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1、生物化学：第八章含氮化合物代谢Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望 一一、 核酸的酶促降解核酸的酶促降解 二、二、核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢 三、三、核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢第一节第一节核苷酸的代谢核苷酸的代谢核酸核酸酶核酸酶单核苷酸磷酸单脂酶磷酸单脂酶核苷 + 磷酸嘧啶（嘌呤） 核糖（脱氧核糖）核苷酶核苷酶核苷磷酸化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-磷酸磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径醛缩酶醛缩酶乙醛甘油醛-3-磷酸一、核酸的酶促
2、降解一、核酸的酶促降解核酸酶核酸酶核酸酶的分类（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(RNase)(RNase)脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶(DNase)(DNase)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RNAB.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
3、割DNA,常作为工具酶。核酸酶核酸酶外切核酸酶对核酸的水解位点外切核酸酶对核酸的水解位点5 p p p pOHB p p p p3BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（ 55端外切得端外切得3-核苷酸核苷酸）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（ 33端外切得端外切得5 -核苷酸核苷酸）限制性内切酶限制性内切酶 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
4、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（ristriction ristriction endonucleaseendonuclease）。）。常用的常用的DNA限制性内切酶的专一性限制性内切酶的专一性酶酶辨认的序列和切口辨认的序列和切口说明说明AGCTTCGAGGATCCCCTAGGAGATCTTCTAGAGAATTCCTTAAGAAGCTTTTCGAAGTCGACCAGCTGCCCGGGGGGCCCBamHIAluIBglIEcoRIHindSalISmaI四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口
5、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限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号序号序号序号属名属名属名属名种名种名种名种名株名株名株名株名例：例：例：例：EcoRIEcoRI，这是从大肠杆菌（，这是从大肠杆菌（，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
6、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、核苷酸的降解二、核苷酸的降解嘌呤的降解嘌呤的降解嘧啶的降解嘧啶的降解核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶PiH2O嘧啶或嘌呤碱嘧啶或嘌呤碱1-磷酸核糖磷酸核糖核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶Pi 腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 H H2 2O O H H2 2O O NHNH3 3 NHNH3 3 次黄嘌呤次黄嘌呤 黄嘌呤黄嘌呤 H H2 2O
7、+OO+O2 2 H H2 2O O2 2 H H2 2O+OO+O2 2 H H2 2O O2 2 尿囊素尿囊素 尿酸尿酸 H H2 2O COO CO2 2+H+H2 2O O2 2 2H 2H2 2O+OO+O2 2 尿囊酸尿囊酸 尿素尿素 + + 乙醛酸乙醛酸 H H2 2O 2HO 2H2 2O O 4NH4NH3 3 + 2CO + 2CO2 2 （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。这是一个氧化降解过程，不同生物降解的产物不同。嘌呤代谢产物嘌呤代谢产物排泄动物排泄动
8、物尿酸尿酸人类、灵长类动物、鸟类、昆虫人类、灵长类动物、鸟类、昆虫尿囊素尿囊素除灵长类外其它哺乳类动物除灵长类外其它哺乳类动物尿囊酸尿囊酸某些硬骨鱼类某些硬骨鱼类尿素、乙醛酸尿素、乙醛酸大多数鱼类、两栖类动物大多数鱼类、两栖类动物氨、二氧化碳氨、二氧化碳甲壳类动物、软体动物甲壳类动物、软体动物l嘧啶碱的降解过程主要在肝细胞中进行。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不同的嘧啶碱其分解代谢途径和产物不同。嘧啶的降解嘧啶的降解l l 这是一个还原降解过程这是一个还原降解过程。胞嘧啶和尿嘧啶的降解胞嘧啶和尿嘧啶的降解 二氢嘧啶酶二氢嘧啶酶H2O -脲基丙酸脲基丙
9、酸胞嘧啶脱氨酶胞嘧啶脱氨酶H2O NH3胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶NADPH+H+ NADP+二氢二氢尿嘧啶尿嘧啶 -脲基丙酸酶脲基丙酸酶NH3 + CO2H2O -丙氨酸丙氨酸 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATAC尿素尿素胸腺嘧啶的降解胸腺嘧啶的降解 二氢嘧啶酶二氢嘧啶酶H2O -脲基异丁酸脲基异丁酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶二氢胸腺嘧二氢胸腺嘧啶脱氢酶啶脱氢酶NADPH+H+ NADP+二氢胸二氢胸腺嘧啶腺嘧啶 -脲基异丁酸酶脲基异丁酸酶NH3 + CO2H2O -氨基异丁酸氨基异丁酸 尿素尿素甲基丙二酸甲基丙二酸单酰单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATAC糖异生糖
10、异生三三核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢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核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成1 1、嘌呤核苷酸的生物合成、嘌呤核苷酸的生物合成(1) 从头合成途径(2) 补救途径2 2、嘧啶核苷酸的生物合成、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。从头合成途径从头合成途径补救合成途径补救合成途径l又称再利用合
11、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：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核苷酸的从头合成嘌呤环上各原子的来源嘌呤环上各原子的来源来自谷氨酰胺的酰胺氮来自谷氨酰胺的酰
