第十章含氮小分子代謝.doc

動(dòng)物生物化學(xué)授課內(nèi)容內(nèi) 容備 注第十章 含氮小分子代謝 含氮類有機(jī)分子的種類很多，其中最主要的是氨基酸和核酸分子。先談幾個(gè)概念。 1、蛋白質(zhì)生物學(xué)價(jià)值 指飼料蛋白質(zhì)被動(dòng)物機(jī)體合成組織蛋白質(zhì)的利用率。不同來(lái)源的蛋白質(zhì)其氨基酸的組成有所不同，被機(jī)體的利用率也不同，但組合在一起則可以大大提高蛋白質(zhì)互補(bǔ)利用率。 2、氮平衡 蛋白氮是機(jī)體中最主要的含氮分子，主要影響機(jī)體的氮平衡。氮平衡指機(jī)體對(duì)氮的總攝入與總排出間的動(dòng)態(tài)平衡。 當(dāng)機(jī)體處于饑餓、營(yíng)養(yǎng)不良等狀態(tài)時(shí)則為負(fù)氮平衡； 生長(zhǎng)期及孕期個(gè)體等則多為正氮平衡，即攝入氮量大于排出量。 3、必需氨基酸 指生物個(gè)體不能自主合成或合成量不能滿足機(jī)體代謝之需要的氨基酸。高等動(dòng)物對(duì)20種氨基酸的需求比較全面的，其中的一部分可以自主合成，但另一部分則必需由食物或體內(nèi)消化道微生物提供（約810種），不同物種、不同的發(fā)育階段對(duì)各種氨基酸的需求也有很大的不同。 特別注意: 雛雞對(duì)甘氨酸的需求。 氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元。其來(lái)源有兩： 內(nèi)源性 體蛋白水解 外源性 飼料蛋白的吸收分解 氨基酸功能： 促進(jìn)蛋白合成、細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育； 促進(jìn)合成或轉(zhuǎn)化為一些重要含氮化合物，如H、堿基、血紅素等； 分解氧化后可直接轉(zhuǎn)化為糖、脂肪等，以提供能量或 貯存能量。 111 氨基酸代謝一、脫氨基及代謝 這種反應(yīng)主要在肝、腎中進(jìn)行。途徑有三種：氧化脫氨、轉(zhuǎn)氨、聯(lián)合脫氨。 （1）氧化脫氨 由三種氧化酶催化，先生成脫氫的亞胺化物，再自發(fā)分解成酮 酸和氨。但因作用強(qiáng)弱、分布、專一性等差異而意義不大。 L氨基酸氧化酶 以FMN為輔酶，除天冬、谷、絲、蘇外均可作用， 但作 用弱，分布局限。 D氨基酸氧化酶 以FAD為輔酶，活性強(qiáng)，分布廣，但天然AA多數(shù)為 L型。 L谷脫氫酶 以NAD為輔酶，活性強(qiáng)，分布廣，專一性強(qiáng)，反應(yīng)可逆。僅對(duì) 谷氨酸有效。GTP/ATP 為酶的抑制 劑， ADP/GDP 為激活劑。 （2）轉(zhuǎn)氨作用 將一種氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到酮酸上，形成另一種氨基酸和酮酸，稱為轉(zhuǎn)氨作用。催化酶為轉(zhuǎn)氨酶，有多種，反應(yīng)可逆，無(wú)游離氨產(chǎn)生。 轉(zhuǎn)氨酶以磷酸吡哆醛（VB6）為輔基，體內(nèi)主要的兩種為谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）， 谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）。主要分布肝、心等組織，活性強(qiáng)，分布廣。 血清轉(zhuǎn)氨酶活性比肝轉(zhuǎn)氨酶低。當(dāng)血轉(zhuǎn)氨活性增強(qiáng)時(shí)，說(shuō)明肝組織受損而有大量轉(zhuǎn)氨酶進(jìn)入血液。故以此診斷肝功能。 （3）聯(lián)合脫氨 將上述兩種脫氨聯(lián)合才能正真脫氨。 這是體內(nèi)脫氨的主要方式。是非必需性氨基酸合成的主要途徑，發(fā)生肝、腎組織。因此多數(shù)生物體內(nèi)（包括植物）谷氨酸的總量水平總是高于其他氨基酸水平。 （4）脫氨產(chǎn)物代謝 （A）氨代謝 氨可用來(lái)合成氨基酸、核酸等；可用來(lái)構(gòu)成滲透壓；對(duì)有些生物又是有毒的。故不同生物有其特殊的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制。 氨去處有三： 合成谷氨酰胺，是氨運(yùn)輸、貯存的無(wú)毒方式； 形成尿素（哺乳類）、尿酸（禽類）等，為排泄形式； 形成氨的水合物，是海洋魚(yú)類體內(nèi)高滲透壓的主要構(gòu)成成份。 （a）酰氨代謝 谷氨酰胺可作為體內(nèi)無(wú)毒性的氨的存在形式，具有脂溶性，參與其他代謝合成作用；另外產(chǎn)生的分子氨又形成離子銨，還可以調(diào)節(jié)體內(nèi)的酸堿平衡。 （b）尿素合成 鳥(niǎo)氨酸循環(huán)，此反應(yīng)主要在肝細(xì)胞進(jìn)行,稱Krebs循環(huán)。 特點(diǎn)： 消耗1CO2+1NH3+4ATP+天冬氨酸的一個(gè)氨基，產(chǎn)延胡索酸可進(jìn)入TCA循環(huán)。 注： 家禽不能合成尿素，而是合成尿酸（氨被轉(zhuǎn)化成嘌呤堿基，再轉(zhuǎn)化成尿酸），白色、水溶性小、易析出。 （B）酮酸代謝 脫氨后生成，主要去處有： 合成氨基酸（轉(zhuǎn)氨、脫氨反應(yīng)的逆反應(yīng)）； 轉(zhuǎn)化為糖、脂肪： 丙酮酸、草酰乙酸、酮戊二酸等可經(jīng)糖異生轉(zhuǎn)化成糖、或轉(zhuǎn)化成酮體、脂肪等； 徹底氧化，物質(zhì)進(jìn)入TAC循環(huán)可徹底氧化。 二、脫羧基及代謝 1、脫羧基 在氨基酸代謝中屬次級(jí)途徑，主要是用來(lái)產(chǎn)生一些特殊胺分子。 氨基酸 脫羧酶 磷酸吡哆醛 胺 + CO2 除組氨酸脫羧酶沒(méi)有輔基外，其他脫羧酶均有輔基。酶的專一性強(qiáng)，只作用于L型氨基酸，生成的胺有的有生理活性，有的有毒性。 2、脫羧產(chǎn)物代謝 主要產(chǎn)物是胺和CO2 胺 以胺氧化酶催化生成醛和氨，醛被氧化成酸，再被氧化成CO2 和水等 CO2 從呼吸排出，或參與合成反應(yīng)。 三、非必需氨基酸代謝 主要合成方式有二：酮酸的氨基化（聯(lián)合脫氨的逆反應(yīng)）；酮酸的轉(zhuǎn)氨作用（兩種不同氨基酸的相互轉(zhuǎn)化，由轉(zhuǎn)氨酶催化）。 113 個(gè)別氨基酸代謝 除前面所述氨基酸的共同代謝途徑外，因R基團(tuán)不同，各氨基酸還具有其他重要代謝方式。 一、一碳基團(tuán)代謝 亞甲基、甲基、次甲基、甲?；⒓琢u基等均存在于氨基酸分子中，并作為一碳基團(tuán)供體，用來(lái)合成其他物質(zhì)或氨基酸。 一碳基團(tuán)不能游離，只能與載體共存，載體稱為一碳載體。主要有兩類：四氫葉酸、S腺苷蛋氨酸。前者是重要的輔酶，后者是一碳基團(tuán)代謝的中間過(guò)渡態(tài)，也是一碳供體。 意 義 ： 是合成堿基的原料甲基供體； 是各種代謝物質(zhì)甲基化的主要來(lái)源；某些藥物可控制干擾甲基供體的合成，阻礙代謝進(jìn)行，進(jìn)而影響細(xì)胞生長(zhǎng)。以此治療或抗菌、抗腫瘤（如氨甲基喋呤抗癌藥、磺胺類抗菌藥等）。 甲硫氨酸 重要的甲基供體 S腺苷蛋氨酸（SAM）的前體物。其分解與合成存在一個(gè)循環(huán)：甲硫氨酸循環(huán) 動(dòng)物體內(nèi)這種循環(huán)水平較低，仍需從食物中大量獲得。特別對(duì)高生產(chǎn)性動(dòng)物，如蛋雞等就需添加一定量Met來(lái)補(bǔ)充，產(chǎn)蛋能力和質(zhì)量才會(huì)有保證。 二、芳香族氨基酸代謝 1、色氨酸代謝 必需氨基酸，脫氨后形成5羥色按；氧化后形成甲酰尿氨酸原，是生糖或生酮氨基酸（衍生氨基酸）；色氨酸的最終代謝產(chǎn)物為吲哚酸，從尿排出。 注意： 5羥色胺 是一種極重要的升血壓物質(zhì)（對(duì)血管壁平滑肌有很強(qiáng)的刺激收縮作用）；還是重要的神經(jīng)遞質(zhì)（與乙酰膽堿功能相似）。 2、酪氨酸代謝 酪氨酸與苯丙氨酸可以相互轉(zhuǎn)化，是多種激素和生物活性物質(zhì)的前體物。 酪氨酸可轉(zhuǎn)變成甲狀腺素（與體內(nèi)基礎(chǔ)代謝、產(chǎn)熱代謝、水鹽代謝等有關(guān)）、黑色素（與體色、組織器官色有關(guān)）、多巴胺（與神經(jīng)遞質(zhì)、局部組織代謝及過(guò)敏物合成有關(guān)）、腎上腺素和去甲腎上腺素（與心血管功能、應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)）等。 多巴胺、腎上腺素和去甲腎上腺素統(tǒng)稱兒茶酚胺類物質(zhì)。是重要的體液調(diào)節(jié)激素。