《生物化学》教学课件：第10章-氨基酸和核苷酸的代谢

第10章氨基酸与核苷酸代谢

MetabolismofAminoAcidsandNucleotides

氨基酸的分解代谢氨基酸的生物合成核苷酸的代谢本章主要内容重点：联合脱氨基作用、尿素合成、嘌呤和嘧啶核苷酸代谢；难点：核苷酸从头合成途径、脱氧核苷酸合成。第1节氨基酸的分解代谢

氨基酸的来源一、外源性蛋白质的消化和吸收

二、内源性蛋白质蛋白质的存活时间：几分钟~几周代谢关键酶：寿命短细胞色素C：150h(halflife)

降解方式：溶酶体无选择降解蛋白质

泛素化选择性标记要降解的蛋白一、蛋白质的消化和吸收

是构成组织细胞的重要成分。参与组织细胞的更新和修补。参与物质代谢及生理功能的调控。氧化供能，可占所需能量的18%。转变为生理活性分子。

饲料蛋白质的生理功能：

氨基酸：蛋白质的基本组成单位。外源蛋白的消化食物蛋白质多肽碎片胃酸、胃蛋白酶

外源蛋白质进入体内，总是先经过水解作用变为小分子的氨基酸，然后才被吸收。胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、氨基酸氨肽酶、羧肽酶小肽二、氨基酸的降解与转化

脱氨基作用脱羧基作用尿素循环氨基酸碳骨架的代谢去向氨基酸分解CHH2NCOOHR尿酸尿素鸟类、爬行动物其他陆生动物生物合成含氮物质7种产物TCA循环CO2+H2O

氨基酸一般代谢概况1.脱氨基作用(deamination)

脱氨基作用：氨基酸脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。

部位：主要在肝脏和肾脏中进行

形式：氧化脱氨基作用

转氨基作用

联合脱氨基作用

（1）氧化脱氨基作用

由动物体内L-和D-氨基酸的氧化酶催化，属于需氧脱氢酶，其辅基分别是FMN和FAD；可催化氨基酸的氧化脱氨。

L-氨基酸氧化酶的活性低，D-氨基酸氧化酶又缺乏可利用的底物，它们的作用不大。而L-谷氨酸脱氢酶能专一地使L-谷氨酸实现氧化脱氨，生成α-酮戊二酸，且活性强、分布广。（2）转氨基作用

在转氨酶(transaminase)的催化下，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。氨基酸的分解过程；非必需氨基酸的重要合成途径转氨酶转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛。α-酮戊二酸常是氨基的受体而转变成L-谷氨酸。心肌肝脏谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)肝脏（3）联合脱氨基作用动物体内主要的脱氨基方式指转氨基作用和氧化脱氨基作用联合反应。

氨基酸与α-酮戊二酸经转氨作用生成α-酮酸和谷氨酸，谷氨酸经两种方式氧化脱氨生成α-酮戊二酸。大部分氨基酸的脱氨借助于转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶的协同作用或称联合脱氨基作用完成。①转氨酶一谷氨酸脱氢酶的联合脱氨

②

转氨酶一嘌呤核苷酸循环联合脱氨*********①转氨酶一谷氨酸脱氢酶的联合脱氨转氨基作用氧化脱氨基作用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢、脱氨肝、肾是氨基酸脱氨基的主要方式，体内有活泼的转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶，反应可逆;也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。转氨酶一谷氨酸脱氢酶的联合脱氨的生理意义：②转氨酶一嘌呤核苷酸循环联合脱氨苹果酸

腺苷酸代琥珀酸次黄嘌呤核苷酸

(IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶α-酮戊二酸氨基酸

谷氨酸α-酮酸转氨酶1草酰乙酸天冬氨酸转氨酶2在骨骼肌、心肌中进行腺苷酸脱氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)123嘌呤核苷酸循环

（PurineNucleotideCycle）是一种自天冬氨酸形成延胡索酸的代谢途径--以增加三羧酸循环中间产物的量--或作为联合脱氨方法之一加快氨基酸脱氨效率这个循环由约翰·洛温斯坦发现并提出，证明了这个循环在加强骨骼肌中氧化磷酸化的速率上的作用。该循环由三个酶促反应组成。AMP脱氨酶催化嘌呤核苷酸(AMP)脱氨形成肌苷酸(IMP)

