生物化学：第八章 含氮化合物代谢.ppt

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1、 第八章 含氮化合物代谢 周口师范学院生命科学系 (2008. 11) 一、 核酸的酶促降解 二、核苷酸的分解代谢 三、核苷酸的合成代谢 第一节 核苷酸的代谢 核酸 核酸酶 单核苷酸 磷酸单脂酶 核苷 + 磷酸 嘧啶（嘌呤） 核糖（脱氧核糖） 核苷酶 核苷磷酸化酶 嘧啶（嘌呤 ） 核糖-1-磷酸 脱氧核糖-1-磷酸 核糖-5-磷酸 磷酸戊糖途径 醛缩酶 乙醛 甘油醛-3-磷酸 一、核酸的酶促降 解 核酸酶 核酸酶的分类核酸酶的分类 （1 1）根据对底物的根据对底物的 专一性分为专一性分为 （2 2）根据切割位点分为）根据切割位点分为 核糖核酸酶核糖核酸酶( (RNaseRNase) ) 脱氧核

2、糖核酸酶脱氧核糖核酸酶( (DNaseDNase) ) 非特异性核酸酶非特异性核酸酶 核酸内切酶核酸内切酶 核酸外切酶核酸外切酶 A.核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3端或5端 ），逐个水解下核苷酸。 脱氧核糖核酸外切酶：只作用DNA 核糖核酸外切酶:只作用于RNA B.核酸内切酶:从核酸分子内部切断3，5-磷酸二 酯键。 C.限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并 水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割DNA, 常作为工具酶。 核酸酶 外切核酸酶对核酸的水解位点 5 p p p p OH B p p p p 3 BBBBBBB 牛脾磷酸二酯酶 （ 5端外切得3 -核 苷酸） 蛇

3、毒磷酸二酯酶 （ 3端外切得5-核 苷酸） 限制性内切酶 原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源DNADNA双螺双螺 旋中旋中4-84-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋个碱基对所组成的特异的具有二重旋 转对称性的转对称性的回文序列回文序列，并在此序列的某位点水，并在此序列的某位点水 解解DNADNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这 类酶称为限制性内切酶（类酶称为限制性内切酶（ristrictionristriction endonucleaseendonuclease）。）。 常用的DNA限制性内切酶的专一性 酶辨认的序列和切口说明

4、A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C T G C C C G G G G G G C C C Bam H I Alu I Bgl I Eco R I Hind Sal I Sma I 四核苷酸，平端切口 六核苷酸，平端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 限制性内切酶的命名和意义 Eco R IEco R

5、 I 序号序号属名属名种名种名株名株名 例：例：Eco R IEco R I，这是从大肠杆菌（这是从大肠杆菌（EcoliEcoli）R R菌珠中分离出的一种限制性内切酶菌珠中分离出的一种限制性内切酶 限制性内切酶是分析染色体结构、制作限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNADNA限限 制图谱、进行制图谱、进行DNADNA序列测定和基因分离、基因体外序列测定和基因分离、基因体外 重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀 ，用来解剖纤细的，用来解剖纤细的DNADNA分子。分子。 二、核苷酸的降解 嘌呤的降解 嘧啶的降解 核苷酸 核苷 核苷酸酶 PiH

6、2O 嘧啶或嘌呤碱 1-磷酸核糖 核苷磷酸化酶 Pi 腺嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤 黄嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素 + 乙醛酸 H2O 2H2O 4NH3 + 2CO2 （植物 ） 腺嘌呤脱氨酶 鸟嘌呤脱氨酶 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤 氧化酶 尿酸氧化酶 尿囊 素酶 尿囊酸酶 脲酶 嘌呤的降解 这是一个氧化降解过程，不同生物降解的产物不同。 嘌呤代谢产谢产 物排泄动动物 尿酸人类类、灵长类动长类动 物、鸟类鸟类 、昆虫 尿囊素除灵长类长类 外其它哺乳类动类动 物 尿囊酸某些硬骨

