含氮化合物代谢

含氮化合物代谢第1页/共76页本章介绍氨基酸代谢和核苷酸代谢蛋白质的降解：消化、吸收与腐败氨基酸的分解代谢（脱氨基作用、脱羧基作用）；氨的代谢及碳骨架的代谢；一碳单位的代谢。氨基酸的合成代谢核酸的降解核苷酸的分解代谢核苷酸的合成代谢脱氧核苷酸的合成教材第30、31、33章第2页/共76页第一节蛋白质的消化、吸收与腐败指机体蛋白质摄入量和排出量的比例关系。体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，每日氮的摄入量与排出量维持着动态平衡，称为氮平衡。氮平衡有以下几种情况：1．氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。2．氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正平衡。3．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，称为氮负平衡。一、氮平衡(nitrogenbalance)第3页/共76页1、胃消化：胃酸（pH1.5～2.5）使蛋白质变性，松散易于消化。胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。2、肠消化：胰液消化（小肠腔）肽链内切酶：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等，水解后1/3为氨基酸，2/3为寡肽。肠粘膜消化：肽链外切酶：如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等；蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。内源蛋白质由溶酶体内各种水解酶消化。二、蛋白质的消化第4页/共76页三、氨基酸的吸收（小肠粘膜）具有运输氨基酸的载体，转运氨基酸进入细胞时，同时转运入Na+（主动转运、耗能）。经γ-谷氨酰循环进行。需由γ-谷氨酰基转移酶催化，利用GSH，合成γ-谷氨酰氨基酸进行转运。消耗的GSH可重新再合成。是一个耗能过程。（P364图31－27）四、蛋白质在肠中的腐败主要在大肠中进行，是细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用。腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱羧、脱氨、脱巯基等反应。可产生有毒物质，如胺类（腐胺、尸胺），酚类，吲哚类，氨及硫化氢等。有毒物质被吸收后，由肝脏进行解毒。第5页/共76页五、蛋白质的营养价值及互补作用决定蛋白质营养价值高低的因素：必需氨基酸的含量、种类、比例。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食物蛋白质的互补作用。

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。酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸必需以蛋氨酸为原料来合成，故被称为半必需氨基酸。

第6页/共76页其它含氮化合物

(嘌呤、嘧啶、神经递质)食物蛋白质消化吸收胺脱羧氨含氮化合物尿素脱氨－酮酸糖脂氧化供能合成氨基酸组织蛋白质合成分解氨基酸代谢池合成氨基酸(非必需氨基酸)代谢转变氨基酸的来源与去路处于动态平衡第7页/共76页作为蛋白质、多肽、酶合成的原料。提供人体必需氨基酸，具有营养作用。是体内重要的调节物质，如氨基酸激素、神经递质。是体内氨的运输、储存形式，可转变生成尿素。代谢转变生成糖、脂，氧化供能。提供核苷酸、核苷酸辅酶合成的原料。代谢产生体内的特殊基团、生理活性物质。氨基酸的生物功能：第8页/共76页第二节氨基酸的分解代谢一、氨基酸的脱氨基作用氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨基，联合脱氨基和非氧化脱氨基。*氨基酸在酶催化下通过氧化脱氢，同时释放NH3，形成相应的酮酸。*催化反应的酶：L-氨基酸氧化酶和L-谷氨酸脱氢酶。*反应过程包括脱氢和水解两步：1、氧化脱氨基（动、植物）：第9页/共76页NH2—CHRCOOHNH=CRCOOH+2HNH=CRCOOH+H2O2H+O2H2O22H2O2

2H2O+O2氨基酸氧化酶2NH2CHRCOOH+O22RCOCOOH+2NH3L-氨基酸氧化酶是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，作用不大。RCOCOOH+NH3第10页/共76页L-谷氨酸脱氢酶（肝脏，细胞质）是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。该酶活性高，分布广泛，特异性高。该酶属于变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。第11页/共76页由转氨酶催化，将α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸酮基的位置上，生成相应的α-氨基酸，而原来的α-氨基酸则转变为相应的α-酮酸。2、转氨基作用：转氨基作用可以在各种氨基酸与α-酮酸之间普遍进行。除Gly，Lys，Thr，Pro外，均可参加转氨基作用。转氨酶以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。

第12页/共76页第13页/共76页

⑴丙氨酸氨基转移酶（alaninetrans-aminase,ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。ALT丙氨酸+α-酮戊二酸丙酮酸+谷氨酸

在肝脏疾病时可引起血清中ALT活性明显升高。⑵天冬氨酸氨基转移酶（aspartatetransaminase,AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。