AMP+H2O→IMP+NH4+2)IMP与天冬氨酸形成腺苷酸基琥珀酸，由腺苷酸基琥珀酸合成酶催化，与GTP的水解偶联

天冬氨酸+IMP+GTP→腺苷酸代琥珀酸+GDP+Pi3)腺苷酸基琥珀酸被腺苷酸基琥珀酸裂解酶裂开形成延胡索酸并重新生成起始物质AMP：腺苷酸基琥珀酸→AMP+延胡索酸嘌呤核苷酸循环的要点1）不能转氨基的氨基酸：

A.赖氨酸B.脯氨酸C.羟脯氨酸

D.半胱氨酸答案A，B，C2)转氨基与谷氨酸氧化脱氨的联合发生在：A.肝脏B.肾脏C.骨骼肌D.心肌答案A，B3）嘌呤核苷酸循环发生在：A.肝脏B.肾脏C.骨骼肌D.心肌答案C，D2.脱羧基作用(decarboxylation)

氨基酸在脱羧酶的作用下形成胺类。磷酸吡哆醛是脱羧酶的辅酶。生成的胺类常有特殊的生理和药理作用。R–C–NH2COOHRRCH2NH2+CO2脱羧酶磷酸吡哆醛3.尿素循环NH3在肝中合成尿素，占排氮总量80-90%①尿素生成部位:肝细胞的线粒体及胞液

由HansKrebs和K.Henseleit提出，称为鸟氨酸循环(ornithinecycle)，又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit循环。①

肝切除，血、尿中尿素含量↓，血氨↑②切肾保肝，尿素可合成、不能排出，血尿素↑③肝肾同时切除，血中尿素低水平，血氨↑此外，临床上急性肝坏死的患者，血液和尿中几乎不含尿素，而含高浓度的氨。说明尿素是在肝脏合成，由肾脏排出体外。Krebs的实验证据线粒体细胞浆②尿素生成过程：在肝脏合成，肾脏排出第一步氨基甲酰磷酸的合成

CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO~PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行消耗2分子ATP变构激活剂第二步瓜氨酸的合成

在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。第三步精氨酸的合成Step1反应在胞液中进行，消耗1分子ATP（2个高能磷酸键）第三步精氨酸的合成Step2氨基酸天冬氨酸α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸草酰乙酸延胡索酸苹果酸精氨酸代琥珀酸分解产生的延胡索酸进入TCAcycle,合成更多天冬氨酸，补充鸟氨酸循环原料供给。尿素循环与TCA循环的联系第四步精氨酸水解生成尿素反应在胞液中进行

鸟氨酸循环小结原料：2分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸，碳原子来自CO2。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3个ATP，4个高能磷酸键。CO2+NH3+3ATP+天冬氨酸尿素＋延胡索酸＋2ADP＋AMP＋PPi＋2Pi尿素循环不仅消除了氨的毒性，也减少了CO2积累造成的酸性，因此对动物有重要的生理意义。氨基酸分解CHH2NCOOHR尿酸尿素鸟类、爬行动物其他陆生动物生物合成含氮物质7种产物TCA循环CO2+H2O氨基酸的脱氨方式氧化脱氨基转氨基联合脱氨基转氨酶一谷氨酸脱氢酶的联合脱氨转氨酶一嘌呤核苷酸循环4.氨基酸降解后碳骨架的代谢去向20种氨基酸脱氨

丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸和草酰乙酸

乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸和草酰乙酸

TCA循环乙酰辅酶A柠檬酸异柠檬酸

-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸丙酮酸氨基酸分解后碳的去路生糖aa生糖aa生糖aa生酮aa生糖氨基酸：降解产物为TCA循环中间产物或丙酮酸，再转变为葡萄糖。有14种。

代谢为丙酮酸：丙、丝、半胱、甘、苏氨酸

（丙酮酸：酥饼干丝半光）代谢转变为草酰乙酸：天冬氨酸、天冬酰胺

（天天草鲜）代谢转变为琥珀酸：甲硫氨酸、缬氨酸

（琥珀假鞋）代谢为α-酮戊二酸：谷氨酸、谷氨酰胺、组、精、脯氨酸

（普京姑姑走通戊二酸）：生糖氨基酸：(穷)光蛋抢酥饼干,半胱蛋羟脯苏丙甘氨酸.死猪不写晴天谷

丝组脯缬精天冬氨酸谷氨酸天冬酰胺谷胺酰胺生酮氨基酸降解产物为乙酰乙酰CoA或乙酰CoA。在饥饿或糖尿病状态下可转变为酮体。亮氨酸代谢为乙酰乙酸和乙酰CoA，

唯一一个只能生酮的氨基酸（我们的教材）

TwoBiochemistry

textbooks：Lys+Leuareketogenic赖+异亮、苯丙、酪、色、苏

“来一两本落色书”