7、鱼类鱼类 尿素、乙醛醛酸大多数鱼类鱼类 、两栖类动类动 物 氨、二氧化碳甲壳类动类动 物、软软体动动物 l嘧啶碱的降解过程主要在肝细胞中进行。 l不同的嘧啶碱其分解代谢途径和产物不同。 嘧啶的降解 l 这是一个还原降解过程。 胞嘧啶和尿嘧啶的降解 二氢嘧啶酶 H2O -脲基丙酸 胞嘧啶脱氨酶 H2O NH3 胞嘧啶尿嘧啶 二氢尿嘧啶脱氢酶 NADPH+H+ NADP+ 二氢 尿嘧啶 -脲基丙酸酶 NH3 + CO2 H2O -丙氨酸 丙二酸单酰CoA乙酰CoATAC 尿素 胸腺嘧啶的降解 二氢嘧啶酶 H2O -脲基异丁酸胸腺嘧啶 二氢胸腺嘧 啶脱氢酶 NADPH+H+ NADP+ 二氢胸 腺嘧

8、啶 -脲基异丁酸酶 NH3 + CO2 H2O -氨基异丁酸 尿素 甲基丙二酸 单酰CoA 琥珀酰CoA TAC 糖异生 三 核苷酸的合成代谢 A 核苷酸的生物合成 C 核苷酸合成的调节及意义 B 各种核苷酸的相互转变 A 核苷酸的生物合成 1、嘌呤核苷酸的生物合成 (1) 从头合成途径 (2) 补救途径 2、嘧啶核苷酸的生物合成 (1) 从头合成途径 (2) 补救合成途径 l通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基 酸，一碳单位及CO2等，逐步合成核苷酸的过程称 为从头合成途径(de novo synthesis)。 l这一途径主要见于肝，其次为小肠和胸腺。 所有 合成反应在胞液中进行

9、。 从头合成途径 补救合成途径 l又称再利用合成途径(salvage pathway)。指利用分 解代谢产生的自由嘌呤碱合成核苷酸的过程。 l这一途径可在大多数组织细胞中进行。 四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体 特点： 先形成IMP(次黄嘌呤核苷酸)，然后在单磷酸的 水平上转变成AMP、GMP。 IMP合成从5-P-核糖开始的，在ATP参与下先形 成PRPP(5 -磷酸核糖焦磷酸) 嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的。由 Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2 提供N和C ，合成时先形 成右环，再形成左环。 (1.1) 嘌呤核苷酸的从头合成 嘌呤环上各原子的来源 来自谷氨酰胺的酰

10、胺氮 来自“甲酸盐” 来自天冬氨酸 来自甘氨酸 来自CO2 来自“甲酸盐” 次黄苷酸（IMP）的合成： l首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗ATP，由5- 磷酸核糖合成PRPP(1-焦磷酸-5-磷酸核糖)。 lPRPP再经过大约10步反应，合成第一个嘌呤核苷酸 次黄苷酸（IMP）。 R-5-P （5-磷酸核糖） ATPAMP PRPP合成酶 PRPP （5-磷酸核糖-1-焦磷酸） 在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单 位、二氧化碳及天冬氨酸的参 与下，逐步合成 IMP IMP的 合成过 程 腺苷酸（AMP）与鸟苷酸（GMP）的合成 H2O + NAD+ XMP IMP脱氢酶 NADH + H+ A

11、sp + GTP IMP AMP-S 腺苷酸代琥 珀酸合成酶 GDP + Pi Gln + ATP GMP 鸟苷酸合成酶 Glu + AMP + PPi AMP 腺苷酸代琥 珀酸裂解酶 延胡索酸 lIMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸 代琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生腺苷酸（AMP）。 lIMP也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸 (XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸 （GMP）。 核糖核苷酸的还原-脱氧核苷酸合成 硫氧还蛋白 硫氧还蛋白还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核酸还原酶系 核糖核苷酸还原酶 N

12、ADP+NADPH+H+ 硫氧还蛋白 还原酶 FAD ATP 、Mg2+ 硫氧还蛋白 （还原型） SH SH 硫氧还蛋白 （氧化型） S S O P-P-CH2 N OHOH 核糖核苷二磷酸 O P-P-CH2 N OHH + H2O 脱氧核糖核苷二磷酸 三磷酸嘌呤核苷的合成 AMP/GMPADP/GDP 核苷单磷酸激酶 ATP ADP ATP/GTP 核苷二磷酸激酶 ATP ADP dATP/dGTP 核苷二磷酸激酶 ATP ADP dADP/dGDP NADPH+H+ NADP+H2O 核糖核苷酸还原酶 合成RNA 合成DNA 磷酸核糖转移酶 嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi 嘌呤+1-

