第二部分 物质代谢与调节(2)

1、第二部分 物质代谢与调节（2）氨基酸、核苷酸代谢与代谢的联系及调节 第七章 氨基酸代谢要求：掌握必需氨基酸的概念、种类及氮平衡概念；掌握体内氨基酸代谢的转氨基作用、氧化脱氨基作用及联合脱氨基作用；掌握体内氨的来源、转运和去路；掌握尿素的合成部位、主要过程及限速酶；掌握谷氨酰胺的生成与分解。熟悉一碳单位的概念、来源与功能；熟悉四氢叶酸与一碳单位代谢的关系；蛋氨酸与转甲基作用；苯丙氨酸、酪氨酸代谢概况。提要：氨基酸是蛋白质的基本组成单位。血液氨基酸的来源和去路保持动态平衡，它有三个来源：食物蛋白质经过消化吸收进入体内的氨基酸；组织蛋白质分解释放的氨基酸；体内代谢过程中合成的某些氨基酸。其中以食物蛋

2、白质为主要来源。有三条去路：主要是合成组织蛋白质；转变为有特殊生理功能的各种含氮化合物，如核酸、某些激素和神经递质等；氧化分解，释放能量。组成蛋白质的氨基酸有廿种，其中八种是人体需要而不能自行合成，必须由食物供给的，称为必需氨基酸。它们为苏氨酸、色氨酸、缬氨酸、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸及蛋氨酸。其余十二种氨基酸在体内可以合成，称为非必需氨基酸。蛋白质具有高度种属特异性，进入机体前必须先水解成氨基酸，然后再被吸收入体内，否则会产生过敏。蛋白质的消化作用主要在小肠中进行，由内肽酶的胰蛋白酶、糜蛋白酶及弹性蛋白酶，外肽酶的羧基肽酶及氨基肽酶协同作用，水解成氨基酸，二肽即可被吸收。未被消化吸

3、收的氨基酸及蛋白质在肠道细菌的作用下，生成许多对人体有害的物质（吲哚、酚类、胺类和氨等），此过程称蛋白质的腐败作用。这些物质进入体内后，经肝脏的生物转化作用转变成易溶于水的无害物质随尿排出。参加体内代谢的氨基酸，除经食物消化吸收来的以外，还来自组织蛋白质的分解和自身合成。这些氨基酸混为一体，构成氨基酸代谢库，其浓度较恒定，它反映了氨基酸代谢保持动态平衡的情况。氨基酸的一般分解代谢包括脱氨基作用和脱羧基作用。人与动物体内氨基酸脱氨基的主要方式有：氧化脱氨基作用、转氨基作用和联合脱氨基作用等。一、氧化脱氨基作用催化氨基酸氧化脱氨基的主要酶为L-谷氨酸脱氢酶（辅酶是NAD+或NADP+）。L-谷氨酸

4、脱氢酶在肝、脑、肾等组织中普遍存在，活性也较强，但只能催化L-谷氨酸的氧化脱氨基反应，生成a-酮戊二酸及氨。此反应是可逆的。L-谷氨酸脱氢酶是一种变构酶，ATP、GTP是它的变构抑制剂，ADP、GDP是变构激活剂。因此，当ATP、GTP不足时，谷氨酸就加速氧化脱氨。但是L-谷氨酸脱氢酶的特异性很强，只作用于L-谷氨酸，不能承担体内其它氨基酸的脱氨基作用。二、转氨基作用转氨基作用是指a-氨基酸的氨基通过转氨酶的作用，将氨基转移至a-酮酸的酮基位置上，从而生成与此相应的a-氨基酸；同时原来的a-氨基酸则转变成为相应的a-酮酸。此反应是可逆的。参与转氨基作用的a-酮酸有a-酮戊二酸、草酰乙酸和丙酮酸

5、。除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸外，体内大多数氨基酸均可参与转氨基作用。体内存在着多种转氨酶，但以催化L-谷氨酸与a-酮酸的转氨酶最为重要，如谷氨酸丙酮酸转氨酶（GPT）和谷氨酸草酰乙酸转氨酶（GOT）。各种转氨酶均以磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺（即维生素B6的磷酸酯）为辅酶，它在反应过程中起传递氨基的作用。正常情况下，转氨酶主要分布在细胞内，在血清中的活性很低。在各组织中又以分布在心脏和肝脏的活性最高。当某种原因使细胞膜通透性增高，或因组织坏死、细胞破裂，可有大量转氨酶释放入血，引起血中转氨酶活性升高。例如：急性肝炎时血清中的GPT活性明显升高，心肌梗塞时血清中GOT活性明显上升。此种

