含氮化合物代谢.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流含氮化合物代谢.精品文档.第9章 含氮化合物代谢学习目标1.了解个别氨基酸的代谢、先天性氨基酸代谢缺陷、核苷酸的合成代谢2.理解蛋白质的腐败作用、氨基酸一般代谢过程、核苷酸的分解代谢3.掌握蛋白质的消化、吸收我们已经知道，蛋白质和核酸是人体内最为重要的物质之一，在结构上同属于高分子含氮化合物。在人体内的含氮化合物除蛋白质和核酸外，几乎都是蛋白质或核酸的水解产物，或者是由这些产物衍生而来的物质。所以在含氮化合物代谢中，我们主要以蛋白质和核酸的分解代谢为线索，帮助大家充分了解人体内重要含氮化合物的情况。组成蛋白质的基本单位是氨基酸，虽然游离氨基酸

2、仅为蛋白质总量的2%左右，但由于蛋白质在体内要首先分解成为氨基酸，尔后再进一步代谢，所以氨基酸代谢是蛋白质分解代谢的中心内容。另外，氨基酸还可转变为很多具有重要生理功能的其它含氮化合物。组成核酸基本结构的核苷酸并不一定需要依靠食物供给，在体内可以由氨基酸、核糖等小分子物质合成，且核酸在体内也是首先降解为核苷酸然后进一步进行分解代谢的。故本章将重点讨论蛋白质的消化、吸收与腐败作用，氨基酸代谢及核苷酸代谢，至于蛋白质与核酸的生物合成，将在以后的内容中专门讨论。第一节 蛋白质的消化、吸收与腐败一、蛋白质的消化食物中蛋白质的消化、吸收是人体氨基酸的主要来源。一般说来，食物蛋白质水解为氨基酸及小肽后才能

3、被机体吸收、利用。食物蛋白质的消化自胃中开始，但主要在小肠中进行。进入体内的食物蛋白质首先在胃中经胃蛋白酶作用，将其分解为多肽及少量氨基酸。胃蛋白酶是蛋白水解酶，除了可以催化蛋白质进行水解外，它的另一个功能是对乳中的酪蛋白（casein）有凝乳作用，通过凝乳作用使乳液凝成乳块，延长其在胃中停留的时间，有利于充分消化，这种作用对乳儿相当重要。蛋白质经胃消化的产物及未被消化的蛋白质进入小肠，在小肠中，主要依靠胰液中的蛋白酶来继续完成消化过程，这些酶可以分为两大类，即内肽酶（endopeptidase）与外肽酶（exopeptidase）。内肽酶主要有胰蛋白酶（trypsin）、糜蛋白酶（chymo

4、trypsin）及弹性蛋白酶（elastase）等，它们的作用是水解蛋白质肽链内部的一些肽键，并且对不同氨基酸组成的肽键有一定的专一性。外肽酶主要有羧基肽酶A（carboxypeptidase A）和羧基肽酶B，它们的作用是自肽链的羧基末端开始，每次水解掉一个氨基酸残基，对不同氨基酸组成的肽键也有一定专一性。蛋白质在一系列酶的作用下，最终分解为氨基酸和一些寡肽。同时存在于小肠粘膜细胞的刷状缘及胞液中的一些寡肽酶（oligopeptidase）对寡肽继续水解使其最终转变为二肽与氨基酸。正常情况下，蛋白质消化的效率很高，食物蛋白质的95%可被完全水解。但是，人体对一些纤维状蛋白质水解能力相对较差。

5、二、氨基酸的吸收氨基酸的吸收主要在小肠中进行。（一）氨基酸吸收载体肠粘膜细胞膜上具有转运氨基酸的载体蛋白（carrier protein），这种蛋白质可以与氨基酸及Na+形成三联体，将氨基酸及Na+转运入细胞，Na+则借钠泵排出细胞外，并消耗ATP。转运氨基酸的载体蛋白在人体内共有4种类型，分别参与不同结构氨基酸的吸收，它们是：中性氨基酸载体、碱性氨基酸载体、酸性氨基酸载体、亚氨基酸与甘氨酸载体。其中，中性氨基酸载体是主要载体。上述氨基酸的主动转运不仅存在于小肠粘膜细胞，类似的作用也可能存在于肾小管细胞、肌细胞等细胞膜上，这对于细胞浓集氨基酸作用具有普遍意义。（二）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运

6、作用“-谷氨酰基循环”（-glutamyl cycle）的反应过程共有两步：首先由谷胱甘肽对氨基酸转运，其次是谷胱甘肽的再合成，由此构成一个循环。催化上述反应的各种酶在小肠粘膜细胞、肾小管细胞和脑组织中均存在，其中以-谷氨酰基转移酶最为重要，它位于细胞膜上，是关键酶。蛋白质摄入越多越好？大家都知道，摄入蛋白质过少，会导致营养不良。但你也许不知道，过多摄入蛋白质对机体也同样有害，这必须引起足够的重视。一个人每天需要吃多少蛋白质，应根据年龄，性别，劳动强度和健康状况来确定。一般成年人每天每公斤体重需要.克蛋白质；正在生长发育的青少年，孕妇，乳母每天每公斤体重需要.克蛋白质。如长期过量摄入蛋白质，会