13、P-核糖 嘌呤核苷 A(G)MP ATP ADP （1.2） 嘌呤核苷酸的补救合成过程 2.1 嘧啶核苷酸从头合成途径 c、UMP转变为CTP a、嘧啶环上原子的来源 b、UMP的从头合成 其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨甲酰磷酸与天冬 氨酸形成嘧啶环，再与核糖磷酸（PRPP）结合形成 UMP，其 关键的中间产物是乳清酸。胞苷酸则由尿苷酸在三磷酸的水 平上转变而来。 d、脱氧嘧啶核苷酸的合成 嘧啶环上各原子的来源 天冬氨酸 CO2 NH3 N N C C CC 6 5 4 3 2 1 H2N-CO-P 氨甲酰磷酸 嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。 l在氨基甲酰磷酸合成酶的

14、催化下，以Gln，CO2，ATP为原料合 氨基甲酰磷酸。 尿苷酸UMP从头合成途径 Gln + CO2 氨基甲酰磷酸 + Glu 氨基甲酰磷酸合成酶 2ATP2ADP + Pi l氨基甲酰磷酸在天冬氨酸转氨甲酰酶的催化下，转移一分子天冬氨酸 ，从而合成氨甲酰天冬氨酸，然后再经脱氢、脱羧、环化等反应，合 成第一个嘧啶核苷酸，即UMP。 UMP的 合成过 程 胞苷酸的合成 CTP Gln+ATPGlu+ADP+Pi CTP合成酶 UMPUDP ATP ADP 核苷单磷 酸激酶 UTP ATPADP 核苷二磷 酸激酶 合成RNA 脱氧嘧啶核苷酸的合成 磷酸酶 CTPCDP H2O Pi 核糖核苷酸还

15、原酶 dCDP NADPH+H+ NADP+H2O N5,N10-CH2-FH4 FH2 dTMP 胸苷酸合酶 dUMP H2O NH3 脱氨酶 dCMP H2O Pi 磷酸酶 核苷二磷酸激酶 dCTP ATP ADP UDPdUDP 磷酸酶 核糖核苷 酸还原酶 核苷单磷酸激酶 dTDP dTTP 核苷二磷 酸激酶 合成DNA 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧啶核苷酸合成酶 NADPH+H+SerNADP+Gly N5、N10CH2 FH4 FH2 二氢叶酸 还原酶 Ser羟甲基 转移酶 ON HN O dR-P CH3 ON HN O dR-P （2.2）嘧啶核苷酸补救合成途径 尿嘧啶+PR

16、PP 尿嘧啶+1-P-核糖 尿嘧啶核苷+ATP UMP+PPi 尿嘧啶核苷+Pi UMP+ADP 核 苷 酸 的 合 成 及 相 互 关 系 1.嘌呤核苷酸从头合成的调节 核苷酸合成的调节及意义 2.抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制 3.嘧啶核苷酸从头合成的调节 4.抗代谢药物对嘧啶核苷酸合成的抑制 1.嘌呤核苷酸从头合成的调 节 + + _ _ _ _ _ IMP 腺苷酸代 琥珀酸 XMP AMPADPATP GMPGDPGTP ATP _ _ + + GTP R-5-P ATP PRPP合成酶 PRPPPRAIMP 腺苷酸代 琥珀酸 AMP ADPATP XMPGMPGDP GTP 酰胺转

17、移酶 l能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代 谢药物，通常是属于嘌呤、氨基酸或 叶酸的类似物，主要通过对代谢酶的 竞争性抑制作用，来干扰或抑制嘌呤 核苷酸的合成，因而具有抗肿瘤治疗 作用。 2.抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制 嘌呤类似物 临床上应用较多的嘌呤类似物包括6-巯基嘌呤（6-mercaptopurine， 6-MP）、6-巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤等。 6-MP的化学结构与次黄嘌呤类似，因而可以抑制IMP转变为AMP或 GMP，从而干扰嘌呤核苷酸的合成。 次黄嘌呤 (hypoxanthine, H ) 6-巯基嘌呤 (6-mercaptopurine, 6-MP) 氨基酸类似物 l临床

