第十一章 含氮化合物代谢

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12、13、15章

第一节 蛋白质的消化、吸收与腐败 一、氮平衡(nitrogen balance) 指机体蛋白质摄入量和排出量的比例关系。 第一节 蛋白质的消化、吸收与腐败 一、氮平衡(nitrogen balance) 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。

二、蛋白质的消化 1、胃消化： 胃酸（pH 1.5～2.5）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。

三、氨基酸的吸收（小肠粘膜） 四、蛋白质在肠中的腐败 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。 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。

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。

氨基酸的来源与去路处于动态平衡 氨基酸代谢池 含氮化合物 食物蛋白质 氨 尿 素 消化吸收 胺 －酮 酸 分 解 脱羧 组织蛋白质 脱氨 糖 脂 氧化 供能 合 成 氨基酸 合 成 代谢转变 合 成 氨 基 酸 (非必需氨基酸) 其 它 含 氮 化 合 物 (嘌呤、嘧啶、神经递质)

氨基酸的生物功能 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。

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。 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。 1、氧化脱氨基（动、植物）： *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：

氨基酸氧化酶 NH2—CHRCOOH NH=CRCOOH + 2H NH=CRCOOH + H2O RCOCOOH + NH3 2H + O2 H2O2 2H2O2 2H2O + O2 2NH2CHRCOOH + O2 2RCOCOOH + 2NH3 L-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。

L-谷氨酸脱氢酶（肝脏，线粒体基质）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。

2、转氨基作用： 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。 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。

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： ⑴ 丙氨酸氨基转移酶（alanine trans-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（aspartate transaminase,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。

3、联合脱氨基作用： 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。

嘌呤核苷酸循环： 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。

4、非氧化脱氨基作用： 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＋2 NH3 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＋NH3

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，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，Trp。 3、氧化供能 1克蛋白质  5.6kcal

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,27.0～81.6mol/L(46--139g/dl) 1、血氨的来源与去路

2、氨的转运 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) NH3 H2O 谷氨酰胺酶 肝、肾 谷氨酸 循　环 葡萄糖 (肌肉) (肝脏) NH3 H2O 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+ATP ADP+Pi 谷氨酰胺对氨具有运输、贮存和解毒作用。

3、尿素的合成 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（ornithine cycle 1932年，德国H.A.Krebs和K.Henseleit ）的反应过程来完成的。 过程： p431图12－7

(1).氨基甲酰磷酸的合成（线粒体）

(2).瓜氨酸的合成（线粒体）

(3).精氨酸的合成（胞液） ※

(4).精氨酸水解生成尿素(胞液) 总反应式：

尿素合成的特点： 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。

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。 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 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。

五、一碳单位(one carbon unit)的代谢 1.定义、种类及来源 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。

2.生物学意义: (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。

3.载体： 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 NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ NADP+ 2-氨基-4-羟基-6-甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶

4. 相互转变 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。

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）。

六、氨基酸与生物活性物质 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。

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。

第三节 氨基酸的合成代谢 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。

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

氨基酸衍生物的生物合成 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

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。

第四节 核苷酸代谢

核苷酸的生物功能 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

一、核苷酸的分解代谢 1、嘌呤核苷酸的分解代谢 （P478图13-1）

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。

2、嘧啶核苷酸的分解代谢 （p481图13－4）

代谢终产物是高度水溶性的，随尿排出体外。

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（de novo synthesis) （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 （P482图13－5）

（4）合成过程： 分为三个阶段：p483图13－6 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→→→→IMP ATP 1'-焦磷酸-5'-磷酸核糖

②腺苷酸及鸟苷酸的合成：

③ 三磷酸嘌呤核苷的合成：

(5)特 点： *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（salvage pathway） (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

*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。 腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT） A + PRPP AMP + PPi   次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT） I/G+PRPP IMP/GMP + PPi ATP 腺嘌呤核苷 AMP 腺苷激酶 (4)意义: *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。

二、嘧啶核苷酸的合成代谢 1.从头合成 (1)部位：主要在肝细胞液中进行 (2)原料：氨基酸、CO2、磷酸核糖. （P482图13－5）

TMP合酶 (3)合成过程: （P487图13－9）

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。 CPSⅠ CPSⅡ 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

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。 (4)特 点: 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。 2.补救合成 　　　　　 嘧啶磷酸核糖转移酶 嘧啶＋PRPP　　　　　　　 嘧啶核苷酸 (胞嘧啶除外) 　　　　 嘧啶核苷激酶(尿苷激酶） 嘧啶核苷＋ATP　　　　　　　嘧啶核苷酸 PPi ADP

三、脱氧核糖核苷酸的合成代谢 dUDP dCMP dUMP dTMP dTMP-合酶 N5、N10-甲烯FH4 1.核糖核苷酸的还原(主要) NADPH+H+ NADP+ NDP dNDP 二磷酸核糖核苷还原酶 2.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 dUDP H2O Pi dCMP NH3 dUMP dTMP dTMP-合酶 N5、N10-甲烯FH4 水解酶 脱氨酶

胸苷酸合酶

本 章 小 结 蛋白质的消化（降解）、吸收、腐败。氨基酸的来源和去路。 氨基酸的分解代谢：脱氨基方式、氨的代谢（血氨的来源与去路、转运形式，尿素循环的过程、特点）、α－酮酸的代谢、胺的代谢；一碳单位的种类、来源、载体、意义。 核酸的降解。核苷酸的生物学意义。 核苷酸的代谢：核苷酸的合成原料、途径、特点（嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的区别）、调节；核苷酸的分解代谢、产物。 糖、脂类、蛋白质、核酸代谢的相互联系。 名词解释：蛋白质的腐败作用、蛋白质的互补作用、转氨基作用、氧化脱氨基作用、联合脱氨基作用、尿素循环、丙氨酸－葡萄糖循环、一碳单位、甲硫氨酸循环、固氮作用、从头合成途径、补救合成途径、痛风。

思 考 题 1、乙酰CoA可进入哪些代谢途径？ 2、CO2的固定作用不仅存在于植物中，也存在于动物的两条生物合成途径中，即从丙酮酸合成葡萄糖的糖异生作用和从乙酰CoA合成脂肪酸这两条途径中。（1）写出固定CO2的有关反应；（2）在这两个过程中，CO2的功能是什么？ 3、氨造成脑损伤的确切机制尚不清楚。试根据氨对产能代谢中某些关键中间物水平的影响提出可能的机制。 4、如果1分子的乙酰CoA经过TCA循环氧化可产生10分子的ATP，则1分子丙氨酸在哺乳动物体内彻底氧化净产生多少分子的ATP？在鱼类又能产生多少分子的ATP？ 5、核苷酸之间是怎样相互转变的？

结 束