12、胺氮来自来自“甲酸盐甲酸盐”来自天冬氨酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自甘氨酸来自来自CO2来自来自“甲酸盐甲酸盐”次黄苷酸次黄苷酸（IMP）的合成：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）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PRPP（5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸）焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的参位、二氧化碳及天冬氨酸的参与下，逐步合成与下，逐步合成IMPIMP的的合
13、成过合成过程程腺苷酸（腺苷酸（腺苷酸（腺苷酸（AMPAMPAMPAMP）与鸟苷酸（）与鸟苷酸（）与鸟苷酸（）与鸟苷酸（GMPGMPGMPGMP）的合成）的合成）的合成）的合成H2O + NAD+XMPIMP脱氢酶脱氢酶NADH + H+Asp + GTPIMPAMP-S腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸合成酶珀酸合成酶GDP + PiGln + ATPGMP鸟苷酸合成酶鸟苷酸合成酶Glu + AMP + PPiAMP腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶延胡索酸延胡索酸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
14、珀酸（琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生腺苷酸（），然后裂解产生腺苷酸（AMP）。）。lIMP也可在也可在IMP脱氢酶的催化下，以脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸为受氢体，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），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）。）。核糖核苷酸的还原核糖核苷酸的还原-脱氧核苷酸合成脱氧核苷酸合成硫氧还蛋白硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核酸还原酶系核糖核酸还原酶系核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白硫
15、氧还蛋白还原酶还原酶FADATP、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白（还原型）（还原型）SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白（氧化型）（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸 三磷酸嘌呤核苷的合成三磷酸嘌呤核苷的合成 AMP/GMPADP/GDP核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶ATP ADPATP/GTP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP ADPdATP/dGTP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP ADPdADP/dGDPNADPH+H+NADP+H2O核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶合成合成RNA合成合成DNA 磷
16、酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶嘌呤嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi嘌呤嘌呤+1-P-核糖核糖嘌呤核苷嘌呤核苷 A(G)MPATP ADP（1.2） 嘌呤核苷酸的补救合成过程嘌呤核苷酸的补救合成过程2.1 2.1 嘧啶核苷酸从头合成途径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嘧啶环上各原子的来源 天冬氨酸天冬氨酸CO2NH3NNC
17、CCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。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在氨基甲酰磷酸合成酶的催化下，以的催化下，以Gln，CO2，ATP为原料合氨为原料合氨基甲酰磷酸。基甲酰磷酸。尿苷酸尿苷酸UMP从头合成途径从头合成途径Gln + CO2 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 + Glu氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶2ATP2ADP + Pil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，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
18、后再经脱氢、脱羧、环化等反应，合成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，即第一个嘧啶核苷酸，即UMP。UMPUMP的的的的合成过合成过合成过合成过程程程程 胞苷酸的合成胞苷酸的合成 CTPGln+ATPGlu+ADP+PiCTP合成酶合成酶UMPUDPATPADP核苷单磷核苷单磷酸激酶酸激酶UTPATPADP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶合成合成RNA脱氧嘧啶核苷酸的合成脱氧嘧啶核苷酸的合成 磷酸磷酸酶酶CTPCDPH2O Pi核糖核苷酸还原核糖核苷酸还原酶酶dCDPNADPH+H+ NADP+H2ON5,N10-CH2-FH4FH2dTMP胸苷酸合酶胸苷
19、酸合酶dUMPH2ONH3脱氨脱氨酶酶dCMPH2OPi磷酸磷酸酶酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶dCTPATP ADPUDPdUDP磷酸酶磷酸酶核糖核苷核糖核苷酸还原酶酸还原酶核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶dTDPdTTP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶合成合成DNA脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧啶核苷酸合成酶胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H+SerNADP+Gly N5、N10CH2FH4FH2二氢叶酸二氢叶酸还原酶还原酶Ser羟甲基羟甲基转移酶转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P（2.22.2）嘧啶核苷酸补救合成途径）嘧啶核苷酸补救合成途径尿嘧啶尿嘧啶+P
20、RPP尿嘧啶尿嘧啶+1-P-核糖核糖尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP核核苷苷酸酸的的合合成成及及相相互互关关系系1.嘌呤核苷酸从头合成的调节嘌呤核苷酸从头合成的调节核苷酸合成核苷酸合成的调节及意义的调节及意义 2.抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制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嘌呤核苷酸从头合成的调节+_IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATP_+GTPR-