7、使它的代谢产物增加。如：尿素，肌酐，尿酸等，这样将加重肾脏负担，也使钙的排出增加，从而引起肾脏损害或引起骨质疏松症。若同时过多食入动物食品，能增加患高血脂症，冠心病等的危险。如何合理摄入蛋白质，营养学家认为，既要保证蛋白质的摄入量，又要考虑蛋白质的营养价值。尽量多摄入优质蛋白质，比如瘦肉、鱼类、奶类、蛋类和大豆中的蛋白质。人人都关心自己的健康，只有合理膳食，保证蛋白质合理摄入，才有利于身体健康。三、蛋白质的腐败作用一部分蛋白质或其消化产物被肠道细菌代谢，产生包括胺类、氨、苯酚、吲哚、甲基吲哚及硫化氢等有害物质的过程，称为腐败作用（putrefaction）。这些产物对机体是有害的，在正常情况下

8、，上述物质随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的生物转化而解毒，故不会发生中毒现象。第二节 氨基酸的代谢食物蛋白经消化而被吸收的外源性氨基酸与体内组织蛋白分解产生的内源性氨基酸混在一起，共同参与代谢，称为氨基酸代谢库（metabolic pool）。由于氨基酸不能自由通过细胞膜，所以各种组织中氨基酸的含量并不相同。例如，肌肉中氨基酸占总代谢库的50%以上，肝约占10%，肾约占4%，但由于肝、肾体积较小，实际上它们的氨基酸代谢是很旺盛的。在人体中大多数氨基酸在肝中分解代谢，有些氨基酸（如支链氨基酸）则主要在骨骼肌中进行。各种氨基酸在结构上具有共同的特点，故它们有共同的代谢途径，称为氨基酸的一般代谢

9、；同时不同的氨基酸由于结构的差异，也有不同的代谢方式，称为个别氨基酸代谢，现将体内氨基酸代谢的概况总结如图9-1。图9-1 氨基酸代谢概况引生物化学与分子生物学p180，图9-4。一、氨基酸的一般代谢（一）氨基酸的脱氨基作用1氧化脱氨基作用 氧化脱氨基作用是在氨基酸氧化酶作用下，使氨基酸脱氢生成亚氨基酸，后者再水解为相应的-酮酸和氨。反应式：谷氨酸氧化脱氨基引生物化学与分子生物学p182方程式在体内氨基酸氧化酶有多种，其中以L-谷氨酸脱氢酶的作用最为重要。L-谷氨酸脱氢酶是以NAD+或NADP+为辅酶的不需氧脱氢酶，它催化L-谷氨酸脱氨基生成-酮戊二酸和氨，此酶不仅在氨基酸的分解中起作用，而且

10、在氨基酸合成中也起重要作用。2转氨基作用 氨基酸在转氨酶的催化下，把氨基酸的氨基转移给-酮酸，结果是使氨基酸转变成相应的-酮酸，而原来的-酮酸接受氨基转变成另一种氨基酸，此反应称为转氨基作用。转氨基作用是可逆反应，参与转氨基作用的-酮酸有-酮戊二酸、草酰乙酸和丙酮酸，反应通式为：转氨基作用反应通式引生物化学与分子生物化学p180，底部方程式。在组成蛋白质的氨基酸中，除苏氨酸和赖氨酸外，其余氨基酸均能进行转氨反应。转氨酶的种类很多，专一性强，辅酶为维生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛。正常情况下转氨酶主要存在于细胞内，血清中含量极低。人体各组织中转氨酶的含量差别较大，临床上利用这种差别来诊断疾病。例

11、如肝细胞胞浆中丙氨酸氨基转移酶（alanine transaminase,ALT）含量较其他细胞高，心肌细胞胞浆中天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase,AST）含量较高，当某种原因使心肌或肝细胞细胞膜通透性升高，或因组织坏死，细胞破裂时，可有大量的转氨酶释放入血，致使血清中含量增高。通过检测血液中ALT、AST含量可协助肝脏疾患及心肌疾病的诊断。因为转氨酶催化的反应可逆，即它们既可将氨基酸脱下的氨基移交给-酮酸，也可反过来由-酮酸接受氨基酸移换来的氨基合成相应的氨基酸。所以，转氨基作用既参与氨基酸的分解代谢，也是氨基酸合成代谢的一种方式。转氨基作用的一个重要特点是：

12、如果把体内氨基酸代谢库看作是一个整体，那么氨基酸并没有真正地脱去氨基，而只是发生了氨基的转移，没有游离氨的产生，只是由一种氨基酸转变为另一种氨基酸，改变了体内氨基酸的种类，所以独立进行的转氨基作用也不是氨基酸脱氨基的主要方式。3联合脱氨基作用 是人体中最重要的脱氨基方式，具体过程是：首先在转氨酶催化下，各种氨基酸与-酮戊二酸进行氨基转换，结果生成相应的-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再经L-谷氨酸脱氢酶的作用脱去氨基生成-酮戊二酸和氨（图9-2）。联合脱氨基作用主要在肝、肾等组织中进行，在转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶的共同作用下，多种氨基酸都可以完成脱氨基反应。此过程是可逆的，所以通过联合脱氨基的逆反应过程

