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脂肪的合成代谢 (一) 原料、来源 1、脂肪合成原料 脂肪酸和甘油。 生物体能利用糖类或简单碳原物质转化为脂肪酸。 如油料作物利用CO2作碳原合成脂肪酸，微生物利用糖或乙酸作碳原合成脂肪酸，动物及人主要利用糖来合成脂肪酸。
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脂肪酸合成方式： 1、“从无到有”途径（全程合成途径）：细胞浆中进行。 2、在已有脂肪酸链上加上二碳物使碳链增长：线粒体或微粒体中进行。 其中： 合成脂肪酸的直接原料：乙酰辅酶A和NADPH+H+ ； 参与三脂酰甘油合成的甘油是α-磷酸甘油。
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1、乙酰CoA的来源 主要来源于糖分解、丙氨酸脱氨、乳酸脱氢等产生的丙酮酸，经氧化脱羧而成。 柠檬酸-丙酮酸循环：乙酰辅酶A都是在线粒体内生成的，而脂肪酸合成的有关酶却存在于细胞液中，乙酰辅酶A必须转运到细胞液中才能参与脂肪酸的合成。 乙酰辅酶A本身不能通过线粒体内膜，而是通过柠檬酸-丙酮酸循环进入细胞液。
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在线粒体内，乙酰辅酶A先与草酰乙酸缩合成柠檬酸，通过线粒体内膜上的载体转运到细胞液中；经柠檬酸裂解酶催化柠檬酸分解为乙酰辅酶A和草酰乙酸；乙酰辅酶A在细胞液内合成脂肪酸，而草酰乙酸则还原成苹果酸，苹果酸经脱羧、脱氢生成丙酮酸，丙酮酸再进入线粒体羧化为草酰乙酸。
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除了“柠檬酸-丙酮酸循环”外，还有两种转运机制：
α- 酮戊二酸转运：在动物肝脏和脂肪组织中，由谷氨酸氧化脱氨产生或三羧酸循环中的α-酮戊二酸，通过线粒体膜上的二羧酸转运系统，由线粒体内转运到细胞浆中，然后由细胞浆中的异柠檬酸脱氢酶催化还原为异柠檬酸（NADPH供氢），后者再转变为柠檬酸为脂肪酸合成提供乙酰CoA。此外，异柠檬酸也可从线粒体内转运到线粒体外，参与脂肪酸合成。
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肉毒碱转运：肉毒碱除了可将脂酰CoA 转运到线粒体内，还可将线粒体内的乙酰CoA，以“乙酰肉毒碱”形式通过线粒体内膜转运到线粒体外。
在细胞浆中乙酰肉毒碱被乙酰肉毒碱水解酶催化，水解释放乙酸，再由乙酰CoA合成酶使乙酸活化成乙酰CoA。（本转运提供的乙线CoA非常少）。
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2、NADPH+H+的来源 NADPH+H+是脂肪酸合成的供氢体，主要来自磷酸戊糖途径，也可由柠檬酸-丙酮酸循环中的苹果酸转化为丙酮酸时提供。
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3、α-磷酸甘油的来源 （1）由糖代谢而来 糖代谢过程中产生的磷酸二羟丙酮经α-磷酸甘油脱氢酶催化还原成α-磷酸甘油。 脂肪组织及肌肉中主要是以此种方式生成α-磷酸甘油。
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（2）甘油的再利用 肝外组织由于甘油激酶活性很低，三脂酰甘油分解产生的甘油不能被再利用，通常随血液运输到甘油激酶活性高的肝、肾等组织中，形成α-磷酸甘油。
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(二)脂肪酸的生物合成 1、细胞浆中“从头合成”途径（合成饱和脂肪酸） （1）丙二酸单酰CoA的生成 乙酰CoA在乙酰辅酶A羧化酶的催化下，加上CO2转变成丙二酸单酰辅酶A。（耗能反应）
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乙酰辅酶A羧化酶是脂肪酸合成的调节酶。它受柠檬酸和乙酰CoA的别构激活，同时受软脂酰CoA的别构抑制，高糖低脂饮食会促进此酶的合成。
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（2）脂肪酸的合成 一分子乙酰CoA和7分子丙二酸单酰CoA在脂肪酸合成酶系催化下，由NADPH和H+供氢合成脂肪酸。 软脂酸所需的8个乙酰CoA单位中，只有碳链末端的15和16两个碳直接来自乙酰CoA，其余7个二碳单位均以丙二酸单酰CoA的形式参与合成。 在脂肪酸合成中，一分子乙酰CoA只起“引物”作用。
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脂肪酸合成酶系由7种蛋白质组成，以没有酶活性的脂酰基载体蛋白（acyl carrier protein ，ACP）为中心，周围有序排布着具有催化活性的酶。ACP将底物转送到各个酶活性位点上，使脂肪酸合有序进行。 有催化活性的酶分别催化酰基转移、缩合、加氢、脱水和硫解反应。
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酰基转移反应：乙酰CoA和丙二酸单酰CoA分别由乙酰CoA酰基转移酶和丙二酸单酰CoA转移酶催化生成乙酰-ACP和丙二酸单酰-ACP。
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缩合反应：乙酰-ACP和丙二酸单酰-ACP在β-酮脂酰ACP合成酶作用下缩合生成β-酮脂酰-ACP（乙酰乙酰-ACP）。
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第一次加氢反应： β-酮脂酰-ACP在β-酮脂酰-ACP还原酶催化下，由NADPH+H+提供2H，还原为β-羟丁酰-ACP。
