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1、2009级普通本科生物化学与分子生物学“物质代谢”讨论题答案一、课堂讨论题1分别简述谷氨酸和乙酰CoA在体内的来源与去路。答：第一、谷氨酸在体内的来源与去路：谷氨酸在体内的来源：食物蛋白质的消化吸收（转运蛋白、-谷氨酰基循环）；组织蛋白质（溶酶体、泛素）或肽类物质如谷胱甘肽的分解；体内合成：如-酮戊二酸的氨基化；其它：肝、肾中谷氨酰胺的水解；精、组、脯氨酸和叶酸等的分解。谷氨酸在体内的去路：合成组织蛋白（翻译）或合成肽类物质如谷胱甘肽；脱氨基（氧化脱氨基、转氨基、联合脱氨基、嘌呤核苷酸循环）（丙氨酸-葡萄糖循环）生成-酮戊二酸和氨，后者进入鸟氨酸循环生成尿素，前者进入三羧酸循环彻底氧化成CO2
2、，也可转变成草酰乙酸，后者在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的作用下转变成磷酸烯醇式丙酮酸后异生成糖或脂肪。脱羧基生成-氨基丁酸；其它：在脑、肌中合成谷氨酰胺（氨在血中的转运），后者可以参与蛋白质、嘌呤和嘧啶的合成或转变成N-乙酰谷氨酸（AGA），AGA变构激活CPS-启动尿素合成；另外，在细菌体内可以合成叶酸。谷氨酸在体内的来源与去路总结如下图：第二、乙酰CoA在体内的来源与去路：乙酰CoA在体内的来源：糖的有氧氧化：葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合体催化下氧化脱羧生成乙酰CoA；乳酸的氧化分解：乳酸脱氢生成丙酮酸，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA；脂肪酸-氧化和甘油的分解：脂肪分解产
3、生脂肪酸和甘油，脂肪酸经-氧化生成乙酰CoA；甘油经甘油激酶催化生成-磷酸甘油，后者在磷酸甘油脱氢酶催化生成磷酸二羟丙酮经糖酵解途径生成丙酮酸再氧化成乙酰CoA；酮体氧化分解：酮体氧化分解生成乙酰CoA；蛋白质分解：蛋白质分解产生氨基酸，氨基酸脱氨基后生成的酮酸进入糖酵解途径生成丙酮酸，后者氧化脱羧生成乙酰CoA；其它：柠檬酸的裂解、嘧啶核苷酸的分解等也可生成乙酰CoA。乙酰CoA在体内的去路：彻底氧化：进入三羧酸循环（线粒体）彻底氧化为CO2，并生成还原当量（NADH+H+和FADH2），后者经呼吸链（线粒体）传递与氧化合生成H2O，同时偶联磷酸化生成ATP；合成原料：是酮体（肝线粒体）、脂
4、酸（胞液）、胆固醇（胞液和线粒体）等物质的合成原料；乙酰基供体：作为乙酰基供体，参与合成乙酰胆碱、N-乙酰谷氨酸、糖蛋白、蛋白聚糖及生物转化反应、酶的共价修饰等乙酰化反应。乙酰CoA在体内的来源与去路总结如下图：2简述1分子谷氨酸在体内彻底氧化为CO2和H2O及生成尿素的代谢过程，并计算其净生成ATP的分子数。答：1分子谷氨酸在体内彻底氧化为CO2和H2O及生成尿素的代谢过程分为3个阶段。第一阶段，谷氨酸生成-酮戊二酸和还原当量，并使氨进入鸟氨酸循环生成尿素，这一阶段有两条途径，每条途径各生成1分子NADH+H+和消耗2分子ATP。第二阶段，-酮戊二酸氧化生成5分子CO2、6分子NADH+H+
5、、2分子FADH2和净生成2分子ATP。第三阶段，还原当量中的H，通过氧化呼吸链传递与O2生成H2O，同时释放的能量使ADP磷酸化并生成ATP。第一阶段：途径一如下：途径二如下：第二阶段：第三阶段：注：合成1分子尿素需2个N原子，消耗4个高能磷酸键。从理论上讲，谷氨酸只含有1个N原子，其参入尿素分子只需消耗42个高能磷酸键。L-谷氨酸脱氢酶主要存在于肝、肾和脑组织细胞的胞液和线粒体中。此净产生的ATP分子数，是以NADH全部在线粒体中产生为例计算的。若此酶在胞质中，脑组织生成的NADH通过-磷酸甘油穿梭进入线粒体生成了FADH2，进入了FADH2氧化呼吸链，生成1.5分子ATP，所以净生成19