13、就可以合成新的非必需氨基酸。图9-2联合脱氨基作用引生物化学与分子生物学P183,图9-5。在骨骼肌、心肌中，谷氨酸脱氢酶活性不高，难以完成上述的联合脱氨方式，研究表明，肌肉中存在另一种脱氨基方式，即嘌呤核苷酸循环(purine nucleotide cycle)。在此过程中，氨基酸首先通过连续的转氨基作用，将氨基转移给草酰乙酸，生成天冬氨酸；天冬氨酸与次黄嘌呤核苷酸（IMP）反应生成腺苷酸代琥珀酸，后者经过裂解，释放出延胡索酸并生成腺嘌呤核苷酸（AMP）。AMP在腺苷酸脱氨酶催化下脱去氨基生成IMP，完成了氨基酸的脱氨基作用，IMP可以再参加循环，延胡索酸则可经三羧酸循环转变成草酰乙酸，再次

14、参加转氨基反应（图9-3）。嘌呤核苷酸循环实际上是联合脱氨基的另一种形式的，是骨骼肌和心肌中主要的脱氨基方式。图9-3嘌呤核苷酸循环引生物化学与分子生物学P183,图9-6。经过上述的几种脱氨基方式，氨基酸在体内分解为氨和-酮酸两种产物，下面我们分别介绍这两种物质的代谢。(二)氨的代谢氨对机体特别是神经系统有害，是有毒物质。动物实验证明，给动物注射一定量的NH4+后，可使动物发生“昏迷”以致死亡。正常人血氨浓度极低，一般不超过60mol/L，这说明在体内有一系列去除氨的代谢机制，使血氨的来源和去路保持一定的动态平衡。1.体内氨的来源 在体内代谢过程中产生的氨称为内源性氨。大部分来自大家已经熟悉

15、的氨基酸脱氨作用，少量来自肾远曲小管上皮细胞的谷氨酰胺水解产生的NH3。正常情况下这部分氨主要被分泌到肾小管管腔中，与H+结合成NH4+，并以铵盐的形式由尿排出，这对调节机体的酸碱平衡起着重要的作用。酸性尿可促使NH3+H+NH4+，有利于肾小管细胞的氨扩散入尿，相反碱性尿则不利于氨的排出，氨被吸收入血，引起血氨升高。因此，临床上对肝硬化病人不宜使用碱性利尿药，以免血氨升高。由消化道吸收入体内的氨称为外源性氨。肠管产氨的量较多，每日约4g。包括：腐败作用产生的氨；血中尿素扩散入肠管后在肠菌尿素酶作用下水解产生的氨。在碱性环境中，部分NH4+可转变为NH3，而NH3比NH4+易于透过细胞膜而被吸

16、收入血，所以肠管pH偏碱时，氨的吸收增加。临床上对高血氨病人不用碱性肥皂水灌肠，就是为了减少氨的吸收。2.氨的转运 丙氨酸葡萄糖循环：肌肉中的氨基酸经转氨基作用将氨基转移至丙酮酸，丙酮酸接受氨基生成丙氨酸，随即以丙氨酸的形式，携带着肌肉氨基酸脱下的氨经血液运输到肝。在肝中，丙氨酸经联合脱氨基作用，释放出氨，氨可用于合成尿素。脱氨后生成的丙酮酸经糖异生作用转变为葡萄糖。葡萄糖进入血液输送到肌肉组织，在肌肉中葡萄糖又可分解为丙酮酸，可以再次接受氨基生成丙氨酸。如此循环，使氨从肌肉中转运到肝，故将这一途径称为丙氨酸葡萄糖循环（图9-4）。通过这一循环，保证了肌肉中的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝，以进

17、行进一步代谢，同时肝又为肌肉提供了可以生成丙酮酸的葡萄糖。图9-4丙氨酸葡萄糖循环引生物化学与分子生物学P187,图9-8。谷氨酰胺的运氨作用：谷氨酰胺是另外一种氨的运输形式，主要是从脑、肌肉等组织向肝或肾进行氨的运输。具体过程是：氨与谷氨酸在谷氨酰胺合成酶的作用下合成谷氨酰胺，经血液输送到肝或肾，再经谷氨酰胺酶水解为谷氨酸及氨，这是一个在不同酶催化下的可逆反应，氨在肝合成尿素，在肾则以铵盐形式由尿排出。3.鸟氨酸循环尿素合成氨在人体内最主要的代谢去路是在体内生成无毒的尿素后由肾排出。绝大部分尿素的合成在肝中完成，肾中也有极少量尿素生成。氨基甲酰磷酸的合成：氨与CO2在肝细胞线粒体的氨基甲酰磷

18、酸合成酶I（carbamoyl phosphate synthetase I,CPS-I）催化下，合成氨基甲酰磷酸，其辅助因子有Mg2+、ATP及N-乙酰谷氨酸。瓜氨酸的合成：在肝线粒体中，在鸟氨酸氨甲酰基转移酶的催化下，将氨基甲酰磷酸的氨甲酰基转移至鸟氨酸的-N上生成瓜氨酸。此反应不可逆。精氨酸的合成：在胞液内，瓜氨酸与天冬氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶的催化下，由ATP供能，合成精氨酸代琥珀酸，其后在精氨酸代琥珀酸裂解酶催化下，分解成为精氨酸和延胡索酸。反应中生成的延胡索酸可转变为草酰乙酸，后者又能接受转氨基反应产生的氨基生成天冬氨酸，然后再参加精氨酸代琥珀酸的合成。需要注意：精氨酸胍基中的一

