含氮化合物代謝第十一章課件

1、第十一章含氮化合物代謝本章介紹氨基酸代謝和核苷酸代謝蛋白質的降解：消化、吸收與腐敗氨基酸的分解代謝（脫氨基作用、脫羧基作用）；氨的代謝及碳骨架的代謝；一碳單位的代謝。氨基酸的合成代謝核酸的降解核苷酸的分解代謝核苷酸的合成代謝脫氧核苷酸的合成教材第30、31、33章第一節(jié) 蛋白質的消化、吸收與腐敗指機體蛋白質攝入量和排出量的比例關系。體內蛋白質的合成與分解處于動態(tài)平衡中，每日氮的攝入量與排出量維持著動態(tài)平衡，稱為氮平衡。氮平衡有以下幾種情況： 1氮總平衡：每日攝入氮量與排出氮量大致相等，表示體內蛋白質的合成量與分解量大致相等，稱為氮總平衡。 2氮正平衡：每日攝入氮量大于排出氮量，表明體內蛋白質的

2、合成量大于分解量，稱為氮正平衡。 3氮負平衡：每日攝入氮量小于排出氮量，表明體內蛋白質的合成量小于分解量，稱為氮負平衡。一、氮平衡(nitrogen balance)1、胃消化：胃酸（pH 1.52.5）使蛋白質變性，松散易于消化。胃蛋白酶水解食物蛋白質為多肽、寡肽及少量氨基酸。2、腸消化：胰液消化（小腸腔） 肽鏈內切酶：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶等，水解后1/3為氨基酸，2/3為寡肽。腸粘膜消化： 肽鏈外切酶：如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等；蛋白質在腸中完全水解為氨基酸。內源蛋白質由溶酶體內各種水解酶消化。二、蛋白質的消化三、氨基酸的吸收（小腸粘膜）具有運輸氨基酸的載體，轉運

3、氨基酸進入細胞時，同時轉運入Na+（主動轉運、耗能）。經-谷氨酰循環(huán)進行。需由-谷氨?；D移酶催化，利用GSH，合成-谷氨酰氨基酸進行轉運。消耗的GSH可重新再合成。是一個耗能過程。（P364 圖3127）四、蛋白質在腸中的腐敗主要在大腸中進行，是細菌對蛋白質及其消化產物的分解作用。腐敗分解作用包括水解、氧化、還原、脫羧、脫氨、脫巰基等反應?？僧a生有毒物質，如胺類（腐胺、尸胺），酚類，吲哚類，氨及硫化氫等。有毒物質被吸收后，由肝臟進行解毒。五、蛋白質的營養(yǎng)價值及互補作用決定蛋白質營養(yǎng)價值高低的因素：必需氨基酸的含量、 種類、比例。將幾種營養(yǎng)價值較低的食物蛋白質混合后食用，以提高其營養(yǎng)價值的作用

4、稱為食物蛋白質的互補作用。 必需氨基酸：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。非必需氨基酸：Ala、Pro、Asp、Ser、Gly、Arg、His、Asn、Gln、Glu。酪氨酸在體內需由苯丙氨酸為原料來合成，半胱氨酸必需以蛋氨酸為原料來合成，故被稱為半必需氨基酸。 其 它 含 氮 化 合 物(嘌呤、嘧啶、神經遞質) 食物蛋白質消化吸收胺脫羧氨含氮化合物尿 素脫氨酮 酸糖脂氧化供能合 成氨基酸組織蛋白質合 成分 解氨基酸代謝池合 成 氨 基 酸(非必需氨基酸)代謝轉變 氨基酸的來源與去路處于動態(tài)平衡作為蛋白質、多肽、酶合成的原料。提供人體必需氨基酸，具有營養(yǎng)作用。是體