21、5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPPPRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMP ADPATPXMPGMPGDP GTP酰胺转移酶酰胺转移酶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抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制嘌呤类似物嘌呤类似物临床上应用较多的嘌呤类似物包括临床上应用较多的嘌呤类似物包括6-巯基嘌呤（巯基嘌呤（6-mercaptopurine，6-MP）、）、6-巯基鸟嘌呤、巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤等。氮杂鸟嘌呤等。6-
22、MP的化学结构与次黄嘌呤类似，因而可以抑制的化学结构与次黄嘌呤类似，因而可以抑制IMP转变为转变为AMP或或GMP，从而干扰嘌呤核苷酸的合成。，从而干扰嘌呤核苷酸的合成。次黄嘌呤次黄嘌呤(hypoxanthine,H)6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-mercaptopurine,6-MP)氨基酸类似物氨基酸类似物l临床上应用较多的氨基酸类似物包括氮杂丝氨酸（临床上应用较多的氨基酸类似物包括氮杂丝氨酸（azaserine）和）和6-重氮重氮-5-氧正亮氨酸（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，因而可干扰这些氨基酸类似物的分子结构与谷氨酰胺类似，
23、因而可干扰谷氨酰胺谷氨酰胺在嘌在嘌呤核苷酸合成中的作用，抑制嘌呤核苷酸的合成呤核苷酸合成中的作用，抑制嘌呤核苷酸的合成。叶酸类似物叶酸类似物l临床上应用较多的叶酸类似物包括氨蝶呤（临床上应用较多的叶酸类似物包括氨蝶呤（aminopterin）及甲氨蝶呤）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，），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。受阻而抑制其合成。甲酰甘氨酰甲酰甘氨酰胺核苷酸胺核苷酸（FGAR
24、）PRPP谷氨酰胺谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺甘氨酰胺核苷酸核苷酸（GAR）=甲酰甘氨甲酰甘氨脒核苷酸脒核苷酸（FGAM）5-氨基异咪唑氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鸟嘌呤鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX作用环节作用环节- - -ATP+CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基
25、甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸- -嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-3.嘧啶核苷酸从头合成的调节嘧啶核苷酸从头合成的调节4.4.抗代谢药物对嘧啶核苷酸合成的抑制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能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些也是一些嘧啶类似物、氨基酸类似物、嘧啶类似物、氨基酸类似物、叶酸类似物及核苷类似物叶酸类似物及核苷类似物，通过对酶的，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。合成。嘧啶类似物：嘧啶类似物：主要的抗
26、代谢嘧啶类似物是主要的抗代谢嘧啶类似物是5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶（5-FU）。）。5-FU在体内可转变为在体内可转变为F-dUMP，其结构与，其结构与dUMP相似，可竞争性相似，可竞争性抑制抑制胸苷酸合酶胸苷酸合酶的活性，从而抑制胸苷酸的活性，从而抑制胸苷酸的合成。的合成。胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)氨基酸类似物：氨基酸类似物：氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸类似谷氨酰胺，可抑制类似谷氨酰胺，可抑制CTP的合成。的合成。叶酸类似物：叶酸类似物：氨甲蝶呤氨甲蝶呤干扰叶酸代谢，使干扰叶酸代谢，使dUMP不能不能被甲基化生成被甲基化生成dTMP。核苷类似物：核苷类似物：阿糖胞苷和环胞苷阿糖
27、胞苷和环胞苷属于核苷类似物，能属于核苷类似物，能抑制抑制CDP还原成还原成dCDP。嘧啶核苷酸类似物的作用环节嘧啶核苷酸类似物的作用环节UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸阿糖胞苷阿糖胞苷氨甲蝶呤氨甲蝶呤5-FU第二节第二节 氨基酸代谢氨基酸代谢MetabolismofAminoAcids氨基酸（氨基酸（aminoacids)是蛋白质是蛋白质(protein)的基本组成单位。的基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。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。本章主要讨论氨基酸的分解代谢。一一 蛋白质的营养作用蛋白质的营
28、养作用NutritionalFunctionofProtein1）蛋白质营养的重要性）蛋白质营养的重要性是构成组织细胞的重要成分。是构成组织细胞的重要成分。参与组织细胞的更新和修补。参与组织细胞的更新和修补。参与物质代谢及生理功能的调控。参与物质代谢及生理功能的调控。氧化供能，可占所需能量的氧化供能，可占所需能量的18%。其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关。识别等均与蛋白质有关。 2 2）蛋白质的需要量和营养价值）蛋白质的需要量和营养价值人体每日人体每日须须分解一定量的分解一定量的组织组织蛋白蛋白质质，并以，并以含氮含氮终产终产物的形式
29、排出体外。同物的形式排出体外。同时时，须须从食从食物中物中摄摄取一定量的蛋白取一定量的蛋白质质，以，以维维持正常生理持正常生理活活动动之需。之需。由于食物中的含氮物主要是蛋白由于食物中的含氮物主要是蛋白质质，故可用，故可用氮的氮的摄摄入量来代表蛋白入量来代表蛋白质质的的摄摄入量。入量。氮平衡：氮平衡：体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，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平衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogenbalance)。 氮总平衡：每日摄入氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大
30、致氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量质的合成量与分解量大致相等，称为大致相等，称为氮总氮总平衡平衡。此种情况见于。此种情况见于正常成人。正常成人。氮平衡的类型：氮平衡的类型：氮正平衡：氮正平衡：每日摄入氮量大于排每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分白质的合成量大于分解量，称为解量，称为氮正平衡氮正平衡。此种情况见于儿童、此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。孕妇、病后恢复期。氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，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，称表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为为氮