19、个N原子不是直接来自NH3，而由天冬氨酸提供。精氨酸水解成尿素：精氨酸在胞液中精氨酸酶的作用下，水解生成尿素和鸟氨酸，鸟氨酸再通过线粒体内膜上的运载体进入线粒体，又一次参与循环，使尿素不断合成。现将尿素合成的详细步骤汇集如图9-5。图9-5鸟氨酸循环引生物化学与分子生物学P191,图9-11。从上图可见，合成尿素的两个氮原子，一个来自氨，另一个则由天冬氨酸提供。天冬氨酸又可由其它氨基酸通过转氨基反应而产生。因此，尿素分子中的两个氮原子都是直接或间接来源于多种氨基酸。另外，尿素的生成是耗能过程，每合成1分子尿素需消耗3分子ATP（消耗4个高能磷酸键）。在鸟氨酸循环中，精氨酸代琥珀酸合成酶为限速酶

20、。尿素合成是肝的一项重要生理功能，意义在于解除氨的毒性。鸟氨酸循环的一氧化氮合酶支路与NO产生：90年代初发现精氨酸除在精氨酸酶作用下，水解为尿素和鸟氨酸外，还可通过一氧化氮合酶（nitric oxide synthase,NOS）作用，使精氨酸越过上述通路直接氧化为瓜氨酸，并产生NO，从而使天冬氨酸携带的氨最终不形成尿素，而是被氧化为NO。NOS支路生成的NO是一种具有重要生物活性的物质。已经证实，NO对心血管、消化道等平滑肌的松驰，感觉传入以及学习记忆等有重要作用。4.高血氨症与氨中毒正常情况下，血氨的来源、运输与去路保持动态平衡，且人体对氨的代谢能力极强，这主要体现在肝合成尿素方面的超强

21、能力，保证了机体对体内的氨可以及时清除，使血氨浓度处于较低水平。当肝功能严重损伤时，尿素合成发生障碍，血氨浓度亦升高，称为高氨血症。一般认为氨进入脑组织，通过与脑中的-酮戊二酸结合生成谷氨酸，并进一步与谷氨酸结合生成谷氨酰胺，使脑细胞中的-酮戊二酸减少，导致三羧酸循环减弱，从而使脑组织中ATP生成减少，使脑组织能量供应缺乏，引起大脑功能障碍，严重时可产生昏迷，这就是肝昏迷氨中毒学说的基础。接口：肝昏迷的病因及发病机理 内科学(三)-酮酸的代谢-酮酸在体内也是一类重要的分子，不同-酮酸的共同基本代谢去路有下列几方面：1.合成氨基酸 -酮酸在体内利用转氨酶和谷氨酸脱氢酶联合脱氨基的逆反应过程合成氨

22、基酸。但却不能合成异亮、蛋、缬、亮、色、苯丙、苏和赖氨酸等8种氨基酸，原因是这八种氨基酸对应的-酮酸不能合成，或不能稳定存在，不能满足氨基酸合成所需的原料，导致这些氨基酸在人体内不能合成。2.转变成糖或脂肪 实验证明，某些-酮酸在体内能转变为丙酮酸或三羧酸循环中各种中间产物，这些物质可进一步异生为葡萄糖；有些-酮酸，可以转变为乙酰CoA或乙酰乙酰CoA，进一步转变为酮体或脂肪酸；而有的-酮酸，以上两种代谢方式兼而有之。3.氧化供能 不同的-酮酸在体内可以通过三羧酸循环与氧化磷酸化彻底氧化，产生CO2和水，并释放出能量供生理活动的需要。二、个别氨基酸的代谢由于氨基酸的结构各不相同，所以许多氨基酸

23、还有其特殊的代谢过程，在这里介绍一些有重要生理功能和代谢意义的氨基酸特殊代谢途径。（一） 氨基酸的脱羧基作用 部分氨基酸可在氨基酸脱羧酶(decarboxylose)催化下进行脱羧基作用，生成相应的胺，脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。从量上讲，脱羧基作用不是体内氨基酸分解主要方式，但可生成有重要生理功能的胺。下面列举几种氨基酸脱羧产生的重要胺类物质。1-氨基丁酸 谷氨酸脱羧基生成-氨基丁酸（-aminobutyric acid,GABA），催化此反应的酶是谷氨酸脱羧酶。GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。临床上用维生素B6治治疗妊娠呕吐和小儿抽搐，这与磷酸吡哆醛参与构成谷氨酸脱羧酶辅酶，

24、促进谷氨酸脱羧生成-氨基丁酸，从而抑制神经兴奋性有关。25-羟色胺 色氨酸在脑组织中经色氨酸羟化酶作用，可生成5-羟色氨酸，后者再脱羧生成5-羟色胺（5-HT）。5-羟色胺广泛分布于体内各组织。脑内的5-羟色胺可作为抑制性神经递质，与睡眠，疼痛和体温调节有密切关系。在外周组织，5-羟色胺有强烈的收缩血管作用。3组胺 由组氨酸脱羧生成。组胺（histamine）主要由肥大细胞产生并贮存，在乳腺、肺、肝、肌肉及胃粘膜中含量较高。组胺是一种强烈的血管舒张剂，并能增加毛细血管的通透性，可引起血压下降和局部水肿。组胺的释放与过敏反应症状密切相关。组胺可刺激胃蛋白酶和胃酸的分泌，所以常用它作胃分泌功能的研