5、內重要的調節(jié)物質，如氨基酸激素、神經遞質。是體內氨的運輸、儲存形式，可轉變生成尿素。代謝轉變生成糖、脂，氧化供能。提供核苷酸、核苷酸輔酶合成的原料。代謝產生體內的特殊基團、生理活性物質。 氨基酸的生物功能： 第二節(jié) 氨基酸的分解代謝一、氨基酸的脫氨基作用氨基酸主要通過三種方式脫氨基，即氧化脫氨基，聯(lián)合脫氨基和非氧化脫氨基。*氨基酸在酶催化下通過氧化脫氫，同時釋放NH3，形成相應的酮酸。 *催化反應的酶：L-氨基酸氧化酶和L-谷氨酸脫氫酶。*反應過程包括脫氫和水解兩步：1、氧化脫氨基（動、植物）：NH2CHRCOOHNH=CRCOOH + 2HNH=CRCOOH + H2O2H + O2H2O2

6、2H2O2 2H2O + O2氨基酸氧化酶2NH2CHRCOOH + O22RCOCOOH + 2NH3L-氨基酸氧化酶是一種需氧脫氫酶，以FAD或FMN為輔基，脫下的氫原子交給O2，生成H2O2。該酶活性不高，在各組織器官中分布局限，作用不大。RCOCOOH + NH3L-谷氨酸脫氫酶（肝臟，細胞質）是一種不需氧脫氫酶，以NAD+或NADP+為輔酶，生成的NADH或NADPH可進入呼吸鏈進行氧化磷酸化。該酶活性高，分布廣泛，特異性高。該酶屬于變構酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。由轉氨酶催化，將-氨基酸的氨基轉移到-酮酸酮基的位置上，生成相應的-氨基酸，而原來的-氨基

7、酸則轉變?yōu)橄鄳?酮酸。 2、轉氨基作用：轉氨基作用可以在各種氨基酸與-酮酸之間普遍進行。除Gly，Lys，Thr，Pro外，均可參加轉氨基作用。轉氨酶以磷酸吡哆醛(胺)為輔酶。 丙氨酸氨基轉移酶（alanine trans-aminase,ALT），又稱為谷丙轉氨酶（GPT）。 ALT 丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸 在肝臟疾病時可引起血清中ALT活性明顯升高。 天冬氨酸氨基轉移酶（aspartate transaminase,AST），又稱為谷草轉氨酶（GOT）。 AST 天冬氨酸 + -酮戊二酸 草酰乙酸 + 谷氨酸 在心肌疾患時，血清中AST活性明顯升高。轉氨酶是細胞內酶，

8、正常血清中活性很低，以心臟、腦、肝臟活性最強，較為重要的轉氨酶有：轉氨基作用與氧化脫氨基作用聯(lián)合進行，使氨基酸脫去氨基并氧化為-酮酸的過程，稱為聯(lián)合脫氨基作用。聯(lián)合脫氨基作用可在大多數組織細胞中進行，是體內主要的脫氨基的方式。 3、聯(lián)合脫氨基作用：存在于骨骼肌和心肌的特殊的聯(lián)合脫氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脫氫酶的活性較低，而腺苷酸脫氨酶的活性較高，故采用此方式進行脫氨基。 嘌呤核苷酸循環(huán)：水解脫氨基：在水解酶催化下進行L-氨基酸羥酸NH3脫水脫氨基：由脫水酶催化絲氨酸丙酮酸NH3脫硫氫基脫氨基：半胱氨酸丙酮酸NH3氧化還原脫氨基L-氨基酸1 L-氨基酸2 H2O有機酸1酮酸22

9、 NH3解氨酶催化的脫氨基作用L-苯丙氨酸反式肉桂酸NH3酪氨酸反式香豆酸NH3還原脫氨基：在無氧條件下，由氫化酶催化L氨基酸2H 脂肪酸NH34、非氧化脫氨基作用：二、-酮酸的代謝 1、合成氨基酸 2、轉變?yōu)樘呛椭?碳鏈的轉變)生糖氨基酸：凡在分解過程中能轉變?yōu)楸帷?酮戊二酸、草酰乙酸、琥珀酰CoA、延胡索酸的氨基酸，Ala，Gly，Ser，Thr，Cys，Glu，Gln，Arg，His，Pro，Ile，Met，Val，Asp，Asn。生酮氨基酸：凡在分解過程中能轉變?yōu)橐阴Ｒ阴oA和乙酰CoA的氨基酸，Leu，Lys。生糖兼生酮氨基酸： Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。 3、