31、负平衡氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。者（结核、肿瘤），饥饿者。根据计算，正常成人每日最低分解约根据计算，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白质组成的差异，故每日食物蛋白质的最低需要量为最低需要量为3050g。为了长期保持氮总平衡，正常成人每日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蛋白质的生理需要量应为80g。2）生理需要量：）生理需要量：体体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为营养酸称为营
32、养必需氨基酸必需氨基酸(essentialaminoacid)。体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为就称为非必需氨基酸非必需氨基酸(non-essentialaminoacid)。 3）必需氨基酸：）必需氨基酸：必需氨基酸共有八种：赖氨酸（必需氨基酸共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨）、色氨酸（酸（Trp）、苯丙氨酸（）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸）、缬氨酸（Val）。）。 由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，由于酪氨酸在
33、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。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：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；必需氨基酸的含量；必需氨基酸的种类；必需氨基酸的种类；必需氨基酸的比例（即具有与人体需求必需氨基酸的比例（即具有与人体需求相符的氨基酸组成）。相符的氨基酸组成）。4）蛋白质的营养价值及互补作用：）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后食用，以提高其营养
34、价值的作用称为食物食物蛋白质的互补作用蛋白质的互补作用。例如，谷类蛋白质含例如，谷类蛋白质含Lys较少、较少、Trp较较多，豆类蛋白质含多，豆类蛋白质含Trp较少而较少而Lys较多，较多，二者混合后食用，即可二者混合后食用，即可提高营养价值提高营养价值。二二 蛋白质的消化、吸收与腐败蛋白质的消化、吸收与腐败2Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins1 1 蛋白质的消化蛋白质的消化胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。少量氨基酸。胃蛋白酶原胃蛋白酶原胃蛋白酶胃蛋白酶 + + 多肽碎片多肽碎片胃酸、胃蛋
35、白酶胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)1）胃中的消化：）胃中的消化：2 2）小肠中的消化：）小肠中的消化：有两种类型的消化酶：有两种类型的消化酶：肽链外切酶肽链外切酶(exopeptidase)：如羧肽酶：如羧肽酶A、羧肽酶、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等；氨基肽酶、二肽酶等；肽链内切酶肽链内切酶(endopeptidase)：如胰蛋白酶、糜蛋白：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。酶、弹性蛋白酶等。产生的寡肽再经产生的寡肽再经寡肽酶寡肽酶(oligopeptidase)，如，如氨基肽酶及二肽酶等的作用，水解为氨基酸。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
36、在肠中完全水解为氨基酸。的食物蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。2 2 氨基酸的吸收氨基酸的吸收1）氨基酸吸收载体：）氨基酸吸收载体：主主要要在在小小肠肠进进行行，是是一一种种主主动动转转运运过过程程，需需由由特特殊殊的的氨氨基基酸酸载载体体携携带带。转转运运氨氨基基酸进入细胞时，同时转运入酸进入细胞时，同时转运入Na+。载载 体类型体类型中性氨基酸载体中性氨基酸载体碱性氨基酸载体碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体2） -谷氨酰基循环：谷氨酰基循环：由由 -谷氨酰基转移酶谷氨酰基转移酶催化，利用催化，利用GSH，合，合成成 -谷氨酰氨基酸谷氨酰氨基酸
37、进行转运。消耗的进行转运。消耗的GSH可重新再合成。可重新再合成。 - -谷氨酰基循环谷氨酰基循环半胱氨酰甘氨酸半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸肽酶肽酶 -谷氨谷氨 酸环化酸环化 转移酶转移酶氨基酸氨基酸5-氧脯氨酸氧脯氨酸谷氨酸谷氨酸5-氧脯氧脯氨酸酶氨酸酶ATPADP+Pi -谷氨酰半胱氨酸谷氨酰半胱氨酸 -谷氨酰谷氨酰半胱氨酸半胱氨酸 合成酶合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽谷胱甘肽 合成酶合成酶ATPADP+Pi谷胱甘肽谷胱甘肽GSH细胞外细胞外- -谷谷 氨酰氨酰 基转基转 移酶移酶细胞膜细胞膜细胞内细胞内氨基酸氨基酸COOHCHNH2CH2CH2CONHC
38、HCOOHR -谷氨酰谷氨酰氨基酸氨基酸3）肽的吸收）肽的吸收利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体利用肠粘膜细胞上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系进行吸收，也是一种耗能的主动吸收过程。程。3 3 蛋白质的腐败作用蛋白质的腐败作用腐败分解作用腐败分解作用（putrefaction）主要在）主要在大肠中进行，是细菌对蛋白质及其消化产大肠中进行，是细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用。物的分解作用。腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱羧、脱氨、脱巯基等反应。可羧、脱氨、脱巯基等反应。可产生有毒物产生有毒物质质，如，如胺类胺类（腐胺、尸胺、酪
39、胺），酚类，（腐胺、尸胺、酪胺），酚类，吲哚类，吲哚类，氨氨及硫化氢等。及硫化氢等。这些有毒物质被吸收后，由这些有毒物质被吸收后，由肝肝进行解毒。进行解毒。 第三节第三节 氨基酸的一般代谢氨基酸的一般代谢3GeneralMetabolismofAminoAcids体内蛋白质处于不断降解与合成的动态体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。平衡中。成人每天约有成人每天约有1%2%的体内蛋白质的体内蛋白质被降解。被降解。1 1 体内蛋白质的转换更新体内蛋白质的转换更新1）体内蛋白质的降解：）体内蛋白质的降解：真核细胞中存在两条不同的降解途径：真核细胞中存在两条不同的降解途径：不依赖不依赖ATP的降
40、解途径：的降解途径：在在溶酶体溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、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。膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。依赖依赖ATP和和泛素泛素的降解途径：的降解途径：在在胞液胞液中进行，主要降解异常中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与和泛素参与泛素泛素(ubiquitin)是一种小分是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。胞中。蛋白质的泛素化蛋白质的泛素化(ubiquitination)：泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后者活化。而使后