18、上应用较多的氨基酸类似物包括氮杂丝氨酸（azaserine）和6-重氮-5- 氧正亮氨酸（diazonorleucine）。 l这些氨基酸类似物的分子结构与谷氨酰胺类似，因而可干扰谷氨酰胺在嘌 呤核苷酸合成中的作用，抑制嘌呤核苷酸的合成。 叶酸类似物 l临床上应用较多的叶酸类似物包括氨蝶呤（aminopterin）及甲氨蝶呤（ methotrexate，MTX），这些叶酸类似物能竞争性抑制二氢叶酸还原酶， 减少体内四氢叶酸的生成，使嘌呤核苷酸合成过程中所需一碳单位的供应 受阻而抑制其合成。 甲酰甘氨酰 胺核苷酸 （FGAR） PRPP 谷氨酰胺 （Gln） = PRA 甘氨酰胺 核苷酸 （GA

19、R） = = 甲酰甘氨 脒核苷酸 （FGAM） 5-氨基异咪唑- 4-甲酰胺核苷酸 （AICAR） = 5-甲酰胺基咪唑- 4-甲酰胺核苷酸 （FAICAR） IMP 次黄嘌呤 （H） PRPPPPi = AMP = PRPP PPi = 腺嘌呤（A） GMP = = PRPPPPi 鸟嘌呤(G) 6-MP 6-MP 6-MP 6-MP 6-MP 6-MP 氮杂丝氨酸 氮杂丝氨酸 氮杂丝氨酸 MTX MTX 作用环节 - - ATP + CO2+ 谷氨酰胺 氨基甲酰磷酸 UMP 氨基甲酸天冬氨酸 UTPCTP 天冬氨酸 - 嘌呤核苷酸 ATP + 5-磷酸核糖 嘧啶核苷酸 PRPP - 3.嘧

20、啶核苷酸从头合成的调节 4.抗代谢药物对嘧啶核苷酸合成的抑制 l能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物 也是一些嘧啶类似物、氨基酸类似物、 叶酸类似物及核苷类似物，通过对酶的 竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的 合成。 嘧啶类似物： 主要的抗代谢嘧啶类似物是5-氟尿嘧啶（ 5-FU）。5-FU在体内可转变为F-dUMP ，其结构与dUMP相似，可竞争性抑制胸 苷酸合酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成 。 胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU) 氨基酸类似物： 氮杂丝氨酸类似谷氨酰胺，可抑制CTP 的合成。 叶酸类似物： 氨甲蝶呤干扰叶酸代谢，使dUMP不能 被甲基化生成dTMP。 核苷类似物： 阿糖胞

21、苷和环胞苷属于核苷类似物，能 抑制CDP还原成dCDP。 嘧啶核苷酸类似物的作用环节 UMPUTPCTPCDPdCDP UDPdUDPdUMPdTMP 氮杂丝氨酸阿糖胞苷 氨甲蝶呤 5-FU 第二节 氨基酸代谢 Metabolism of Amino Acids 氨基酸（amino acids)是蛋白质 (protein)的基本组成单位。 氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。 本章主要讨论氨基酸的分解代谢。 一 蛋白质的营养作用 Nutritional Function of Protein 1）蛋白质营养的重要性 是构成组织细胞的重要成分。 参与组织细胞的更新和修补。 参与物质代谢及生理功能的

22、调控。 氧化供能，可占所需能量的18%。 其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、 识别等均与蛋白质有关。 2）蛋白质的需要量和营养价值 人体每日须须分解一定量的组织组织 蛋白质质，并 以含氮终产终产 物的形式排出体外。同时时，须须 从食物中摄摄取一定量的蛋白质质，以维维持正 常生理活动动之需。 由于食物中的含氮物主要是蛋白质质，故可 用氮的摄摄入量来代表蛋白质质的摄摄入量。 氮平衡： 体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡 中，故每日氮的摄入量与排出量也维持 着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平 衡(nitrogen balance)。 氮总平衡：每日摄 入氮量与排出氮量大 致相等，表示体内蛋 白质的

23、合成量与分解 量大致相等，称为氮 总平衡。此种情况见 于正常成人。 氮平衡的类型： 氮正平衡： 每日摄入氮量大于排 出氮量，表明体内 蛋白质的合成量大 于分解量，称为氮 正平衡。此种情况 见于儿童、孕妇、 病后恢复期。 氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量， 表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称 为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患 者（结核、肿瘤），饥饿者。 根据计算，正常成人每日最低分解约 20g蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋 白质组成的差异，故每日食物蛋白质的 最低需要量为30 50g。 为了长期保持氮总平衡，正常成人每日 蛋白质的生理需要量应为80g。 2）生理需要量： 体内不能合成，必