10、氧化供能（p315圖3013） 1克蛋白質 5.6kcal三、氨的代謝* 氨是一種劇毒物質，對中樞經系統(tǒng)有嚴重毒性. 正常血氨含量極低,27.081.6mol/L(46-139g/dl)1、血氨的來源與去路血液中以丙氨酸，谷氨酰胺兩種形式運輸丙氨酸循環(huán)葡萄糖(肌肉)(肝臟)NH3H2O谷氨酰胺酶肝、腎谷氨酸腦、肌肉谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺NH3+ATPADP+Pi谷氨酰胺對氨具有運輸、貯存和解毒作用。 2、氨的轉運氨的主要代謝去路是合成無毒的尿素。合成器官：肝臟（主要），腎及腦（少量）。細胞定位：胞液和線粒體尿素合成是經稱為鳥氨酸循環(huán)（ornithine cycle 1932年，德國H.A.Kr

11、ebs和K.Henseleit ）的反應過程來完成的。過程： p311圖3093、尿素的合成(1).氨基甲酰磷酸的合成（線粒體）(2).瓜氨酸的合成（線粒體）(3).精氨酸的合成（胞液）(4).精氨酸水解生成尿素(胞液)總反應式：1、合成主要在肝臟的線粒體和胞液中進行；2、合成一分子尿素需消耗四分子ATP；3、精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的關鍵酶；4、尿素分子中的兩個氮原子，一個來源于NH3，一個來源于Asp。5、天冬氨酸和延胡索酸將尿素循環(huán)及三羧酸循環(huán)聯(lián)系起來。6、CPSI參與尿素合成,CPSII參與嘧啶核苷酸合成。 尿素合成的特點：一些重要胺類物質，如組胺，5羥色胺,兒茶酚胺類，-氨基丁

12、酸，?；撬岬?，具有特殊的生理功能。胺的解毒：胺氧化酶將胺氧化成醛，再進一步氧化成酸，避免胺類在體內積累。四、氨基酸的脫羧基作用酶：氨基酸脫羧酶(專一性） 輔酶：磷酸吡哆醛產物：CO2、伯胺定 義：某些氨基酸在代謝過程中產生的含有一個碳原子的基團，是生物體各種化合物甲基化的甲基來源。種 類: 亞氨甲基-CH=NH, 甲?；?CHO,甲基-CH3， 甲烯基或甲叉基或亞甲基-CH2-，甲炔基或甲川基或次甲基-CH=, 羥甲基-CH2OH。 注：CH4和CO2不屬于一碳單位。來 源：Gly、Ser、His、Thr是一碳單位的直接來源。五、一碳單位(one carbon unit)的代謝1.定義、種類及

13、來源(1)許多重要生物活性物質上所含的甲基由一碳單位提供，如腎上腺素，肌酸，膽堿。(2)合成核酸的重要成分嘌呤，嘧啶。2.生物學意義:四氫葉酸（FH4或THF）、S-腺苷同型半胱氨酸、VitB12四氫葉酸葉酸二氫葉酸還原酶二氫葉酸二氫葉酸還原酶NADPH+H+ NADP+NADPH+H+ NADP+2-氨基-4-羥基-6-甲基-5,6,7,8-四氫蝶呤啶 3.載體：一碳單位中碳原子的氧化狀態(tài)不同（如甲酸、甲醛、甲醇等），通過氧化還原反應彼此轉變。（p331 圖3033）4. 相互轉變 N5-CH3-FH4 是轉變盲端，不能逆轉形成其他一碳單位，而且是體內再生蛋氨酸的甲基供體，蛋氨酸通過S-腺苷

14、蛋氨酸循環(huán)或活性甲基循環(huán)，進行各種轉甲基反應，將甲基轉給甲基受體。蛋氨酸是體內合成許多重要化合物，如腎上腺素、膽堿、肌酸和核酸等的甲基供體。甲基供體的活性形式為S-腺苷蛋氨酸（SAM）。5、S-腺苷蛋氨酸循環(huán)對機體代謝及生命活動起調節(jié)作用的生物小分子稱為生物活性物質。其特點是分子較小，很少量就能起明顯生物功能。1、與酪氨酸代謝有關：黑色素：皮膚、毛發(fā)中的一種黑色色素。兒茶酚胺類：與神經活動行為、睡眠、醒覺節(jié)律有關；加強心臟活動，加強血管收縮使血壓上升；調節(jié)糖、脂代謝。2、與色氨酸代謝有關：5-羥色胺：與睡眠、鎮(zhèn)痛、體溫調節(jié)有關。吲哚乙酸：植物生長激素。六、氨基酸與生物活性物質（p332）3、磷