6、检查在临床上可作为协助诊断和预后判断的指标之一。 转氨基作用既是多种氨基酸分解代谢的起步过程，也是体内某些非必需氨基酸合成的途径。三、联合脱氨基作用转氨基作用只是氨基的转移，而没有真正脱去氨基。将转氨基作用与谷氨酸的氧化脱氨基作用联合进行，即为联合脱氨基作用。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要途径。联合脱氨基作用首先是氨基酸与a-酮戊二酸进行转氨基作用，生成相应的a-酮酸及谷氨酸，然后谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶的作用下，脱氢、加水重新生成a-酮戊二酸并放出氨，这是体内氨的根本来源。通过联合脱氨基作用，某一氨基酸即可脱去氨基而生成氨和相应的a-酮酸。联合脱氨基作用的全过程都是可逆的，这是体内合成非必需

7、氨基酸的重要途径。 联合脱氨基作用主要在肝、肾等组织中进行。骨骼肌和心肌中的L-谷氨酸脱氢酶的活性很低，难以进行上述的联合脱氨基作用，而是通过嘌呤核苷酸循环过程脱去氨基。嘌呤核苷酸循环脱氨基作用可使许多氨基酸脱去氨基，其特点是通过连续转氨把氨基转移到草酰乙酸分子上，生成天冬氨酸。然后，天冬氨酸在腺苷酸代琥珀酸合成酶催化下，与次黄嘌岭核苷酸(IMP)缩合成腺苷酸代琥珀酸(AMPS)，此反应需GTP、Mg2+参加。腺苷酸代琥珀酸又在腺苷酸代琥珀酸裂解酶催化下裂解为延胡索酸和AMP，AMP经腺苷酸脱氨酸催化水解生成IMP和游离的NH3。其中IMP参与循环，故称为嘌呤核苷酸循环。延胡索酸则经三羟酸循环

8、途径再转变为草酰乙酸。嘌呤核苷酸循环脱氨基作用实际上也是一种联合脱氨基作用。氨在体内有三个主要来源：1氨基酸脱氨基作用生成的氨，这是最主要来源。2由肠道吸收的氨，其中包括食物蛋白质在大肠内经腐败作用生成的氨和尿素在肠道细菌脲酶作用下生成的氨。3肾脏泌氨，谷氨酰胺在肾小管上皮细胞中的谷氨酰胺酶的催化下生成氨。氨是有毒物质，各组织中产生的氨必须以无毒的方式经血液运输到肝脏、肾脏。血流中氨主要是以谷氨酰胺和丙氨酸两种形式运输。 氨在体内有三条去路：1在肝脏合成尿素：氨在体内主要的去路是在肝脏生成无毒的尿素，然后由肾脏排泄，这是机体对氨的一种解毒方式。在肝脏的线粒体中，氨和二氧化碳，消耗ATP和H20

9、生成氨基甲酰磷酸，再与鸟氨酸缩合成瓜氨酸。瓜氨酸再与另一分子氨结合生成精氨酸。这另一分子氨不是直接来自NH3，而是来自天冬氨酸的氨基。精氨酸在肝精氨酸酶的催化下水解生成尿素和鸟氨酸。鸟氨酸可再重复上述反应。由此可见，每循环一次便将2分子氨和1分子二氧化碳变成1分子尿素。尿素合成是耗能的反应，能量由ATP供给。在鸟氨酸循环生成尿素过程中，精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶。 2谷氨酰胺的合成，氨与谷氨酸在谷氨酰胺合成酶催化下合成谷氨酰胺。谷氨酰胺既是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。3氨可以使某些a-酮酸经联合脱氨基逆行氨基化而合成相应的非必需氨基酸。氨还可以参加嘌呤碱和嘧啶碱的合成。a

10、-酮酸是氨基酸的碳骨架，除部分可用于再合成非必需氨基酸外，其余均可经不同的代谢途径，最后汇集于丙酮酸或三羧酸循环中的某一中间产物，如草酰乙酸、延胡索酸、琥珀酰CoA、a-酮戊二酸等，通过它们可以转变成糖，也可继续氧化，最终生成二氧化碳和水，并释放能量。有些氨基酸可转变成乙酰CoA而生成脂类。大多数氨基酸在体内能生成糖，被称为生糖氨基酸。而苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸，色氨酸等在体内能生成糖和酮体，被称为生糖兼生酮氨基酸。赖氨酸、亮氨酸在体内只能生成酮体，被称为生酮氨基酸。氨基酸脱羧作用生成的胺类物质具有重要的生理作用。如谷氨酸脱羧生成的g-氨基丁酸是一种抑制性神经递质；组氨酸脱羧生成的组胺是一种