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脱水反应： β-羟丁酰-ACP在β-羟脂酰-ACP脱水酶作用下，其α与β碳原子间脱去一分子水生成烯丁酰-ACP（反式）。
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第二次加氢反应： β-烯丁酰-ACP在β-烯脂酰-ACP还原酶作用下，接受NADPH+H+提供的2H生成丁酰-ACP。
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丁酰-ACP是脂肪酸合成的第一轮产物，通过此轮反应，延长了两个碳原子；丁酰-ACP又可以在β-酮脂酰ACP合成酶催化下，与丙二酸单酰-ACP缩合，再经过上述步骤，增加两个碳原子，如此重复生成软脂酰-ACP（重复6次），并在硫酯酶催化下水解释放出软脂酸。
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1分子乙酰CoA和7分子丙二酸单酰CoA在脂肪酸合成酶系催化下，由NADPH+H+供氢合成软脂酸。
总反应式：
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2、线粒体和微粒体中的合成 在线粒体和微粒体中，脂肪酸的合成主要是碳链的延长。将细胞浆中合成的软脂酸在线粒体和微粒体中延长成C18、 C22、 C24 等脂肪酸。（动物体细胞浆中最多只能合成C16脂肪酸，原因： β-酮脂酰ACP合成酶对14碳以上的酯酰基催化能力很弱；硫酯酶对16碳原子脂酰基活性最大。 ）
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在线粒体中可以进行与脂肪酸β-氧化相似的逆过程，使得一些脂肪酸碳链延长。首先缩合酶催化脂酰CoA与乙酰CoA形成β-酮脂酰CoA，再经还原型辅酶Ⅰ和还原型辅酶Ⅱ供氢还原产生比原来多2个碳原子的脂酰辅酶A，后者尚可通过类似过程，并重复多次而加长碳链。
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微粒体中的合成：与线粒体相似，不同点：利用丙二酰CoA加长碳链；还原过程需还原型辅酶Ⅱ供氢；酶不以ACP为酰基载体。
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3、不饱和脂肪酸的合成 在脂酰CoA去饱和酶作用下，分别将软脂酸和硬脂酸氧化得到棕榈酸和油酸。 哺乳动物只具有引入C-9位的双键的酶，所以亚油酸和亚麻酸不能自身合成（必需脂肪酸）。
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（三）脂肪的合成 原料： 脂酰CoA和α-磷酸甘油。 具体步骤：
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甘油二酯再与一分子的脂酰CoA缩合生成甘油三酯。
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七、脂肪代谢的调节 （一）糖代谢对脂肪代谢的调节 1、糖供应充足时对脂肪酸代谢的影响 糖供应充足时，糖分解产生的乙酰辅酶A及柠檬酸别构激活脂肪酸合成的调节酶——乙酰辅酶A羧化酶，促进丙二酸单酰辅酶A的合成，三脂酰甘油的合成代谢加强。
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另外，丙二酸单酰CoA又可与脂酰CoA竞争脂肪分解的调节酶---肉毒碱酰基转移酶Ⅰ，阻碍脂酰CoA进入线粒体进行β-氧化。所以，糖供应充分，氧化分解正常时，脂肪合成代谢加强，分解代谢减慢。
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2、糖供应不充分时对脂肪代谢的影响 糖供应不足，脂肪动员加快，肝细胞内脂酰CoA增多，后者可别构抑制乙酰CoA羧化酶，从而抑制了脂肪合成。脂肪酸的β-氧化明显。
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（二）激素对脂肪代谢的影响 1、有利于脂肪分解的激素 肾上腺素、生长素、甲状腺素等能促进脂肪水解的调节酶——三脂酰甘油脂肪酶活性，从而促进脂肪分解。
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2、促进脂肪合成的激素 胰岛素是调节脂肪合成的主要激素。它诱导乙酰CoA羧化酶、脂肪酸合成酶以及柠檬酸裂解酶等酶的合成，从而促进脂肪合成。
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八、磷脂代谢 磷脂是构成生物体生物膜的重要物质。 （一）磷脂的分解代谢 参与磷脂分解的酶主要有磷脂酶A1 A2 、C、D，它们作用于磷脂中的不同化学键。 1、磷脂酶A：作用于磷脂中脂酰基的酶称为磷脂酶A。其中水解键1的叫做磷脂酶A1 ，水解键2的叫做磷脂酶A2 。
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来源：动物肝、肾，蛇毒、蜂毒等。 2、磷脂酶C：分解键3，使磷酸甘油酯键断裂。 来源：主要存在于微生物中，动物脑中也有。 3、磷脂酶D：作用于键4（磷酸胆碱或胆胺酯键），游离出胆碱或胆胺。
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甘油和磷酸进入糖代谢，进一步氧化成CO2和水；
胆碱经氧化或脱甲基生成甘氨酸； 甘油、磷酸、胆碱也可参与磷脂的合成； 脂肪酸进行β-氧化。
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（二）磷脂的合成代谢 1、合成部位 生物体几乎所有组织中都能合成磷脂，但以肝、肠等组织最活跃。 2、合成原料 主要有甘油、脂肪酸、磷酸胆碱等。 其中脂肪酸：由脂肪酸合成途径产生； 甘油：糖代谢产生。
