第八章核苷酸代谢

第八章核苷酸代谢
【大纲要求】
一、掌握
1．嘌呤、嘧啶核苷酸从头合成原料、部位、特点；
2．嘌呤、嘧啶核苷酸的分解代谢产物；
3．脱氧（核糖）核苷酸的生成。

二、熟悉
1．嘌呤和嘧啶核苷酸的补救合成；
2．嘌呤、嘧啶核苷酸的抗代谢物。

三、了解
1．嘌呤、嘧啶核苷酸从头合成途径及调节；
2．嘌呤核苷酸的互相转变。

【重点及难点提要】
一、重点难点
1．重点：嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸合成的从头合成途径，从头合成的原料及关键步骤、关键酶。

2．难点：嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的从头合成代谢调节机制；核苷酸合成代谢过程中的一些抗代谢物，以及它们的作用机理。

二、教学内容概要
核苷酸具有多种重要的生理功能，其中最主要的是作为合成核酸分子的原料。

除此，还参与能量代谢、代谢调节等过程。

人体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成，不属于营养必需物质。

体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径：从头合成和补救合成。

从头合成的原料是磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质，其合成特点：在磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的基础上经过一系列酶促反应，逐步形成嘌呤环。

首先生成IMP，然后再分别转变成AMP和GMP。

从头合成过程受着精确的反馈调节。

补救合成实际上是现成嘌呤或嘌呤核苷的重新利用，虽然合成量极少，但对脑、骨髓等组织具有重要意义。

机体也可以从头合成嘧啶核苷酸，但不同的是先合成嘧啶环，再磷酸核糖化而生成核苷酸。

嘧啶核苷酸的从头合成也受反馈调控。

体内脱氧核糖核苷酸合成有两条途径：一是在相应的二磷酸核苷水平上还原生成；二是dUMP转变生成TMP，其甲基供体为N5，N10-甲烯四氢叶酸。

根据嘌呤和嘧啶核苷酸的合成过程，可以设计多种抗代谢物，包括嘌呤、嘧啶类似物，叶酸类似物，氨基酸类似物等。

这些抗代谢物在抗肿瘤治疗中有重要作用。

嘌呤在人体内分解代谢的终产物是尿酸，黄嘌呤氧化酶是这个代谢过程的重要酶。

痛风症主要是由于嘌呤代谢异常，尿酸生成过多而引起的。

嘧啶分解后产生的β氨基酸可随尿排出或进一步代谢。

【自测题】
一、选择题
【A型题】
1．关于嘌呤核苷酸的合成描述正确的是
A．利用氨基酸、一碳单位和CO2为原料，首先合成嘌呤环再与5-磷酸核糖结合而成
B．以一碳单位、CO2、NH3和5—磷酸核糖为原料直接合成
C．5—磷酸核糖为起始物，在酶的催化下与ATP作用生成PRPP，再与氨基酸、CO2和一碳单位作用，逐步形成嘌呤核苷酸
D．在氨基甲酰磷酸的基础上，逐步合成嘌呤核苷酸
E．首先合成黄嘌呤核苷酸（XMP），再转变成AMP和GMP
2．由dUMP转变成dTMP的甲基化反应中，甲基供给体是
A．S—腺苷蛋氨酸 B．S—腺苷同型半胱氨酸
C．N5，N10—甲烯四氢叶酸 D．N5—甲基四氢叶酸 E．N5，N10一甲炔四氢叶酸
3．体内脱氧核糖核苷酸由核糖核苷酸还原而生成时其供氢体是
A． FADH2 B．NADH+H+ C．FMNH2 D．NADPH+ H+ E．GSH
4．下列哪种物质不是嘌呤核苷酸从头合成的直接原料
A．甘氨酸 B．天冬氨酸 C．谷氨酸 D．CO2 E．一碳单位
5．GMP和AMP分解过程中产生的共同中间产物是
A．XMP B．黄嘌呤（X） C．腺嘌呤（A） D．鸟嘌呤（G） E．CO2
6．痛风症患者血中含量升高的物质是
A．尿素 B．NH3 C．胆红素 D．尿酸 E．肌酸
7．5—FU的抗癌作用机制为
A．合成错误的DNA，抑制癌细胞生长
B．抑制尿嘧啶的合成，从而减少RNA的生物合成
C．抑制胞嘧啶的合成，从而抑制DNA的生物合成
D．抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶的活性，从而抑制DNA的生物合成
E．抑制FH2还原酶的活性，从而抑制DNA的生物合成
8．dTMP合成的直接前体是
A．dUMP B．TMP C．TDP D．dUDP E．dCMP
9．合成嘌呤核苷酸过程中首先合成的是
A．GMP B．AMP C．XMP D．TMP E．IMP
10．下列转变哪项不能直接进行
A．IMP→AMP B．AMP→IMP C．AMP→GMP D．IMP→XMP E．XMP→GMP