生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸代谢转变为乙酰乙酸和琥珀酸CoA苯丙氨酸和酪氨酸代谢转变为乙酰乙酸和延胡索酸赖氨酸?和色氨酸代谢转变为乙酰乙酸和丙酮酸

“一本落色书”异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、苏氨酸多数教材氨基酸分解后碳的去路生糖aa生糖aa生糖aa生酮aa一本落色书，生糖兼生酮Leu+Lys只生酮谷氨酸通过转氨基作用为各种氨基酸合成提供氨基。呼吸和光合作用的碳代谢为氨基酸合成提供碳骨架。一碳基团代谢第2节氨基酸的生物合成1.谷氨酸氨基的转换

谷氨酸为氨基的转换站2.呼吸和光合作用的碳代谢提供碳骨架

（1）丙氨酸族（冰鞋亮,P269）

包括丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸。它们的共同碳架来源是糖酵解生成的丙酮酸。

丙氨酸AlanineAla,A亮氨酸LeucineLeu，L缬氨酸ValineVal,V

包括丝氨酸Ser、甘氨酸Gly和半胱氨酸Cys。由光呼吸乙醇酸途径形成的乙醛酸经转氨作用可生成Gly，Gly缩合为Ser,Ser转变为Cys

。还来自酵解中间产物：3－磷酸甘油酸经脱氢、转氨、脱磷酸生成丝氨酸。（2）丝氨酸族（Ser,Gly,Cys,P270）

包括谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸。它们的碳架都是来自三羧酸循环的中间产物α-酮戊二酸。（3）谷氨酸族（普京姑姑,P270）

包括天冬氨酸、天冬酰胺、赖氨酸、苏氨酸、异亮氨酸和蛋氨酸。它们的碳架都来自三羧酸循环中的草酰乙酸或延胡索酸。（4）天冬氨酸族（天天来一素蛋,P271）

包括组氨酸、酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。组氨酸的合成过程较复杂，它的碳主要来自磷酸戊糖途径的中间产物核糖-5-磷酸。（5）组氨酸和芳香氨基酸族

（老本色组）

呼吸和光合作用的碳代谢提供碳骨架分类氨基酸碳架供体口诀丙氨酸组丙、缬、亮丙酮酸冰鞋亮丝氨酸族丝、甘、半胱乙醛酸（光合作用）3-磷酸甘油谷氨酸族谷、谷氨酰胺、精、脯-酮戊二酸普京姑姑无儿天冬氨酸族谷氨酸、谷氨酰胺草酰乙酸朝鲜,苦,苦组胺酸和芳香族氨基酸组、酪、色、苯丙氨酸5-磷酸核糖芳香组老本色通过呼吸或光合作用及一系列反应得相应酮酸，再经转氨作用形成氨基酸3.一碳基团代谢

“施舍断竹竿”（1）定义：某些氨基酸如色氨酸、甘氨酸、丝氨酸、组氨酸和蛋氨酸在代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为一碳单位。是合成嘌呤和嘧啶核苷酸的原料。

亚氨甲基（-CH=NH）甲酰基（-CHO）羟甲基（-CH2OH）亚甲基（-CH2-）甲炔基或次甲基（-CH=）甲基（-CH3）

（2）存在形式

一碳基团与四氢叶酸（FH4）的连接方式FH4是一碳单位的载体，携带甲基的部位是在N5,N10+H2O-H2O+2H-2HSAM苏、丝甘组N-亚氨甲基谷氨酸乙醛酸N5-CH=NHFH4谷NH3色N10-CHOFH4甲酸N5,N10-CH=FH4丝甘N5,N10-CH2-FH4+2HN5-CH3FH4嘌呤(C2)

嘌呤(C8)

胸腺嘧啶(-CH3)蛋

同型半胱氨酸（3）一碳基团的相互转变

核酸的酶促降解核苷酸的分解代谢核苷酸的生物合成

（从头合成、补救合成）第3节核苷酸的代谢

核苷酸的生理功能核苷酸是合成RNA与DNA的原料。能量的利用形式：ATP、UTP、GTP、CTP。参与代谢过程，UTP(糖原合成)，CTP(磷脂合成)，GTP(蛋白质的合成)。辅酶（基）的组成成分，如CoA、NAD、FAD。参与代谢调节，如第二信使cAMP和cGMP。参与rRNA的调控。一、核酸的酶促降解外切核酸酶核糖核酸酶限制性内切酶二、核苷酸的分解代谢1.核苷酸降解成碱基、戊糖与磷酸