41、者活化。泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程蛋白质的泛素化过程：蛋白质的泛素化过程：E1：泛素活化酶：泛素活化酶E2：泛素携带蛋白：泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶：泛素蛋白连接酶蛋白酶体的降解：蛋白酶体的降解：泛素化的蛋白质与多种泛素化的蛋白质与多种蛋白质构成蛋白酶体蛋白质构成蛋白酶体(proteasome)，使蛋白，使蛋白质降解。质降解。2）氨基酸代谢库：）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）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，基酸）
42、混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为称为氨基酸代谢库氨基酸代谢库(metabolicpool)。氨基酸代谢库的来源与去路氨基酸代谢库的来源与去路氨基酸代谢库氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收食物蛋白质消化吸收组织蛋白质分解组织蛋白质分解非必需氨基酸合成非必需氨基酸合成合成蛋白质和多肽合成蛋白质和多肽脱氨基作用脱氨基作用脱羧基作用脱羧基作用转变为其他含氮物转变为其他含氮物氨基酸的分解代谢概况氨基酸的分解代谢概况特殊分解代谢特殊分解代谢 特殊侧链的分解代谢特殊侧链的分解代谢一般分解代谢一般分解代谢脱羧基作用脱羧基作用 脱氨基作用脱氨基作用 CO2 胺胺NH3 - -酮酸酮酸2 2 氨基酸的脱氨基作用
43、氨基酸的脱氨基作用 氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨氧化脱氨基，联合脱氨基和非氧化脱氨基基，联合脱氨基和非氧化脱氨基。在这三种脱氨基作用中，以联合脱氨基作用最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为重要；而非氧化脱氨基作用则主要见于微生物中。物中。1 1）转氨基作用：）转氨基作用：转转 氨氨 基基 作作 用用 由由 转转 氨氨 酶酶 (transaminase)催催 化化 ，将将 -氨氨基基酸酸的的氨氨基基转转移移到到 -酮酮酸酸酮酮基基的的位位置置上上，生生成成相相应应的的 -氨氨基基酸酸，而而原原来来的的 -
44、氨基酸氨基酸则转变为相应的则转变为相应的 -酮酸酮酸。R-CH-COOH R”-C-COOH NH2 OR-C-COOH R”-CH-COOH O NH2转氨酶转氨酶转氨基作用转氨基作用(transamination)可以在各可以在各种种氨基酸与氨基酸与 -酮酸酮酸之间普遍进行。除之间普遍进行。除Lys，Pro外，均可参加转氨基作用。外，均可参加转氨基作用。 各各种种转转氨氨酶酶(transaminase)均均以以磷磷酸酸吡吡哆醛哆醛(胺胺)为辅酶。为辅酶。转氨酶的辅酶及其作用机制转氨酶的辅酶及其作用机制分子重排分子重排-H2O+H2O-H2O+H2O丙氨酸氨基转移酶丙氨酸氨基转移酶（alan
45、inetransaminase,ALT），又称为），又称为谷丙转谷丙转氨酶（氨酶（GPT）。催化丙氨酸与。催化丙氨酸与 -酮戊二酸酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝中活性较高，在在肝中活性较高，在肝的疾病肝的疾病时，可引起时，可引起血清中血清中ALT活性明显升高。活性明显升高。重要的转氨酶重要的转氨酶丙氨酸丙氨酸 + -酮戊二酸酮戊二酸 ALT丙酮酸丙酮酸 + 谷氨酸谷氨酸天冬氨酸氨基转移酶天冬氨酸氨基转移酶（aspartatetransaminase,AST），又称为），又称为谷草转谷草转氨酶（氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与。催化天冬氨酸与
46、-酮戊二酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该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，故在酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患心肌疾患时，时，血清中血清中AST活性明显升高。活性明显升高。天冬氨酸天冬氨酸 + - -酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸 + 谷氨酸谷氨酸AST2 2）氧化脱氨基作用：）氧化脱氨基作用：氧化脱氨基的反应过程包括氧化脱氨基的反应过程包括脱氢脱氢和和水解水解两两步，脱氢反应需步，脱氢反应需酶酶催化，而水解反应则不催化，而水解反应则不需酶的催化。需酶的催化。R-CH-COOHNH2 2H R-C-COOH + NH3 OH2OR-C-COOHNH 酶酶催化氧
47、化脱氨基的酶：催化氧化脱氨基的酶：L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)是一种需氧脱氢酶，以是一种需氧脱氢酶，以FAD或或FMN为辅基，脱下的氢原子交给为辅基，脱下的氢原子交给O2，生，生成成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。中分布局限，因此作用不大。L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶(L-glutamatedehydrogenase)是一种不需氧脱氢酶，是一种不需氧脱氢酶，以以NAD+或或NADP+为辅酶，生成的为辅酶，生成的NADH或或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。可进入呼吸链进行氧化磷酸化。该酶活性高
48、，分布广泛，因而作用较大；该该酶活性高，分布广泛，因而作用较大；该酶属于酶属于变构酶变构酶，其活性受，其活性受ATP，GTP的抑的抑制，受制，受ADP，GDP的激活。的激活。3 3）联合脱氨基作用：）联合脱氨基作用： 转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，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从而使氨基酸脱去氨基并氧化为 -酮酸酮酸( -ketoacid)的过程，称为的过程，称为联合脱氨联合脱氨基作用基作用。联合脱氨基作用可在肝、肾等大多数组织联合脱氨基作用可在肝、肾等大多数组织细胞中进行，是体内细胞中进行，是体内主要的脱氨基主要的脱氨基的方式。的方式。 转氨酶转氨酶氨
49、基酸氨基酸 -酮酸酮酸L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NH3 + NADH + H+H2O + NAD+ -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸联合脱氨基作用联合脱氨基作用4 4）嘌呤核苷酸循环：）嘌呤核苷酸循环： 嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle,PNC）是存在于）是存在于骨骼肌骨骼肌和和心肌心肌中的一中的一种特殊的种特殊的联合脱氨基作用联合脱氨基作用方式。方式。在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而性较低，而腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase)的活性较高，故采用此方式进的活性较高，故采用
