氨基酸的合成与核苷酸代谢：碳架从哪来、环怎样搭、药物卡在哪

这两章讲的是「造」：专题 26 讲氨基酸怎样用糖代谢的中间物当碳架造出来，专题 27 讲核苷酸怎样用氨基酸、CO₂、一碳单位和磷酸核糖搭出来，又怎样拆掉。两章用的是同一批原料——天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸和四氢叶酸携带的一碳单位——所以放在一起讲。

使用方法：每节末尾的「本节题目」列出题册里归到这一节的判断题和填空题，题干照抄原题，结论取自官方答案。重要的过程都配了可以点的交互图：点按钮、拖进度，看原子一个个接上去、看药物把哪一步卡住。书末附题号索引，做到哪道题卡住，点题号直接跳过去。

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26.1氨基酸的碳架从哪来：六个家族

先分清两类氨基酸。必需氨基酸——人体自己不能合成、必须由膳食供给的氨基酸；其余能由机体自己合成的叫非必需氨基酸。

非必需氨基酸要自己造，就得有原料。一个氨基酸由两部分组成：一个碳架（不含氮的那部分骨架，本质上是一个 α-酮酸）和一个 α-氨基。氨基的来源放到 26.2 讲，这里只看碳架。

结论先说：大部分非必需氨基酸碳架的最终来源是葡萄糖。葡萄糖经三条途径——糖酵解（EMP）、柠檬酸循环（TCA 循环）、戊糖磷酸途径（PPP）——产生一批中间物，每个中间物各自衍生出一族氨基酸。按前体归类，一共六个家族：

记这张表时抓三个容易考的点：

• Ser → Gly。甘氨酸由丝氨酸转变而来，催化的酶是丝氨酸转羟甲基酶：丝氨酸把羟甲基交给四氢叶酸（携带一碳单位的辅酶，见 27.1），自己变成甘氨酸，四氢叶酸变成 N⁵,N¹⁰-甲叉四氢叶酸（这个产物在 27.7 合成 dTMP 时还会用到）。
• 芳香族氨基酸只有植物和微生物能合成，起始物之一是戊糖磷酸途径的4-磷酸赤藓糖。反过来，Phe 分解时的去路之一是变成延胡索酸进入 TCA 循环。
• Leu 属于丙氨酸族：丙酮酸脱羧后与另一个丙酮酸缩合成 α-乙酰乳酸，经亮氨酸支路生成 α-酮异己酸，再转氨即得 Leu。它和乙酰乙酸、琥珀酰 CoA 都没有关系。

苯丙酮尿症患者缺乏苯丙氨酸羟化酶，不能把 Phe 羟化成 Tyr。正常人的 Tyr 可以由 Phe 转变而来，所以是非必需的；对这类患者来说，Tyr 只能靠膳食供给，也就成了必需氨基酸。

氨基酸的去向

氨基酸造出来（或从食物吸收来）以后，有三条去路：

1. 合成蛋白质：这是最主要的去向。
2. 合成其他含氮化合物：神经递质（谷氨酸是兴奋性递质、甘氨酸是抑制性递质）、核苷酸中的嘌呤和嘧啶碱基、生物活性肽（如谷胱甘肽）等。
3. 分解代谢：经脱氨基、转氨基（26.2）、联合脱氨基（转氨基与谷氨酸氧化脱氨联用，把氨基酸的氨基脱成游离氨）或脱羧基作用，分解成 α-酮酸、胺类和 CO₂。

本节题目

〔26-通关-判2〕对于苯丙酮尿症患者来说，酪氨酸也是必需氨基酸。——对。患者缺乏苯丙氨酸羟化酶，Phe 不能转变成 Tyr，Tyr 只能靠膳食供给，于是也成了必需氨基酸。

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26.2氨怎样进入氨基酸：谷氨酸和谷氨酰胺

碳架有了，还要装上氨基。无机的氨（NH₄⁺）进入有机分子，主要靠谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）这一对。四个酶要分清：

转氨基作用——氨基酸和 α-酮酸之间的氨基转移：氨基酸的 α-氨基转到 α-酮酸的羰基上，原来的氨基酸变成相应的 α-酮酸，原来的 α-酮酸变成相应的氨基酸。催化它的酶叫转氨酶（也叫氨基移换酶），辅酶是维生素 B₆ 的活性形式磷酸吡哆醛。不同氨基酸大都把氨基交给同一个受体α-酮戊二酸，于是生成谷氨酸——所以说各种氨基酸的氨基都会「汇集」到 Glu 上。