24、须由食物蛋白质供给的氨 基酸称为营养必需氨基酸(essential amino acid)。 体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基 酸就称为非必需氨基酸(non-essential amino acid)。 3）必需氨基酸： 必需氨基酸共有八种：赖氨酸（Lys）、色 氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸 （Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu ）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。 由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合 成，半胱氨酸需以蛋氨酸为原料来合成，故 这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。 决定食物蛋白质营养价值高低的因素有 ： 必需氨基酸的含量； 必需氨基酸的种类； 必

25、需氨基酸的比例（即具有与人体需求 相符的氨基酸组成）。 4）蛋白质的营养价值及互补作用： 将几种营养价值较低的食物蛋白质混 合后食用，以提高其营养价值的作用 称为食物蛋白质的互补作用。 例如，谷类蛋白质含Lys较少、Trp较 多，豆类蛋白质含Trp较少而Lys较多 ，二者混合后食用，即可提高营养价 值。 二 蛋白质的消化、吸收与腐败 2 Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins 1 蛋白质的消化 胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽 及少量氨基酸。 胃蛋白酶原胃蛋白酶 + 多肽碎片 胃酸、胃蛋白酶 (pepsinogen) (pepsi

26、n) 1）胃中的消化： 2）小肠中的消化： 有两种类型的消化酶： 肽链外切酶(exopeptidase)：如羧肽酶A、羧肽 酶B、氨基肽酶、二肽酶等； 肽链内切酶(endopeptidase)：如胰蛋白酶、糜 蛋白酶、弹性蛋白酶等。 产生的寡肽再经寡肽酶(oligopeptidase) ，如氨基肽酶及二肽酶等的作用，水解为氨 基酸。 95%的食物蛋白质在肠中完全水解为氨基酸 。 2 氨基酸的吸收 1）氨基酸吸收载体： 主要在小肠进行，是一种主动转运过 程，需由特殊的氨基酸载体携带。转 运氨基酸进入细胞时，同时转运入 Na+。 载 体类型 中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸

27、与甘氨酸载体 2）-谷氨酰基循环： 由-谷氨酰基转移酶催化，利用GSH，合 成-谷氨酰氨基酸进行转运。消耗的GSH 可重新再合成。 -谷氨酰基循环 半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly) 半胱氨酸甘氨酸 肽酶 -谷氨 酸环化 转移酶 氨基酸 5-氧脯氨酸 谷氨酸 5-氧脯 氨酸酶 ATP ADP+Pi -谷氨酰半胱氨酸 -谷氨酰 半胱氨酸 合成酶 ADP+Pi ATP 谷胱甘肽 合成酶 ATP ADP+Pi 谷胱甘肽 GSH 细胞外 -谷 氨酰 基转 移酶 细胞膜 细胞内 氨基酸 COOH CHNH2 CH2 CH2 C O NHCH COOH R -谷氨酰 氨基酸 3）肽的吸收 利用肠粘膜细胞上

28、的二肽或三肽的转运体 系进行吸收，也是一种耗能的主动吸收过 程。 3 蛋白质的腐败作用 腐败分解作用（putrefaction）主要在 大肠中进行，是细菌对蛋白质及其消化产 物的分解作用。 腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱 羧、脱氨、脱巯基等反应。可产生有毒物 质，如胺类（腐胺、尸胺、酪胺），酚类 ，吲哚类，氨及硫化氢等。 这些有毒物质被吸收后，由肝进行解毒。 第三节 氨基酸的一般代谢 3 General Metabolism of Amino Acids 体内蛋白质处于不断降解与合成的动态 平衡中。 成人每天约有1%2%的体内蛋白质 被降解。 1 体内蛋白质的转换更新 1）体内蛋白质的降

29、解： 真核细胞中存在两条不同的降解途径： 不依赖ATP的降解途径： 在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质 、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。 依赖ATP和泛素的降解途径 ： 在胞液中进行，主要降解异 常蛋白质和短寿命的蛋白质 。需ATP和泛素参与 泛素(ubiquitin)是一种小 分子蛋白质，普遍存在于真 核细胞中。 蛋白质的泛素化(ubiquitination)： 泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从 而使后者活化。 泛素介导的蛋白质降解过程 蛋白质的泛素化过程： E1：泛素活化酶E2：泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶 蛋白酶体的降解： 泛素化的蛋白质与多 种蛋白质构成蛋白酶 体(protea