50、此方式进行脱氨基。行脱氨基。 腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase)可催化可催化AMP脱氨基，此反应与转氨基反应脱氨基，此反应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环相联系，即构成嘌呤核苷酸循环(PNC)的脱的脱氨基作用。氨基作用。 IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸NH3H2O -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸AMP延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环3. 3. - -酮酸的代谢酮酸的代谢1）再氨基化为氨基酸。）再氨基化为氨基酸。2）转变为糖或脂：）转变为糖或脂：生糖氨基酸。生糖氨基酸。生酮氨
51、基酸：生酮氨基酸：Leu，Lys。生生糖糖兼兼生生酮酮氨氨基基酸酸：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。3）氧氧化化供供能能：进进入入三三羧羧酸酸循循环环彻彻底底氧氧化化分解供能。分解供能。 第四节第四节 氨的代谢氨的代谢4MetabolismofAmmonia氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝性脑病的发病有关。紊乱，与肝性脑病的发病有关。正常人血液中氨的浓度很低，一般不超正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过过0.60 mol/L。体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在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。肝合成尿素而解毒。血氨血氨血氨
52、血氨1血氨的来源与去路血氨的来源与去路肠道吸收肠道吸收氨基酸脱氨氨基酸脱氨酰胺水解酰胺水解其他含氮物分解其他含氮物分解合成尿素合成尿素合成氨基酸合成氨基酸合成酰胺合成酰胺合成其他含氮物合成其他含氮物直接排出直接排出2 2 氨在血中的转运氨在血中的转运 肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸丙氨酸，后者经血液循环转运至肝再脱氨基，生成的丙后者经血液循环转运至肝再脱氨基，生成的丙酮酸异生为酮酸异生为葡萄糖葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉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
53、移到肝进行处理。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这一循环反应过程就称为丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环(alanine-glucosecycle)。 1 1）丙氨酸）丙氨酸- -葡萄糖循环：葡萄糖循环：肝肝liver血液血液blood骨骼肌骨骼肌muscleGGGpyruvateNH3analine analine pyruvateNH3analine 丙氨酸丙氨酸- -葡萄糖循环葡萄糖循环2 2）谷氨酰胺的运氨作用）谷氨酰胺的运氨作用：肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌，在肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌，在谷氨酰胺合谷氨酰胺合成酶（成酶（glutaminesynth
54、etase)的催化下，的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环带到肝，再由循环带到肝，再由谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶将其分解，将其分解，产生产生的氨即可用于合成尿素。的氨即可用于合成尿素。因此，因此，谷氨酰胺谷氨酰胺(glutamine)对氨具有对氨具有运输运输、贮贮存存和和解毒解毒作用。作用。 ATP +ATP + NHNH3 3ADP + PiADP + Piglutamine synthetaseglutamic acidglutamic acidglutamineglutamineglutaminaseNHNH3 3 H H2 2OO
55、肝外组织细胞肝外组织细胞肝细胞肝细胞血液血液谷氨酰胺的运氨作用谷氨酰胺的运氨作用3. 3. 尿素的生成尿素的生成 体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素尿素(urea)。合成尿素的合成尿素的主要器官主要器官是是肝肝，但在肾及脑中，但在肾及脑中也可少量合成。也可少量合成。尿素合成是经称为尿素合成是经称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环(ornithinecycle)的反应过程来完成的。催化这些反的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在于应的酶存在于胞液胞液和和线粒体线粒体中。中。 氨基甲酰磷酸的合成：氨基甲酰磷酸的合成：此反应在此反应在线粒体线粒体中进行，由中进行，由氨
56、基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶（carbamoylphosphatesynthetase-,CPS-）催化，该酶需）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。作为变构激活剂，反应不可逆。尿素生成的鸟氨酸循环：尿素生成的鸟氨酸循环：NH3 + CO2 H2O+ 2ATP2ADP + Pi氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶AGA，Mg2+NH2O PO32-CO氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成瓜氨酸的合成：瓜氨酸的合成：在在线粒体线粒体内进行，由内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移鸟氨酸氨基甲酰转移酶酶（ornithinecarbamoyl
57、trans-ferase,OCT）催化，将氨甲酰基转移）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的到鸟氨酸的 -氨基上，生成氨基上，生成瓜氨酸瓜氨酸。NH2O PO32-CO(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+ H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸鸟氨酸氨基鸟氨酸氨基甲酰转移酶甲酰转移酶瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成精氨酸代琥珀酸的合成：精氨酸代琥珀酸的合成：转运至转运至胞液胞液的瓜氨酸在的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosuccinatesynthetase)催化下，催化下，消耗能量合成消耗能量合成精氨