由此可以回答「Glu 和 Gln 的氨基来自哪里」：来自其他氨基酸的氨基。

• Glu：其他氨基酸经转氨基作用把 α-氨基交给 α-酮戊二酸，生成 Glu，Glu 的氨基就来自那个供体氨基酸。
• Gln：由 Glu 在谷氨酰胺合成酶催化下结合 NH₄⁺ 生成，而这个 NH₄⁺ 主要来自其他氨基酸脱氨基产生的游离氨，本质上仍源于其他氨基酸的氨基。

同理，Gln 作为蛋白质合成的原料，它的合成路线是：α-酮戊二酸先经转氨基作用形成 L-谷氨酸，再由谷氨酰胺合成酶催化 L-谷氨酸结合氨形成 L-谷氨酰胺，这一步需要ATP供能。

氨的运输与解毒

氨有毒，尤其对脑。脑、肌肉等组织产生的氨，可以在谷氨酰胺合成酶作用下与谷氨酸生成谷氨酰胺，经血液运往肝，最终在肝里合成尿素排出。

鸟氨酸循环（也叫尿素循环）顺带还是Arg 的来源：鸟氨酸与氨甲酰磷酸生成瓜氨酸，瓜氨酸与天冬氨酸生成精氨琥珀酸，精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸；精氨酸再由精氨酸酶水解成鸟氨酸和尿素，鸟氨酸回到循环起点。所以「Arg 可以通过尿素循环形成」。

本节题目

〔26-通关-判1〕氨是有毒物质，在人体内，脑、肌肉等组织产生的氨，在谷氨酰胺合成酶作用下，与谷氨酸生成谷氨酰胺，然后运往肝脏最终生成尿素。谷氨酰胺的生成既是氨的解毒产物，又是氨的储运形式。——错。官方解析只给一句：机体解除氨毒是依靠尿素。谷氨酰胺只是氨的运输、储存形式，真正解毒要到肝里合成尿素。

〔26-真题-小1〕蛋白质合成过程中 Gln 能被——错。（题册里这道题的题干只印了半句。）官方解析讲的是 Gln 的合成：α-酮戊二酸先经转氨基作用形成 L-谷氨酸，再由谷氨酰胺合成酶催化形成 L-谷氨酰胺，这一步需 ATP 供能。

〔26-通关-填2〕不同氨基酸和＿＿之间通过＿＿作用生成谷氨酸，这是氨基酸分解代谢反应，催化这一反应的酶叫＿＿酶，其辅酶是＿＿。——答：α-酮戊二酸，转氨基，转氨酶（氨基移换酶），磷酸吡哆醛

〔26-通关-填1〕Arg 可以通过 ＿＿ 循环形成。——答：尿素

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26.3氨基酸变成的几种重要分子

题册只考下面这几组，照表记：

谷胱甘肽（GSH）——由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸形成的三肽，活性部分是半胱氨酸的巯基。生理功能：保护细胞中某些重要的蛋白质和酶分子的巯基不被氧化，从而维持其生物学功能（抗氧化、解毒）。

本节题目

〔26-通关-填3〕牛磺酸由＿＿转变而来。5-羟色胺由＿＿转变而来；脑中的 γ-丁酸由＿＿衍生而来。儿茶酚胺是由＿＿酸转化而来的。——答：半胱氨酸，色氨酸，谷氨酸，酪氨酸

〔26-通关-填4〕谷胱甘肽（GSH）是由＿＿、＿＿和＿＿三种氨基酸形成的三肽。其生理功能是＿＿。——答：谷氨酸，半胱氨酸，甘氨酸，保护细胞中某些重要的蛋白质和酶分子的巯基不被氧化，从而维持其生物学功能

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26.4糖变成脂肪：两道常考大题

这两道大题虽然归在专题 26 的真题里，考的其实是糖代谢和脂代谢怎样连起来。

糖怎样变成脂肪

脂肪（三酰甘油）＝ 1 个甘油 ＋ 3 个脂肪酸。糖要变成脂肪，两种原料都得由糖提供：

1. 甘油部分：葡萄糖经糖酵解生成磷酸二羟丙酮，它在还原酶作用下转变为3-磷酸甘油，成为合成脂肪所需甘油的来源。
2. 脂肪酸部分：糖酵解产生的丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶复合体作用下氧化脱羧生成乙酰 CoA。乙酰 CoA 不能直接穿过线粒体内膜，要先和草酰乙酸合成柠檬酸，经柠檬酸-丙酮酸循环运到细胞质，再在细胞质里裂解回乙酰 CoA，作为原料在脂肪酸合成酶系催化下逐步合成脂肪酸。
3. 组装：脂肪酸（以脂酰 CoA 的形式）和 3-磷酸甘油缩合成脂肪。