25、究。4多胺 鸟氨酸及蛋氨酸经脱羧基等作用可产生多胺，包括精脒和精胺。鸟氨酸先脱羧基生成腐胺，S-腺苷蛋氨酸脱羧基生成S-腺苷甲硫基丙胺，然后腐胺从S-腺苷甲硫基丙胺转入丙胺基而转变为精脒和精胺。多胺存在于精液及细胞核糖体中，是调节细胞生长的重要物质，多胺分子带有较多正电荷，能与带负电荷的DNA及RNA结合，稳定其结构，促进核酸及蛋白质合成的某些环节。在生长旺盛的组织如胚胎、再生肝及癌组织中，多胺含量升高。所以可利用血或尿中多胺含量作为肿瘤诊断的辅助指标。5牛磺酸 体内牛磺酸主要由半胱氨酸脱羧生成。半胱氨酸先氧化生成磺酸丙氨酸，再由磺酸丙氨酸脱羧酶催化脱去羧基，生成牛磺酸。牛磺酸是结合胆汁酸的重

26、要组成分。牛磺酸补足母乳的关键早在100多年前首先在牛的胆汁中发现。在畜、禽肉类，动物内脏、鱼类、墨鱼、章鱼、蛤、牡蛎、乳类等食物中含量丰富，对人体特别是婴幼儿具有十分重要的功能：促进脂肪、钙等营养物质的吸收，母乳中含牛磺酸量高，因此母乳喂养的婴儿，很少出现消化不良的现象。增进大脑功能，调节激素的释放，提高脑细胞的活性，增强记忆力。维持视网膜功能，维持婴幼儿视网膜的生理机能，缺乏会出现视网膜功能障碍，导致视力下降。能提高机体免疫力，增加白细胞数量，吞噬细胞对病菌的杀伤力，利肠道造成酸性环境，有助于双歧杆菌的定殖，减少肠道疾病的发生。保护心血管健康，具有明显的抗氧化作用，改善心脏的功能。（二）一

27、碳单位代谢某些氨基酸在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原子的有机基团，称为一碳单位，如甲基（-CH3）、亚甲基（-CH2-）、次甲基（=CH-）、甲酰基（-CHO）及亚氨甲基（-CH=NH）等。1一碳单位的载体 在体内一碳单位不能独立存在，必须同四氢叶酸结合在一起，通常FH4分子上的N5和N10是一碳单位的结合位置，形成N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3-FH4）、N5，N10-次甲四氢叶酸（N5，N10=CH-FH4）等，所以四氢叶酸是一碳单位的载体。2一碳单位的来源 一碳单位主要来源于氨基酸的分解代谢，其中丝氨酸是一碳单位的最主要来源，另外甘氨酸、组氨酸和色氨酸亦可产生一碳单位，同时，各种不

28、同形式的一碳单位中碳原子的氧化状态不同，在适当条件下，它们可以通过氧化还原反应而互相转变。3一碳单位的生理功用一碳单位是合成嘌呤和嘧啶的原料，在核酸生物合成中有重要作用，与细胞的增殖、组织生长和机体发育等重要过程密切相关。S-腺苷蛋氨酸直接提供甲基可参与体内多种具有重要生理功能化合物的合成。例如肾上腺素、胆碱、胆酸等。（三）含硫氨基酸的代谢含硫氨基酸共有蛋氨酸、半胱氨酸和胱氨酸三种，蛋氨酸可转变为半胱氨酸和胱氨酸，后两者也可以互变，但后者不能变成蛋氨酸，所以蛋氨酸是必需氨基酸。1蛋氨酸与转甲基作用 在人体内大约有50多种物质合成时需要转甲基作用，如DNA、RNA、蛋白质、肌酸、肾上腺素等。在这

29、里S-腺苷蛋氨酸（S-adenosyl methionine,SAM）发挥着相当重要的功能，SAM由蛋氨酸在ATP供能、腺苷转移酶催化下生成的，SAM的甲基被高度活化，称为活性蛋氨酸。SAM在甲基转移酶催化下，将甲基转移给甲基受体（RH）生成甲基化合物（RCH3）后，水解除去腺苷生成同型半胱氨酸，后者由蛋氨酸合成酶作用，从N5-甲基四氢叶酸获得甲基再合成蛋氨酸，形成一个循环过程，称为蛋氨酸循环（图9-7）。图9-6蛋氨酸循环引生物化学与分子生物学P198,图9-12。这个循环的生理意义是由N5-甲基四氢叶酸供给甲基合成蛋氨酸，再通过此循环的SAM提供甲基以进行体内广泛存在的甲基化反应。N5-C

30、H3-FH4则是体内甲基的间接供体。2半胱氨酸及硫的代谢谷胱甘肽生成与功能：谷胱甘肽是由谷氨酸的-羧基与半胱氨酸、甘氨酸合成的三肽，其活性基团是其中半胱氨酸残基上的巯基，故可将其简写成GSH，是机体重要的含-SH化合物。谷胱甘肽有氧化型和还原型两种形式，通过脱氢和加氢反应，彼此可以互相转化。GSH在人体解毒、氨基酸转运及代谢中均有重要作用。比如，人红细胞中还原型谷胱甘肽含量很高，其主要生理作用是与过氧化物及氧自由基起反应，从而保护膜上含巯基的蛋白质及含巯基的酶等物质不被氧化，以免失去正常功能。在细胞内存在少量H2O2时，GSH即将H2O2还原生成H2O，GSH自身氧化为G-S-S-G，后者又在