11、强烈血管扩张剂；色氨酸生成的色胺也是一种神经递质和血管收缩剂，催化氨基脱羧作用的酶为氨基酸脱羧酶，其辅酶为磷酸吡哆醛，该酶专一性很强。一碳单位是指含有一个碳原子的基团，如甲基(-CH3)、亚甲基(-CH2-)、次甲基 (-CH=)，羟甲基(-CH20H)、亚氨甲基(-CH=NH2)、甲酰基(-CHO)等，但- COOH、HC03-和CO2不属于一碳单位。产生一碳单位的氨基酸是甘氨酸、丝氨酸、组氨酸和色氨酸等。虽然这些氨基酸降解产生一碳单位的形式不同，也不能游离存在，但它们都要以四氢叶酸（FH4）作为载体，才能转运和参加代谢。四氢叶酸分子中第5和10位N是携带一碳单位的位置。体内另一种供甲基的物

12、质是蛋氨酸，在腺苷转移酶催化下与ATP反应生成的S-腺苷蛋氨酸（SAM），SAM分子中的甲基也是一碳单位，但它不需要FH4作载体，可直接参与反应。一碳单位主要参与嘌呤、嘧啶、胆碱肉毒碱和肾上腺素的合成以及DNA和RNA的合成与修饰反应。苯丙氨酸羟化生成酪氨酸是苯丙氨酸的重要代谢途径，催化此反应的酶为苯丙氨酸羟化酶。当此酶缺乏时苯丙氨酸不能正常地转变成酪氨酸，体内的苯丙氨酸堆积，并可经转氨基作用生成苯丙酮酸，尿中出现大量苯丙酮酸，称为苯丙酮酸尿症。它是一种先天性氨基酸代谢缺陷病，患者多为儿童，有智力发育障碍。酪氨酸可在酪氨酸转氨酶的催化下，生成对羟苯丙酮酸，再生成尿黑酸后，进一步转变成乙酰乙酸和

13、延胡索酸，二者分别参加糖代谢和脂代谢。如果缺乏尿黑酸氧化酶，尿黑酸不能氧化而自尿中排出，使尿液呈黑色，故称尿黑酸症，这也是先天性代谢缺陷症但预后好，不影响寿命。 酪氨酸经酪氨酸羟化酶的作用，生成多巴，多巴脱羧变成多巴胺，再经羟化生成去甲肾 上腺素，若甲基化则生成肾上腺素。多巴胺、去甲肾上腺素及肾上腺素统称儿茶酚胺，三者均为神经递质。酪氨酸羟化酶是儿茶酚胺合成的限速酶，受终产物反馈调节。酪氨酸在酪氨酸酶催化下生成多巴，多巴再氧化而生成黑色素，为皮肤，毛发及眼球的 色素。如果体内缺乏酪氨酸酶，黑色素生成受阻，人体的毛发、皮肤等皆呈白色，称为白化病。此病属先天性代谢缺陷病。此外酪氨酸可碘化生成甲状腺

14、素，还可经脱羧生成酪胺。第八章 核苷酸代谢要求：掌握嘌呤核苷酸的从头合成的原料、关键酶和终产物；掌握嘧啶核苷酸的从头合成的原料、限速酶；掌握脱氧核苷酸和胸苷酸的生成。熟悉核苷酸及其衍生物的重要生理功能；熟悉核苷酸的抗代谢物；熟悉嘌呤核苷酸的分解与尿酸的生成。提要：核苷酸是机体内的一类重要含氮物质，具有多种生理功用：作为合成核酸大分子的基本原料是其最主要的功能。其次，核苷酸还可作为能源物质(例如：ATP、GTP等高能化合物)：参与辅酶的组成(如NAD+、FAD、辅酶A等)；参与物质代谢的调节(如cAMP、 cGMP环核苷酸)。此外，体内多种活性代谢中间物也是以核苷酸衍生物的形式存在的（例如糖原合