30、some)， 使蛋白质降解。 2）氨基酸代谢库： 食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基 酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内 源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参 与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolic pool)。 氨基酸代谢库的来源与去路 氨基酸代谢库 食物蛋白质消化吸收 组织蛋白质分解 非必需氨基酸合成 合成蛋白质和多肽 脱氨基作用 脱羧基作用 转变为其他含氮物 氨基酸的分解代谢概况 特殊分解代谢 特殊侧链的分解代谢 一般分解代谢 脱羧基作用 脱氨基作用 CO2 胺 NH3 -酮酸 2 氨基酸的脱氨基作用 氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨 基，联合脱氨基和非氧化脱氨基

31、。 在这三种脱氨基作用中，以联合脱氨基作用最 为重要；而非氧化脱氨基作用则主要见于微生 物中。 1）转氨基作用： 转氨基作用由转氨酶(transaminase) 催化，将-氨基酸的氨基转移到-酮酸 酮基的位置上，生成相应的-氨基酸， 而原来的-氨基酸则转变为相应的-酮 酸。 R-CH-COOH R”-C-COOH NH2 O R-C-COOH R”-CH-COOH O NH2 转氨酶 转氨基作用(transamination)可以 在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。 除Lys，Pro外，均可参加转氨基作用 。 各种转氨酶(transaminase)均以磷 酸吡哆醛(胺)为辅酶。 转氨酶的辅酶及

32、其作用机制 分子重排 -H2O +H2O -H2O +H2O 丙氨酸氨基转移酶（alanine transaminase, ALT），又称为谷丙 转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与-酮戊 二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。 该酶在肝中活性较高，在肝的疾病时，可 引起血清中ALT活性明显升高。 重要的转氨酶 丙氨酸 + -酮戊二酸 ALT 丙酮酸 + 谷氨酸 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase, AST），又称为谷草 转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与-酮 戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应 。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患 时，血清中AST活性明显升高。 天冬氨

33、酸 + - -酮戊二酸草酰乙酸 + 谷氨酸 AST 2）氧化脱氨基作用： 氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两 步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不 需酶的催化。 R-CH-COOH NH2 2H R-C-COOH + NH3 O H2O R-C-COOH NH 酶 催化氧化脱氨基的酶 ： L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)是一种需氧脱氢酶，以FAD或 FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生 成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官 中分布局限，因此作用不大。 L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydrogenase)是一种不需氧脱氢酶 ，以NAD+或NAD

34、P+为辅酶，生成的 NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化 磷酸化。该酶活性高，分布广泛，因而作用 较大；该酶属于变构酶，其活性受ATP， GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。 3）联合脱氨基作用： 转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行 ，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为-酮 酸(-ketoacid)的过程，称为联合脱 氨基作用。 联合脱氨基作用可在肝、肾等大多数组 织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的 方式。 转氨酶 氨基酸 -酮酸 L-谷氨酸脱氢酶 NH3 + NADH + H+ H2O + NAD+ -酮戊二酸 谷氨酸 联合脱氨基作用 4）嘌呤核苷酸循环： 嘌呤核苷酸循环（purine nu

35、cleotide cycle, PNC）是存在于骨骼肌和心肌中的 一种特殊的联合脱氨基作用方式。 在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活 性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)的活性较高，故采用此方式 进行脱氨基。 腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)可催化AMP脱氨基，此反 应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷 酸循环(PNC)的脱氨基作用。 IMP 腺苷酸代 琥珀酸 氨基酸 -酮酸 NH3 H2O -酮戊二酸 谷氨酸 天冬氨酸 草酰乙酸 AMP 延胡索酸 苹果酸 嘌呤核苷酸循环 3. -酮酸的代谢 1）再氨基化为氨基酸。 2）转变为糖或脂： 生糖

36、氨基酸。 生酮氨基酸：Leu，Lys。 生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr，Ile ，Thr，Trp。 3）氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化 分解供能。 第四节 氨的代谢 4 Metabolism of Ammonia 氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能 紊乱，与肝性脑病的发病有关。 正常人血液中氨的浓度很低，一般不超 过0.60mol/L。 体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在 肝合成尿素而解毒。 血氨血氨 1 血氨的来源与去路 肠道吸收 氨基酸脱氨 酰胺水解 其他含氮物分解 合成尿素 合成氨基酸 合成酰胺 合成其他含氮物 直接排出 2 氨在血中的转运 肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸

37、，后者经血液循环转运至肝再脱氨基，生成的 丙酮酸异生为葡萄糖后再经血液循环转运至肌 肉重新分解产生丙酮酸，通过这一循环反应过 程即可将肌肉中氨基酸的氨基转移到肝进行处 理。这一循环反应过程就称为丙氨酸-葡萄糖 循环(alanine-glucose cycle)。 1）丙氨酸-葡萄糖循环： 肝 liver 血液 blood 骨骼肌 muscle GGG pyruvate NH3 analine analine pyruvate NH3 analine 丙氨酸-葡萄糖循环 2）谷氨酰胺的运氨作用 ： 肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌，在谷氨酰胺 合成酶（glutamine synthetase)的催化

38、下 ，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经 血液循环带到肝，再由谷氨酰胺酶将其分解， 产生的氨即可用于合成尿素。 因此，谷氨酰胺(glutamine)对氨具有运输、 贮存和解毒作用。 ATP +ATP + NHNH 3 3 ADP + PiADP + Pi glutamine synthetase glutamicglutamic acid acidglutamineglutamine glutaminase NHNH 3 3 H H2 2 OO 肝外组织细胞 肝细胞 血液 谷氨酰胺的运氨作用 3. 尿素的生成 体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的 尿素(urea)。 合成尿素的主要器官是肝

39、，但在肾及脑中 也可少量合成。 尿素合成是经称为鸟氨酸循环 (ornithine cycle)的反应过程来完成 的。催化这些反应的酶存在于胞液和线粒 体中。 氨基甲酰磷酸的合成： 此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷 酸合成酶（carbamoyl phosphate synthetase - , CPS-）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸 （AGA）作为变构激活剂，反应不可逆 。 尿素生成的鸟氨酸循环： NH3 + CO2 H2O+ 2ATP2ADP + Pi 氨基甲酰磷酸合成酶 AGA，Mg2+ NH2 O PO32- CO 氨基甲酰磷酸 氨基甲酰磷酸的合成 瓜氨酸的合成： 在线粒体内进行，由鸟氨酸

40、氨基甲酰转 移酶（ornithine carbamoyl trans-ferase, OCT）催化，将氨甲 酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜 氨酸。 NH2 O PO32- CO (CH2)3 NH2 H2N-CH COOH CO (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 + H3PO4+ 氨基甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸 鸟氨酸氨基 甲酰转移酶 瓜氨酸的合成 精氨酸代琥珀酸的合成： 转运至胞液的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶 (argininosuccinate synthetase)催化 下，消耗能量合成精氨酸代琥珀酸。 精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶。 CO (CH2)3 NH

41、 H2N-CH COOH NH2 精氨酸代琥珀 酸合成酶 ATPAMP + PPi + H2O CH2 - CH COOH COOH H2N CH2 - CH COOH COOH CN (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 + 瓜氨酸天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸 精氨酸代琥珀酸的合成 精氨酸代琥珀酸的裂解： 在胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶 (arginino-succinate lyase)催化 ，将精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和 延胡索酸。 精氨酸代琥 珀酸裂解酶 CH2 - CH COOH COOH CN (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 精氨酸代琥珀酸 CH

42、CH COOH COOH + CNH (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 精氨酸延胡索酸 精氨酸代琥珀酸的裂解 精氨酸的水解： 在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水 解生成尿素(urea)和鸟氨酸 (ornithine)。鸟氨酸可再转运入线 粒体继续进行循环反应。 (CH2)3 NH2 H2N-CH COOH CNH (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 精氨酸 - NH2H2N - O C+ 鸟氨酸尿素 精氨酸酶 H2O 精氨酸的水解 胞液 线粒体 2ATP+CO2+NH3+H2O 氨基甲酰磷酸 2ADP+Pi 瓜氨酸 精氨酸代 琥珀酸 ATP+Asp AMP+PP