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3、卵磷脂的合成 卵磷脂可以由二脂酰甘油与磷酸胆碱直接合成。 （1）二脂酰甘油的生成 主要来自于磷脂酸；也可由磷酸甘油和脂酰CoA反应生成。
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（2）磷酸胆碱的生成 由胆碱的磷酸化产生。胆碱来源于食物；也可由丝氨酸脱羧和甲基化生成。
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（3）卵磷脂（或脑磷脂）的生成 二脂酰甘油与磷酸胆碱（或磷酸胆胺）缩合形成卵磷脂（或脑磷脂）。
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九、胆固醇代谢 （一）胆固醇的合成代谢 1、概述 胆固醇是生物膜的重要组成成分，在维持膜的流动性和正常功能中起着重要作用。 胆固醇又是类固醇激素、胆汁酸及维生素D的前体。 人体含胆固醇约2g/kg体重。
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2、体内胆固醇的来源 （1）外源性胆固醇：来自于动物性食物（占少量）； （2）内源性胆固醇：机体合成（每天1克）
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3、合成部位 生物体各组织几乎都能合成胆固醇（除脑组织和成熟的红细胞），肝脏和小肠的合成能力最强，肝脏合成的胆固醇占全身总合成量的70%-80%，其此是小肠。 进行部位：细胞液和内质网。
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4、合成原料 （1） 乙酰辅酶A：大多数来自于线粒体中。 （2）ATP供能：来自于线粒体中。 （3）NADPH+H+提供氢：来源于磷酸戊糖途径。 每合成1分子胆固醇需18分子乙酰辅酶A，36分子ATP，16分子NADPH+H+ 。
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5、合成途径 三个阶段： （1）乙酰CoA缩合为甲羟戊酸（mevalonic acid ，MVA） 2分子乙酰CoA缩合乙酰乙酰辅酶A，然后再与1分子乙酰辅酶A缩合成3-羟-3-甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA），后者经HMGCoA还原酶催化生成甲羟戊酸。 HMGCoA是胆固醇、酮体及脂肪酸代谢的重要中间产物。
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HMGCoA还原酶特性： 是胆固醇合成的限速酶； 糖蛋白； 别构调节（胆固醇是其别构抑制剂），也可共价修饰调节（磷酸化后失活，脱磷酸后复活）； 胰岛素促进此酶合成，加速胆固醇合成代谢。
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（2）MVA转变为鲨烯（squalene）
鲨烯是含有30个碳原子的开链烯烃。
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由乙酰CoA到鲨烯合成在细胞液中进行，鲨烯由固醇载体转运到内质网中再合成胆固醇。
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（3）胆固醇的生成 由一套氧化环化酶系统催化。
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（4）胆固醇的酯化 细胞内和血浆中游离的胆固醇都可以被酯化为胆固醇酯，不同部位所发生的酯化反应不同。 血浆中胆固醇的酯化：
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6、胆固醇合成代谢的调节 （1）食物成分 食物胆固醇：显著抑制肝脏中HMGCoA还原酶活性，但小肠粘膜中的HMGCoA还原酶不受食物胆固醇的影响。 食物脂肪：增强胆固醇的合成。 食物葡萄糖和蛋白质：增强胆固醇的合成。（原因：产生了乙酰CoA） （2）激素 胰岛素促进胆固醇合成，糖皮质激素和胰高血糖素抑制胆固醇合成。
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甲状腺素：增强HMGCoA还原酶活性，促进胆固醇合成，同时甲状腺素又促进胆固醇在肝脏中转化为胆汁酸，从而使胆固醇含量降低。（甲状腺功能亢进者血浆胆固醇含量低于正常值）。
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（二）胆固醇的分解代谢 也叫胆固醇的转化，胆固醇可以转化为多种活性物质。
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第五章 蛋白质降解及氨基酸分解代谢 一、蛋白质的酶促降解 食物蛋白质经人体各种蛋白酶（胃蛋白酶、胰蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等）作用降解成氨基酸混合物，再由肠粘膜上皮细胞吸收进入机体。游离氨基酸进入血液循环送到肝脏。 动物组织中也有各种蛋白酶，也能将细胞自身蛋白质水解成氨基酸。 就高等动物来讲，外界食物蛋白质经消化吸收的氨基酸和体内合成及组织蛋白质经降解的氨基酸，共同构成体内氨基酸代谢库。
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二、氨基酸的一般代谢（共同途径） 天然氨基酸分子都含有α-氨基和羧基，因此各种氨基酸都具有共同的代谢途径。但是由于不同氨基酸的侧链基团不同，所以个别氨基酸还有其特殊的代谢途径。 氨基酸的共同代谢包括脱氨基作用和脱羧基作用两方面。
