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Jan 01, 2016
第八章 含氮小分子的代谢
8.1 氨基酸代谢
一、 氨基酸的分解代谢(一)脱氨基作用
1. 氧化脱氨基
催化氧化脱氨基的酶有三种L- 氨基酸氧化酶:最适 pH 为 10 ,生理 pH 条件下活性不高,不是主要酶系。D- 氨基酸氧化酶:生物氨基酸主要由 L- 氨基酸组成,因此无重要意义。谷氨酸脱氢酶:广泛存在,活性又高,但只催化谷氨酸脱氢。
CH
COOH
NH2
R
C
COOH
NH
R
C
COOH
O
R
+2H+
2e-OH2
+ NH3
2. 非氧化脱氨基裂解: C
H2
CH
NH2
COOH C C COOH
H
H
+ NH3
苯丙氨酸解氨酶苯丙氨酸 反肉桂酸
还原:
R CH
NH2
COOH R CH2
COOH + NH3
2H + 2e-+
氨基酸 脂肪酸
CH
COOH
NH2
CH2
CH2
COOH
C
COOH
NH
CH2
CH2
COOH
C
COOH
O
CH2
CH2
COOH
NAD+ OH2NADH + H+
+ NH3
CH
COOH
NH2
CH2
CH2
COOH
C
COOH
NH
CH2
CH2
COOH
C
COOH
O
CH2
CH2
COOH
NAD+ OH2NADH + H+
+ NH3
谷氨酸 酮酮酮酮
水解:
R CH
NH2
COOH + OH2R C
H
OH
COOH + NH3
氨基酸 羟酸
3. 转氨基作用催化的酶为转氨酶,含磷酸吡哆醛 ,反应历程为
常见的有谷草转氨酶、谷丙转氨酶等
转氨酶
CH
COOH
NH2
R''
C
COOH
O
R''
-酮酸
- �氨基酸
C
COOH
O
R'
CH
COOH
NH2
R'
-酮酸
- �氨基酸
CH
P
O
CH2
P
NH2
转氨基作用
谷丙转氨酶
谷丙转氨酶
C
COOH
O
CH2
CH2
COOH
CH
COOH
NH2
CH2
CH2
COOH
-酮戊二酸
�谷氨酸
CH
P
O
CH2
P
NH2
CH
COOH
NH2
COOH
C
COOH
O
COOH
�丙酮酸
�丙氨酸
谷草转氨酶
谷草转氨酶
C
COOH
O
CH2
CH2
COOH
CH
COOH
NH2
CH2
CH2
COOH
-酮戊二酸
�谷氨酸
CH
P
O
CH2
P
NH2
CH
COOH
NH2
CH2
COOH
C
COOH
O
CH2
COOH
�草酰乙酸
�天冬氨酸
4. 联合脱氨基作用
NH3
CH
COOH
NH2
CH2
CH2
COOH
C
COOH
O
CH2
CH2
COOH
NAD+ OH2
NADH + H+CH
COOH
NH2
R'- �氨基酸
-酮戊二酸
�谷氨酸
C
COOH
O
R'-酮酸
+
+
转氨酶
谷氨酸脱氢酶
(二)脱羧基作用
000000CH
NH2R
COOH
CH2
NH2R + CO2
胺氨基酸
脱羧酶
如:赖氨酸→戊二胺(尸胺) 组氨酸→组胺 酪氨酸→酪胺这些胺都具有强烈的生理作用,会使生物体中毒,如组胺可降低血压,酪胺可升高血压等
(三)分解产物的去路 1. 氨的去路 ( 1 )重新合成氨基酸 ( 2 )生成 NH4
+
( 3 )生成酰胺 ( 4 )合成其他含氮化合物 ( 5 )形成尿素(鸟氨酸循环)
氨的运输:谷氨酰胺—谷氨酸合成酶途径
+ NH3
CH
COOH
NH2
CH2
CH2