AST天冬氨酸+α-酮戊二酸草酰乙酸+谷氨酸

在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。转氨酶是细胞内酶，正常血清中活性很低，以心脏、脑、肝脏活性最强，较为重要的转氨酶有：第14页/共76页转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，使氨基酸脱去氨基并氧化为α-酮酸的过程，称为联合脱氨基作用。联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。

3、联合脱氨基作用：第15页/共76页存在于骨骼肌和心肌的特殊的联合脱氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。

嘌呤核苷酸循环：第16页/共76页水解脱氨基：在水解酶催化下进行L-氨基酸→羟酸＋NH3脱水脱氨基：由脱水酶催化丝氨酸→丙酮酸＋NH3脱硫氢基脱氨基：半胱氨酸→丙酮酸＋NH3氧化－还原脱氨基L-氨基酸1＋L-氨基酸2＋H2O→有机酸1＋酮酸2＋2NH3解氨酶催化的脱氨基作用L-苯丙氨酸→反式肉桂酸＋NH3酪氨酸→反式香豆酸＋NH3还原脱氨基：在无氧条件下，由氢化酶催化L－氨基酸＋2H→脂肪酸＋NH34、非氧化脱氨基作用：第17页/共76页二、α-酮酸的代谢

1、合成氨基酸

2、转变为糖和脂肪(碳链的转变)

生糖氨基酸：凡在分解过程中能转变为丙酮酸、α-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：凡在分解过程中能转变为乙酰乙酰CoA和乙酰CoA的氨基酸，Leu，Lys。

生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。

3、氧化供能（p315图30－13）

1克蛋白质5.6kcal第18页/共76页第19页/共76页三、氨的代谢*氨是一种剧毒物质，对中枢经系统有严重毒性.

正常血氨含量极低,27.0～81.6mol/L(46--139g/dl)1、血氨的来源与去路第20页/共76页血液中以丙氨酸，谷氨酰胺两种形式运输丙氨酸循环葡萄糖(肌肉)(肝脏)NH3H2O谷氨酰胺酶肝、肾谷氨酸脑、肌肉谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺NH3+ATPADP+Pi谷氨酰胺对氨具有运输、贮存和解毒作用。

2、氨的转运第21页/共76页氨的主要代谢去路是合成无毒的尿素。合成器官：肝脏（主要），肾及脑（少量）。细胞定位：胞液和线粒体尿素合成是经称为鸟氨酸循环（ornithinecycle1932年，德国H.A.Krebs和K.Henseleit）的反应过程来完成的。过程：

p311图30－93、尿素的合成第22页/共76页第23页/共76页(1).氨基甲酰磷酸的合成（线粒体）第24页/共76页(2).瓜氨酸的合成（线粒体）第25页/共76页(3).精氨酸的合成（胞液）※第26页/共76页(4).精氨酸水解生成尿素(胞液)总反应式：第27页/共76页第28页/共76页1、合成主要在肝脏的线粒体和胞液中进行；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关键酶；4、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于Asp。5、天冬氨酸和延胡索酸将尿素循环及三羧酸循环联系起来。6、CPSI参与尿素合成,CPSII参与嘧啶核苷酸合成。尿素合成的特点：第29页/共76页一些重要胺类物质，如组胺，5－羟色胺,儿茶酚胺类，-氨基丁酸，牛磺酸等，具有特殊的生理功能。胺的解毒：胺氧化酶将胺氧化成醛，再进一步氧化成酸，避免胺类在体内积累。四、氨基酸的脱羧基作用酶：氨基酸脱羧酶(专一性）辅酶：磷酸吡哆醛

产物：CO2、伯胺第30页/共76页定义：某些氨基酸在代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，是生物体各种化合物甲基化的甲基来源。

种类:亚氨甲基-CH=NH,甲酰基-CHO,甲基-CH3，

甲烯基或甲叉基或亚甲基-CH2-，甲炔基或甲川基或次甲基-CH=,羟甲基-CH2OH。

注：CH4和CO2不属于一碳单位。

来源：Gly、Ser、His、Thr是一碳单位的直接来源。

五、一碳单位(onecarbonunit)的代谢1.定义、种类及来源第31页/共76页(1)许多重要生物活性物质上所含的甲基由一碳单位提供，如肾上腺素，肌酸，胆碱。(2)合成核酸的重要成分嘌呤，嘧啶。2.生物学意义:第32页/共76页四氢叶酸（FH4或THF）、S-腺苷同型半胱氨酸、VitB12四氢叶酸叶酸二氢叶酸还原酶二氢叶酸二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+2-氨基-4-羟基-6-甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶

3.载体：第33页/共76页第34页/共76页一碳单位中碳原子的氧化状态不同（如甲酸、甲醛、甲醇等），通过氧化还原反应彼此转变。（p331图30－33）4.相互转变第35页/共76页第36页/共76页N5-CH3-FH4是转变盲端，不能逆转形成其他一碳单位，而且是体内再生蛋氨酸的甲基供体，蛋氨酸通过S-腺苷蛋氨酸循环或活性甲基循环，进行各种转甲基反应，将甲基转给甲基受体。蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如肾上腺素、胆碱、肌酸和核酸等的甲基供体。甲基供体的活性形式为S-腺苷蛋氨酸（SAM）。5、S-腺苷蛋氨酸循环第37页/共76页第38页/共76页第39页/共76页对机体代谢及生命活动起调节作用的生物小分子称为生物活性物质。其特点是分子较小，很少量就能起明显生物功能。1、与酪氨酸代谢有关：黑色素：皮肤、毛发中的一种黑色色素。儿茶酚胺类：与神经活动行为、睡眠、醒觉节律有关；加强心脏活动，加强血管收缩使血压上升；调节糖、脂代谢。2、与色氨酸代谢有关：5-羟色胺：与睡眠、镇痛、体温调节有关。吲哚乙酸：植物生长激素。六、氨基酸与生物活性物质（p332）第40页/共76页3、磷酸肌酸、肌酸：能量储存与转运。4、组胺：血管舒张物，是一种神经递质。5、腐胺、亚精胺、精胺：可能与DNA复制、转录有关，也是一种调控物质。6、牛磺酸：与胆汁酸结合成为胆汁酸盐，帮助脂类消化、吸收。7、γ-氨基丁酸：脑组织中抑制性神经递质。第41页/共76页第42页/共76页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，而人类只能合成部分氨基酸。合成原料，碳源包括二氧化碳、有机酸、单糖；氮源起始于无机氮（N2、NH3、NO3-）。氨基酸碳骨架的形成起源于代谢的几条干线（柠檬酸循环、糖酵解、磷酸戊糖途径等）中的关键中间体，氨基基团多来自谷氨酸的转氨基作用。根据氨基酸生物合成起始物不同，将其合成途径分为六族。第三节氨基酸的合成代谢第43页/共76页第44页/共76页1、α-酮戊二酸衍生类型（谷氨酸族氨基酸）：5种α-酮戊二酸→谷氨酸→谷胺酰胺、脯氨酸、精氨酸。α-酮戊二酸→赖氨酸2、草酰乙酸衍生类型（天冬氨酸族氨基酸）：5种草酰乙酸→天冬氨酸→天冬酰胺、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸3、丙酮酸衍生类型（丙氨酸族氨基酸）：3种丙酮酸→丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸4、3-磷酸甘油酸衍生类型（丝氨酸族氨基酸）：3种3-磷酸甘油酸→丝氨酸→甘氨酸、半胱氨酸5、芳香族氨基酸：3种磷酸烯醇式丙酮酸+赤藓糖-4-磷酸→苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸。6、组氨酸：1种5-磷酸核糖-1-焦磷酸→组氨酸第45页/共76页氨基酸除了合成蛋白质外，还可成为一些重要生物大分子的前体，包括：核苷酸、辅酶、血红素、激素、神经递质、信息分子、活性肽等。1、氧化氮（NO）：脊椎动物体内新近发现的一种信息分子，适合于细胞内或细胞间瞬间传递信息。精氨酸→NO+瓜氨酸2、谷胱甘肽的合成：见γ-谷氨酰循环，谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸3、肌酸的合成：前体：甘氨酸、精氨酸、甲硫氨酸氨基酸衍生物的生物合成第46页/共76页4、卟啉、血红素的合成：合成前体：甘氨酸、琥珀酰CoA细胞色素、血红素、叶绿素均含卟啉环5、短杆菌肽S：是氧化磷酸化的一种离子载体抑制剂，是一个环状10肽，由两条五肽链D-Phe-Pro-Val-Orn-Leu首尾相接而成。6、D-氨基酸的合成由L-氨基酸经消旋酶（辅酶：磷酸吡哆醛）作用形成。一旦形成就掺入到肽链中。第47页/共76页惰性气体N2是生物氮的最终来源，只有少数生物可以利用N2和简单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，通过谷氨酸和谷氨酰胺整合到包括氨基酸在内的代谢物中。将N2还原为氨称为固氮。生物圈中的大多数固氮工作是靠少数几种能够合成复杂的固氮酶的微生物和藻类进行。固氮酶是个多亚基蛋白质，由两个蛋白成分组成，一个含有铁，另一个含有铁和钼，对O2高度敏感，与氧接触会失活。固氮酶催化N2转化为两分子的NH3，存在于与豆科植物（大豆、蚕豆、豌豆、苜蓿和红花草）的根瘤共生的根瘤菌。生物固氮第48页/共76页第49页/共76页在闪电时，高压放电催化N2氧化，N2与O2反应生成硝酸盐（NO3－）和亚硝酸盐（NO2－），随雨水进入土壤。大多数植物和微生物含有硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶，它们催化氮氧化物还原为氨。N2在氮氧化物、氨、含氮的生物分子之间的生物循环和返回到N2的过程称为氮循环。通过氮循环，氮气被转化为可利用的形式，整合到简单的有机化合物中，然后再将氮转移到不同的代谢物中，最终进入生物大分子中。第50页/共76页第51页/共76页第四节核苷酸代谢第52页/共76页作为DNA和RNA合成的原料体内能量的利用形式核苷酸衍生物是许多生物合成的活性中间物组成核苷酸辅酶参与代谢和生理调节核苷酸的生物功能：第53页/共76页一、核苷酸的分解代谢1、嘌呤核苷酸的分解代谢（P390图33-2）第54页/共76页