所以「不吃肉、只吃糖也能长肥肉」：糖的量超过能量需要时，多余的碳就沿着这条路存成脂肪。

为什么糖尿病人越吃反而不胖

糖尿病的核心问题是胰岛素分泌不足（如 1 型）或胰岛素抵抗（如控制不好的 2 型），细胞无法正常摄取和利用血液中的葡萄糖。于是：

• 吃进去的糖留在血里（血糖高、从尿中丢失），进不了细胞，身体处于「能量缺乏」的假象中；
• 为维持基本生理活动，身体主动分解储存的脂肪和蛋白质作为替代能源；
• 结果脂肪减少、肌肉消耗，体重下降，出现「越吃越瘦」。

生酮饮食的弊端

酮体——脂肪酸在肝里大量 β-氧化时生成的乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮的总称，由肝生成、运到肝外组织利用。生酮饮食是极低碳水、高脂肪的饮食，逼身体主要靠分解脂肪、利用酮体供能。弊端答四条：

1. 脂肪大量分解供能时，肝是酮体生成的主要场所，长期高负荷可能影响肝功能。
2. 酮体过度积累，引发酮症酸中毒。
3. 碳水摄入过低可能使血糖骤降，造成低血糖等症状。
4. 依赖大量高脂肪食物，若饱和脂肪比例高，可能使总胆固醇、LDL 升高，增加心血管疾病风险。

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27.1核苷酸合成的全景：两条途径、一个 PRPP

先把零件认清。核苷酸＝碱基＋戊糖＋磷酸；去掉磷酸就是核苷。碱基分两类：嘌呤（双环：腺嘌呤 A、鸟嘌呤 G，以及中间物次黄嘌呤、黄嘌呤）和嘧啶（单环：胞嘧啶 C、尿嘧啶 U、胸腺嘧啶 T）。RNA 里的戊糖是核糖，DNA 里是脱氧核糖。

核苷酸有两条合成途径：

• 从头合成途径——不以现成的碱基为原料，而是以5-磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、CO₂等简单物质为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸。分两个阶段：先合成IMP（次黄嘌呤核苷酸，嘌呤这一侧）或UMP（尿嘧啶核苷酸，嘧啶这一侧），再由 IMP 转化为 AMP 或 GMP、由 UMP 转变为 CTP。肝是体内从头合成核苷酸的主要器官，嘌呤的从头合成其次还在小肠黏膜和胸腺。
• 补救合成途径——利用体内现成的游离碱基或核苷，经简单反应重新合成核苷酸。脑、骨髓等组织以补救合成为主（详见 27.6）。

关键酶（也叫调节酶）——一条代谢途径里活性受调控、决定整条途径快慢的酶。它催化的那一步通常最慢，叫限速步骤，是细胞调节这条途径的开关。

一碳单位——某些氨基酸分解时产生的、只含一个碳原子的基团（甲基、甲叉、甲酰基等）。它们不能游离存在，要由四氢叶酸（FH₄，叶酸的活性形式）携带转运。在核苷酸合成里，一碳单位提供嘌呤环的 C2、C8（27.2）和 dTMP 的甲基（27.7）。

PRPP：核苷酸合成的共同起点

两条途径、嘌呤和嘧啶，都要用同一个磷酸核糖供体：5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）。

• 5-磷酸核糖来自戊糖磷酸途径，是糖代谢的中间物，同时又是嘌呤、嘧啶核苷酸的合成原料。所以最直接联系核苷酸合成与糖代谢的物质是 5-磷酸核糖，不是 6-磷酸葡萄糖。
• ATP 提供的是焦磷酸基团，接到核糖的 C1 上。
• PRPP 合成酶也叫磷酸核糖焦磷酸激酶，是嘌呤从头合成的调节酶之一（27.3）。
• PRPP 参与嘌呤和嘧啶核苷酸的从头合成，也参与两者的补救合成。

本节题目

〔27-通关-判2〕将核苷酸合成代谢与糖代谢联系起来的最直接物质是葡萄糖-6-磷酸。——错。最直接联系二者的是 5-磷酸核糖：它是戊糖磷酸途径的中间物，又是核苷酸合成的原料。

〔27-通关-判5〕体内嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的从头合成场所主要是肝脏组织。——对。肝细胞及多数细胞以从头合成为主，脑和骨髓以补救合成为主；两类核苷酸的从头合成主要在肝细胞的胞液中进行。

〔27-通关-填1〕核苷酸的合成途径有＿＿和＿＿。——答：从头合成途径，补救途径

〔27-真题-小7〕核苷酸从头合成需要的 PRPP 由来自磷酸戊糖途径的（＿＿）分子和（＿＿）分子在（＿＿）酶的催化下合成。——答：5-磷酸核糖，ATP，PRPP 合成酶

