第10章-含氮小分子的代谢课件

第十章含氮小分子的代谢本章重点内容1．掌握氨基酸的一般分解代谢途径及其代谢终产物的生成。2．掌握核苷酸的合成与分解代谢。

3．了解蛋白质的生理功能、营养价值和氮平衡的意义。4．熟悉个别氨基酸的代谢。5．了解含氮小分子代谢之间的联系。含氮小分子：

生物体内所有含氮元素的小分子物质，统称为含氮小分子。氨基酸和核苷酸是两类最重要的含氮小分子，它们分别是蛋白质和核酸的基本组成单位。

由于蛋白质和核酸在体内首先分解成为氨基酸和核苷酸后再进一步代谢，所以氨基酸和核苷酸的代谢是蛋白质和核酸分解代谢的中心内容。而有关蛋白质与核酸的合成代谢将在后面有关章节中详细讲述。

第一节蛋白质的营养价值与氨基酸代谢一、蛋白质的营养价值（一）饲料蛋白质的生理功能饲料蛋白在动物体内主要有以下三个方面的生理功能：（1）维持组织细胞的生长、更新和修补—营养功能。（2）转变为生物活性分子饲料蛋白质在进入体内后，还可用于合成多种具有生理功能的含氮小分子，如儿茶酚胺类激素、嘌呤、嘧啶、卟啉等以及生物大分子如激素、酶类、抗体和某些调节蛋白等。（3）氧化供能体内蛋白质降解成氨基酸之后，经脱氨基作用生成的α-酮酸可以直接或间接参加三羧酸循环氧化供能。但这是蛋白质的次要生理功能。（二）蛋白质的需要量和营养价值1.氮平衡(nitrogenbalance)

测定排出氮与摄入氮的相对数量，可以反映体内蛋白质的代谢概况。测定结果有以下三种情况：

（1）氮的总平衡即摄入的氮量与排出的氮量相等。说明动物获得蛋白质的量与丢失的量相等，体内蛋白质的含量基本不变。

（2）氮的正平衡即摄入的氮量多于排出的氮量。这意味着动物体内蛋白质的含量增加，称为蛋白质(或氮)在体内沉积。

（3）氮的负平衡即排出的氮量多于摄入的氮量。2.蛋白质的最低需要量

对于成年动物来说，在糖和脂肪等能源物质供应充分的条件下，为了维持机体氮的总平衡，至少必须摄入的蛋白质的量，称为蛋白质的最低需要量。

蛋白质的生物学价值(biologicalvalue)：是指饲料蛋白质被动物机体合成组织蛋白质的利用率。即：3.必需氨基酸(essentialaminoacid)

在动物体内不能合成或合成太少，不能满足动物需要，因而必须由饲料供给的氨基酸。

包括：赖氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸。组氨酸和精氨酸也可以归为必需氨基酸。此外，雏鸡还需要甘氨酸。R氨基酸代谢概况

在酶的催化下，氨基酸脱去氨基的过程，称为脱氨基作用(deamination)。这是氨基酸分解代谢的主要途径。

部位：动物的脱氨基作用主要在肝脏和肾脏中进行。

主要方式：氧化脱氨基作用转氨基作用

联合脱氨基作用

（一）氨基酸的脱氨基作用1.氧化脱氨基作用

氨基酸在酶的作用下，先脱氢形成亚氨基酸，进而与水作用生成α-酮酸和氨的过程，称为氨基酸的氧化脱氨基作用（oxidativedeamination）。L-氨基酸氧化酶：活性弱，作用不大。D-氨基酸氧化酶：分布广，作用强，但因氨基酸绝大多数是L-型，作用不大。L-谷氨酸脱氢酶：变构酶（6聚体），受ATP/ADP调节，特异性强。NAD为辅酶。催化此反应的酶：谷氨酸脱氢酶2.转氨基作用

在转氨酶(transaminase)的催化下，某一种氨基酸的α-氨基转移到另一种α-酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸和α-酮酸，这种作用称为转氨基作用(transamination)。转氨酶：

有多种转氨酶，特异性强；均以磷酸吡哆醛为辅酶；存在于胞质中。如GOT（AST）及GPT（ALT）等。3.联合脱氨基作用

体内大多数的氨基酸脱去氨基，是通过氧化脱氨基作用和转氨基作用两种方式联合起来进行的，这种作用方式称为联合脱氨基作用（transdeamination）。联合脱氨基作用

谷氨酸脱氢酶4.嘌呤核苷酸循环

在骨骼肌和心肌中，由于L-谷氨酸脱氢酶的活性较弱，难以进行一般的联合脱氨基作用。而是通过嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle）脱去氨基。嘌呤核苷酸循环

5.其他方式的脱氨基1）脱水脱氨基2）还原脱氨基3）水解脱氨基4）脱巯基脱氨基（二）氨的去向------尿素循环来源：內源性氨—代谢产生的氨。主要来自氨基酸的脱氨基作用；胺类、嘌呤和嘧啶的分解产生少量氨；腺苷酸脱氨产生（肌肉和中枢神经组织中）。外源性氨—消化道吸收的一些氨。1.动物体内氨的来源与去路机体代谢产生的氨和消化道中吸收的氨进入血液，形成血氨。去路：重新利用：形成无毒的谷氨酰胺(储存和转运)。排出体外：排氨：许多水生动物；

排尿素：大部分哺乳动物；

排尿酸：卵生动物，包括鸟类和爬行动物。人、猿、灵长类、鸟类、某些陆生爬行类、昆虫类尿酸其他哺乳类尿囊酸硬骨鱼类尿囊素两栖类、软骨鱼类尿素无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脏，体内各组织中产生的氨需要被运输到肝脏进行解毒。主要有以下两种转运方式：2.氨的转运1）谷氨酰胺转运氨的作用