31、谷胱甘肽还原酶（辅酶为NADPH）的作用下，生成GSH，从而再作为还原剂而发挥保护的功能。硫酸代谢：半胱氨酸有多种代谢途径，其巯基的主要去路是生成硫酸根，体内的硫酸大部分以硫酸盐形式随尿排去，其余用于蛋白质、糖和脂类的硫酸化，或与一些非营养性物质结合以增加这些物质的极性，利于从尿中排出。参与这样过程的硫酸则需经ATP活化为“活性硫酸根”，即3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸（3-phospho-adenosine-5-phosphosulfate,PAPS），反应过程如下：（四）芳香族氨基酸的代谢芳香族氨基酸包括苯丙氨酸，酪氨酸和色氨酸。苯丙氨酸和酪氨酸结构相似，正常情况下，苯丙氨酸在苯丙氨酸羟化酶作

32、用下，羟化成酪氨酸进一步代谢，所以合并在一起讨论。酪氨酸的代谢途径有：1转变成儿茶酚胺 酪氨酸经酪氨酸羟化酶作用，生成3,4-二羟苯丙氨酸（多巴）。进一步经多巴脱羧酶作用，转变为多巴胺（dopamine,DA）。在肾上腺髓质中，多巴胺的碳原子羟化，生成去甲肾上腺素，后者受N-甲基转移酶作用，由S-腺苷蛋氨酸提供甲基转变为肾上腺素。多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素都是有儿茶酚结构的胺类物质，故统称为儿茶酚胺。2合成黑色素 在黑色素细胞中，酪氨酸在酪氨酸酶催化下羟化生成多巴，多巴再经氧化生成多巴醌而进入合成黑色素的途径。所形成的多巴醌进一步环化和脱羧生成吲哚醌。黑色素即是吲哚醌的聚合物。人体若缺乏酪

33、氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发变“白”，称为白化病(albinism)。3分解生成延胡索酸及乙酰乙酸进一步代谢 酪氨酸分解代谢的主要方式，是先经转氨基作用，转变为对-羟苯丙酮酸，然后氧化脱羧生成尿黑酸，进一步在尿黑酸氧化酶及异构酶等作用下，逐步转变为乙酰乙酸及延胡索酸而进入下一步代谢。三、先天性氨基酸代谢缺陷因参与氨基酸代谢的某些酶缺陷，引起机体某些氨基酸代谢过程障碍而导致的疾病。比如苯丙酮尿症是由于苯丙氨酸羟化酶缺陷造成的，尿黑酸尿症由于尿黑酸氧化酶缺乏等。现在发现由于遗传因素造成的氨基酸代谢缺陷已不下数十种，在目前治疗技术水平下，根治尚有一定的困难，但随着基因治疗技术的发展，给这类遗传

34、性疾病的治疗带来极大希望。许多氨基酸代谢缺陷会引起婴幼儿发育严重障碍，甚至有种种神经系统及重要脏器功能紊乱的表现，以至于早年夭折。但有些氨基酸代谢缺陷并无血、尿变化以外的其它症状，患者往往要到青壮年后才发病，易被忽视，这需要我们的高度注意。筛查新生儿疾病据统计，临床上每100个新生儿中约有46个有先天性缺陷，因此，新生儿筛查是一项发现、治疗先天性疾病的有力手段，一个提高出生人口素质的有效“法宝”。目前我国主要筛查三种新生儿疾病。 苯丙酮尿症 这是一种常染色体隐性遗传病。如果患儿出生后13个月内得到治疗，则不会发生脑损害，长期坚持正确治疗，他们可以像正常人一样生活。 先天性甲状腺功能低下症 由于

35、先天性甲状腺发育障碍，引起孩子生长迟缓、智力发育落后。如果在孩子出生一个月内治疗，一般无智能落后。六个月以后开始治疗，仅有50能够达到正常智力。 先天性肾上腺皮质增生症 这是常染色体隐性遗传病，重型的抢救不及时可致死。轻型的会出现不同程度的性特征异常和假性性早熟。如早期用皮质激素治疗，患儿一般能正常生长发育。筛查，惠泽每个新生儿，并为每个新生儿织就一张健康保护网。这张网，是社会对每个新生命的珍爱。第三节 核苷酸代谢一、核苷酸的合成代谢核糖核苷酸的合成可分为从头合成和补救合成两种方式。利用氨基酸、一碳单位、二氧化碳和磷酸核糖等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤或嘧啶核苷酸，这种方式称为

36、从头合成途径；利用体内现有的嘌呤或嘧啶或其核苷为原料，经过比较简单的反应过程，合成核苷酸的途径，称为补救合成途径。（一）嘌呤核苷酸的合成1从头合成途径 早在1948年，Buchanan等采用同位素标记不同化合物喂养鸽子，并测定排出的尿酸中标记原子位置的同位素示踪技术，证实合成嘌呤的前身物为：甘氨酸、天门冬氨酸、谷氨酰胺、CO2和一碳单位。随后，由Buchanan和Greenberg等进一步搞清了嘌呤核苷酸的合成过程。出人意料的是，体内嘌呤核苷酸的合成并非先合成嘌呤碱基，然后再与核糖及磷酸结合，而是在磷酸核糖的基础上逐步合成嘌呤核苷酸。从头合成途径在胞液中进行，人为划分为两个阶段，即首先在5-磷