6、.5分子ATP；肝和肾组织生成的NADH通过苹果酸-天冬氨酸穿梭进入线粒体生成了NADH，进入了NADH氧化呼吸链，生成2.5分子ATP，所以净产生ATP分子数是20.5。3临床生化：（1）试述血糖的来源与去路。如何维持血糖水平恒定？为什么糖尿病患者出现高血糖与尿糖，严重糖尿病患者出现酮血症、酮尿症与酮症酸中毒？答: 血糖的来源：食物糖类的消化吸收；肝糖原分解；糖异生作用。血糖的去路： 糖氧化分解：无氧氧化、有氧氧化、磷酸戊糖途径；合成糖原：在肝和肌组织；合成脂类：在脂肪组织和肝合成脂肪、主要在肝、肾和小肠合成胆固醇及其酯和磷脂等；转变为非必需氨基酸等。 血糖水平相当恒定，维持在3.896.1
7、1mmol/L之间。血糖水平恒定主要是受到激素的调节，胰岛素是体内唯一降低血糖的激素，它可促使血葡萄糖向细胞内转运和被细胞利用，抑制激素敏感性脂肪酶，减少脂肪动员。机体在不同状态下有相应的升高血糖的激素，体内主要升高血糖的激素有胰高血糖素、糖皮质激素和肾上腺素，它们从不同角度增加血糖来源、减少血糖去路。通过激素的调节，使肝、肌、脂肪等各组织细胞的糖、脂肪、氨基酸代谢协调进行，进一步使血糖的来源途径和去路途径相互协调、相互制约，共同维持血糖的动态平衡。临床上将空腹血糖高于6.9mmol/L称为高血糖。糖尿病是一种因部分和完全胰岛素缺失或细胞胰岛素受体减少或受体敏感性降低导致的疾病。由于胰岛素是体
8、内唯一降低血糖的激素，故糖尿病患者空腹血糖水平高于正常范围，出现高血糖。当血糖水平超过了肾小管的重吸收葡萄糖的能力（肾糖阈），则使葡萄糖从尿液中排出，出现尿糖。正常血中酮体浓度维持在0.030.5mmol/L之间，严重糖尿病患者，葡萄糖向细胞内转运和利用受阻，激素敏感性脂肪酶活性增高，脂肪动员加强，酮体生成增加；当酮体生成超过肝外组织利用的能力时，导致血中酮体升高，形成酮血症，丙酮通过呼吸排出体外，使呼出的气体有“烂苹果味”，酮体可随尿排出，引起酮尿症。酮体是酸性较强的物质，血中酮体升高可致p降低，导致酮症酸中毒；（2）临床上进行LDL-胆固醇和HDL-胆固醇测定有何意义？为什么胆碱缺乏会诱发
9、脂肪肝？答: 血浆所含脂类统称为血脂。脂类不溶于水，以脂蛋白的形式溶于血浆，并以此形式在血浆中运输。LDL由肝合成的VLDL在血浆中代谢而产生，其成分约50是胆固醇，其功能是转运肝合成的内源性胆固醇的主要形式。动脉粥样硬化（AS）是指一类动脉壁的退行性病理变化。血浆中LDL-胆固醇升高易堆积于动脉分支或弯曲等AS病变多发处，并通过某种因素引起增大的内皮细胞间隙被动地扩散并聚集于血管内膜下，导致AS的发生。已知血浆LDL-胆固醇水平升高往往与AS的发病率正相关。HDL主要由肝合成，主要功能是参与胆固醇的逆向转运，即可将肝外组织包括动脉壁、巨噬细胞等组织细胞的胆固醇转运至肝，在肝转化为胆汁酸后排出
10、体外，这样，就降低了动脉壁的胆固醇含量，从而降低AS的发生率，具有抗AS的作用。血浆HDL-胆固醇水平的高低显示了HDL逆向转运胆固醇的能力，与AS的的发生呈负相关。临床上常测定血浆LDL-胆固醇和HDL-胆固醇的水平，以协助AS的预防、诊断、治疗监测和预后。胆碱是合成卵磷脂的原料，肝可利用胆碱合成卵磷脂，进而与TG、CH、CE、PL和Apo一起形成VLDL，将肝中的TG以VLDL的形式转运到肝外组织利用。当胆碱缺乏时，VLDL合成减少，肝中脂肪不能及时以VLDL的形式运出去，使肝中脂肪增多。正常成人肝中脂类含量约占肝重的5%，其中以磷脂含量最多，约占3%，而脂肪约占2%，如果肝中脂肪含量超过
11、肝重的10%，肝实质细胞脂肪化超过30%以上，则形成脂肪肝。（3）试述血氨的来源与代谢去路。高血氨的毒性作用机制是什么？为什么临床上对高血氨患者不宜用碱性肥皂水灌肠或碱性利尿药？答：血氨的来源：氨基酸脱氨基作用产生的氨（主要来源）和胺类分解产生的氨；肠道吸收的氨，包括肠道细菌腐败作用产生的氨和肠道尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨；肾小管上皮细胞分泌的氨，主要来自谷氨酰胺。血氨的去路：在肝脏合成尿素(最主要去路)；合成谷氨酰胺及非必需氨基酸；合成重要的含氮化合物如嘌呤、嘧啶等。高血氨的毒性作用机制：脑供能障碍：高血氨时，氨进入脑组织，使-酮戊二酸氨基化形成谷氨酸，后者结合氨形成谷氨酰胺。脑中-酮
