第十章含氮小分子代谢

《动物生物化学》授课内容内容备注第十章含氮小分子代谢含氮类有机分子的种类很多，其中最主要的是氨基酸和核酸分子。先谈几个概念。1、蛋白质生物学价值指饲料蛋白质被动物机体合成组织蛋白质的利用率。不同来源的蛋白质其氨基酸的组成有所不同，被机体的利用率也不同，但组合在一起则可以大大提高蛋白质互补利用率。2、氮平衡蛋白氮是机体中最主要的含氮分子，主要影响机体的氮平衡。氮平衡指机体对氮的总摄入与总排出间的动态平衡。当机体处于饥饿、营养不良等状态时则为负氮平衡；生长期及孕期个体等则多为正氮平衡，即摄入氮量大于排出量。3、必需氨基酸指生物个体不能自主合成或合成量不能满足机体代谢之需要的氨基酸。高等动物对20种氨基酸的需求比较全面的，其中的一部分可以自主合成，但另一部分则必需由食物或体内消化道微生物提供（约8—10种），不同物种、不同的发育阶段对各种氨基酸的需求也有很大的不同。特别注意:雏鸡对甘氨酸的需求。氨基酸是蛋白质的基本结构单元。其来源有两：内源性体蛋白水解外源性饲料蛋白的吸收分解氨基酸功能：①促进蛋白合成、细胞生长、发育；②促进合成或转化为一些重要含氮化合物，如H、碱基、血红素等；③分解氧化后可直接转化为糖、脂肪等，以提供能量或贮存能量。11．1氨基酸代谢一、脱氨基及代谢课程编号：101005002这种反应主要在肝、肾中进行。途径有三种：氧化脱氨、转氨、联合脱氨。（1）氧化脱氨由三种氧化酶催化，先生成脱氢的亚胺化物，再自发分解成α酮酸和氨。但因作用强弱、分布、专一性等差异而意义不大。L—氨基酸氧化酶以FMN为辅酶，除天冬、谷、丝、苏外均可作用，但作用弱，分布局限。D—氨基酸氧化酶以FAD为辅酶，活性强，分布广，但天然AA多数为L型。L—谷脱氢酶以NAD为辅酶，活性强，分布广，专一性强，反应可逆。仅对谷氨酸有效。GTP/ATP为酶的抑制剂，ADP/GDP为激活剂。（2）转氨作用将一种氨基酸的氨基转移到α酮酸上，形成另一种氨基酸和α酮酸，称为转氨作用。催化酶为转氨酶，有多种，反应可逆，无游离氨产生。转氨酶以磷酸吡哆醛（VB6）为辅基，体内主要的两种为谷丙转氨酶（GPT），谷草转氨酶（GOT）。主要分布肝、心等组织，活性强，分布广。血清转氨酶活性比肝转氨酶低。当血转氨活性增强时，说明肝组织受损而有大量转氨酶进入血液。故以此诊断肝功能。（3）联合脱氨将上述两种脱氨联合才能正真脱氨。这是体内脱氨的主要方式。是非必需性氨基酸合成的主要途径，发生肝、肾组织。因此多数生物体内（包括植物）谷氨酸的总量水平总是高于其他氨基酸水平。（4）脱氨产物代谢（A）氨代谢氨可用来合成氨基酸、核酸等；可用来构成渗透压；对有些生物又是有毒的。故不同生物有其特殊的代谢调节机制。氨去处有三：①合成谷氨酰胺，是氨运输、贮存的无毒方式；3②形成尿素（哺乳类）、尿酸（禽类）等，为排泄形式；③形成氨的水合物，是海洋鱼类体内高渗透压的主要构成成份。（a）酰氨代谢谷氨酰胺可作为体内无毒性的氨的存在形式，具有脂溶性，参与其他代谢合成作用；另外产生的分子氨又形成离子铵，还可以调节体内的酸碱平衡。（b）尿素合成鸟氨酸循环，此反应主要在肝细胞进行,称Krebs循环。特点：消耗1CO2+1NH3+4ATP+天冬氨酸的一个氨基，产延胡索酸可进入TCA循环。