15、酸肌酸、肌酸：能量儲存與轉運。4、組胺：血管舒張物，是一種神經遞質。5、腐胺、亞精胺、精胺：可能與DNA復制、轉錄有關，也是一種調控物質。6、?；撬幔号c膽汁酸結合成為膽汁酸鹽，幫助脂類消化、吸收。7、-氨基丁酸：腦組織中抑制性神經遞質。不同生物合成氨基酸的能力不同，高等植物可合成所需全部氨基酸，而人類只能合成部分氨基酸。合成原料，碳源包括二氧化碳、有機酸、單糖；氮源起始于無機氮（N2、NH3、NO3-）。氨基酸碳骨架的形成起源于代謝的幾條干線（檸檬酸循環(huán)、糖酵解、磷酸戊糖途徑等）中的關鍵中間體，氨基基團多來自谷氨酸的轉氨基作用。根據氨基酸生物合成起始物不同，將其合成途徑分為六族。第三節(jié) 氨基酸

16、的合成代謝1、-酮戊二酸衍生類型（谷氨酸族氨基酸）：5種-酮戊二酸谷氨酸谷胺酰胺、脯氨酸、精氨酸。 -酮戊二酸賴氨酸2、草酰乙酸衍生類型（天冬氨酸族氨基酸）：5種草酰乙酸天冬氨酸天冬酰胺、甲硫氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸3、丙酮酸衍生類型（丙氨酸族氨基酸）：3種丙酮酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸4、3-磷酸甘油酸衍生類型（絲氨酸族氨基酸）：3種3-磷酸甘油酸絲氨酸甘氨酸、半胱氨酸5、芳香族氨基酸：3種磷酸烯醇式丙酮酸 + 赤蘚糖-4-磷酸苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸。6、組氨酸：1種5-磷酸核糖-1-焦磷酸組氨酸氨基酸除了合成蛋白質外，還可成為一些重要生物大分子的前體，包括：核苷酸、輔酶、血紅素、激素、神經遞

17、質、信息分子、活性肽等。1、氧化氮（NO）：脊椎動物體內新近發(fā)現(xiàn)的一種信息分子，適合于細胞內或細胞間瞬間傳遞信息。精氨酸NO+瓜氨酸2、谷胱甘肽的合成：見-谷氨酰循環(huán)，谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸3、肌酸的合成：前體：甘氨酸、精氨酸、甲硫氨酸氨基酸衍生物的生物合成4、卟啉、血紅素的合成：合成前體：甘氨酸、琥珀酰CoA細胞色素、血紅素、葉綠素均含卟啉環(huán)5、短桿菌肽S：是氧化磷酸化的一種離子載體抑制劑，是一個環(huán)狀10肽，由兩條五肽鏈D-Phe-Pro-Val-Orn-Leu首尾相接而成。6、D-氨基酸的合成由L-氨基酸經消旋酶（輔酶：磷酸吡哆醛）作用形成。一旦形成就摻入到肽鏈中。惰性氣體N2是生物氮的

18、最終來源，只有少數生物可以利用N2和簡單的含碳化合物合成氨基酸。由N2衍生的氨（NH3）可以被所有生物所利用，通過谷氨酸和谷氨酰胺整合到包括氨基酸在內的代謝物中。將N2還原為氨稱為固氮。生物圈中的大多數固氮工作是靠少數幾種能夠合成復雜的固氮酶的微生物和藻類進行。固氮酶是個多亞基蛋白質，由兩個蛋白成分組成，一個含有鐵，另一個含有鐵和鉬，對O2高度敏感，與氧接觸會失活。固氮酶催化N2轉化為兩分子的NH3，存在于與豆科植物（大豆、蠶豆、豌豆、苜蓿和紅花草）的根瘤共生的根瘤菌。生 物 固 氮在閃電時，高壓放電催化N2氧化，N2與O2反應生成硝酸鹽（NO3）和亞硝酸鹽（NO2），隨雨水進入土壤。大多數植