12、戊二酸减少，三羧酸循环障碍，ATP生成减少，脑供能障碍，导致大脑功能障碍，严重时可发生昏迷；脑水肿：以上机制使脑中谷氨酸、谷氨酰胺浓度增加，渗透压增高，致使脑水肿。临床上对高血氨病人采用酸性透析液作结肠透析，而禁止用碱性肥皂水灌肠。因为，蛋白质和氨基酸在肠道细菌腐败作用下产生氨，肠道尿素经细菌尿素酶水解也产生氨。肠道产生的氨主要在结肠吸收入血。NH3比NH4+易于穿过细胞膜而被吸收。在碱性环境中，NH4+易于转变成NH3。采用酸性透析液作结肠透析，使高血氨患者肠道产生的NH3转变成NH4+而排出体外，缓减病情。相反，用碱性肥皂水灌肠，肠道偏碱，氨的吸收增强，使高血氨患者的血氨更加升高，加重病情
13、。临床上对高血氨患者采用酸性利尿剂，不宜用碱性利尿剂。因为，谷氨酰胺水解成谷氨酸和氨，这部分氨分泌到肾小管管腔中与尿中的H+结合成NH4+，以铵盐的形式由尿排出体外，这对调节机体的酸碱平衡起重要的作用。酸性利尿剂有利于肾小管中氨转变成NH4+扩散入尿。相反，碱性利尿剂防碍肾小管细胞中的NH3分泌，此时氨被吸收入血，成为血氨的重要来源。（4）为什么叶酸或维生素B12缺乏可导致巨幼红细胞性贫血？为什么孕妇体内叶酸缺乏是神经管畸形发生的主要病因？答：叶酸缺乏导致巨幼红细胞贫血的生化机制：在体内叶酸以四氢叶酸（FH4）的形式参与一碳单位代谢，一碳单位参与嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的合成；叶酸缺乏时，DNA
14、合成受到抑制，骨髓幼红细胞DNA合成减少，细胞分裂速度降低，细胞体积变大，细胞核内染色质疏松，称巨细胞，这种红细胞在骨髓内成熟前就被破坏造成贫血，称巨幼红细胞贫血。维生素B12缺乏导致巨幼红细胞贫血的生化机制：维生素B12 是N5-CH3-FH4转甲基酶的辅酶，催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸；维生素B12缺乏时，N5-CH3-FH4上的甲基不能转移出去，不仅使甲硫氨酸减少，还影响FH4的再生，组织中游离的FH4含量减少，一碳单位代谢受阻，造成核酸合成障碍，骨髓幼红细胞DNA合成减少，细胞分裂速度降低，细胞体积变大，细胞核内染色质疏松，称巨细胞，这种红细胞在骨髓内成熟前就被破坏造成贫血，称巨
15、幼红细胞贫血。孕妇体内叶酸缺乏导致神经管畸形的生化机制：在体内叶酸以四氢叶酸的形式参与一碳单位代谢，一碳单位参与嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的合成；叶酸缺乏时，四氢叶酸减少，一碳单位代谢障碍，嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的合成障碍，最终导致DNA合成障碍，影响正常细胞分裂，导致神经管等许多组织器官畸形。（5）各种黄疸患者的血、尿、粪中胆色素有何变化？为什么会产生这样的变化？答：三种黄疸血、尿、粪的实验室检查变化见下表：表：三种黄疸血、尿、粪的实验室检查变化指标正常溶血性黄疸阻塞性黄疸肝细胞性黄疸血清胆红素浓度1mgdl1mgdl1mgdl1mgdl结合胆红素极少未结合胆红素00.7mgdl尿三胆尿胆红素+尿胆素原少量不一定尿胆素少量不一定粪胆素原40280mg/24h或或正常粪便颜色正常深灰白色或白陶土色变浅或正常三种黄疸血、尿、粪的变化原因分别叙述如下：第1，溶血性黄疸，又称肝前性黄疸，属于高未结合型胆红素血症。血：由于红细胞大量破坏，单核吞噬细胞生成的胆红素过多，超过肝细胞的摄取、转化、排泄能力造成血清未结合胆红素显著增高，结合胆红素变化不大，血清总胆红素增高；尿：未