大脑、肌肉等组织产生的氨主要是通过谷氨酰胺向肝或肾转运。

2）丙氨酸-葡萄糖循环肌肉可利用丙氨酸将氨运送到肝脏。

丙氨酸-葡萄糖循环3.尿素循环

肝脏是哺乳动物合成尿素的主要器官。尿素循环的总反应式：尿素循环共分4步反应：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—在线粒体中

氨甲酰磷酸合成酶I（carbamoylphosphatesynthetaseI，CPS-I）存在于肝细胞线粒体内。N-乙酰谷氨酸(N-acetylglutamicacid,N-AGA)是其变构激活剂。2）瓜氨酸的生成—在线粒体中

在线粒体内氨甲酰基转移酶（ornithinecarbamoyltrans-ferase,OCT）的催化下，将氨甲酰磷酸中的氨甲酰基转移给鸟氨酸，释放出磷酸，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，与天冬氨酸结合，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，水解生成尿素和鸟氨酸。尿素经血液运送至肾脏，随尿液排出体外；鸟氨酸则可再进入线粒体与氨甲酰磷酸反应合成瓜氨酸，重复上述循环过程。

尿素生成过程（鸟氨酸循环）

（三）氨基酸的脱羧基作用(Decarboxylase)

氨基酸在脱羧酶（decarboxylase）的催化下，脱去羧基产生CO2和相应的胺。称为氨基酸的脱羧基作用。动物机体中一些胺类的来源及功能羟基化作用：

氨基酸的降解是主动行为，有许多重要的产物是生理活性物质：吲哚乙酸、胆碱、乙醇胺、精胺、腐胺等。（四）碳骨架的去向

氨基酸经脱氨基作用之后，可生产不同的产物，其中大部分是相应的α-酮酸，称为碳骨架。它们的具体代谢途径虽然各不相同，但都有以下三种去路：

1.氨基化生成其相应的氨基酸。这也是动物体内非必需氨基酸的主要生成方式。2.转变成糖和脂类在动物体内，α-酮酸可转变成糖和脂类。生糖氨基酸（glucogenicaminoacid）：丙氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸、精氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和组氨酸；

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

氨基酸碳骨架的代谢走向

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

动物体内合成的非必需氨基酸可以通过以下几种方式：2.氨基酸之间转变生成

1.一碳单位(OneCarbonUnit)及其功能。提供一碳单位的氨基酸：色氨酸、甘氨酸、丝氨酸、组氨酸和甲硫氨酸等。2.芳香族氨基酸的代谢

苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。3.含硫氨基酸代谢

Met，Cys4.肌酸和肌酐的合成

四、个别氨基酸的代谢核酸的消化与吸收：食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶第三节核苷酸代谢—合成与分解1.核苷酸是核酸的基本结构单位；2.核苷酸(ATP)在能量代谢中起重要作用；3.很多酶的辅酶含有核苷酸(NAD，FAD等)；4.直接参与物质的代谢，如UDPG；5.酶活性的快速调节，如磷酸化与去磷酸化。6.环化核苷酸(cAMP、cGMP)在代谢调节和信号转导中起着十分重要的作用。核苷酸的功能：（请参阅第5章核酸化学）！

生物体内的核苷酸主要包括：嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸及脱氧核糖核苷酸等。

一、嘌呤核苷酸的代谢1.从头合成途径以磷酸核糖、AA、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。

合成部位：主要在肝脏，其次是小肠粘膜和胸腺中。反应在细胞质中进行。共有2条途径：从头合成途径和补救合成途径。（一）嘌呤核苷酸的生物合成嘌呤碱合成的元素来源:天冬氨酸CO2甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）在Gln、Gly、一碳单位、CO2及Asp的逐步参与下，经10步反应，合成IMP。IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶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）次黄嘌呤核苷酸的合成次黄嘌呤核苷酸47IMP的合成过程：①磷酸核糖酰胺转移酶②GAR合成酶③转甲酰基酶④FGAM合成酶⑤AIR合成酶49IMP生成总反应过程①腺苷酸代琥珀酸合成酶；②腺苷酸代琥珀酸裂解酶。③IMP脱氢酶；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个ATP，6个高能磷酸键。（3）AMP或GMP的合成又各需1个ATP（GTP+ATP），共3个高能磷酸键。3）嘌呤核苷酸从头合成的特点53利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。2.嘌呤核苷酸的补救合成途径1）参与补救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)542）合成过程腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP3）补救合成的生理意义(1)补救合成节省从头合成时的能量和氨基酸的消耗。(2)体内某些组织器官如脑、骨髓等只能进行补救合成。553.嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH34.脱氧嘌呤核糖核苷酸的合成在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、C等碱基）脱氧嘌呤核苷酸的生成过程脱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谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖59嘌呤碱的最终代谢产物GMPGX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶I（次黄嘌呤）AMP嘌呤核苷酸的分解代谢尿囊酸尿囊素尿酸尿素氨62(MetabolismofPyrimidineNucleotides)二、嘧啶核苷酸的代谢嘧啶核苷酸的结构：63（一）嘧啶核苷酸的合成代谢同样，也有从头合成途径和补救合成途径。1.嘧啶核苷酸的从头合成利用磷酸核糖、AA、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。

合成部位：主要是肝细胞的胞液中。64嘧啶合成的元素来源：氨甲酰磷酸