19、物和微生物含有硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽還原酶，它們催化氮氧化物還原為氨。N2在氮氧化物、氨、含氮的生物分子之間的生物循環(huán)和返回到N2的過程稱為氮循環(huán)。通過氮循環(huán)，氮氣被轉化為可利用的形式，整合到簡單的有機化合物中，然后再將氮轉移到不同的代謝物中，最終進入生物大分子中。 第四節(jié) 核苷酸代謝 作為DNA和RNA合成的原料體內能量的利用形式核苷酸衍生物是許多生物合成的活性中間物組成核苷酸輔酶參與代謝和生理調節(jié) 核苷酸的生物功能：一、核苷酸的分解代謝1、嘌呤核苷酸的分解代謝 （P390圖33-2） 游離尿酸尿酸存在形式 溶解度低 尿酸鈉鹽 正常成人尿酸 1.1克，產生750mg天，排出量0.5-1克天，

20、血尿酸升高，導致高尿酸血癥，尿酸鹽結晶沉積于關節(jié)、軟組織、腎等處、引起關節(jié)炎，尿路結石，腎疾病，即痛風癥。原因：代謝酶先天缺陷，體內核酸分解，腎疾病而尿酸排泄障礙，進食高嘌呤飲食。2、嘧啶核苷酸的分解代謝 （p391圖333）代謝終產物是高度水溶性的，隨尿排出體外。二、 核苷酸的合成代謝（一）、嘌呤核苷酸的合成代謝1、從頭合成途徑（de novo synthesis)（1）定義：利用一些簡單的前體物逐步合成嘌呤核苷酸的過程。（2）部位：主要在肝，其次是小腸粘膜，胸腺。胞液。 （3）原料：氨基酸、CO2、一碳單位、5-磷酸核糖 （P391圖334）（4）合成過程： 分為三個階段：p394圖335

21、 次黃嘌呤核苷酸（IMP）的合成： 磷酸核糖焦磷酸合成酶5-磷酸核糖 PRPPIMP ATP 1-焦磷酸-5-磷酸核糖腺苷酸及鳥苷酸的合成： 三磷酸嘌呤核苷的合成： *在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤核苷酸,且先形成五元環(huán)，再形成六元環(huán)。 *先合成IMP，再轉變?yōu)锳MP和GMP。 *消耗能量，氨基酸的過程。 *并非所有組織都具有從頭合成嘌呤核苷酸的能力2、補救合成途徑（salvage pathway）(1)定義：指利用分解代謝產生的自由嘌呤堿或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸的過程。(2)原料：嘌呤堿、嘌呤核苷、PRPP(3)部位：腦、紅細胞、骨髓(5)特 點： 腺嘌呤磷酸核糖轉移酶（APRT）A + PR

22、PP AMP + PPi 次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶（HGPRT）I/G+PRPP IMP/GMP + PPi ATP 腺嘌呤核苷 ADP 腺苷激酶 *節(jié)省能量和氨基酸的消耗 *腦、骨髓等器官缺乏從頭合成酶系，只能依靠此途徑合成核苷酸以供合成核酸需要。(4)意義:二、嘧啶核苷酸的合成代謝 (1)部位：主要在肝細胞液中進行 (2)原料：氨基酸、CO2、磷酸核糖. （P396圖337） 1.從頭合成TMP合酶(3)合成過程:（P397圖338）注：氨基甲酰磷酸即可用于嘧啶環(huán)的合成，也參與尿素合成，但尿素合成是在肝線粒體中由CPSI催化，而嘧啶合成則是在胞液中以谷氨酰胺為氮源,由CPS催化生成。 CPS CPS分布 線粒體( 肝） 胞液(所有細胞) 氮源 氨 谷氨酰胺 功能 尿素合成 嘧啶合成意義 肝細胞分化指標 細胞增殖指標嘧啶環(huán)合成之后再與磷酸核糖組裝生成OMP，再形成UMP（與嘌呤環(huán)合成的區(qū)別)。先合成UMP，再衍生成CTP和TMP。 嘧啶磷酸核糖轉移酶 嘧啶PRPP 嘧啶核