15、成过程中的UDP葡萄糖、磷脂合成过程中的CDP甘油二酯等）。食物中的核酸在消化道中经胰腺和肠道分泌的多种酶作用下逐步分解。但其生成的碱基大部分可以进一步被分解而排出体外，极少被机体利用。人体内的核苷酸基本上是由机体细胞自身合成的，因此，与某些氨基酸不同，核苷酸不属于营养必需物质。体内核苷酸的合成有两个途径：1. 从头合成途径，即利用一些简单物质为原料，经过多步酶促反应，合成核苷酸。2补救合成（又称重新利用）途径，即利用已有碱基或核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸。从量来看，从头合成是主要的途径，但补救合成也有重要的意义。嘌呤核苷酸从头合成的原料是：磷酸核糖焦磷酸(PRPP)，由磷酸戊糖代谢而

16、来，甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2和一碳单位(由四氢叶酸携带)。首先合成次黄嘌呤核苷酸 (IMP)，然后再转变成腺苷酸（AMP）和鸟苷酸（GMP）。嘌呤碱合成的特点是一开始就沿着合成核苷酸的途径进行，即在合成嘌呤核苷酸的过程中逐步合成嘌呤环。HGPRT（次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶）和 APRT（腺嘌呤磷酸核糖转移酶）是嘌呤核苷酸补救合成的两种重要酶。嘧啶核苷酸从头合成的原料是：PRPP、天冬氨酸、谷氨酰胺以及C02。首先合成的是尿嘧啶核苷酸（UMP），然后再转变成胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）。与嘌呤核苷酸合成的程序不同，嘧啶核苷酸的合成是先合成嘧啶碱，而后再磷酸核糖化。虽然U

17、MP、 CTP的合成不需要一碳单位参加，但生成dTMP时需要由四氢叶酸携带的一碳单位。肝脏是体内从头合成嘌呤和嘧啶核苷酸的主要部位。嘌吟和嘧啶核苷酸的从头合成均受反馈调节的精密控制。主要是反应产物对有关酶的反馈抑制，由此调节适当的合成速度，一方面保证机体足够核苷酸的需要；另一方面又不至于合成量过多，避免营养物和能量的消耗。嘧啶核苷酸合成的调节酶主要是氨基甲酰磷酸合成酶。合成途径中起始步骤的酶类往往是反馈调节的主要部位。 核苷酸有核糖核苷酸和脱氧（核糖）核苷酸两大类，后者是合成DNA的原料。体内的脱氧核苷酸（包括嘌呤和嘧啶脱氧核苷酸）主要是在相应的二磷酸核糖核苷（NDP）水平，由核糖核苷酸还原酶

18、催化，直接还原而生成的。细胞分裂旺盛时，DNA合成增强，此时脱氧核苷酸的生成也相应加快。可以人工合成某些物质，使其化学结构与嘌呤、嘧啶、叶酸或某些氨基酸类似，它们可以通过竞争性抑制或"以假乱真"等方式干扰或阻断核苷酸的正常合成代谢，从而进一步抑 制核酸、蛋白质合成及细胞增强。这类物质称为核苷酸的抗代谢物。在临床上常用来作为抗 肿瘤药和免疫抑制剂。常见的核苷酸抗代谢物有：1嘌呤类似物，例如6巯基嘌呤（6MP），其结构与次黄嘌呤相似，在体内可通过多种途径抑制嘌呤核苷酸合成。2嘧啶类似物，例如5氟尿嘧啶（5Fu），其结构与胸腺嘧啶相似，可以在体内干扰胸苷酸的合成。3叶酸类似物，例

19、如氨基喋呤和氨甲喋呤（MTX），它们的结构与叶酸类似，能抑制嘌呤核苷酸和胸苷酸的合成。6MP、5Fu和MTX均为临床常用的抗癌药。4氨基酸类似物，例如氮杂丝氨酸，其结构与谷氨酰胺类似，可抑制嘌呤、嘧啶核苷酸的合成。尿酸是人体内嘌呤核苷酸分解代谢的终产物，其中黄嘌呤氧化酶是重要的酶。尿酸可由尿排出。若尿酸生成过多或排泄障碍，可导致高尿酸血症一痛风。由于别嘌呤醇是次黄嘌呤的类似物，可以抑制黄嘌呤氧化酶活性，减少尿酸的生成，故临床上用以治疗痛风症。嘧啶核苷酸分解代谢的特点是可以产生某些b氨基酸，如胞嘧啶、尿嘧啶、最终生成b-氨基丙酸，胸腺嘧啶生成b-氨基异丁酸，这是体内b氨基酸的主要来源。第九章 物