核酸核苷酶单核苷酸磷酸核苷戊糖含氮碱基（嘌呤、嘧啶）（核糖、脱氧核糖）核酸酶核苷酸酶核酸酶：外切核酸酶

内切核酸酶

2

嘌

呤

的

分

解

代

谢脱氨脱氨去磷酸化脱Pi脱核糖羟基化脱氨去磷酸化脱核糖脱氨，水化62人、灵长类、鸟类、爬行类等：尿酸其他哺乳动物：尿酸进一步氧化为尿囊素硬骨鱼类：尿囊素生成尿囊酸两栖类和大多数鱼类：尿囊酸分解为尿素海生无脊椎动物：尿素分解为氨最终产物：P2853.嘧啶碱基的分解氢的加成水解三、核苷酸的合成代谢从氨基酸、核糖-5-磷酸、CO2,NH3

开始，经过一系列酶催化反应过程，合成核苷酸的途径。为核苷酸的主要合成途径，在肝脏中进行。核苷酸的从头合成需要磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖（磷酸戊糖途径）磷酸核糖焦磷酸激酶磷酸核糖焦磷酸（PRPP）Mg2+ATPAMP从头合成途径（denovopathway)：从核酸的降解生成的游离碱基、核苷开始，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。脑和骨髓只能进行补救合成。补救合成途径（salvagepathway)核苷酸从游离碱基开始的补救合成也需要磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖（磷酸戊糖途径）磷酸核糖焦磷酸激酶磷酸核糖焦磷酸（PRPP）Mg2+ATPAMP1.嘌呤核苷酸的合成GMPAMP次黄嘌呤核苷酸IMP

指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。

（1）嘌呤核苷酸的从头合成1.合成共同前体IMP2.由IMP分别转化为AMP或GMP

主要合成部位是肝脏，其次是小肠和胸腺。

嘌呤环合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）头顶二氧化碳脚踩谷氨酰胺肩扛天冬氨酸两手握一碳腰别甘氨酸R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP激酶5´-磷酸核糖-1′-P焦磷酸（PRPP）谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与IMP

AMP

GMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸谷氨酰胺-PRPP氨基转移酶①IMP的合成②AMP和GMP的生成1）谷氨酰胺提供酰氨基取代PRPP上的焦磷酸，形成5-磷酸核糖胺

（PRA）；①IMP的合成过程5-磷酸核糖胺5-phosphoribosyl-1-amine1)谷氨酰胺提供酰氨基取代PRPP上的焦磷酸，形成5-磷酸核糖胺（PRA）；2)ATP供能，甘氨酸和PRA连接，生成甘氨酰胺核苷酸（GAR）；3)N5，N10-甲酰四氢叶酸供给甲酰基，使GAR甲酰化，生成甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR），此时环没有封闭。4)由谷氨酰胺提供酰氨氮，使FGAR成为甲酰甘氨咪核苷酸（FGAM），此反应消耗1分子ATP；5)FGAM脱水环化形成5-氨基咪唑核苷酸（AIR），此反应需ATP参与。至此，完成了合成嘌呤环中的咪唑环部分。①IMP的合成过程(continue)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Gln+ATPGlu+ADP+PiATPADP+PiH2O6）CO2连接到咪唑环上，作为嘌呤碱中C6的来源，生成5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）7）在ATP存在下，天氡氨酸与CAIR缩合生成5-氨基咪唑-4（N-琥珀酸）-甲酰胺核苷酸（SAICAR）8）SAICAR在裂解酶的催化下，脱去一分子延胡索酸，生成5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）9）N10-甲酰四氢叶酸提供一碳单位，使AICAR甲酰化，生成5-甲酰氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）10）FAICAR脱水环化，生成IMP①IMP的合成过程(continue)IMP的合成要点1）在磷酸核糖基础上逐步合成嘌呤环2）PRPP是重要的中间产物，既参与嘌呤环也参与嘧啶环的合成（从头及补救合成），是磷酸核糖的活性供体3）PRPP合成酶及酰胺转移酶为关键酶②AMP和GMP的生成C6氨基化，由Asp提供氨基C2氨基化，由Gln提供氨基反应要掌握，不要求结构式AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶2-及3-磷酸嘌呤核苷酸的合成

嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。

IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。

AMP或GMP的合成又需1个ATP。嘌呤核苷酸从头合成特点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补救合成的生理意义

补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。（1）从头合成途径（2）补救合成途径2.嘧啶核苷酸的合成代谢（1）嘧啶核苷酸的从头合成

利用谷氨酰胺、二氧化碳和天冬氨酸等简单物质为原料，经过一