11．氮杂丝氨酸能以竞争性抑制作用干扰或阻断核苷酸合成，因为它在结构上与
A．丝氨酸类似 B．谷氨酰胺类似 C．甘氨酸类似 D．天冬氨酸类似 E．天冬酰胺类似12．动物体内直接催化尿酸生成的酶是
A．尿酸氧化酶 B．腺苷酸脱氨酶 C．黄嘌呤氧化酶 D．次黄嘌呤氧化酶 E．以上均不是13．合成嘌呤和嘧啶环的共同原料是
A．一碳单位 B．甘氨酸 C．谷氨酸 D．蛋氨酸 E．天冬氨酸
14．嘌呤核苷酸补救合成途径的主要器官是
A．脑组织 B．肝脏 C．肾脏 D．小肠 E．胸腺
15．嘌呤核苷酸从头合成时，嘌呤环第4和第5位碳原子来自
A．甘氨酸 B．谷氨酰胺 C．CO2 D．天冬氨酸 E．一碳单位
16．下列哪种物质可作为体内从头合成IMP和NMP的共同原料
A．氨基甲酰磷酸 B．PRPP C．天冬氨酸 D．N5,N10-CH2-FH4 E．谷氨酸17．嘌呤核苷酸从头合成时首先生成的是
A．GMP B．AMP C．IMP D．ATP E．GTP
18．人体内嘌呤核苷酸分解代谢的主要终产物是
A．尿素 B．肌酸 C．肌酸酐 D．尿酸 E．β-丙氨酸
19．胸腺嘧啶的甲基来自
A．N l0-CHO -FH4 B．N5,N l0＝CH-FH4 C．N5，N l 0-CH2-FH4 D．N5-CH3-FH4 E．N5-CH=NH-FH4 20．在哺乳动物，嘧啶核苷酸从头合成的主要调节酶是
A．PRPP合成酶 B．乳清酸酶 C．氨基甲酰磷酸合成酶II D．天冬氨酸氨基甲酰转移酶 E．磷酸核糖转移酶
21．嘧啶核苷酸合成特点是
A．在5-磷酸核糖上合成碱基 B．由四氢叶酸提供一碳单位 C．谷氨酸是氮原子供体D．先合成氨基甲酰磷酸 E．甘氨酸完整地掺入分子中
22．为嘌呤环C8提供碳原子的是
A．N5－CH3－FH4 B．N5，N10－CH2－FH4 C．N5，N10＝CH－FH4
D． N10－CHO－FH4 E．N5－CH＝NH－FH4
23．体内脱氧核苷酸是由下列哪种物质直接还原而成的
A．核糖 B．核糖核苷 C．一磷酸核苷 D．二磷酸核苷 E．三磷酸核苷
24．甲氨蝶呤（MTX）在临床上用于治疗白血病的依据是
A．嘌呤类似物 B．嘧啶类似物 C．叶酸类似物 D．二氢叶酸类似物 E．氨基酸类似物25．磷酸核糖焦磷酸的英文缩写是
A． IMP B．PRPP C．PRA D．GAR E．XMP
【X型题】
1．嘌呤环中的氮原子来自
A．甘氨酸 B．谷氨酸 C．天冬氨酸 D．一碳单位 E．赖氨酸
2．PRPP是下列哪些代谢途径中的重要中间代谢物
A．嘌呤核苷酸的从头合成 B．嘧啶核苷酸的从头合成 C．嘌呤核苷酸的补救合成D．NMP——NDP——NTP E．腺嘌呤的合成
3．嘌呤核苷酸从头合成的原料包括
A．磷酸核糖 B．CO2 C．一碳单位 D．谷氨酰胺 E．天冬氨酸
4．对嘌呤核苷酸合成产生反馈抑制作用的化合物有
A．IMP B．AMP C．GMP D．尿酸 E．R-5-P
5．下列哪些化合物分解后可生成尿酸
A．AMP B．UMP C．IMP D．TMP E．GMP
6．别嘌呤醇的作用
A．是次黄嘌呤的类似物 B．抑制黄嘌呤氧化酶 C．可降低痛风患者体内尿酸水平D．使痛风患者尿中次黄嘌呤和黄嘌呤的排泄量减少 E．用来合成嘌呤
7．从头合成嘧啶核苷酸需哪些原料
A．谷氨酰胺 B．天冬氨酸 C．二氧化碳 D．一碳单位 E．磷酸核糖
8．嘧啶核苷酸分解代谢产物有
A．NH3 B．尿酸 C．CO2 D．β-丙氨酸 E．β-氨基异丁酸
9．下列有关由核糖核苷酸还原成脱氧核糖核苷酸的叙述正确的是
A．四种核苷酸都涉及到相同的还原酶体系
B．多发生在三磷酸核苷水平
C．与NADH+H+有关
D．核糖核苷酸还原酶是一种别构酶
E．核糖核苷酸还原酶系包括硫氧化还原蛋白和硫氧化还原蛋白还原酶
10．体内一些具有生物学活性并含核苷酸的物质有
A．NAD+ B．NADP+ C．FAD D．泛酸 E．天冬氨酸
11．嘌呤核苷酸合成的限速步骤是合成
A．PRPP B．IMP C．PP-1-R-5-P D．甘氨酰胺核苷酸 E．氨基甲酰磷酸12．在细胞中由dUMP合成dTMP的有关反应涉及
A．四氢叶酸衍生物传递一碳单位 B．把四氢叶酸氧化成二氢叶酸
C．中间产物为dUDP D．受5–Fu抑制 E．催化该反应的酶是胸苷酸合成酶13．嘧啶合成的反馈抑制作用是由于控制了下列哪些酶的活性
A．氨基甲酰磷酸合成酶I B．二氢乳清酸酶 C．天冬氨酸氨基甲酰转移酶
D．氨基甲酰磷酸合成酶II E．乳清酸核苷酸脱羧酶
14．下列哪种物质是嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的共同原料
A．甘氨酸 B．天冬氨酸 C．谷氨酸 D．CO2 E．谷氨酰胺
二、填空题
1．嘌呤、嘧啶核苷酸合成过程中共同需要的酶是______。