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27.2嘌呤环：在磷酸核糖上一步步搭出来

嘌呤核苷酸从头合成的最大特点是：不先造出游离的嘌呤碱，而是以 PRPP 为起点，在磷酸核糖分子上一个原子一个原子地把嘌呤环搭起来。所以：

• 先形成 N-糖苷键，后闭环。第一步（PRPP → 5-磷酸核糖胺）就把氮接到了核糖的 C1 上，这个氮后来成为嘌呤环的 N9。
• 合成过程中不产生自由嘌呤碱。
• 首先生成的核苷酸是次黄嘌呤核苷酸（IMP），它是 AMP 和 GMP 的共同前体。IMP 的碱基是次黄嘌呤，AMP、GMP 都由它改造而来（27.3）。

九个原子的来源

所以嘌呤从头合成的原料是：5-磷酸核糖、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位、天冬氨酸、CO₂。苯丙氨酸、谷氨酸都不是它的直接原料。

几个由这张表直接推出的考点：

• 嘌呤环的氮不全是来自氨基酸的 α-氨基：N1 来自 Asp 的 α-氨基、N7 来自 Gly 的 α-氨基，但 N3、N9 来自 Gln 侧链的酰胺基。
• 组成嘌呤环的三种氨基酸中，分子量最大的是谷氨酰胺（Gly 75、Asp 133、Gln 146）。
• 天冬氨酸同时参与嘌呤环（N1）和嘧啶环（N1、C4、C5、C6，见 27.4）的合成，是「直接参与两种环合成」的那个氨基酸。谷氨酰胺虽然也给两种核苷酸提供氮，但在嘧啶里它是先交给氨甲酰磷酸、再由氨甲酰磷酸进环的。

十步反应（以 PRPP 为起点）

教材把 IMP 的合成写成十步、两个阶段。前五步造出咪唑环（五元环），后五步补齐六元环。不必背每个中间物的全名，但要能说出每一步加了什么原子、用了什么原料：

本节题目

〔27-通关-判8〕核苷酸从头合成途径中，核糖总是反应起始物之一。——错。嘌呤的起始物是 PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸）而不是核糖；嘧啶从头合成的起始反应（形成氨甲酰磷酸）根本没有核糖参与，磷酸核糖到第 5 步才接上来。

〔27-通关-判4〕嘌呤核苷酸的从头合成是先闭环，再形成N糖苷键。——错。说反了：第一步 PRPP → PRA 就形成了 N-糖苷键，是先形成 N-糖苷键、后闭环。

〔27-通关-判7〕嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的生物合成途径很相似，两者都是先生成碱基环结构，然后碱基再与磷酸核糖相连接。——错。只有嘧啶是先成环再接磷酸核糖；嘌呤是在磷酸核糖上逐步搭环，先合成 IMP。

〔27-真题-小2〕嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都是先合成完整的碱基环骨架，再与磷酸核糖反应生成核苷酸。——错。嘌呤是先与磷酸核糖结合、再逐步合成嘌呤环；只有嘧啶是先合成环、再与磷酸核糖结合。

〔27-入门1-填1〕嘌呤核苷酸从头合成的原料包括＿＿、＿＿、＿＿、＿＿、＿＿和＿＿。——答：5-磷酸核糖、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位、天冬氨酸、CO₂

〔27-入门1-填3〕嘌呤核苷酸从头合成分为两个阶段，第一阶段合成＿＿，第二阶段以此为前体转变成 AMP 或 GMP。——答：次黄嘌呤核苷酸（IMP）

〔27-通关-填5〕嘌呤环的 C4、C5 来自 ＿＿；C2 和 C8 来自 ＿＿；C6 来自 ＿＿；N3 和 N9 来自 ＿＿。——答：甘氨酸，甲酸盐，CO₂，谷氨酰胺

〔27-真题-小3〕组成嘌呤核苷酸的氨基酸分子量最大的是（＿＿）。——答：谷氨酰胺

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27.3从 IMP 到 AMP 和 GMP，以及嘌呤合成的调控

IMP 是嘌呤核苷酸合成过程中的共同中间产物。它分两路：

• IMP → AMP：IMP 在GTP供能下与天冬氨酸合成腺苷酸代琥珀酸（也叫腺苷酸琥珀酸），由腺苷酸代琥珀酸合成酶催化；随即由腺苷酸代琥珀酸裂解酶分解成 AMP 和延胡索酸。
• IMP → GMP：IMP 先由IMP 脱氢酶氧化成黄嘌呤核苷酸（XMP），需要 NAD⁺；XMP 再经氨基化生成 GMP，氨基由谷氨酰胺提供，ATP供能，GMP 合成酶催化。

两条支路都要消耗能量，而且是「交叉」的：合成 AMP 用 GTP，合成 GMP 用 ATP。这样一种核苷酸多了，会推动另一种的合成，使二者保持平衡。填空题「从 IMP 合成 GMP 需要消耗___，从 IMP 合成 AMP 需要消耗___」，答案依次是ATP、GTP，别填反。