43、i NH3 草酰乙酸 苹果酸 鸟氨酸 瓜氨酸 Pi 延胡索酸精氨酸 尿素 鸟氨酸 H2O 尿素合成的鸟氨酸循环 a 合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行 ； b 合成一分子尿素需消耗4分子ATP； c 精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速 酶； d 尿素分子中的两个氮原子，一个来源于 NH3，一个来源于天冬氨酸。 尿素合成的特点： 异柠檬酸 -酮戊二酸 琥珀酰-CoA 琥珀酸 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 柠檬酸 谷氨酸 乙酰乙酰-CoA 乙酰-CoA Phe Leu Lys Trp Tyr 丙酮酸 Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Phe Tyr Ile Met Val

44、Arg His Gln Phe 乙酰-CoA 第五节 个别氨基酸的代谢 5 Metabolism of Individual Amino Acids 由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化 ，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。 氨基酸脱羧酶 R-CH(NH2)COOH R-CH2NH2 + CO2 (磷酸吡哆醛) 1 氨基酸的脱羧基作用 所产生的胺可由所产生的胺可由胺氧化酶胺氧化酶氧化为醛、酸。氧化为醛、酸。 n n 酸可由尿液排出，也可再氧化为酸可由尿液排出，也可再氧化为COCO 2 2 和水。和水。 -氨基丁酸（gamma- aminobutyric acid, GABA）是一种

45、 重要的神经递质，由L-谷氨酸脱羧而产 生。 反应由L-谷氨酸脱羧酶催化，在脑及肾 中活性很高。 1）-氨基丁酸的生成： L-谷氨酸脱羧酶 CO2 (CH2)2 COOH - NH2CH2 COOH COOH - NH2 (CH2)2 CH -氨基丁酸的生成 5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5- HT）也是一种重要的神经递质，且具有强烈 的缩血管作用。 5-羟色胺的合成原料是色氨酸 (tryptophan)。色氨酸羟化酶 色氨酸5-羟色氨酸 5-羟色氨酸脱羧酶 5-羟色胺 CO2 2）5-羟色胺的生成： 组胺(histamine)由组氨酸脱羧产生 ，具有促进平滑肌收缩，促进

46、胃酸分泌 和强烈的舒张血管作用。 组胺的释放与过敏反应和应激反应有关 。 3）组胺的生成： 精脒（spermidine)和精胺(spermine) 均属于多胺(polyamines)，它们与细胞生 长繁殖的调节有关。 多胺合成的原料为鸟氨酸，关键酶是鸟氨酸脱 羧酶(ornithine decarboxylase)。 4）多胺的生成： 鸟氨酸脱羧酶 鸟氨酸 腐胺（丁二胺） CO2 丙胺转移酶 S-腺苷-3-甲硫丙胺 5-甲硫腺苷 精脒 丙胺转移酶 精胺 S-腺苷-3-甲硫丙胺 5-甲硫腺苷 多胺的合成过程 2 一碳单位的代谢 一碳单位(one carbon unit)是指只含一 个碳原子的有机基

47、团，这些基团通常由其载 体携带参加代谢反应。 常见的一碳单位有甲基（-CH3）、亚甲基 或甲烯基（-CH2-）、次甲基或甲炔基（ =CH-）、甲酰基（-CHO）、亚氨甲基（- CH=NH）、羟甲基（-CH2OH）等。 一碳单位的定义和化学结构： 一碳单位（one carbon unit)通常由其 载体携带，常见的载体有四氢叶酸（FH4） 和S-腺苷同型半胱氨酸，有时也可为 VitB12。 2-氨基-4-羟基-6-甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶的结构 H N N H2N- N -CH2-NH-R N OH H + S-腺苷同型半胱氨酸 CH NH2 S AR CH2 CH2 COOH CHCH

48、 3 3 S-腺苷蛋氨酸（ SAM） SAM的分子结构 常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物 a.N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHO FH4）。 b.N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NH FH4）。 c. N5,N10-亚甲基四氢叶酸 （N5,N10-CH2-FH4） 。 d. N5,N10-次甲基四氢叶酸 （N5,N10=CH-FH4） 。 e.N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3 FH4）。 3 含硫氨基酸的代谢 蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如肾 上腺素、胆碱、肌酸和核酸等的甲基供体 。 甲基供体的活性形式为S-腺苷蛋氨酸（S- adenosyl methionine, SAM）。 1）S-腺苷蛋氨酸循环： SAMSAM也是一种一碳单位衍生物，其载体是也是一种一碳