20、质代谢的联系与调节要求：掌握物质代谢的相互联系；掌握变构酶、化学变构酶的概念及其生理意义；掌握酶蛋白化学修饰的概念及其生理意义。熟悉限速酶的概念；熟悉激素与受体作用的特点；熟悉作用于细胞膜受体的激素调节的机理：特点、cAMP的形成及第二信使理论、Ca2+与钙调节蛋白；熟悉作用于细胞内受体的激素调节机理：作用特点及基本过程、第二信使及其种类、钙调蛋白的概念。提要：一、物质代谢的联系糖、脂和蛋白质是人体内的主要供能物质。它们的分解代谢有共同的代谢通路-三羧酸循环。三羧酸循环是联系糖、脂和氨基酸代谢的纽带。通过一些枢纽性中间产物，可以联系及沟通几条不同的代谢通路。体内各器官代谢也是相互联系，其中以肝

21、脏为调节和联系全身器官代谢的枢纽中心。二、物质代谢的调节代谢调节按其调节水平，大致分为三个层次： (一)细胞水平的调节这是生物最基本的调节方式。主要是通过改变限速酶的结构或含量以影响酶活性，对物质代谢进行调节。所谓限速酶是指整条代谢通路中催化反应速度最慢的酶。这些限速酶不但可以影响整条代谢途径的总速度，甚至还可改变代谢方向。1酶结构的调节 这种调节是使业已存在的酶通过其结构改变来调节酶的活性，因此可快速适应机体的需要。(1)变构调节 某些物质能结合于酶分子的非催化部位，诱导酶蛋白分子构象发生改变，从而使酶的活性改变，这种调节方式称为变构调节，或称别构调节。如果接受调节后酶活性增高，则称为变构激

22、活；反之则为变构抑制。受调节的酶称为变构酶或别构酶。能引起变构调节的物质称为变构剂。多数变构酶系由多亚基构成，其中有的为调节亚基，有的为催化亚基。也有的变构酶由一条肽链组成，其结构分区为调节部位和催化部位。如胆固醇可变构抑制胆固醇合成的限速酶-HMG CoA还原酶的活性。(2)化学修饰 某些酶分子上的一些基团，受其它酶的催化而发生化学变化，从而使酶活性改变，这种调节称为化学修饰。最常见的化学修饰方式是磷酸化和脱磷酸化。如糖原合成的限速酶糖原合成酶及糖原分解的限速酶磷酸化酶，在磷酸化后活性分别降低和升高，最终促进糖原合成。 (3)同工酶 同工酶是指所催化的化学反应相同，但其动力学性质不同的一组酶

23、。不同组织中的同工酶，对同一作用物的亲合力不同，催化该代谢途径的速度不同，可以适应不同组织的需要。如己糖激酶有4种同工酶，乳酸脱氢酶有5种同工酶。2酶含量的调节 酶的合成与降解可以影响酶的含量，从而影响酶的活性，这是最根本的调节。但由于酶是蛋白质，其基因表达及生物合成过程耗时、耗能，因此属于慢调节。许多作用物可诱导或阻遏相应酶的基因表达，而使酶蛋白合成量增多或减少，从而使酶活性增高或降低，最终影响代谢通路进行的速度。 3酶在亚细胞结构中分隔分布 在真核细胞中，由于酶的分布呈区域化，而使各类代谢分布在不同亚细胞结构中进行。既不互相干扰，又可使作用物在局部浓集。如脂肪酸合成在胞液中进行，而脂肪酸分

24、解在线粒体中进行。(二)激素（内分泌）水平的调节细胞与细胞之间，以及各远离的器官之间，可通过激素来调节其代谢与功能。它们的作用特点是：浓度低；半衰期较短；激素与其特异受体结合才能发挥作用。激素可通过内分泌、旁分泌或自分泌的方式发挥作用。按其受体所在部位，可将激素分为作用于细胞膜受体的激素和作用于细胞内受体的激素。1作用于细胞膜受体的激素 这类激素多为肽类或蛋白质，包括肾上腺素、生长激素、生长因子及细胞因子等。它们主要通过三条信息传递途径影响细胞内的代谢过程，发挥生物学作用。(1)蛋白激酶A途径 激素与其特异细胞膜受体结合后，受体构象改变，通过G蛋白偶联，激活膜上腺苷酸环化酶，使ATP环化生成cAMP。cAMP作为细胞内第二信使，可变构激活蛋白激酶A，从而使细胞内靶蛋白上丝氨酸或苏氨酸