COOH
ATP ADP+PiCH
COOH
NH2
CH2
CH2
CONH2
谷氨酰胺合成酶
谷氨酸 谷氨酰胺
C
COOH
O
CH2
CH2
COOH
NAD(P)H + H+ NAD(P)
+
+CH
COOH
NH2
CH2
CH2
COOH
CH
COOH
NH2
CH2
CH2
CONH2
»òFd£¨»¹Ô £©»òFd£¨Ñõ»¯£©
2
谷氨酸合成酶
谷氨酸谷氨酰胺- 酮戊二酸
总反应: - 酮戊二酸 +NH3+ATP+NAD(P)H+H+ → 谷氨酸 + ADP + NAD(P)+
鸟氨酸
瓜氨酸
CH2
CHNH2
COOH
NH
C ONH2
[ ]3
瓜氨酸
CH2
CHNH2
COOH
NH
C NNH2 CH
CH2
COOH
COOH[ ]3
ATPAMP+PPi天冬氨酸
精氨琥珀酸
CH2
CHNH2
COOH
NH
C NHNH2
[ ]3
�精癜彼延胡索酸
CH2
CHNH2
COOH
NH2
[ ]3
鸟氨酸
�尿素
C O
NH2
NH2
鸟氨酸循环
细胞质
线粒体
NH2 C
O
P
ATP+CO2+NH3+H2O
Pi2ADP+Pi
2
鸟氨酸循环总结可分三步骤:
Ⅰ. 鸟氨酸 + CO2 + NH3 瓜氨酸(线粒体内)
Ⅱ. 瓜氨酸 + NH3 精氨酸(线粒体外)
Ⅲ. 精氨酸 + H2O 鸟氨酸 + 尿素(线粒体外)
2. 酮酸的去路 ( 1 )合成氨基酸( 2 )氧化分解( 3 )生成糖或
脂
柠檬酸�草酰乙酸
�延胡索酸
CoA�琥珀酰
- �酮戊二酸
天冬氨酸天冬酰胺
苯丙氨酸酪氨酸 异亮氨酸
蛋氨酸缬氨酸苏氨酸
谷氨酸 精氨酸组氨酸脯氨酸
谷氨酰胺
脂肪酸
丙氨酸甘氨酸丝氨酸色氨酸
半胱氨酸
丙酮酸苯丙氨酸酪氨酸赖氨酸亮氨酸色氨酸 乙酰 CoA
乙酰乙酰 CoA
生糖氨基酸 概念:降解产物可以生成糖的氨基酸 种类:甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、
脯氨酸、缬氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、组氨酸、蛋氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺
生酮氨基酸 概念:降解产物可以生成酮体进一步转化为脂肪酸的氨基酸
酮体:羟丁酸、乙酰乙酸、丙酮 种类:亮氨酸生糖兼生酮氨基酸 概念:降解产物既可以生成酮体,也可
以生成糖的氨基酸。种类:苯丙氨酸、异亮氨酸、色氨酸、酪氨酸、赖氨酸
3. 胺的去路 ( 1 )氧化
R CH2
NH2H2O2
OH2
NH3
O2
+ +R CHO
OH2O2
R COOH H2O2+R CHO
胺氧化酶
醛氧化酶
( 2 )转化为其它含氮化合物。
胺可转化为生物碱、生长刺激素等等。如色氨酸经脱氨基后可生成植物生长激素—吲哚乙酸。
二、氨基酸的生物合成
1. 转氨作用
谷氨酸
- 酮戊二酸
- 酮酸
氨基酸转氨酶
2. 个别氨基酸的代谢
3- 磷酸甘油酸
葡萄糖
PEP
丙酮酸
磷酸戊糖途径
色氨酸 酪氨酸
苯丙氨酸
5- 磷酸核糖
组氨酸
谷氨酸脯氨酸
精氨酸
谷氨酰胺
丝氨酸甘氨酸
半胱氨酸
天冬氨酸
天冬酰胺
赖氨酸
蛋氨酸
苏氨酸
异亮氨酸
缬氨酸亮氨酸丙氨酸
糖酵解
- 酮戊二酸
草酰乙酸
三羧酸循环
4- 磷酸赤藓糖
莽草酸
三、一碳单位 一碳单位:化合物中可解离的具有一个碳原子的基团 .
