苷酸也是代谢调节物，例如cAMP是许多激素行使调节作用的细胞内信使。
嘌呤核苷酸的嘌呤环的原子分别来自谷氨酰胺（N9和N3）、甘氨酸（C4、C5和N7）、天
－
冬氨酸（N1）、HCO3（C6）和甲酸盐（C8和C2）。嘌呤核苷酸的从头合成分为两个阶段。第一阶段是以来自磷酸戊糖途径的核糖-5-磷酸作为起始物经过11个酶促反应步骤合成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。第二阶段是在IMP基础上分别合成腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟嘌呤核苷酸（GMP）。AMP和GMP分别可以进一步磷酸化形成ADP、ATP和GDP和GTP。
嘧啶核苷酸的嘧啶环的原子分别来自天冬氨酸（C4、C5、C6、和N1）和氨甲酰磷酸（C2
－
和N3），而氨甲酰磷酸在动物体内是由谷氨酰胺和HCO3合成。嘧啶核苷酸的从头合成是先合成尿嘧啶核苷酸（UMP），然后再磷酸化生成UDP和UTP。胞嘧啶核苷三磷酸（CTP）是在UTP基础上由谷氨酰胺提供酰胺基合成的。
催化腺嘌呤核苷酸从头合成第一步反应的5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是一种别构酶，该酶的活性受其终产物AMP和GMP反馈抑制。此外，AMP和GMP亦可分别对由IMP合成AMP和GMP的第一步反应造成反馈抑制。
在原核生物中，嘧啶核苷酸生物合成的主要调节点是天冬氨酸转氨甲酰酶，该酶是一种别构酶。在哺乳动物中，嘧啶核苷酸生物合成的主要调节部位则是氨甲酰磷酸合成酶，该酶的活性受嘧啶核苷酸的反馈抑制，但嘌呤核苷酸则起激活作用。
无论是嘌呤核苷酸还是嘧啶核苷酸都可以利用已有的碱基合成相应的核苷酸(即补救途径)。
脱氧核苷酸是由核糖核苷酸还原酶催化核糖核苷二磷酸还原脱氧生成。dADP、dGDP、dCDP、dUDP都可以这样的方式产生，再经核苷二磷酸激酶催化转变成脱氧核苷三磷酸。
脱氧胸嘧啶核苷酸是在脱氧尿苷三磷酸水解转变成脱氧尿苷酸后，再经特殊的胸嘧啶核
510
苷酸合酶催化甲基化而生成，甲基的供体是N,N-甲叉四氢叶酸。
各种不同的抑制剂的使用，对核苷酸生物合成途径的揭示起到了十分重要的作用。这些抑制剂许多已成为重要的抗肿瘤药物。
嘌呤核苷酸可被核苷酶和嘌呤核苷磷酸化酶降解。腺嘌呤核苷酸也可被腺嘌呤核苷脱氨酶和AMP脱氨酶脱去氨基。在肌肉组织嘌呤核苷酸循环中，AMP合成和降解产生柠檬酸循环的中间物延胡索酸，同时也产生氨。黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤氧化成黄嘌呤以及黄嘌呤氧化成尿酸。在人体中，嘌呤降解的最终产物是尿酸，它可以排泄到体外。其他的生物能进一步降解尿酸。
嘧啶核苷酸可被降解成脂肪酸代谢的中间物丙二酸单酰CoA。
习题：
1．假定所有底物和辅酶都存在，分别计算IMP、AMP和CTP从头合成所需的ATP数。
2．叶酸辅酶是如何影响核苷酸代谢的？
3．从头合成的嘌呤或嘧啶核苷酸的碱基的什么部位可被下述前体标记？说明被标记的理由。①14C-3标记的丝氨酸；②15N标记的丝氨酸；③14C-2标记的葡萄糖。
4．野生型的E.coli能够合成全部氨基酸，但是某些突变型不能合成某些氨基酸，只有在培养基中加入这些氨基酸才能正常生长。这些突变型叫做氨基酸营养缺陷型。氨基酸除用于合成蛋白质外，也参与其他某些含氮化合物的合成。现有甘氨酸、谷氨酰胺和天冬氨酸等三种营养缺陷型。对于每种缺陷型来说，除蛋白质外，哪些含氮产物不能合成?