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（一）氨基酸的脱氨基作用 主要有转氨基作用、氧化脱氨基作用、联合脱氨基作用等。 1、转氨基作用（氨基移换作用） 一种α-氨基酸的氨基可以转移到α-酮酸上，从而生成相应的一分子α-酮酸和一分子α-氨基酸。 催化转氨基反应的酶叫做转氨酶。
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其中，α-氨基酸可以看作是氨基的供体，α-酮酸是氨基的受体。
由糖代谢所产生的丙酮酸、草酰乙酸及α-酮戊二酸可分别转变成丙氨酸、天冬氨酸及谷氨酸；另外，蛋白质分解所产生的丙氨酸、天冬氨酸及谷氨酸也可转变为丙酮酸、草酰乙酸和α-酮戊二酸。 转氨酶的种类很多，其中最重要的两种转氨酶是：谷丙转氨酶和谷草转氨酶。
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（1）谷丙转氨酶（GPT） 催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨作用。 谷丙转氨酶以肝脏中活力最大，当肝细胞损伤时，酶就释放到血液内。因此临床上常以此来判断肝功能的正常与否。
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（2）谷草转氨酶（GOT） 催化谷氨酸与草酰乙酸的转氨作用。 GOT以心脏中活力最大，其次是肝脏。临床上常以此作为心肌梗塞、心肌炎的辅助判断指标。
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α-氨基酸在酶催化下氧化脱氢生成α-酮酸，同时释放出游离氨。
2、氧化脱氨基作用 α-氨基酸在酶催化下氧化脱氢生成α-酮酸，同时释放出游离氨。 氧化脱氨基作用包含脱氨与水解两个步骤。 较重要的有L-谷氨酸脱氢酶，其辅酶是 NAD+或NADP+ ，能催化L-谷氨酸氧化脱氨基，生成α-酮戊二酸及氨。
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L-谷氨酸脱氢酶特性： （1）有很强的特异性，只催化L-谷氨酸氧化脱氨； （2）别构酶：ATP、NADH是其别抑制剂，ADP是其别构激活剂。 （3）存在：动植物、微生物中。特别是肝及肾组织中活力更强。
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意义：联系糖代谢与氨基酸代谢：L-谷氨酸脱氢脱氨后所产生的α-酮戊二酸可进入TCA循环彻底氧化产生能量；另外，在糖代谢中所产生的α-酮戊二酸也可转变为L-谷氨酸（氨基化作用）。
3、联合脱氨基作用 转氨基作用和氧化脱氨基作用配合进行。联合脱氨基作用是生物体内氨基酸脱氨基作用的主要方式。生物体内存在两种联合脱氨基作用：
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（1）转氨基作用与谷氨酸氧化脱氨基作用的联合
体内某些组织如肝脏、肾脏中的L-谷氨酸脱氢酶活性高，主要以该种方式进行。 该反应可逆，其逆反应是生成非必需氨基酸的途径。
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（2）转氨基作用与嘌呤核苷酸循环的联合 体内某些组织如骨骼肌、心肌中的L-谷氨酸脱氢酶活性低，这些部位以“嘌呤核苷酸循环”脱氨基作用为主。
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4、非氧化脱氨基作用 主要在微生物体内进行。 又分为直接脱氨基作用、脱水脱氨基作用、脱硫化氢脱氨基作用、水解脱氨、还原脱氨等。
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（二）氨基酸的脱羧基作用 氨基酸在氨基酸脱羧酶作用下进行脱羧作用，生成二氧化碳和胺类。 氨基酸脱羧酶特性： （1）在微生物中分布很广，高等动植物中也有； （2）专一性很高，一般来讲一种氨基酸脱羧酶只对一种氨基酸起脱羧作用。
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1、重要氨基酸的脱羧基作用 （1）谷氨酸
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γ-氨基丁酸（GABA）： 对中枢神经系统的传导具有抑制作用； VB6是其辅酶，因此临床上用VB6防治神经性妊娠呕吐及小孩抽搐； 主要存在于大脑中。
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（2）组氨酸 组胺： 血管舒张剂，具有扩张血管降低血压功效； 促进胃液分泌； 动物性食物腐败产生大量组胺。
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（3）酪氨酸 酪胺：使血压升高。
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（4）色氨酸 5-羟色胺（5-HT，血清素）： 促进微血管收缩、血压升高和促进肠胃蠕动； 促进睡眠； 与神经兴奋传导有关，当其浓度降低时，痛阈降低。
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三、氨基酸分解产物的代谢 氨基酸经脱氨作用生成氨及α-酮酸； 氨基酸经脱羧作用产生二氧化碳及胺。 其中，二氧化碳由肺排出； 胺可随尿直接排出，也可在酶作用 下转化为其它物质； 氨和α-酮酸进一步代谢。
