第10章-含氮小分子的代謝課件

第十章含氮小分子的代謝本章重點內(nèi)容1．掌握氨基酸的一般分解代謝途徑及其代謝終產(chǎn)物的生成。2．掌握核苷酸的合成與分解代謝。

3．了解蛋白質(zhì)的生理功能、營養(yǎng)價值和氮平衡的意義。4．熟悉個別氨基酸的代謝。5．了解含氮小分子代謝之間的聯(lián)系。含氮小分子：

生物體內(nèi)所有含氮元素的小分子物質(zhì)，統(tǒng)稱為含氮小分子。氨基酸和核苷酸是兩類最重要的含氮小分子，它們分別是蛋白質(zhì)和核酸的基本組成單位。

由于蛋白質(zhì)和核酸在體內(nèi)首先分解成為氨基酸和核苷酸后再進一步代謝，所以氨基酸和核苷酸的代謝是蛋白質(zhì)和核酸分解代謝的中心內(nèi)容。而有關(guān)蛋白質(zhì)與核酸的合成代謝將在后面有關(guān)章節(jié)中詳細講述。

第一節(jié)蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值與氨基酸代謝一、蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值（一）飼料蛋白質(zhì)的生理功能飼料蛋白在動物體內(nèi)主要有以下三個方面的生理功能：（1）維持組織細胞的生長、更新和修補—營養(yǎng)功能。（2）轉(zhuǎn)變?yōu)樯锘钚苑肿语暳系鞍踪|(zhì)在進入體內(nèi)后，還可用于合成多種具有生理功能的含氮小分子，如兒茶酚胺類激素、嘌呤、嘧啶、卟啉等以及生物大分子如激素、酶類、抗體和某些調(diào)節(jié)蛋白等。（3）氧化供能體內(nèi)蛋白質(zhì)降解成氨基酸之后，經(jīng)脫氨基作用生成的α-酮酸可以直接或間接參加三羧酸循環(huán)氧化供能。但這是蛋白質(zhì)的次要生理功能。（二）蛋白質(zhì)的需要量和營養(yǎng)價值1.氮平衡(nitrogenbalance)

測定排出氮與攝入氮的相對數(shù)量，可以反映體內(nèi)蛋白質(zhì)的代謝概況。測定結(jié)果有以下三種情況：

（1）氮的總平衡即攝入的氮量與排出的氮量相等。說明動物獲得蛋白質(zhì)的量與丟失的量相等，體內(nèi)蛋白質(zhì)的含量基本不變。

（2）氮的正平衡即攝入的氮量多于排出的氮量。這意味著動物體內(nèi)蛋白質(zhì)的含量增加，稱為蛋白質(zhì)(或氮)在體內(nèi)沉積。

（3）氮的負平衡即排出的氮量多于攝入的氮量。2.蛋白質(zhì)的最低需要量

對于成年動物來說，在糖和脂肪等能源物質(zhì)供應充分的條件下，為了維持機體氮的總平衡，至少必須攝入的蛋白質(zhì)的量，稱為蛋白質(zhì)的最低需要量。

蛋白質(zhì)的生物學價值(biologicalvalue)：是指飼料蛋白質(zhì)被動物機體合成組織蛋白質(zhì)的利用率。即：3.必需氨基酸(essentialaminoacid)

在動物體內(nèi)不能合成或合成太少，不能滿足動物需要，因而必須由飼料供給的氨基酸。

包括：賴氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸和蘇氨酸。組氨酸和精氨酸也可以歸為必需氨基酸。此外，雛雞還需要甘氨酸。R氨基酸代謝概況

在酶的催化下，氨基酸脫去氨基的過程，稱為脫氨基作用(deamination)。這是氨基酸分解代謝的主要途徑。

部位：動物的脫氨基作用主要在肝臟和腎臟中進行。

主要方式：氧化脫氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用

聯(lián)合脫氨基作用

（一）氨基酸的脫氨基作用1.氧化脫氨基作用

氨基酸在酶的作用下，先脫氫形成亞氨基酸，進而與水作用生成α-酮酸和氨的過程，稱為氨基酸的氧化脫氨基作用（oxidativedeamination）。L-氨基酸氧化酶：活性弱，作用不大。D-氨基酸氧化酶：分布廣，作用強，但因氨基酸絕大多數(shù)是L-型，作用不大。L-谷氨酸脫氫酶：變構(gòu)酶（6聚體），受ATP/ADP調(diào)節(jié)，特異性強。NAD為輔酶。催化此反應的酶：谷氨酸脫氫酶2.轉(zhuǎn)氨基作用

在轉(zhuǎn)氨酶(transaminase)的催化下，某一種氨基酸的α-氨基轉(zhuǎn)移到另一種α-酮酸的酮基上，生成相應的氨基酸和α-酮酸，這種作用稱為轉(zhuǎn)氨基作用(transamination)。轉(zhuǎn)氨酶：