嘌呤从头合成的调控

反馈抑制——代谢途径的终产物积累后，反过来抑制途径前端的酶，使产物不会过量。嘌呤从头合成有两个调节酶（也就是关键酶），都在途径的最前端：

1. PRPP 合成酶（磷酸核糖焦磷酸激酶）：催化 PRPP 的生成，受 IMP、ADP、GDP 等反馈抑制。
2. PRPP 酰胺转移酶（也叫磷酸核糖酰胺转移酶）：催化 PRPP ＋ Gln → 5-磷酸核糖胺（PRA），这一步是嘌呤核苷酸从头合成的限速步骤。它是别构酶（有调节位点、效应物结合后能改变活性的酶），IMP、AMP、GMP 任何一个过量都能抑制它。

另外两个控制点在 IMP 之后的两条支路上：AMP 抑制腺苷酸代琥珀酸合成酶（自己支路的第一步），GMP 抑制 IMP 脱氢酶（自己支路的第一步）。所以 GMP 过量只抑制 GMP 自身的形成，不影响 AMP，反之亦然。答案里说的「AMP 和 GMP 交叉调节、维持二者平衡」，落到具体机制上就是：各自抑制自己的支路，再加上面说的 GTP/ATP 交叉供能。

嘌呤核苷酸循环

IMP → AMP 这一段还被借来做联合脱氨基：嘌呤核苷酸循环把氨基酸的氨基经谷氨酸转给天冬氨酸，天冬氨酸与IMP（次黄苷酸）结合生成腺苷酸代琥珀酸，再裂解为AMP（腺苷酸）和延胡索酸；AMP 在腺苷酸脱氨酶作用下水解放出 NH₃，又变回 IMP。一圈下来，氨基酸的氨基变成了游离氨。这在骨骼肌、心肌和脑里很重要，因为那里谷氨酸脱氢酶活性低。

本节题目

〔27-通关-填3〕从 IMP 合成 GMP 需要消耗 ＿＿，而从 IMP 合成 AMP 需要消耗 ＿＿ 作为能源物质。——答：ATP，GTP

〔27-入门1-填2〕嘌呤核苷酸从头合成的两个关键酶是 PRPP 合成酶和 ＿＿。——答：PRPP 酰胺转移酶

〔27-通关-填7〕嘌呤核苷酸从头合成的调节酶是＿＿和＿＿。——答：磷酸核糖焦磷酸激酶，酰胺转移酶

〔27-通关-填8〕嘌呤核苷酸从头合成的限速步骤是＿＿。嘧啶核苷酸从头合成的限速步骤是＿＿。——答：合成 5-磷酸核糖胺（PRA）的反应；合成氨甲酰磷酸的反应

〔27-通关-填4〕嘌呤核苷酸循环将氨基酸的＿＿和＿＿结合，生成＿＿，随后裂解为＿＿和延胡索酸。——答：氨，次黄苷酸，腺苷酸代琥珀酸，腺苷酸

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27.4嘧啶环：先把环造好，再接到核糖上

嘧啶正好和嘌呤相反：先合成嘧啶环，再与 PRPP 提供的磷酸核糖相连，生成核苷酸。

嘧啶环只有六个原子，来源很简单：N1、C4、C5、C6 来自天冬氨酸（整个骨架），C2 和 N3 来自氨甲酰磷酸——而氨甲酰磷酸本身由CO₂（给 C2）和谷氨酰胺的酰胺氮（给 N3）合成。所以嘧啶从头合成的原料是：天冬氨酸、谷氨酰胺、CO₂、PRPP（5-磷酸核糖）。

六步合成 UMP

动物细胞里，前三步的酶融合成一条多功能肽链（称 CAD），最后两步的酶也融合在一起。

UMP 之后

• UMP → UDP → UTP：由激酶催化，ATP 提供磷酸基。
• UTP → CTP：由 CTP 合成酶催化，谷氨酰胺提供氨基，ATP 供能。CTP 是由 UTP 转变生成的，不是由 UMP 直接转变。
• dTMP 的合成放在 27.7。

调控：人和细菌不一样

• 人和哺乳动物：调节酶是CPS-Ⅱ，受终产物UTP（及 UDP）反馈抑制，PRPP 激活。氨甲酰磷酸的形成是限速步骤。
• 细菌（如大肠杆菌）：主要调节酶是ATCase，受终产物CTP反馈抑制，ATP 能解除这种抑制。

CPS-Ⅱ——氨甲酰磷酸合成酶 Ⅱ，存在于细胞质，是嘧啶合成途径的起始酶，催化 CO₂ 和谷氨酰胺形成氨甲酰磷酸，氨基来自谷氨酰胺的酰胺氮。它受嘧啶核苷酸合成终产物的反馈抑制，避免嘧啶核苷酸过度合成；通过催化嘧啶合成，为细胞分裂、DNA 和 RNA 合成提供原料。