游离尿酸尿酸存在形式溶解度低尿酸钠盐正常成人尿酸1.1克，产生750mg／天，排出量0.5-1克／天，[血尿酸]升高，导致高尿酸血症，尿酸盐结晶沉积于关节、软组织、肾等处、引起关节炎，尿路结石，肾疾病，即痛风症。原因：代谢酶先天缺陷，体内核酸分解，肾疾病而尿酸排泄障碍，进食高嘌呤饮食。第55页/共76页2、嘧啶核苷酸的分解代谢（p391图33－3）第56页/共76页代谢终产物是高度水溶性的，随尿排出体外。第57页/共76页二、核苷酸的合成代谢（一）、嘌呤核苷酸的合成代谢1、从头合成途径（denovosynthesis)（1）定义：利用一些简单的前体物逐步合成嘌呤核苷酸的过程。（2）部位：主要在肝，其次是小肠粘膜，胸腺。胞液。

（3）原料：氨基酸、CO2、一碳单位、5-磷酸核糖

（P391图33－4）第58页/共76页第59页/共76页（4）合成过程：分为三个阶段：p394图33－5

①次黄嘌呤核苷酸（IMP）的合成：

磷酸核糖焦磷酸合成酶5'-磷酸核糖PRPP→→→→IMPATP

1'-焦磷酸-5'-磷酸核糖第60页/共76页第61页/共76页②腺苷酸及鸟苷酸的合成：第62页/共76页③三磷酸嘌呤核苷的合成：第63页/共76页

*在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤核苷酸,且先形成五元环，再形成六元环。

*先合成IMP，再转变为AMP和GMP。*消耗能量，氨基酸的过程。*并非所有组织都具有从头合成嘌呤核苷酸的能力2、补救合成途径（salvagepathway）(1)定义：指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸的过程。(2)原料：嘌呤碱、嘌呤核苷、PRPP

(3)部位：脑、红细胞、骨髓(5)特点：第64页/共76页腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）A+PRPPAMP+PPi

次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）I/G+PRPPIMP/GMP+PPiATP腺嘌呤核苷ADP腺苷激酶

*节省能量和氨基酸的消耗*脑、骨髓等器官缺乏从头合成酶系，只能依靠此途径合成核苷酸以供合成核酸需要。(4)意义:第65页/共76页二、嘧啶核苷酸的合成代谢(1)部位：主要在肝细胞液中进行

(2)原料：氨基酸、CO2、磷酸核糖.（P396图33－7）1.从头合成第66页/共76页TMP合酶(3)合成过程:（P397图33－8）第67页/共76页第68页/共76页注：氨基甲酰磷酸即可用于嘧啶环的合成，也参与尿素合成，但尿素合成是在肝线粒体中由CPSI催化，而嘧啶合成则是在胞液中以谷氨酰胺为氮源,由CPSⅡ催化生成。

CPSⅠCPSⅡ

分布线粒体(肝）胞液(所有细胞)氮源氨谷氨酰胺功能尿素合成嘧啶合成

意义肝细胞分化指标细胞增殖指标第69页/共76页嘧啶环合成之后再与磷酸核糖组装生成OMP，再形成UMP（与嘌呤环合成的区别)。先合成UMP，再衍生成CTP和TMP。