37、酸核糖基础上经过一系列酶促反应合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），再由IMP转变成腺嘌呤核苷酸（AMP）与鸟嘌呤核苷酸（GMP）。IMP的合成：5-磷酸核糖在PRPP合成酶作用下，由ATP供能活化生成5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）。PRPP继续脱去焦磷酸而以核糖第一位碳与来源于谷氨酰胺的-NH2相结合，生成5-磷酸核糖胺，催化的酶是PRPP酰胺转移酶，该反应是嘌呤核苷酸从头合成的限速步骤。然后在5-磷酸核糖胺的基础上，经过一系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸（图9-7）。图9-7 IMP的合成引生物化学与分子生物学P207,图10-2。从上述途径可见，嘌呤环N1来源于天冬氨酸；N3、N9由谷氨酰

38、胺提供；C4、C5、N7来源于甘氨酸；C2、C8由一碳单位提供，C6则来源于CO2。（图9-8）图9-8嘌呤环从头合成时各原子来源引生物化学与分子生物学P206,图10-1。IMP转变为AMP及GMP：上述反应生成的IMP并不堆积在细胞内，而是迅速转变为AMP和GMP。IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下由天冬氨酸提供氨基，消耗一分子GTP，先合成腺苷酸代琥珀酸，继而裂解生成延胡索酸和AMP。IMP还可经过氧化生成黄嘌呤核苷酸（XMP），然后在鸟苷酸合成酶作用下，消耗ATP，以谷氨酰胺上的酰胺基取代XMPC2上的氧而生成GMP。2补救合成途径 体内某些组织器官如脑、红细胞、骨髓等缺乏催化从头合

39、成途径的有关酶。这些组织可利用消化道吸收或体内核酸分解代谢产生的嘌呤碱或嘌呤核苷，合成嘌呤核苷酸。与从头合成不同，补救合成过程较简单，消耗能量亦较少。有二种特异性不同的酶参与嘌呤核苷酸的补救合成：腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT)和次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)。由PRPP供给磷酸核糖部分，它们分别催化AMP、IMP和GMP的合成。人体内嘌呤核苷的再利用，主要是通过腺苷激酶催化，使腺嘌呤核苷生成AMP。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义：一方面在于节省能量及减少氨基酸的消耗。另一方面对某些缺乏主要合成途径的组织，如人的白细胞和血小板、脑、骨髓、脾等，具有重要的生理意义。自毁容貌症Sese

40、h Nyhan综合征是由于HGPRT的严重遗传缺陷所致。此种疾病是一种性连锁遗传缺陷，见于男性。患者表现为尿酸增高及神经异常。如脑发育不全、智力低下、攻击和破坏性行为、常咬伤自己的嘴唇、手和足趾，故亦称自毁容貌症。其尿酸增高较易解释，由于HGPRT缺乏，使得分解产生的PRPP不能被利用而堆积，PRPP促进嘌呤的从头合成，从而使嘌呤分解产物尿酸增高。而神经系统症状的机制尚不清楚。（二）嘧啶核苷酸的合成1UMP及CTP的从头合成 与嘌呤核苷酸从头合成途径有所不同，即嘧啶环不是在PRPP基础上合成，而是在嘧啶环合成之后再与磷酸核糖结合。在胞液中，谷氨酰胺和CO2首先在氨基甲酰磷酸合成酶（CPS）作用

41、下生成氨基甲酰磷酸。然后氨基甲酰磷酸与天冬氨酸结合生成氨甲酰天冬氨酸，经环化、脱氢生成乳清酸（尿嘧啶甲酸），乳清酸与PRPP结合成乳清酸核苷酸，经脱羧即生成尿嘧啶核苷酸（UMP）。（图9-9）图9-9嘧啶核苷酸的合成引生物化学与分子生物学P210,图10-5。胞嘧啶核苷酸的合成不是由UMP直接转变而来，而是在磷酸激酶作用下，使UMP转变为UTP，在三磷酸核苷水平上经三磷酸胞苷合成酶催化，谷氨酰胺提供氨基生成CTP。根据上述从头合成过程，可见嘧啶环的合成原料是来源于氨基酸，即谷氨酰胺和CO2提供N3和C2，天冬氨酸提供N1、C4、C5和C6。（图9-10）图9-10嘧啶环各原子来源引生物化学与分

42、子生物学P209,图10-4。嘧啶核苷酸的补救合成 催化嘧啶核苷酸补救合成的酶类有磷酸核糖转移酶与嘧啶核苷激酶，其中以前者为主。链接：乳清酸尿症乳清酸尿症是一种遗传性疾病，主要表现为尿中排出大量乳清酸、生长迟缓和重度贫血。原因是由于催化嘧啶核苷酸从头合成反应的乳清酸磷酸核糖转移酶和乳清酸核苷酸脱羧酶的缺陷所致。临床用尿嘧啶或胞嘧啶抑制嘧啶核苷酸的从头合成以达到治疗目的。3.脱氧核苷酸的合成在体内脱氧核苷酸由核糖核苷酸直接还原而来。还原反应在二磷酸核苷水平上进行，由核糖核苷酸还原酶催化，总反应如下：脱氧胸苷酸是由脱氧尿苷酸（dUMP）经甲基化而生成的。反应由胸苷酸合成酶催化，N5，N10-亚甲四