2．嘌呤核苷酸合成的原料是CO2、______、______、甘氨酸、______和5-磷酸核糖，嘧啶核苷酸合成的原
料是CO2、______、______。

3．嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸是合成______、______的前身物质。

4．抗癌药物甲氨蝶呤的作用原理是______的类似物，能______抑制______，使______不能还原成______，
影响dTMP的合成。

5．嘌呤核苷酸的合成中由IMP可转变成______和______，过量的ATP导致GMP合成______，过量的GTP
导致AMP合成______。

6．嘌呤核苷酸分解代谢的终产物是______，由______排出。

7．自毁容貌症是由于基因缺陷而导致______完全缺失所致。

8．嘧啶碱分解最终产物为______、______、______或______。

三、名词解释题
3．核苷酸合成的抗代谢物
1．嘌呤核苷酸从头合成途径
2．嘌呤核苷酸补救合成途径
四、简答题
说明氨基甲酰磷酸合成酶I、II有何区别？
五、论述题
1．体内嘌呤核苷酸合成的原料、主要被调节的酶及分解产物是什么？
2．体内嘧啶核苷酸合成的原料、主要被调节的酶及分解产物是什么？
3．体内脱氧核糖核苷酸是如何生成的？
4．试讨论各类核苷酸抗代谢物的作用原理及其临床应用。