有多種轉(zhuǎn)氨酶，特異性強；均以磷酸吡哆醛為輔酶；存在于胞質(zhì)中。如GOT（AST）及GPT（ALT）等。3.聯(lián)合脫氨基作用

體內(nèi)大多數(shù)的氨基酸脫去氨基，是通過氧化脫氨基作用和轉(zhuǎn)氨基作用兩種方式聯(lián)合起來進行的，這種作用方式稱為聯(lián)合脫氨基作用（transdeamination）。聯(lián)合脫氨基作用

谷氨酸脫氫酶4.嘌呤核苷酸循環(huán)

在骨骼肌和心肌中，由于L-谷氨酸脫氫酶的活性較弱，難以進行一般的聯(lián)合脫氨基作用。而是通過嘌呤核苷酸循環(huán)（purinenucleotidecycle）脫去氨基。嘌呤核苷酸循環(huán)

5.其他方式的脫氨基1）脫水脫氨基2）還原脫氨基3）水解脫氨基4）脫巰基脫氨基（二）氨的去向------尿素循環(huán)來源：內(nèi)源性氨—代謝產(chǎn)生的氨。主要來自氨基酸的脫氨基作用；胺類、嘌呤和嘧啶的分解產(chǎn)生少量氨；腺苷酸脫氨產(chǎn)生（肌肉和中樞神經(jīng)組織中）。外源性氨—消化道吸收的一些氨。1.動物體內(nèi)氨的來源與去路機體代謝產(chǎn)生的氨和消化道中吸收的氨進入血液，形成血氨。去路：重新利用：形成無毒的谷氨酰胺(儲存和轉(zhuǎn)運)。排出體外：排氨：許多水生動物；

排尿素：大部分哺乳動物；

排尿酸：卵生動物，包括鳥類和爬行動物。人、猿、靈長類、鳥類、某些陸生爬行類、昆蟲類尿酸其他哺乳類尿囊酸硬骨魚類尿囊素兩棲類、軟骨魚類尿素無脊椎海洋生物氨不同生物排氨的方式不同？

氨的解毒部位主要在肝臟，體內(nèi)各組織中產(chǎn)生的氨需要被運輸?shù)礁闻K進行解毒。主要有以下兩種轉(zhuǎn)運方式：2.氨的轉(zhuǎn)運1）谷氨酰胺轉(zhuǎn)運氨的作用

大腦、肌肉等組織產(chǎn)生的氨主要是通過谷氨酰胺向肝或腎轉(zhuǎn)運。

2）丙氨酸-葡萄糖循環(huán)肌肉可利用丙氨酸將氨運送到肝臟。

丙氨酸-葡萄糖循環(huán)3.尿素循環(huán)

肝臟是哺乳動物合成尿素的主要器官。尿素循環(huán)的總反應式：尿素循環(huán)共分4步反應：NH3+CO2+3ATP+Asp+2H2O尿素+延胡索酸+2ADP+AMP+PPi+2Pi氨甲酰磷酸的生成瓜氨酸的生成精氨酸的生成精氨酸的水解1）氨甲酰磷酸的生成—在線粒體中

氨甲酰磷酸合成酶I（carbamoylphosphatesynthetaseI，CPS-I）存在于肝細胞線粒體內(nèi)。N-乙酰谷氨酸(N-acetylglutamicacid,N-AGA)是其變構(gòu)激活劑。2）瓜氨酸的生成—在線粒體中

在線粒體內(nèi)氨甲?；D(zhuǎn)移酶（ornithinecarbamoyltrans-ferase,OCT）的催化下，將氨甲酰磷酸中的氨甲酰基轉(zhuǎn)移給鳥氨酸，釋放出磷酸，生成瓜氨酸。

3）精氨酸的生成—在胞液中

在胞液中，瓜氨酸由精氨酸代琥珀酸合成酶（arginino-succinatesynthetase）催化，與天冬氨酸結(jié)合，形成精氨酸代琥珀酸。

4）精氨酸的水解—在胞液中

精氨酸在精氨酸酶的作用下，水解生成尿素和鳥氨酸。尿素經(jīng)血液運送至腎臟，隨尿液排出體外；鳥氨酸則可再進入線粒體與氨甲酰磷酸反應合成瓜氨酸，重復上述循環(huán)過程。

尿素生成過程（鳥氨酸循環(huán)）

（三）氨基酸的脫羧基作用(Decarboxylase)

氨基酸在脫羧酶（decarboxylase）的催化下，脫去羧基產(chǎn)生CO2和相應的胺。稱為氨基酸的脫羧基作用。動物機體中一些胺類的來源及功能羥基化作用：

氨基酸的降解是主動行為，有許多重要的產(chǎn)物是生理活性物質(zhì)：吲哚乙酸、膽堿、乙醇胺、精胺、腐胺等。（四）碳骨架的去向

氨基酸經(jīng)脫氨基作用之后，可生產(chǎn)不同的產(chǎn)物，其中大部分是相應的α-酮酸，稱為碳骨架。它們的具體代謝途徑雖然各不相同，但都有以下三種去路：