58、酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸。精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的是尿素合成的限速酶限速酶。CO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀精氨酸代琥珀酸合成酶酸合成酶ATPAMP + PPi + H2OCH2- CHCOOHCOOHH2NCH2- CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀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合成精氨酸代琥珀酸的裂解：精氨酸代琥珀酸的裂解：在在胞液胞液中由中由精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶(arginino-succinatelyase)催化，催化
59、，将精氨酸代琥珀酸裂解生成将精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸精氨酸和和延延胡索酸胡索酸。精氨酸代琥精氨酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶CH2- CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸CHCH COOHCOOH+CNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸的裂解精氨酸代琥珀酸的裂解精氨酸的水解：精氨酸的水解：在在胞液胞液中由中由精氨酸酶精氨酸酶催化，精氨酸水解催化，精氨酸水解生成生成尿素尿素(urea)和和鸟氨酸鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行
60、循环反应。反应。(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸- NH2H2N -OC+鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素精氨酸酶精氨酸酶H2O精氨酸的水解精氨酸的水解胞液胞液线粒体线粒体2ATP+CO2+NH3+H2O氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 2ADP+Pi瓜氨酸瓜氨酸精氨酸代精氨酸代琥珀酸琥珀酸ATP+AspAMP+PPiNH3 草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸 鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸Pi延胡索酸延胡索酸精氨酸精氨酸尿素尿素鸟氨酸鸟氨酸H2O尿素合成的鸟氨酸循环尿素合成的鸟氨酸循环a合成主要在合成主要在肝细胞肝细胞的的线粒体线粒体和和胞液胞液中进行；中进
61、行；b合成一分子尿素需消耗合成一分子尿素需消耗4分子分子ATP；c精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；是尿素合成的限速酶；d尿素分子中的两个氮原子，一个来源于尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于，一个来源于天冬氨酸天冬氨酸。 尿素合成的特点：尿素合成的特点：异柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰-CoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸谷氨酸谷氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰-CoA乙酰乙酰-CoAPheLeuLysTrpTyr丙酮酸丙酮酸AlaThrGlySerCysAspAsnPheTyrIleMetValArgHisG
62、lnPhe乙酰乙酰-CoA第五节第五节 个别氨基酸的代谢个别氨基酸的代谢5MetabolismofIndividualAminoAcids由氨基酸由氨基酸脱羧酶脱羧酶(decarboxyase)催化，辅催化，辅酶为酶为磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛，产物为，产物为CO2和胺和胺。 氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶R-CH(NH2)COOH R-CH2NH2 + CO2 ( (磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛) )1氨基酸的脱羧基作用氨基酸的脱羧基作用 所产生的胺可由所产生的胺可由所产生的胺可由所产生的胺可由胺氧化酶胺氧化酶胺氧化酶胺氧化酶氧化为醛、酸。氧化为醛、酸。氧化为醛、酸。氧化为醛、酸。 酸可由尿液排出，也可再氧化为
63、酸可由尿液排出，也可再氧化为酸可由尿液排出，也可再氧化为酸可由尿液排出，也可再氧化为COCO2 2和水。和水。和水。和水。 -氨基丁酸氨基丁酸（gamma-aminobutyricacid,GABA）是一种重要的神经递质，是一种重要的神经递质，由由L-谷氨酸谷氨酸脱羧而产生。脱羧而产生。反应由反应由L-谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶催化，在催化，在脑脑及及肾肾中中活性很高。活性很高。1 1） - -氨基丁酸的生成：氨基丁酸的生成：L-谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶CO2(CH2)2COOH- NH2CH2COOHCOOH- NH2(CH2)2CH -氨基丁酸的生成氨基丁酸的生成5-羟色胺羟色胺（5-hyd
64、roxytryptamine,5-HT）也是一种重要的神经递质，且具有强烈的）也是一种重要的神经递质，且具有强烈的缩血管作用。缩血管作用。5-羟色胺的合成原料是羟色胺的合成原料是色氨酸色氨酸(tryptophan)。色氨酸羟化酶色氨酸羟化酶色氨酸色氨酸5-羟色氨酸羟色氨酸5-羟色氨酸脱羧酶羟色氨酸脱羧酶5-羟色胺羟色胺CO22）5-羟色胺的生成：羟色胺的生成：组胺组胺(histamine)由由组氨酸组氨酸脱羧产生，具脱羧产生，具有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒张血管作用。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。组胺的释放与过敏反应和应激反
65、应有关。 3）组胺的生成：）组胺的生成：精脒（精脒（spermidine)和和精胺精胺(spermine)均属均属于多胺于多胺(polyamines)，它们与细胞生长繁殖的，它们与细胞生长繁殖的调节有关。调节有关。多胺合成的原料为多胺合成的原料为鸟氨酸鸟氨酸，关键酶是，关键酶是鸟氨酸脱鸟氨酸脱羧酶羧酶(ornithinedecarboxylase)。 4）多胺的生成：）多胺的生成：鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸鸟氨酸腐胺（丁二胺）腐胺（丁二胺）CO2丙胺转移酶丙胺转移酶S-腺苷腺苷-3-甲硫丙胺甲硫丙胺5-甲硫腺苷甲硫腺苷精脒精脒丙胺转移酶丙胺转移酶精胺精胺S-腺苷腺苷-3-甲硫丙胺甲硫丙胺
66、5-甲硫腺苷甲硫腺苷多胺的合成过程多胺的合成过程2一碳单位的代谢一碳单位的代谢一碳单位一碳单位(onecarbonunit)是指只含一个是指只含一个碳原子的有机基团，这些基团通常由其载体碳原子的有机基团，这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。携带参加代谢反应。常见的一碳单位有常见的一碳单位有甲基甲基（-CH3）、）、亚甲基亚甲基或或甲烯基（甲烯基（-CH2-）、）、次甲基次甲基或甲炔基或甲炔基（=CH-）、）、甲酰基甲酰基（-CHO）、）、亚氨甲基亚氨甲基（-CH=NH）、）、羟甲基羟甲基（-CH2OH）等。）等。 一碳单位的定义和化学结构：一碳单位的定义和化学结构：一碳单位（一碳单位（one