【参考答案】
一、选择题
【A 型题】
1．C 2．C 3．D 4．C 5．B 6．D 7．D 8．A 9．E 10．C 11．B 12．C 13．E 14．A 15．A 16．C 17．C 18．D 19．C 20.C 21．D 22．C 23.D 24．C 25．B
【X型题】
1．AC 2．ABCE 3．ABCDE 4．ABC 5．ACE 6．ABC 7．ABCE 8．ACDE 9．ADE 10．ABC 11．AC 12ABCDE 13．CD 14．BDE
【解析】
【A型题】
7．D 常见错误选B或C、E。

B错在不能抑制尿嘧啶的合成；C错在氮杂丝氨酸抑制胞嘧啶的合成，而不是
5－FU；E错在氨甲蝶呤抑制二氢叶酸还原酶的活性，从而抑制了dTMP的合成；D是正确的，5－FU在体内
合成5－FdUMP，5－FdUMP是脱氧胸苷酸合成酶强而又特异的抑制剂。

脱氧胸苷酸合成酶与5－FdUMP及四
氢叶酸可形成复合体，而且其中前两者以配位键紧密连接，使dUMP不能转变为脱氧胸苷酸，从而抑制DNA
的生物合成。

8．A dTMP合成是在一磷酸水平上，因此C、D都不对；D、E是dUMP的两种来源，以dCMP脱氨为主要来
源；B不是dTMP合成的直接前体；只有A正确，dUMP在脱氧胸苷酸合成酶的作用下，以N5，N10-甲烯四氢
叶酸为一碳单位供体，甲基化生成dTMP。

10．C 常见错误选D。

AMP还原脱氨直接转变成IMP，IMP接受氨基变成AMP，IMP脱氢直接转变成XMP，XMP
通过GMP合成酶直接转变成GMP，但AMP通过IMP、XMP才能转变成GMP。

所以A、B、D、E能直接进行转
变，而C只能间接进行转变。

11．B 氮杂丝氨酸的结构与谷氨酰胺类似，可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用。

18．D A是蛋白质的分解代谢终产物；C是为肌酸的代谢终产物；D是正确的，因为人体及其他灵长类动物体内，嘌呤核苷酸分解代谢过程中，GMP和AMP最后都分解成黄嘌呤，黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下生成尿酸，尿酸是嘌呤核苷酸分解代谢的主要终产物。

21．D 在5－磷酸核糖上合成碱基是嘌呤核苷酸从头合成的特点，嘧啶核苷酸从头合成不需要FH4提供一碳单位，也不需要甘氨酸，所以A、B、E都是嘌呤核苷酸合成特点；C叙述是错误的，嘧啶核苷酸和嘌呤核苷酸从头合成途径中氮原子供体是谷氨酰胺，不是谷氨酸；D是正确的嘧啶核苷酸合成时先合成氨基甲酰磷酸，其中的氮原子来自谷氨酰胺的酰胺基。

23.D 一磷酸水平进行dUMP转变成dTMP的反应；三磷酸水平进行UTP转变成CTP的反应；核糖核苷酸主要在二磷酸水平（NDP，包括A、G、U、C）还原成相应的脱氧核苷酸（dNDP）。

所以D正确。

【X型题】
2．ABCE 常见错误多选D。

分析A、B、C、E的代谢途径中PRPP都是重要的中间代谢物，为以上的反应提供磷酸和核糖。

D的代谢途径无PRPP参与，而需要特异的酶和ATP提供磷酸及能量。

4．ABC 常见错误漏选A。

在嘌呤核苷酸生物合成途径中，有许多地方都可发生反馈抑制，例如AMP、GMP、IMP都能抑制5-磷酸-核糖形成PRPP，并能抑制PRPP转变为磷酸核糖胺，也就是说能抑制上两步反应所需要的酶，PRPP合成酶和酰胺转移酶；过量AMP抑制腺苷酸代琥珀酸合成酶，仅使ATP生成减少；过量GMP 抑制次黄嘌呤核苷酸脱氢酶，仅使GMP生成减少。