注：家禽不能合成尿素，而是合成尿酸（氨被转化成嘌呤碱基，再转化成尿酸），白色、水溶性小、易析出。（B）α酮酸代谢脱氨后生成，主要去处有：①合成氨基酸（转氨、脱氨反应的逆反应）；②转化为糖、脂肪：丙酮酸、草酰乙酸、α酮戊二酸等可经糖异生转化成糖、或转化成酮体、脂肪等；③彻底氧化，物质进入TAC循环可彻底氧化。二、脱羧基及代谢1、脱羧基在氨基酸代谢中属次级途径，主要是用来产生一些特殊胺分子。氨基酸脱羧酶磷酸吡哆醛胺+CO2除组氨酸脱羧酶没有辅基外，其他脱羧酶均有辅基。酶的专一性强，只作用于L4型氨基酸，生成的胺有的有生理活性，有的有毒性。2、脱羧产物代谢主要产物是胺和CO2胺以胺氧化酶催化生成醛和氨，醛被氧化成酸，再被氧化成CO2和水等CO2从呼吸排出，或参与合成反应。三、非必需氨基酸代谢主要合成方式有二：α酮酸的氨基化（联合脱氨的逆反应）；α酮酸的转氨作用（两种不同氨基酸的相互转化，由转氨酶催化）。11．3个别氨基酸代谢除前面所述氨基酸的共同代谢途径外，因R基团不同，各氨基酸还具有其他重要代谢方式。一、一碳基团代谢亚甲基、甲基、次甲基、甲酰基、甲羟基等均存在于氨基酸分子中，并作为一碳基团供体，用来合成其他物质或氨基酸。一碳基团不能游离，只能与载体共存，载体称为一碳载体。主要有两类：四氢叶酸、S—腺苷蛋氨酸。前者是重要的辅酶，后者是一碳基团代谢的中间过渡态，也是一碳供体。意义：①是合成碱基的原料——甲基供体；②是各种代谢物质甲基化的主要来源；某些药物可控制干扰甲基供体的合成，阻碍代谢进行，进而影响细胞生长。以此治疗或抗菌、抗肿瘤（如氨甲基喋呤抗癌药、磺胺类抗菌药等）。甲硫氨酸重要的甲基供体S—腺苷蛋氨酸（SAM）的前体物。其分解与合成存在一个循环：甲硫氨酸循环动物体内这种循环水平较低，仍需从食物中大量获得。特别对高生产性动物，如蛋鸡等就需添加一定量Met来补充，产蛋能力和质量才会有保证。二、芳香族氨基酸代谢1、色氨酸代谢必需氨基酸，脱氨后形成5—羟色按；氧化后形成甲酰尿氨酸原，是生糖或生酮氨基酸（衍生氨基酸）；色氨酸的最终代谢产物为吲哚酸，从尿排出。注意：5—羟色胺是一种极重要的升血压物质（对血管壁平滑肌有很强的刺激收缩作用）；还是重要的神经递质（与乙酰胆碱功能相似）。52、酪氨酸代谢酪氨酸与苯丙氨酸可以相互转化，是多种激素和生物活性物质的前体物。酪氨酸可转变成甲状腺素（与体内基础代谢、产热代谢、水盐代谢等有关）、黑色素（与体色、组织器官色有关）、多巴胺（与神经递质、局部组织代谢及过敏物合成有关）、肾上腺素和去甲肾上腺素（与心血管功能、应激反应有关）等。多巴胺、肾上腺素和去甲肾上腺素统称儿茶酚胺类物质。是重要的体液调节激素。茶叶中含有大量的茶多酚，对神经系统有重要的激动（兴奋）作用，这与它们和多巴胺类神经刺激因子的分子结构相似有关。3、谷胱甘肽（GSH）这是具有极重要生物多功能的活性小肽。它的合成无需RNA编码，由两种合成酶自主完成。GSH的功能：协助机体对游离氨基酸的吸收。其合成过程与氨基酸吸收构成一个循环。由“γ—谷氨酰基转移酶”控制循环的速度。GSH的活性位点在半胱氨酸的巯基（SH—）上。它的氧化型与还原型的催化酶为GSH还原酶，以NADP+为辅酶。