1.氨基化生成其相應的氨基酸。這也是動物體內(nèi)非必需氨基酸的主要生成方式。2.轉(zhuǎn)變成糖和脂類在動物體內(nèi)，α-酮酸可轉(zhuǎn)變成糖和脂類。生糖氨基酸（glucogenicaminoacid）：丙氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、纈氨酸、精氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和組氨酸；

生酮氨基酸（ketogenicaminoacid）：亮氨酸和賴氨酸。生糖兼生酮氨基酸（glucogenicandketogenicaminoacid）：色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和異亮氨酸。3.氧化供能α-酮酸是氨基酸分解供能的主要部分。

氨基酸碳骨架的代謝走向

C3族氨基酸——丙酮酸C5族氨基酸——a-酮戊二酸琥珀酰CoA苯丙氨酸等-------延胡索酸乙酰乙酸亮氨酸生成乙酰CoA、乙酰乙酸三、非必需氨基酸的生物合成1.α-酮酸氨基化

動物體內(nèi)合成的非必需氨基酸可以通過以下幾種方式：2.氨基酸之間轉(zhuǎn)變生成

1.一碳單位(OneCarbonUnit)及其功能。提供一碳單位的氨基酸：色氨酸、甘氨酸、絲氨酸、組氨酸和甲硫氨酸等。2.芳香族氨基酸的代謝

苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。3.含硫氨基酸代謝

Met，Cys4.肌酸和肌酐的合成

四、個別氨基酸的代謝核酸的消化與吸收：食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶堿基戊糖核苷酶第三節(jié)核苷酸代謝—合成與分解1.核苷酸是核酸的基本結(jié)構(gòu)單位；2.核苷酸(ATP)在能量代謝中起重要作用；3.很多酶的輔酶含有核苷酸(NAD，F(xiàn)AD等)；4.直接參與物質(zhì)的代謝，如UDPG；5.酶活性的快速調(diào)節(jié)，如磷酸化與去磷酸化。6.環(huán)化核苷酸(cAMP、cGMP)在代謝調(diào)節(jié)和信號轉(zhuǎn)導中起著十分重要的作用。核苷酸的功能：（請參閱第5章核酸化學）！

生物體內(nèi)的核苷酸主要包括：嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸及脫氧核糖核苷酸等。

一、嘌呤核苷酸的代謝1.從頭合成途徑以磷酸核糖、AA、一碳單位及CO2等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)一系列酶促反應，合成嘌呤核苷酸的途徑。

合成部位：主要在肝臟，其次是小腸粘膜和胸腺中。反應在細胞質(zhì)中進行。共有2條途徑：從頭合成途徑和補救合成途徑。（一）嘌呤核苷酸的生物合成嘌呤堿合成的元素來源:天冬氨酸CO2甲?；ㄒ惶紗挝唬└拾彼峒柞；ㄒ惶紗挝唬┕劝滨０罚０坊┰贕ln、Gly、一碳單位、CO2及Asp的逐步參與下，經(jīng)10步反應，合成IMP。IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）1）次黃嘌呤核苷酸的合成次黃嘌呤核苷酸47IMP的合成過程：①磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶②GAR合成酶③轉(zhuǎn)甲?；涪蹻GAM合成酶⑤AIR合成酶49IMP生成總反應過程①腺苷酸代琥珀酸合成酶；②腺苷酸代琥珀酸裂解酶。③IMP脫氫酶；④GMP合成酶。2）由IMP生成AMP和GMP51AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶52（1）嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。（2）IMP的合成需5個ATP，6個高能磷酸鍵。（3）AMP或GMP的合成又各需1個ATP（GTP+ATP），共3個高能磷酸鍵。3）嘌呤核苷酸從頭合成的特點53利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反應，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補救合成（或重新利用）途徑。2.嘌呤核苷酸的補救合成途徑1）參與補救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)542）合成過程腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP3）補救合成的生理意義(1)補救合成節(jié)省從頭合成時的能量和氨基酸的消耗。(2)體內(nèi)某些組織器官如腦、骨髓等只能進行補救合成。553.嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH34.脫氧嘌呤核糖核苷酸的合成在核苷二磷酸水平上進行（N代表A、G、C等堿基）脫氧嘌呤核苷酸的生成過程脫氧嘌呤核苷酸的生成:dNDP

+

ATP激酶dNTP+ADP（二）嘌呤核苷酸的分解代謝核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶堿基1-磷酸核糖59嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物GMPGX（黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶I（次黃嘌呤）AMP嘌呤核苷酸的分解代謝尿囊酸尿囊素尿酸尿素氨62(MetabolismofPyrimidineNucleotides)二、嘧啶核苷酸的代謝嘧啶核苷酸的結(jié)構(gòu)：63（一）嘧啶核苷酸的合成代謝同樣，也有從頭合成途徑和補救合成途徑。1.嘧啶核苷酸的從頭合成利用磷酸核糖、AA、一碳單位及CO2等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)一系列酶促反應，合成嘧啶核苷酸的途徑。

合成部位：主要是肝細胞的胞液中。64嘧啶合成的元素來源：氨甲酰磷酸