茶葉中含有大量的茶多酚，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有重要的激動(dòng)（興奮）作用，這與它們和多巴胺類神經(jīng)刺激因子的分子結(jié)構(gòu)相似有關(guān)。 3、谷胱甘肽（GSH） 這是具有極重要生物多功能的活性小肽。它的合成無(wú)需RNA編碼，由兩種合成酶自主完成。 GSH的功能： 協(xié)助機(jī)體對(duì)游離氨基酸的吸收。其合成過(guò)程與氨基酸吸收構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。由“谷氨?；D(zhuǎn)移酶”控制循環(huán)的速度。GSH的活性位點(diǎn)在半胱氨酸的巰基（SH）上。 它的氧化型與還原型的催化酶為GSH還原酶，以NADP+為輔酶。 GSH具有復(fù)雜的生物活性作用：轉(zhuǎn)移藥物（用與吸收）、轉(zhuǎn)移毒素（用與代謝中間產(chǎn)物解毒）、消除過(guò)氧化物（用與抗氧化）、修復(fù)損傷（用與抗衰老）等。114 核苷酸代謝 一、核苷酸合成 核苷、核苷酸吸收進(jìn)入體內(nèi)，多數(shù)不能用來(lái)直接成合自已的核物質(zhì)，動(dòng)物主要靠各種小分子原料從頭合成（以內(nèi)源性合成為主）。 多數(shù)由小分子原料合成稱“從頭合成途徑”，少數(shù)利用外源堿基等的合成稱為“補(bǔ)救合成途徑”。 1、嘌呤核苷酸合成：（特點(diǎn)） 以5磷酸核糖為起始物，逐步合成堿基環(huán)，形成產(chǎn)物次黃嘌呤IMP（共11步）； 合成一分子IMP，消耗6ATP、2Gln、2甲酰-FH4、Gly、Asp、CO2、5磷酸核糖；第一步反應(yīng)產(chǎn)物為PRPP，由PRPP合成酶催化，受嘌呤核苷酸的反饋抑制；此為調(diào)控位點(diǎn)。 在一磷酸核苷酸基礎(chǔ)上再轉(zhuǎn)化成其他核苷酸。 補(bǔ)救合成 利用現(xiàn)成的堿基進(jìn)行磷酸化，合成核苷酸（肝細(xì)胞）。主要的三種酶均受產(chǎn)物的反饋抑制作用。 2、嘧啶核苷酸合成（特點(diǎn)） 由Gln與HCO-3消耗2ATP合成的氨甲酰磷酸，是在細(xì)胞質(zhì)中完成的；其合成酶與尿素合成中的氨甲酰合成酶同功，但后者在線粒體中,為酶，此為酶。 酶受ATP、PRPP的激活，受高濃度UTP、CTP抑制。此步為調(diào)控位點(diǎn)。 先合成嘧啶環(huán)，后與磷酸核糖結(jié)合（共5步）先產(chǎn)生UMP。 每合成一分子UMP，消耗2ATP，產(chǎn)1NADH，凈產(chǎn)1ATP；消耗Gln、Asp。 在三磷酸核苷酸基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)化為其他核苷酸。 補(bǔ)救合成 （CMP不能由此合成） 3、脫氧核糖核酸合成 脫氧核酸由二磷酸核苷酸還原生成，催化的酶包括二磷酸核苷酸還原酶、硫氧還原蛋白、氧化還原蛋白還原酶等形成復(fù)合酶系。 XDP 二磷酸核苷酸還原酶系 dXDP 磷酸KE dXTP NADPH NADP+ H2O ATP ADP 但此酶的專一性不強(qiáng)，可催化ADP、GDP、UDP轉(zhuǎn)化成脫氧型。 dTMP可由dUMP甲基化形成，催化的酶為胸腺核苷酸合成酶，并由亞甲基FH4供甲基。（在一磷酸基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化） 二、核苷酸分解 天然核酸常與蛋白復(fù)合存在，酸性條件下才分離，但酸性對(duì)核酸的分解能力小，而堿性條件下的酶才能降解。 能水解核酸的酶稱為核酸酶。依底物不同，可分核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶；依水解的位置不同，可分為內(nèi)切酶、外切酶。 核酸 核酸酶 核苷酸 核苷酸酶 核苷 核苷酶 堿基 磷酸二酯酶 磷酸單酯酶 磷酸 核糖 1、嘌呤分解 主要由腺、鳥(niǎo)嘌呤酶催化水解、脫氨生成次黃嘌呤反應(yīng)。 A/G 嘌呤酶 次黃嘌呤黃嘌呤尿酸尿素 脲酶 NH3 + CO2 + H2O 人等部分動(dòng)物不含嘌呤酶，不能直接分解腺嘌呤，則可在腺苷或腺苷酸水平上脫氨生成次黃核苷等，然后再分解成次黃嘌呤，繼續(xù)分解。 另外人類缺脲酶，則生成的尿素就直接排出體外；而鳥(niǎo)類、昆蟲(chóng)類則不能分解尿酸，則尿酸就是其主要排泄產(chǎn)物。 2、密啶分解 C 脫NH