本节题目

〔27-通关-判6〕嘧啶环的 N1、C6来自天冬氨酸；C2和 N3来自氨甲酰磷酸。——对。嘧啶环的 N1-C6-C5-C4 骨架来自天冬氨酸，C2、N3 由氨甲酰磷酸提供。

〔27-真题-小10〕氨甲酰磷酸合成酶-Ⅱ催化氨甲酰磷酸形成中的氨基主要来源于 Glu 的氨基发生氧化脱氨。——错。CPS-Ⅱ 的氨基来自谷氨酰胺的酰胺氮；Glu 的氧化脱氨由谷氨酸脱氢酶催化，与 CPS-Ⅱ 无关。

〔27-通关-填6〕嘧啶核苷酸从头合成的第一个核苷酸是＿＿，嘌呤核苷酸从头合成的第一个核苷酸是＿＿。——答：乳清苷酸，次黄嘌呤核苷酸

〔27-入门2-填1〕嘧啶核苷酸从头合成的原料包括＿＿。——答：天冬氨酸、谷氨酰胺、CO₂、5-磷酸核糖

〔27-真题-小9〕嘧啶从头合成的组成原料是（＿＿），（＿＿），（＿＿）和（＿＿）。——答：谷氨酰胺，CO₂，天冬氨酸，PRPP

〔27-入门2-填3〕乳清酸在 PRPP 参与下，经嘧啶磷酸核糖转移酶催化生成 ＿＿。——答：乳清酸核苷酸（OMP）

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27.5嘌呤与嘧啶从头合成的对比

这张表直接对应两道大题（「比较嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的区别」「有何不同特点」），答题时按行写即可：

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27.6补救合成：把现成的碱基和核苷捡回来

补救合成——利用体内游离的碱基或核苷，经简单反应合成核苷酸。它有两种方式：

1. 碱基 ＋ PRPP → 核苷酸，由磷酸核糖转移酶催化：
2. 腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）：腺嘌呤 → AMP。
3. 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）：次黄嘌呤 → IMP，鸟嘌呤 → GMP；它也能把 6-巯基嘌呤转成相应的核苷酸。
4. 嘧啶磷酸核糖转移酶：尿嘧啶、胸腺嘧啶、乳清酸 ＋ PRPP → 相应嘧啶核苷酸（乳清酸 → OMP）。胞嘧啶不能直接这样补救。
5. 核苷 ＋ ATP → 核苷酸，由核苷激酶催化：如腺苷激酶把腺苷变成 AMP，尿苷激酶把尿苷、胞苷变成 UMP、CMP。

HGPRT 催化的是嘌呤核苷酸的补救合成，它不参与从头合成，也不能把 IMP 变成 GMP。

嘧啶核苷酸的补救合成——机体利用体内分解产生的嘧啶碱、嘧啶核苷，在嘧啶磷酸核糖转移酶、核苷激酶等酶的催化下，与 PRPP 提供的磷酸核糖直接反应，重新生成嘧啶核苷酸。这条途径节省原料与能量，是脑、红细胞等组织合成嘧啶核苷酸的主要方式。

为什么有了从头合成还要补救合成

1. 节省能量和氨基酸：从头合成一个 IMP 就要消耗 7 个高能磷酸键，还要用掉多个氨基酸；补救合成只要一步或两步。
2. 有些组织缺乏从头合成途径：人的白细胞和血小板、脑、骨髓、脾等只能（或主要）靠补救合成。所以嘌呤核苷酸补救合成的主要器官是脑和骨髓，而从头合成的主要器官是肝、小肠黏膜、胸腺。
3. 两条途径相互协调，共同维持细胞内核苷酸的平衡。

本节题目

〔27-入门1-填4〕嘌呤核苷酸补救合成是利用体内游离的＿＿或嘌呤核苷经过简单反应合成嘌呤核苷酸。——答：嘌呤碱

〔27-入门2-填2〕嘧啶核苷酸补救合成中，嘧啶磷酸核糖转移酶可催化尿嘧啶、胸腺嘧啶、乳清酸与＿＿反应生成相应核苷酸。——答：PRPP

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27.7脱氧核苷酸和 dTMP

核糖核苷酸还原成脱氧核糖核苷酸

DNA 要用的是脱氧核苷酸。它们不是另起炉灶合成的，而是由核糖核苷酸还原而来：把核糖 C2′ 上的羟基脱掉氧，就是脱氧核糖。

• 催化的酶是核糖核苷酸还原酶。
• 还原发生在核苷二磷酸（NDP）水平：ADP、GDP、CDP、UDP → dADP、dGDP、dCDP、dUDP。
• 这就是「核糖核酸（核苷酸）转变为脱氧核糖核酸（核苷酸）用什么酶」的答案：核糖核苷酸还原酶。