5．写出由ADP转变成dADP的总反应。NADPH在这一反应中起什么作用?
6．生长在含少量的14C均匀标记的琥珀酸的培养介质中的细胞，乳清酸的什么部位含 有14C标记?
7．谷氨酰胺的某些类似物不可逆地使与谷氨酰胺结合的酶失活。在这类抑制剂存在下，鉴定那些被积累的核苷酸生物合成中间物。
8．如果将氨甲喋呤（methotrexate）加入到生长细胞的培养基中，能造成对DNA合成的抑制作用吗?
9．为什么说脱氧腺苷对哺乳动物细胞有毒？
10．次黄嘌呤核苷酸（IMP，肌苷酸）在商品上用作助鲜剂。该产品可通过微生物过程利用细菌营养缺陷型 Breribacterium ammoniagenes来生产。该缺陷型需要AMP和GMP才能生长。为什么要用AMP-GMP营养缺陷型而不用野生型的细菌生产肌苷酸?
11．正常细胞在含有胸嘧啶和氨甲蝶呤的介质中培养时会死亡，但胸嘧啶核苷酸合酶缺乏的突变细胞则能存活和生长。请解释。
12．抗菌素重氮乙酰丝氨酸是谷氨酰胺的结构类似物，是催化从谷氨酰胺转移酰胺基到相应受体上的酶的抑制剂。若用重氮乙酰丝氨酸处理活跃合成嘌呤核苷酸的细胞，则会发生什么现象?
习题解答：
1．解答：当合成1分子的IMP时需要消耗7分子ATP；合成1分子的AMP时需要消耗8分子ATP；合成1分子的CTP时需要消耗7分子ATP；
2．解答：在核苷酸代谢中，需要叶酸以四氢叶酸（THF或FH4）作为一碳单为的受体，产生相应的四氢叶酸衍生物。N10-甲酰-四氢叶酸（N10-甲酰-THF或N10-甲酰-FH4）参与嘌呤核苷酸的合成，N5,N10-甲叉-THF参与胸嘧啶核苷酸的合成。
3．解答：嘌呤和嘧啶碱基的各原子来源可示如图所示：
①C-3标记的丝氨酸：C将出现在嘌呤碱基的C-2和C-8位及胸嘧啶碱基的C-5位上的甲基碳。虽然这些部位的碳原子由“甲酸盐”的四氢叶酸衍生物提供，但也可以从丝氨酸转变成甘氨酸的过程中产生的四氢叶酸衍生物提供：
14
14
一碳单位的的四氢叶酸衍生物是可以转换的，因而也就为这些部位的碳原子提供了来源。 ②15N标记的丝氨酸：从上面的反应式中，可以看出，生成的甘氨酸仍含有15N，而甘氨酸的α-氨基氮是嘌呤环N7位的氮原子来源，所以N7位含有放射性标记。
③14C-2标记的葡萄糖：14C标记将出现在嘌呤碱基的C-5位和嘧啶碱基的C-4、C-5和C-6
位。因为这4个部位的碳原子分别来自甘氨酸和天冬氨酸，而这两个氨基酸的碳骨架均由葡萄糖提供（图）。
4．解答：嘌呤核苷酸碱基环上的各原子分别来自天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺以及甲酸盐和CO2。因此，凡不能合成天冬氨酸、甘氨酸和谷氨酰胺的突变型均不能合成嘌呤核苷酸。同样地，嘧啶核苷酸生物合成时，其嘧啶环上的四个原子来自天冬氨酸，而且氨甲酰磷