67、carbonunit)通常由其载通常由其载体携带，常见的载体有体携带，常见的载体有四氢叶酸（四氢叶酸（FH4）和和S-腺苷同型半胱氨酸腺苷同型半胱氨酸，有时也可为，有时也可为VitB12。2-氨基氨基-4-羟基羟基-6-甲基甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶的结构四氢蝶呤啶的结构 H N N H2N- N -CH2-NH-R N OH H+S-S-腺苷同型半胱氨酸腺苷同型半胱氨酸CH NH2S ARCH2CH2COOHCHCH3 3S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸（SAM）SAMSAM的分子结构的分子结构常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物a.N10-甲酰四氢叶酸（甲酰四氢叶酸（
68、N10-CHOFH4）。）。b.N5-亚氨甲基四氢叶酸（亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NHFH4）。）。c.N5,N10-亚甲基四氢叶酸亚甲基四氢叶酸（N5,N10-CH2-FH4）。）。d.N5,N10-次甲基四氢叶酸次甲基四氢叶酸（N5,N10=CH-FH4）。）。e.N5-甲基四氢叶酸（甲基四氢叶酸（N5-CH3FH4）。）。 3含硫氨基酸的代谢含硫氨基酸的代谢蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如肾上肾上腺素腺素、胆碱胆碱、肌酸肌酸和和核酸核酸等的甲基供体。等的甲基供体。甲基供体的活性形式为甲基供体的活性形式为S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸（S-adenosyl
69、methionine,SAM）。）。1）S-腺苷蛋氨酸循环：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单位衍生物，其载体是也是一种一碳单位衍生物，其载体是也是一种一碳单位衍生物，其载体是S-S-腺腺腺腺苷同型半胱氨酸苷同型半胱氨酸苷同型半胱氨酸苷同型半胱氨酸，携带的一碳单位是，携带的一碳单位是，携带的一碳单位是，携带的一碳单位是甲基甲基甲基甲基。+CH NH2S ARCH2CH2COOHCHCH3 3从蛋氨酸形成的从蛋氨酸形成的S-腺苷蛋氨酸，在提供腺苷蛋氨酸，在提供甲基以后转变为同型半胱氨酸，然后再甲基以后转变为同型半胱氨酸，然后再反方向重新合成蛋氨酸，这一循
70、环反应反方向重新合成蛋氨酸，这一循环反应过程称为过程称为S-腺苷蛋氨酸循环腺苷蛋氨酸循环或或活性甲基活性甲基循环循环。 S-S-腺苷蛋氨酸循环的反应过程腺苷蛋氨酸循环的反应过程蛋氨酸蛋氨酸SAM蛋氨酰腺苷转移酶蛋氨酰腺苷转移酶ATPPPi + PiFH4N5-CH3 FH4蛋氨酸合成酶蛋氨酸合成酶（Vit B12）甲基受体甲基受体甲基转移酶甲基转移酶甲基受体甲基受体-CH3S-腺苷同型半胱氨酸腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸同型半胱氨酸S-腺苷同型腺苷同型半胱氨酸裂解酶半胱氨酸裂解酶H2O腺苷腺苷2）肌酸的合成：）肌酸的合成：肌酸在骨骼肌和大脑细胞中用于合成肌酸在骨骼肌和大脑细胞中用于合成磷酸磷酸
71、肌酸肌酸（CP），后者是能量的贮存形式。），后者是能量的贮存形式。合成肌酸的主要器官是合成肌酸的主要器官是肝肝。肌酸的合成需以肌酸的合成需以甘氨酸甘氨酸、精氨酸精氨酸为原料，为原料，并由并由SAM提供甲基。提供甲基。甘氨酸甘氨酸精氨酸精氨酸鸟氨酸鸟氨酸脒基转移酶脒基转移酶胍乙酸胍乙酸SAMS-腺苷同型腺苷同型半胱氨酸半胱氨酸肌酸肌酸甲基转移酶甲基转移酶肌酸的合成过程肌酸的合成过程3）硫酸根的代谢：）硫酸根的代谢：含硫氨基酸包括含硫氨基酸包括半胱氨酸半胱氨酸和和蛋氨酸蛋氨酸，其，其氧化分解均可产生硫酸根。氧化分解均可产生硫酸根。半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源。半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源。体内
72、代谢产生的硫酸根一部分以无机硫体内代谢产生的硫酸根一部分以无机硫酸盐的形式随尿液排出体外，另一部分酸盐的形式随尿液排出体外，另一部分则可被活化形成活性硫酸根则可被活化形成活性硫酸根PAPS（3 -磷酸腺苷磷酸腺苷-5 -磷酰硫酸磷酰硫酸）。SO42-+ATPAMP - SO3-( (腺苷腺苷-5-磷酰硫酸磷酰硫酸) )3-PO3H2-AMP-SO3-（3-磷酸腺苷磷酸腺苷-5-磷酰硫酸，磷酰硫酸，PAPS）PAPSPAPS的生成过程的生成过程4 4 芳香族氨基酸的代谢芳香族氨基酸的代谢芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸1 1）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢）苯丙氨酸和酪
73、氨酸的代谢 苯苯苯苯丙丙丙丙酮酮酮酮酸酸酸酸尿尿尿尿症症症症P PKKU U尿尿尿尿黑黑黑黑酸酸酸酸症症症症NH3苯丙酮酸苯丙酮酸苯丙氨酸苯丙氨酸四氢生物蝶呤四氢生物蝶呤 + O2二氢生物蝶呤二氢生物蝶呤 + H2O苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶酪氨酸酪氨酸NH3对羟苯丙酮酸对羟苯丙酮酸O2CO2尿黑酸尿黑酸二氢生物蝶呤二氢生物蝶呤 + H2O四氢生物蝶呤四氢生物蝶呤 + O2酪氨酸羟化酶酪氨酸羟化酶3,4-二羟苯丙氨酸二羟苯丙氨酸(多巴多巴)O2尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶苹果酰乙酰乙酸苹果酰乙酰乙酸白化病白化病脑脑细细胞胞和和肾肾上上腺腺髓髓质质细细胞胞黑黑色色素素细细胞胞3,4-二羟苯丙氨酸二
74、羟苯丙氨酸(多巴多巴)多巴醌多巴醌酪氨酸酶酪氨酸酶吲哚醌吲哚醌黑色素黑色素多巴脱羧酶多巴脱羧酶CO23,4-二羟苯乙胺二羟苯乙胺(多巴胺多巴胺) -羟化酶羟化酶VitCO2H2O去甲肾上腺素去甲肾上腺素SAMS-腺苷同型半胱氨酸腺苷同型半胱氨酸转甲基酶转甲基酶肾上腺素肾上腺素儿茶酚胺儿茶酚胺2）色氨酸代谢）色氨酸代谢色氨酸色氨酸5-羟色胺羟色胺一碳单位一碳单位丙酮酸丙酮酸+乙酰乙酰乙酰乙酰CoA维生素维生素PP 5支链氨基酸的代谢支链氨基酸的代谢支链氨基酸包括支链氨基酸包括亮氨酸亮氨酸、异亮氨酸异亮氨酸和和缬氨酸缬氨酸。三种支链氨基酸分解代谢的基本过程大致相同，三种支链氨基酸分解代谢的基本过程
75、大致相同，包括三个阶段：包括三个阶段：a.经转氨基作用，生成相应的经转氨基作用，生成相应的 -酮酸；酮酸；b.经氧化脱羧基作用，生成相应的酰基经氧化脱羧基作用，生成相应的酰基CoA；c.经与脂肪酸经与脂肪酸 -氧化相似的过程氧化分解。氧化相似的过程氧化分解。缬氨酸的分解代谢缬氨酸的分解代谢生糖氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸琥珀酰琥珀酰CoA缬氨酸缬氨酸 -酮异戊酸酮异戊酸异丁酰异丁酰CoA脱氨基脱氨基脱氢脱羧脱氢脱羧脱氢脱氢甲基丙烯酰甲基丙烯酰CoA - 羟异丁酰羟异丁酰CoA -羟异丁酸羟异丁酸水化水化水化水化 脱酰基脱酰基甲基丙二酰半醛甲基丙二酰半醛甲基丙二酰甲基丙二酰CoA脱氢脱氢
76、脱氢脱氢异构异构亮氨酸的分解代谢亮氨酸的分解代谢生酮氨基酸生酮氨基酸生酮氨基酸生酮氨基酸HMG-CoA乙酰乙酸乙酰乙酸乙酰乙酰CoA亮氨酸亮氨酸 -酮异己酸酮异己酸异戊酰异戊酰CoA脱氨基脱氨基脱氢脱羧脱氢脱羧脱氢脱氢 -甲基巴豆酰甲基巴豆酰CoA -甲基戊烯二酰甲基戊烯二酰CoA 羧化羧化羧化羧化 水化水化水化水化异亮氨酸的分解代谢异亮氨酸的分解代谢生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸 -甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoA -羧化羧化 -甲基乙酰乙酰甲基乙酰乙酰CoA丙酰丙酰CoA 乙酰乙酰CoA 异亮氨酸异亮氨酸 -酮酮- -甲基戊酸甲基戊酸 -甲基丁酰甲基丁酰CoA 脱氨基脱氨基脱氢脱羧脱氢脱羧脱氢脱氢 -甲基巴豆酰甲基巴豆酰CoA -甲基甲基- -羟丁酰羟丁酰CoA水化水化脱氢脱氢琥珀酰琥珀酰CoA 异构异构