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（一）氨的代谢转变 1、氨的来源 氨基酸脱氨基产生；肠道吸收（食物腐败产生、尿素渗入肠道被脲酶水解）；肾小管上皮细胞分泌（谷氨酰胺分解产生）；药物或其它含氮物质。 氨有毒，高等动物的脑组织对氨相当敏感，血液中含1%氨即可引起中枢神经系统中毒（语言紊乱、视力模糊、甚至昏迷死亡，机理：高浓度的氨与α-酮戊二酸形成谷氨酸，使大脑中的α-酮戊二酸大量减少，导致TCA循环无法正常进行，从而引起脑功能受损）。
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2、氨的代谢转变 （1）尿素的合成：是氨代谢的主要途径。 合成器官：主要是肝脏。 合成途径：鸟氨酸循环，分为四个步骤： a、瓜氨酸的生成 氨和二氧化碳（来源于糖代谢）在氨基甲酰磷酸合成酶作用下生成氨基甲酰磷酸，再在鸟氨酸氨基甲酰转移酶作用下，将氨基甲酰转移给鸟氨酸生成瓜氨酸。 整个反应在线粒体内进行。
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b、精氨酸的生成 线粒体内合成的瓜氨酸穿过线粒体膜转运到细胞液中，在精氨酸代琥珀酸合成酶和精氨酸代琥珀酸裂解酶作用下生成精氨酸。
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c、精氨酸水解生成尿素 精氨酸在精氨酸酶催化下生成尿素和鸟氨酸。
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精氨酸酶专一性很强，只对L-精氨酸有作用，存在于排尿素动物的肝脏中。
产生的鸟氨酸又可穿过线粒体膜进入线粒体中在参与循环。 总结： 有毒的氨在肝脏中转变为无毒的尿素后，经血液运送到肾脏，然后随尿液排出体外。 每生成1mol尿素要消耗3molATP。
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（2）酰胺的合成 存在于大脑、肝脏及肌肉等细胞中的谷氨酰胺合成酶，能催化氨与谷氨酸合成谷氨酰胺，然后谷氨酰胺通过血液循环运送到肾脏，经谷氨酰胺作用分解成谷氨酸和氨。因此，谷氨酰胺既是氨的解毒产物，也是氨的储运及运输形式。
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另外，氨在天冬酰胺合成酶的催化下还可生成天冬酰胺，当需要时，天冬酰胺分子内的氨基又可以通过天冬酰胺酶作用分解出来，合成氨基酸。
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（3）重新利用 氨可以使α-酮酸氨基化为非必需氨基酸；还可以合成嘧啶环。
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（二） α-酮酸的代谢转变 1、再合成氨基酸 体内的氨基酸脱氨基作用与α-酮酸的氨基化是一对可逆反应，在正常情况下处于动态平衡。当体内氨基酸过剩时，脱氨基作用旺盛；当机体需要氨基酸时，氨基化作用旺盛。 α-酮酸氨基化是生成非必需氨基酸的途径之一。
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2、氧化成二氧化碳及水 当体内需要能量时， α-酮酸可被氧化成二氧化碳和水，并释放能量。氧化的主要途径是TCA循环。 丙酮酸、草酰乙酸、 α-酮戊二酸均可通过TCA循环被氧化。
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3、转变成糖及脂肪 当体内不需要α-酮酸转变为氨基酸，且体内能量供给充分时，α-酮酸可以转变为糖及脂肪。 生糖氨基酸：在体内可以转变为糖的氨基酸。 生酮氨基酸：在体内可以转变为酮体的氨基酸。 生糖兼生酮氨基酸：二者兼有的氨基酸。
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氨基酸、糖、脂肪代谢的关系：
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四、个别氨基酸的代谢 （一）一碳单位代谢 1、概念 在生物合成中可以转移一个碳原子的化学基团叫做一碳单位或一碳基团。 催化一碳单位转移的酶叫做一碳单位转移酶。
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2、种类
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3、进行一碳单位代谢的氨基酸 甘氨酸、丝氨酸、色氨酸、组氨酸、蛋氨酸等。 （二）芳香族氨基酸的分解代谢 芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。 1、苯丙氨酸的分解代谢 （1）生成酪氨酸 在苯丙氨酸羟化酶（加单氧酶）作用下生成酪氨酸。
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（2）生成苯丙酮酸 这是氨基酸代谢缺乏症（先天性苯丙氨酸羟化酶缺乏者，不能将苯丙氨酸转变为酪氨酸，而在转氨酶作用下将苯丙氨酸转氨基生成苯丙酮酸，进入血液，最后随尿排出，称为“苯丙酮酸尿症”，症状：新生儿呕吐，智力迟钝）。
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2、酪氨酸的分解代谢 酪氨酸在不同酶作用下生成多巴胺、黑色素、酪氨等物质。
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其中，多巴胺（DA）具有多种生理功能，与神经传递、肾上腺素合成、睡眠节律等都有关系。
氨基酸代谢缺乏症：先天性缺乏酪氨酸酶缺乏患者，即“白化病”。