dTMP：由 dUMP 甲基化而来

胸腺嘧啶只在 DNA 里有，它的核苷酸dTMP（脱氧胸苷酸）走的是另一条路：不是还原 TDP，而是把 dUMP 的 C5 甲基化。

• 直接前体是 dUMP，催化的酶是胸苷酸合酶（TMP 合成酶），甲基供体（辅酶）是N⁵,N¹⁰-亚甲基四氢叶酸。
• dUMP 本身有两个来源：dUDP 去磷酸，或 dCMP 脱氨。
• 甲基由四氢叶酸携带的一碳单位提供。所以「在下列物质合成过程中，需要四氢叶酸的是」选脱氧胸苷酸。

胸苷酸合酶的反应很特别：它在交出一碳单位的同时，还把四氢叶酸氧化成了二氢叶酸（FH₂）。FH₂ 必须由二氢叶酸还原酶（DHFR，用 NADPH）还原回 FH₄，FH₄ 再从丝氨酸接过一碳单位（丝氨酸转羟甲基酶，Ser → Gly），重新变成 N⁵,N¹⁰-亚甲基 FH₄。这就是一个循环：

从这个循环直接推出：凡能抑制二氢叶酸还原酶的化合物（氨甲蝶呤、氨基蝶呤），都能抑制 dTMP 的合成——FH₂ 还原不回 FH₄，一碳单位就断了供应。

本节题目

〔27-通关-判9〕体内脱氧核苷酸生成的主要方式是在核苷二磷酸的水平上还原产生的，但 dTMP 的生成主要是由 dUMP 甲基化而来的。——对。四种 NDP 由核糖核苷酸还原酶还原成 dNDP；dTMP 则由 dUMP 的 C5 甲基化而来，胸苷酸合酶催化。

〔27-通关-判3〕能抑制二氢叶酸还原酶的化合物可抑制 dTMP 的合成。——对。氨甲蝶呤、氨蝶呤抑制二氢叶酸还原酶，FH₂ 还原不回 FH₄，dUMP 甲基化缺了一碳单位，dTMP 就合成不了。

〔27-真题-小4〕核糖核酸转变为脱氧核糖核酸用什么酶（＿＿）。——答：核糖核苷酸还原酶

〔27-通关-填11〕dTMP 合成的直接前体是＿＿，催化的酶是＿＿，参与该反应的辅酶是＿＿。——答：dUMP，胸苷酸合酶，N⁵,N¹⁰-亚甲基 FH₄

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27.8抗代谢物：假原料卡住真反应

核苷酸抗代谢物——能够抑制或干扰核酸合成的化合物。它们通常与天然的嘌呤、嘧啶、氨基酸或叶酸结构相似，因此能与细胞内的有关酶结合，以竞争性抑制（或「以假乱真」掺入）的方式干扰或阻断核苷酸、核酸的合成。肿瘤细胞核酸合成旺盛，所以这类物质多用作抗肿瘤药物。例如 6-巯基嘌呤、硫鸟嘌呤、8-氮鸟嘌呤、5-氟尿嘧啶、氮尿嘧啶等。按「模拟谁」分成三类记：

记法：「嘌呤类药」6-MP、「谷氨酰胺类」氮杂丝氨酸、「叶酸类」MTX——这三种都抑制嘌呤从头合成；5-FU 和阿糖胞苷打的是嘧啶这一侧。所以多选题「抑制嘌呤核苷酸从头合成途径的抗肿瘤药物」选氨甲蝶呤、6-巯基嘌呤、杂氮丝氨酸，不选阿糖胞苷。

氨甲蝶呤的机制按填空题的顺序说就是：抑制二氢叶酸还原酶的活性 → 抑制四氢叶酸的生成 → 干扰一碳单位的代谢。它既算嘌呤的抗代谢物（断了 C2、C8 的甲酰基），也间接抑制嘧啶核苷酸的合成（断了 dTMP 的甲基）。

并不是所有抗代谢物都直接抑制关键酶：5-FU、6-MP 都要先在体内转变成核苷酸形式才起作用。

本节题目

〔27-入门2-填4〕氨甲蝶呤可影响＿＿的生成，间接抑制嘧啶核苷酸的从头合成。——答：四氢叶酸（FH₄）

〔27-通关-填9〕叶酸的结构类似物＿＿及＿＿可抑制二氢叶酸还原酶活性。——答：氨基蝶呤，氨甲蝶呤

〔27-通关-填10〕氨甲蝶呤作为一种嘌呤核苷酸的抗代谢物，其机制是通过抑制＿＿的活性，从而抑制了＿＿的生成，干扰了＿＿的代谢。——答：二氢叶酸还原酶，四氢叶酸，一碳单位