5．ACE 黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤或黄嘌呤，转变为尿酸。

嘌呤核苷酸——AMP、GMP，通过次黄嘌呤、黄嘌呤分解为尿酸。

D分解产物是NH3、CO2、β－氨基异丁酸。

7．ABCE 合成嘧啶环时及合成尿苷酸、胞苷酸时不需要叶酸衍生物，但经尿苷酸合成胸苷酸时，则用N5,N10-甲烯四氢叶酸供给一碳单位；嘧啶环是由氨基甲酰磷酸与天冬氨酸构筑而成的，前者系谷氨酰胺与HCO3-（CO2）反应生成，提供一个氨甲酰基构成嘧啶环的C－2、N－3，后者则提供C－4、C－5、C－6和N－1。

8．ACDE 嘧啶分解的代谢产物有NH3、CO2、β－氨基异丁酸与β－丙氨酸，所以ACDE是正确的；B错在尿酸是嘌呤分解的产物。

11．AC 嘌呤核苷酸从头合成的限速步骤是合成PRPP及5－磷酸核糖胺，催化这两个中间代谢物合成的酶均受IMP、AMP、GMP的调节；B、D都是嘌呤核苷酸从头合成途径中的中间代谢产物，但不是限速酶合成的物质。

13．CD B、E都是嘧啶核苷酸从头合成途径中间反应所需要的酶，反馈抑制时这两种酶不受控制；CTP可反馈抑制天冬氨酸氨基甲酰转移酶；UTP可抑制胞质内的氨基甲酰磷酸合成酶II，从而抑制嘧啶生物合成，因此选CD。

二、填空题
1．PRPP合成酶
2．谷氨酰胺；一碳单位；天冬氨酸；天冬氨酸；谷氨酰胺
3．DNA ；RNA
4．叶酸；竞争性；二氢叶酸还原酶；二氢叶酸；四氢叶酸
5．AMP ；GMP ；增加；增加
6．尿酸；肾
7．HGPRT
8．NH3 ；CO2 ；β-丙氨酸；β-氨基异丁酸；
三、名词解释题
1.利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸，
称为从头合成途径。

2.利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程合成嘌呤核苷酸，称为补救合成途径。

3.主要以竞争性抑制等方式干扰或阻断核苷酸的合成代谢，从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成的
一些物质。

四、简答题
氨基甲酰磷酸合成酶I存在于线粒体中，N–乙酰谷氨酸是其变构激活剂，参与尿素的合成。

氨基甲酰磷酸合成酶II存在于胞液中，参与嘧啶核苷酸的合成，受UMP的反馈抑制。

五、论述题
1.原料：天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位、二氧化碳、磷酸核糖
主要被调节的酶：磷酸核糖焦磷酸合成酶（PRPP合成酶）、磷酸核糖酰胺转移酶（PRPP酰胺转移酶）
分解产物：人类为尿酸，其它哺乳动物可将尿酸氧化成尿囊酸，个别的可将尿囊酸变成NH3和CO2。

2．原料：谷氨酰胺、二氧化碳、天冬氨酸、磷酸核糖
主要被调节的酶：天冬氨酸氨基甲酰转移酶、氨基甲酰磷酸合成酶II
分解产物：NH3、CO2、β-丙氨酸、β-氨基异丁酸
3．体内脱氧核糖核苷酸所含的脱氧核糖是通过相应的核糖核苷酸的直接还原作用，以氢取代其核糖分子中C2上的羟基而生成的，此还原作用是在二磷酸核苷（NDP）水平上进行的（这里N代表A；G；U；C等碱基），由核糖核苷酸还原酶催化，由NADPH+H+作为供氢体。

脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）是由脱氧尿嘧啶核苷酸（dUMP）经甲基化而生成的，反应由N5，N10–甲烯四氢叶酸提供甲基，由胸苷酸合成酶催化进行。

4．答案要点：
（王宏兰师岩）。