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3、色氨酸的分解代谢 转变为尼克酸；氧化和脱羧生成5-羟色胺（使组织和血管收缩；且与脑组织活动、体温调节等生理作用有关）；生成吲哚乙酸（植物生长刺激素）。
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五、氨基酸的合成代谢 不同氨基酸合成途径不同，根据其自身代谢规律分为以下几种： （一）酮戊二酸衍生类型（谷氨酸类型） α-酮戊二酸与氨在L-谷氨酸脱氢酶作用下，还原氨基化生成L-谷氨酸； L-谷氨酸与氨在谷胺酰胺合成酶作用下生成谷氨酰胺； L-谷氨酸γ-羧基还原为谷氨酸半醛，然后环化为二氢吡咯-5-羧酸，再有二氢吡咯还原酶作用生成L-脯氨酸；谷氨酸还可经过一系列酶作用生成鸟氨酸；鸟氨酸再通过鸟氨酸循环生成精氨酸。 即： α-酮戊二酸衍生型可合成谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、鸟氨酸、精氨酸等非必需氨基酸。
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（二）草酰乙酸衍生类型 在谷-草转氨酶催化下，草酰乙酸与谷氨酸生成L-天冬氨酸；天冬氨酸经天冬酰胺合成酶催化，在谷氨酰胺和ATP参与下，从谷氨酰胺上获取酰胺基生成L-天冬酰胺；细菌和植物还可由L-天冬氨酸为起始物合成赖氨酸或转变为蛋氨酸；另外，L-天冬氨酸还可以转变为苏氨酸；L-天冬氨酸还可以与丙氨酸作用合成异亮氨酸。 即：草酰乙酸衍生型可合成L-天冬氨酸、天冬酰胺、赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸等6种氨基酸。
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（三）丙酮酸衍生类型 丙酮酸可以合成L-丙氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸。 （四）甘油酸-3-磷酸衍生类型 由甘油酸-3-磷酸开始，经酶催化分别合成丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸。 （五）赤藓糖-4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型 芳香族氨基酸中的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸可由赤藓糖-4-磷酸为起始物在有烯醇丙酮酸磷酸条件下经多种酶促反应生成色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸。
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（六）磷酸核糖焦磷酸衍生类型 途径复杂。由磷酸核糖焦磷酸开始，最后生成L-组氨酸。
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一、核酸的酶促降解及核苷酸的分解代谢 （一）核酸的解聚
第六章 核酸降解和核苷酸代谢 一、核酸的酶促降解及核苷酸的分解代谢 （一）核酸的解聚 在酶的作用下，核酸中连接核苷酸的磷酸二酯键水解断裂成低级多核苷酸和单核苷酸。作用于核酸链内部磷酸二酯键的酶称为核酸酶（核酸内切酶，endonuclease），包含作用于DNA的脱氧核糖核酸酶和作用于RNA的核糖核酸酶。 另外，有一些专一性较低的磷酸二酯酶对DNA和RNA的水解都能起作用，它们从DNA和RNA（或其低级多核苷酸）链的一端逐个水解下单核苷酸，此酶叫做核酸外切酶（exonuclease）。
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（二）核苷酸的降解 单核苷酸在细胞内磷酸单酯酶或核苷酸酶作用下水解成核苷与磷酸。 磷酸单酯酶有特异性和非特异性两种。其中，非特异性磷酸单酯酶对所有位置的磷酸基都能水解。 核苷在核苷酶（有两种：核苷磷酸化酶和核苷水解酶）作用下分解成碱基和戊糖。
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其中，核苷磷酸化酶存在广泛，而核苷水解酶主要存在于植物和微生物体内，只对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷没有作用。
1-磷酸戊糖再转变为5-磷酸核糖，通过磷酸戊糖途径进一步代谢。 （三）碱基的分解 1、嘌呤的分解 首先在各种脱氨酶作用下水解脱去氨基，使腺嘌呤转化为次黄嘌呤，鸟嘌呤转化为黄嘌呤。
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动物组织中腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性较高，因此，腺嘌呤的脱氨基主要在核苷和核苷酸水平。
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鸟嘌呤脱氨酶分布较广，故鸟嘌呤的脱氨基主要在碱基水平。
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次黄嘌呤和黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶作用下氧化成尿酸。
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所以尿酸是人体内嘌呤分解代谢的最终产物，尿酸以其盐类形式经肾脏排出体外。
不同生物嘌呤分解的代谢终产物各不相同。人和猿类以及一些排尿酸的动物（如鸟类、某些爬行类动物、昆虫等），嘌呤分解的终产物是尿酸。其他多种动物则将尿酸进一步分解，直到最后形成二氧化碳和氨。