种类:
亚氨甲基 — CH=NH 甲酰基 — CH=O 羟甲基 — CH2OH 甲叉基 — CH2— 次甲基 — CH= 甲 基 — CH3
一碳单位的载体:四氢叶酸( THFA )
8.2 核苷酸代谢一、 核苷酸的分解
核苷酸水解核苷酸 +H2O 核苷 + 磷酸 核苷酸酶
核苷酸 +H2O 含氮碱 + 5- 磷酸 - 戊糖 核苷酶
3. 碱基降解
碱基降解是复杂的过程,并且不同的生物其降解过程也不同。
核苷分解
1. 水解 核苷 +H2O 含氮碱 + 戊糖 核苷酶
2. 磷酸解 核苷 + 磷酸 含氮碱 +1- 磷酸 - 戊糖 核苷磷酸化酶
(一)核糖核苷酸的合成1. 从头合成途径 利用简单底物合成核苷酸的过程。
( 1 ) PRPP 的合成
二、 核苷酸的合成
O
OH
OHOH
CH2 P
HH H
H O
O
OHOH
CH2 P
HH H
H
P P
ATP AMP
磷酸核糖焦磷酸酶
5- 磷酸 - 核糖 5- 磷酸核糖 -1- 焦磷酸( PRPP )
( 2 )嘌呤核苷酸的合成:戊糖供体为 PRPP ,嘌呤环由多个原子、分子作为供体,经多步反应在 PRPP 上合成。
嘌呤环原子来源
C
C NC
NN
CN
C61
2 3 4
5 78
9
61
2 3 4
5 78
9
C
CO2
N天冬氨酸
C
�甲酸盐
C �甲酸盐C
C
N
�甘氨酸
PRPP次黄嘌呤
核苷酸( IMP )
AMP
GMP
天冬氨酸、甲酸盐、谷氨酰胺、
甘氨酸、 CO2
NN
�谷氨酰胺
嘧啶环的原子来源
C
C
N
CN
C61
2 3 4
5 61
2 3 4
5 C
CN
C
�天冬氨酸
N
C氨甲酰磷酸
CO2
NH3
氨甲酰磷酸 乳清酸(嘧啶衍生
物)
UTP CTPUMP天冬氨酸
PRPP
( 3 )嘧啶核苷酸的合成:由氨甲酰磷酸和天冬氨酸供给原子先合成环,再与 PRPP 结合形成嘧啶核苷酸
2. 补救途径 利用核苷酸的分解产物再合成核苷酸的途径( 1 )嘌呤核苷酸 在腺嘌呤磷酸核糖转移酶、鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化下形成相应的核苷酸
PRPP + 腺嘌呤→腺嘌呤核苷酸 + PPi
PRPP + 鸟嘌呤→鸟嘌呤核苷酸 + PPi
核苷 +ATP 核苷酸 +ADP核苷磷酸激酶
( 2 )嘧啶核苷酸
尿嘧啶 + PRPP UMP + PPiUMP 磷酸
核糖转移酶
尿嘧啶核苷 + ATP UMP + ADP尿苷激酶
(二)脱氧核糖核苷酸的合成
1. 核苷酸还原:各种核苷酸先形成核苷二磷酸,再还原为脱氧核苷酸。
N ( A 、 G 、 C 、 U ) MP+ATP→NDP+ADP 酶:激酶
NDP+ 谷(硫)氧还蛋白(还)→ dNDP+ 谷(硫)氧还蛋白(氧)
谷(硫)氧还蛋白(氧) +NADPH+H+→ 谷(硫)氧还蛋白(还) +NADP+
2. 相互转变: dTMP 的合成
3. 补救途径
胸腺嘧啶 +1- 磷酸 - 脱氧核糖→脱氧胸苷 +Pi
脱氧胸苷 +ATP→ 脱氧胸苷酸 +ADP
dUMP+ 四氢叶酸 dTMP+ 二氢叶酸胸腺嘧啶核苷酸合成酶
8.3 物质代谢的相互联系
脑、脂肪组织、肌肉和肝脏中的代谢相互联系