GSH具有复杂的生物活性作用：转移药物（用与吸收）、转移毒素（用与代谢中间产物解毒）、消除过氧化物（用与抗氧化）、修复损伤（用与抗衰老）等。11．4核苷酸代谢一、核苷酸合成核苷、核苷酸吸收进入体内，多数不能用来直接成合自已的核物质，动物主要靠各种小分子原料从头合成（以内源性合成为主）。多数由小分子原料合成称“从头合成途径”，少数利用外源碱基等的合成称为“补救合成途径”。1、嘌呤核苷酸合成：（特点）①以5—磷酸核糖为起始物，逐步合成碱基环，形成产物次黄嘌呤IMP（共11步）；②合成一分子IMP，消耗6ATP、2Gln、2甲酰-FH4、Gly、Asp、CO2、5磷酸核糖；第一步反应产物为PRPP，由PRPP合成酶催化，受嘌呤核苷酸的反馈抑制；此为调控位点。③在一磷酸核苷酸基础上再转化成其他核苷酸。6④补救合成利用现成的碱基进行磷酸化，合成核苷酸（肝细胞）。主要的三种酶均受产物的反馈抑制作用。2、嘧啶核苷酸合成（特点）①由Gln与HCO-3消耗2ATP合成的氨甲酰磷酸，是在细胞质中完成的；其合成酶与尿素合成中的氨甲酰合成酶同功，但后者在线粒体中,为酶Ⅰ，此为酶Ⅱ。酶Ⅱ受ATP、PRPP的激活，受高浓度UTP、CTP抑制。此步为调控位点。②先合成嘧啶环，后与磷酸核糖结合（共5步）先产生UMP。③每合成一分子UMP，消耗2ATP，产1NADH，净产1ATP；消耗Gln、Asp。④在三磷酸核苷酸基础上，转化为其他核苷酸。⑤补救合成（CMP不能由此合成）73、脱氧核糖核酸合成脱氧核酸由二磷酸核苷酸还原生成，催化的酶包括二磷酸核苷酸还原酶、硫氧还原蛋白、氧化还原蛋白还原酶等形成复合酶系。XDP二磷酸核苷酸还原酶系dXDP磷酸KEdXTPNADPHNADP+H2OATPADP但此酶的专一性不强，可催化ADP、GDP、UDP转化成脱氧型。dTMP可由dUMP甲基化形成，催化的酶为胸腺核苷酸合成酶，并由亚甲基FH4供甲基。（在一磷酸基础上转化）二、核苷酸分解天然核酸常与蛋白复合存在，酸性条件下才分离，但酸性对核酸的分解能力小，而碱性条件下的酶才能降解。能水解核酸的酶称为核酸酶。依底物不同，可分核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶；依水解的位置不同，可分为内切酶、外切酶。核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶核苷核苷酶碱基磷酸二酯酶磷酸单酯酶磷酸核糖1、嘌呤分解主要由腺、鸟嘌呤酶催化水解、脱氨生成次黄嘌呤反应。A/G嘌呤酶次黄嘌呤→黄嘌呤→尿酸→→→尿素脲酶NH3+CO2+H2O人等部分动物不含嘌呤酶，不能直接分解腺嘌呤，则可在腺苷或腺苷酸水平上脱氨生成次黄核苷等，然后再分解成次黄嘌呤，继续分解。另外人类缺脲酶，则生成的尿素就直接排出体外；而鸟类、昆虫类则不能分解尿酸，则尿酸就是其主要排泄产物。2、密啶分解C脱NH3U脱氢脱水脱NH3脱羧β丙氨酸T脱氢脱水脱NH3脱羧β氨基异丙酸8产物氨基酸可继续分解：转氨、氧化、脱羧；形成中间产物乙酰CoA、琥珀酰CoA等则进入TAC循环；产生的NH3、CO2和部分β氨基酸可从尿中排出。本章主要内容：蛋白质的营养作用氨基酸的氧化分解代谢氨的代谢α-酮酸的代谢和非必需氨基酸的合成个别氨基酸代谢核苷酸的合成代谢核苷酸的分解代谢