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正常人血浆中尿酸含量为20-60mg/L，超过80mg/L时，尿酸盐晶体会沉积在关节、软组织、软骨、肾等部位，导致关节炎、尿路结石以及肾脏疾病，即“痛风症”。
摄取大量嘌呤食物或尿酸排泄障碍时易患痛风症。
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临床上用“别嘌呤醇”治疗痛风症，机理：别嘌呤醇的结构与次黄嘌呤相似，是黄嘌呤氧化酶的竞争性抑制剂。
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2、嘧啶的分解 与嘌呤分解相似，嘧啶分解时，有氨基的首先水解脱氨基。胞嘧啶脱氨基转变为尿嘧啶，尿嘧啶和胸腺嘧啶经还原打破环内双键后，水解开环成链状化合物，继续水解成二氧化碳、氨、β-丙氨酸和β-氨基异丁酸。其中二氧化碳经呼吸道排出体外，氨在肝脏合成尿素经肾脏排出，β-丙氨酸经转氨、氧化以及脱羧作用生成乙酰CoA进入TCA循环。一部分β-氨基异丁酸经肾脏排出，另一部分经转氨、氧化等作用生成琥珀酰CoA进入TCA循环。 在人和某些生物体内，脱氨基作用也可在核苷或核苷酸水平进行。
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二、核苷酸的生物合成 （一）核苷酸合成的基本途径 动物、植物和微生物通常都能合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸。 核苷酸的生物合成有两条基本途径： 1、“从头合成”途径或“从无到有”途径 利用核糖磷酸、氨基酸、二氧化碳和氨等原料，经过一系列酶促反应合成核苷酸。由于此途径不经过碱基、核苷的中间阶段，故得名。 肝、小肠、胸腺等组织主要进行此种途径。
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2、利用体内游离的碱基和核苷合成核苷酸，称为“补救途径”。
脑、骨髓、脾只能进行此种途径。此外，遗传因素、疾病、药物、毒物，甚至心理紧张都能造成从头合成途径中某些酶的缺乏，致使合成核苷酸的速度不能满足细胞生长的需要。此时，补救途径对维持正常的生命活动尤为重要。
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（二）嘌呤核苷酸的“从头合成”途径 用同位素标记实验证明，嘌呤环中各个原子来源于不同物质。
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1、IMP的合成 （1）5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的生成——起始步骤 磷酸核糖焦磷酸合成酶催化5-磷酸核糖和ATP生成。
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（2）5-磷酸核糖焦磷酸与谷氨酰胺反应生成5-磷酸核糖胺、谷氨酸和无机焦磷酸。催化此反应的酶是磷酸核糖焦磷酸酰胺基转移酶。
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（3）5-磷酸核糖胺在ATP参与下与甘氨酸合成甘氨酰胺核苷酸。催化此反应的酶是甘氨酰胺核苷酸合成酶。
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（4）甘胺酰胺核苷酸在甘胺酰胺核苷酸甲酰基转移酶作用下生成甲酰甘胺酰胺核苷酸。
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（5）甲酰甘胺酰胺核苷酸与谷氨酰胺、ATP作用，闭环之前在第3位上加上氮原子。催化此反应的酶是甲酰甘氨咪唑核苷酸合成酶。
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（6）闭环 在氨基咪唑核苷酸合成酶作用下生成5-氨基咪唑核苷酸。
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（7）六员环的合成开始 在氨基咪唑核苷酸羧化酶催化下， 5-氨基咪唑核苷酸与二氧化碳生成5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸。
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（8）嘌呤环的第1位氮的固定 在氨基咪唑琥珀酸氨甲酰核苷酸合成酶催化下， 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸与天冬氨酸和ATP生成5-氨基咪唑-4-琥珀酸甲酰胺核苷酸。
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（9）脱掉延胡索酸 反应由腺甘酸裂解酶催化。生成5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸和延胡索酸。
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（10）嘌呤环上最后的碳原子由甲酰基供给。催化此反应的酶是氨基咪唑酰胺核苷酸甲酰基转移酶。
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（11）脱水环化 在次黄苷酸环水解酶作用下脱水环化生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。
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其中，反应（1）是磷酸基转移反应，（2）、（5）是氨基化反应，（3）、（4）、（8）、（10）是合成酰胺键反应，（6）和（11）是脱水环化反应，（7）是酰基化反应，（9）是裂解反应。