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27.9核苷酸的分解与痛风

分解的顺序

核苷酸分解先后拆掉三样东西：核苷酸 → 核苷 → 碱基 → 进一步分解。

1. 核苷酸在核苷酸酶作用下水解，脱去磷酸生成核苷——这是第一步，嘧啶核苷酸也一样。
2. 核苷在核苷磷酸化酶作用下，脱去核糖（生成 1-磷酸核糖），剩下碱基。
3. 碱基再分解。

嘌呤：分解到尿酸

• AMP：经脱氨、去磷酸、去核糖，变成次黄嘌呤；次黄嘌呤由黄嘌呤氧化酶氧化成黄嘌呤。
• GMP：去磷酸、去核糖得到鸟嘌呤，鸟嘌呤由鸟嘌呤酶（鸟嘌呤脱氨酶）脱氨成黄嘌呤。
• 两路在黄嘌呤汇合，黄嘌呤再由黄嘌呤氧化酶氧化成尿酸。

人和猿类（灵长类）缺乏尿酸氧化酶，尿酸就是嘌呤分解的终产物，经肾排出。其他大多数哺乳动物有尿酸氧化酶，把尿酸进一步氧化成溶解度更大的尿囊素再排出，所以它们的终产物是尿囊素。

嘧啶：分解成 β-氨基酸

胞嘧啶脱氨变成尿嘧啶。尿嘧啶、胸腺嘧啶先还原，再开环分解，最终生成 NH₃、CO₂ 和β-氨基酸（尿嘧啶 → β-丙氨酸，胸腺嘧啶 → β-氨基异丁酸）。产物都易溶于水，不会像尿酸那样沉积。

胞嘧啶的脱氨一般按碱基水平讲；在人和某些动物体内，脱氨也可能发生在核苷或核苷酸水平上，所以不能说它「发生在核苷酸水平上」。

痛风

痛风——一种代谢性疾病，也叫高尿酸血症：血中尿酸水平过高，尿酸盐结晶沉积在关节和软组织中（形成痛风石），引起剧烈疼痛、红肿和炎症，尤以大脚趾关节多见；长期高尿酸还可能导致肾结石和肾功能损害。尿酸主要来自嘌呤核苷酸的分解，主要经肾排泄；生成过多或排泄不足，血尿酸就会升高。

诱发原因三条：进食高嘌呤膳食、体内核酸大量分解、肾脏疾病使尿酸排泄障碍。

别嘌呤醇为什么能治痛风

1. 结构像次黄嘌呤：别嘌呤醇和次黄嘌呤结构很相似，对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用（竞争性抑制），尿酸生成减少。
2. 自杀性底物：黄嘌呤氧化酶活性中心有钼。别嘌呤醇被黄嘌呤氧化酶氧化成别黄嘌呤，后者与活性中心的Mo(Ⅳ)牢固结合，使它不能再被氧化成 Mo(Ⅵ)，酶就失活了。这种「底物类似物经酶作用后反而成了酶的灭活物」叫自杀性底物（自杀性抑制剂）。
3. 结果：患者排出的是次黄嘌呤和黄嘌呤，代替了尿酸。二者比尿酸更易溶，而且次黄嘌呤还能被 HGPRT 补救回 IMP，症状因此减轻。

本节题目

〔27-通关-判1〕哺乳动物体内，胞嘧啶的水解脱氨生成尿嘧啶的反应发生在核苷酸水平上。——错。胞嘧啶脱氨一般按碱基水平讲；在人和某些动物体内也可能在核苷或核苷酸水平进行，不能说成只发生在核苷酸水平上。

〔27-入门1-填7〕除人和猿类外，其他哺乳动物嘌呤核苷酸分解代谢的终产物是 ＿＿。——答：尿囊素

〔27-入门1-填5〕嘌呤核苷酸分解代谢过程中，AMP 和 GMP 最终都会转化为＿＿，再经黄嘌呤氧化酶作用生成尿酸。——答：黄嘌呤

〔27-入门1-填6〕痛风症的诱发原因：＿＿。——答：进食高嘌呤膳食、体内核酸大量分解以及肾脏疾病尿酸排泄障碍

〔27-通关-填2〕人类对嘌呤代谢的终产物是＿＿。痛风是因为体内＿＿产生过多造成的，使用＿＿作为黄嘌呤氧化酶的自杀性底物可以治疗痛风。——答：尿酸，尿酸，别嘌呤醇

〔27-真题-小8〕导致痛风是由于（＿＿）过多，（＿＿）作为黄素嘌呤的自杀性抑制剂。——答：尿酸，别嘌呤醇

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题号索引

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