43、氢叶酸作为甲基供体。dUMP可来自dUDP的水解或dCMP的脱氨基。二、核苷酸的分解代谢食物中的核酸多与蛋白质结合为核蛋白，在胃中受胃酸的作用，或在小肠中受蛋白酶作用，分解为核酸和蛋白质。核酸主要在十二指肠被降解为单核苷酸，核苷酸由不同的碱基特异性核苷酸酶(nucleotidases)和非特异性磷酸酶(phosphatases)催化，水解为核苷和磷酸。核苷可直接被小肠粘膜吸收，或在核苷酶(nucleosidases)和核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylases)作用下，水解为碱基，戊糖或1-磷酸戊糖。体内核苷酸的分解代谢与食物中核苷酸的消化过程类似，可降解生成相应的碱基，

44、戊糖或1-磷酸核糖。1-磷酸核糖在磷酸核糖变位酶催化下转变为5-磷酸核糖，成为合成PRPP的原料。碱基可参加补救合成途径，亦可进一步分解。1.嘌呤的分解代谢嘌呤碱的分解首先在各种脱氨酶作用下，水解脱去氨基。腺嘌呤水解脱氨生成次黄嘌呤，鸟嘌呤水解脱氨则生成黄嘌呤。然后继续水解生成次黄嘌呤。次黄嘌呤和黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下氧化生成尿酸。尿酸是人类嘌呤分解代谢的终产物，通过肾排出体外。正常人血浆中尿酸含量为0.12-0.36mmol/L（2-6mg/dl）。在某些情况下，血中尿酸含量增高，导致尿酸以尿酸盐晶体的形式沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，引起关节炎、尿路结石及肾疾患，称为痛风症。痛风症

45、多见于成年男性，其原因尚不清楚，可能与嘌呤核苷酸代谢酶的缺陷有关。临床上常用别嘌呤醇治疗痛风症，别嘌呤醇与次黄嘌呤结构类似，故可抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸的生成。2.嘧啶的分解代谢嘧啶的分解代谢主要在肝脏中进行。分解代谢过程中有脱氨基、氧化、还原及脱羧基等反应。胞嘧啶脱氨基转变成尿嘧啶，尿嘧啶和胸腺嘧啶还原成二氢尿嘧啶并水解，最终生成NH3、CO2、丙氨酸及-丙氨基异丁酸，丙氨酸和氨基异丁酸可继续分解代谢转变成乙酰辅酶A和琥珀酰辅酶A而进入三羧酸循环。-氨基异丁酸亦可随尿排出体外。食入含DNA丰富的食物或经放射线治疗或化学治疗的癌症病人，以及白血病患者，尿中-氨基异丁酸等物的排出增多。小

46、结人体内氨基酸主要来自食物蛋白质的消化吸收，消化过程主要在小肠中进行，由各种蛋白水解酶的协同作用完成，水解生成的氨基酸及二肽即可被吸收。载体蛋白和-谷氨酰基循环是氨基酸吸收、转运的主要方式。未被消化和吸收蛋白质和氨基酸在大肠下段还可发生腐败作用。外源性与内源性氨基酸共同构成“氨基酸谢库”而参与体内代谢。氨基酸的主要分解途径是脱氨基作用，产物为氨及相应的-酮酸。转氨基与L-谷氨酸氧化脱氨基的联合脱氨基作用，是体内大多数氨基酸脱氨基的主要方式。由于这个过程可逆，因此也是体内合成非必需氨基酸的重要途径。骨骼肌等组织上，氨基酸主要通过“嘌呤核苷酸循环”脱去氨基。氨是有毒物质。体内的氨通过丙氨酸、谷氨酰

47、胺等形式转运到肝，大部分经鸟氨酸循环合成尿素，排出体外。某些氨基酸在分解代谢过程中也可以产生胺类和一碳单位。体内核苷酸的合成有两条途径：从头合成和补救合成。体内的脱氧核糖核苷酸是由各自相应的核糖核苷酸在二磷酸水平上还原而成的。嘌呤在体内分解代谢的终产物是尿酸，嘧啶分解后产生NH2、CO2、丙氨酸及-丙氨基异丁酸。目标检测1.解释下列名词：1.蛋白质腐败作用 2.必需氨基酸 3.一碳单位4.核苷酸的从头合成 5. 核苷酸的补救合成2.简述氨基酸在体内的一般代谢概况3.比较不同的脱氨基方式4.论述体内氨的来源和代谢去路5.简述鸟氨酸循环的过程及生理意义6.简述蛋氨酸循环的代谢过程及生理意义7.嘌呤核苷酸从头合成的原料是什么？简述其过程。8.嘧啶核苷酸从头合成的原料是什么？9.脱氧核苷酸是如何合成的？10.简述嘌呤、嘧啶的分解产物？参考文献1.赖炳森.1998.生物化学.第一版.北京：中国医药科技出版社2.李刚.2001.生物化学.第一版.北京：科学技术文献出版社3.周爱儒.2002.生物化学.第五版.北京：人民卫生出版社4.周爱儒，黄如彬.1999.医学生物化学.第一版.北京：北京医科大学出版社5.黄诒森.2001.生物化学.第四版.北京：人民卫生出版社（费志宏）