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2、AMP和GMP的合成 （1）IMP在GTP存在情况下与天冬氨酸合成腺苷酸琥珀酸（由腺苷酸琥珀酸合成酶催化），腺苷酸琥珀酸裂解为腺嘌呤核苷酸和延胡索酸。 （2）IMP在IMP脱氢酶作用下氧化为黄嘌呤核苷酸（XMP），再由GMP合成酶催化氨基化生成GMP。
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（三）嘌呤核苷酸的“补救途径” 1、在核苷磷酸化酶作用下，嘌呤碱基与1-磷酸核糖作用生成核苷，核苷再磷酸化生成核苷酸。 由于生物体内除了腺苷激酶外，缺乏其它嘌呤核苷激酶，所以此途径不是主要途径。
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2、在磷酸核糖转移酶催化下，嘌呤碱基与5-磷酸核糖焦磷酸作用生成核苷酸和焦磷酸。（主要途径）
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（四）嘧啶核苷酸的“从头合成”途径 用同位素标记实验证明，嘧啶环中各个原子来源于不同物质。
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与合成嘌呤环不同，嘧啶核苷酸的合成首先形成嘧啶环，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，最后生成尿嘧啶核苷酸。其它嘧啶核苷酸由尿苷酸转变而来。
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（五）嘧啶核苷酸的“补救途径” 与嘌呤核苷酸类合成类似。 1、在尿苷磷酸化酶作用下，尿嘧啶与1-磷酸核糖作用生成尿苷，尿苷在尿苷激酶作用下被磷酸化形成尿嘧啶核苷酸。（主要途径）
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尿苷激酶还能催化胞嘧啶核苷生成胞嘧啶核苷酸。
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2、在嘧啶核糖磷酸转移酶催化下，嘧啶与5-磷酸核糖焦磷酸作用生成核苷酸和焦磷酸。（从人体红细胞中获得的嘧啶核糖磷酸转移酶只对尿嘧啶、胸腺嘧啶起作用，对胞嘧啶没有作用）。
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三、脱氧核苷酸的生物合成 生物体内的脱氧核苷酸是由核糖核苷酸还原生成，对于大多数生物来说，此转变是在二磷酸核糖核苷水平上进行的。 1、脱氧核糖腺苷酸、脱氧核糖鸟苷酸、脱氧核糖胞苷酸、脱氧核糖尿苷酸的生成 在二磷酸核苷水平上，经二磷酸核苷还原酶（NDP还原酶）催化，以“硫氧还原蛋白”为还原剂，脱氧生成二磷酸脱氧核苷，再在激酶作用下转变成三磷酸脱氧核苷。 氧化态的硫氧化还原蛋白在硫氧还原蛋白还原酶作用下再变成还原态。
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2、胸腺嘧啶脱氧核苷酸的生成 由尿苷酸还原成尿苷酸脱氧核苷酸，最后在胸苷酸合成酶作用下经甲基化作用形成胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
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四、核苷酸从头合成的调节 （一）嘌呤核苷酸从头合成的调节 1、IMP、AMP、GMP抑制PRPP合成酶和PRPP酰胺转移酶的活性； 2、过量的AMP抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，抑制AMP的合成；同理过量的GMP抑制次黄嘌呤脱氢酶的活性，从而抑制GMP的合成； 3、IMP转变为腺苷酸琥珀酸时需要GTP， XMP转变成GMP时需要ATP，因此GTP可促进AMP的生成，ATP可促进GMP的生成。
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（二）嘧啶核苷酸从头合成的调节 1、在哺乳动物细胞中，嘧啶核苷酸合成的主要调节酶是“氨甲酰磷酸合成酶”，受UMP抑制； 2、 与嘌呤核苷酸合成一样，PRPP合成酶活性也受其合成产物嘧啶核苷酸的抑制；因此， PRPP合成酶是两类核苷酸合成的共同调节酶； 3、CTP合成酶受ATP的反馈抑制。
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五、核苷酸从头合成的抗代谢物 （一）概念 核苷酸的抗代谢物：能够抑制核苷酸合成的物质叫做“核苷酸的抗代谢物”。通常这些化合物的化学结构与核苷酸合成代谢的中间产物类似。 常常作为抗肿瘤的药物。 （二）种类 1、嘌呤类似物 主要有6-巯基嘌呤、6-巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤等。在临床上使用最广的是6-巯基嘌呤。
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2、谷氨酰胺和天冬氨酸类似物 主要有重氮丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸。副作用较大，临床上使用不多。
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3、叶酸类似物 主要有氨基蝶呤、氨甲基蝶呤等。
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4、嘧啶类似物 5-氟尿嘧啶（5-FU）与胸腺嘧啶相似。
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