第十章含氮小分子代謝.doc

動物生物化學授課內容內 容備 注第十章 含氮小分子代謝 含氮類有機分子的種類很多，其中最主要的是氨基酸和核酸分子。先談幾個概念。 1、蛋白質生物學價值 指飼料蛋白質被動物機體合成組織蛋白質的利用率。不同來源的蛋白質其氨基酸的組成有所不同，被機體的利用率也不同，但組合在一起則可以大大提高蛋白質互補利用率。 2、氮平衡 蛋白氮是機體中最主要的含氮分子，主要影響機體的氮平衡。氮平衡指機體對氮的總攝入與總排出間的動態(tài)平衡。 當機體處于饑餓、營養(yǎng)不良等狀態(tài)時則為負氮平衡； 生長期及孕期個體等則多為正氮平衡，即攝入氮量大于排出量。 3、必需氨基酸 指生物個體不能自主合成或合成量不能滿足機體代謝之需要的氨基酸。高等動物對20種氨基酸的需求比較全面的，其中的一部分可以自主合成，但另一部分則必需由食物或體內消化道微生物提供（約810種），不同物種、不同的發(fā)育階段對各種氨基酸的需求也有很大的不同。 特別注意: 雛雞對甘氨酸的需求。 氨基酸是蛋白質的基本結構單元。其來源有兩： 內源性 體蛋白水解 外源性 飼料蛋白的吸收分解 氨基酸功能： 促進蛋白合成、細胞生長、發(fā)育； 促進合成或轉化為一些重要含氮化合物，如H、堿基、血紅素等； 分解氧化后可直接轉化為糖、脂肪等，以提供能量或 貯存能量。 111 氨基酸代謝一、脫氨基及代謝 這種反應主要在肝、腎中進行。途徑有三種：氧化脫氨、轉氨、聯(lián)合脫氨。 （1）氧化脫氨 由三種氧化酶催化，先生成脫氫的亞胺化物，再自發(fā)分解成酮 酸和氨。但因作用強弱、分布、專一性等差異而意義不大。 L氨基酸氧化酶 以FMN為輔酶，除天冬、谷、絲、蘇外均可作用， 但作 用弱，分布局限。 D氨基酸氧化酶 以FAD為輔酶，活性強，分布廣，但天然AA多數(shù)為 L型。 L谷脫氫酶 以NAD為輔酶，活性強，分布廣，專一性強，反應可逆。僅對 谷氨酸有效。GTP/ATP 為酶的抑制 劑， ADP/GDP 為激活劑。 （2）轉氨作用 將一種氨基酸的氨基轉移到酮酸上，形成另一種氨基酸和酮酸，稱為轉氨作用。催化酶為轉氨酶，有多種，反應可逆，無游離氨產生。 轉氨酶以磷酸吡哆醛（VB6）為輔基，體內主要的兩種為谷丙轉氨酶（GPT）， 谷草轉氨酶（GOT）。主要分布肝、心等組織，活性強，分布廣。 血清轉氨酶活性比肝轉氨酶低。當血轉氨活性增強時，說明肝組織受損而有大量轉氨酶進入血液。故以此診斷肝功能。 （3）聯(lián)合脫氨 將上述兩種脫氨聯(lián)合才能正真脫氨。 這是體內脫氨的主要方式。是非必需性氨基酸合成的主要途徑，發(fā)生肝、腎組織。因此多數(shù)生物體內（包括植物）谷氨酸的總量水平總是高于其他氨基酸水平。 （4）脫氨產物代謝 （A）氨代謝 氨可用來合成氨基酸、核酸等；可用來構成滲透壓；對有些生物又是有毒的。故不同生物有其特殊的代謝調節(jié)機制。 氨去處有三： 合成谷氨酰胺，是氨運輸、貯存的無毒方式； 形成尿素（哺乳類）、尿酸（禽類）等，為排泄形式； 形成氨的水合物，是海洋魚類體內高滲透壓的主要構成成份。 （a）酰氨代謝 谷氨酰胺可作為體內無毒性的氨的存在形式，具有脂溶性，參與其他代謝合成作用；另外產生的分子氨又形成離子銨，還可以調節(jié)體內的酸堿平衡。 （b）尿素合成 鳥氨酸循環(huán)，此反應主要在肝細胞進行,稱Krebs循環(huán)。 特點： 消耗1CO2+1NH3+4ATP+天冬氨酸的一個氨基，產延胡索酸可進入TCA循環(huán)。 注： 家禽不能合成尿素，而是合成尿酸（氨被轉化成嘌呤堿基，再轉化成尿酸），白色、水溶性小、易析出。 （B）酮酸代謝 脫氨后生成，主要去處有： 合成氨基酸（轉氨、脫氨反應的逆反應）； 轉化為糖、脂肪： 丙酮酸、草酰乙酸、酮戊二酸等可經糖異生轉化成糖、或轉化成酮體、脂肪等； 徹底氧化，物質進入TAC循環(huán)可徹底氧化。 二、脫羧基及代謝 1、脫羧基 在氨基酸代謝中屬次級途徑，主要是用來產生一些特殊胺分子。 氨基酸 脫羧酶 磷酸吡哆醛 胺 + CO2 除組氨酸脫羧酶沒有輔基外，其他脫羧酶均有輔基。酶的專一性強，只作用于L型氨基酸，生成的胺有的有生理活性，有的有毒性。 2、脫羧產物代謝 主要產物是胺和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 從呼吸排出，或參與合成反應。 三、非必需氨基酸代謝 主要合成方式有二：酮酸的氨基化（聯(lián)合脫氨的逆反應）；酮酸的轉氨作用（兩種不同氨基酸的相互轉化，由轉氨酶催化）。 113 個別氨基酸代謝 除前面所述氨基酸的共同代謝途徑外，因R基團不同，各氨基酸還具有其他重要代謝方式。 一、一碳基團代謝 亞甲基、甲基、次甲基、甲?；?、甲羥基等均存在于氨基酸分子中，并作為一碳基團供體，用來合成其他物質或氨基酸。 一碳基團不能游離，只能與載體共存，載體稱為一碳載體。主要有兩類：四氫葉酸、S腺苷蛋氨酸。前者是重要的輔酶，后者是一碳基團代謝的中間過渡態(tài)，也是一碳供體。 意 義 ： 是合成堿基的原料甲基供體； 是各種代謝物質甲基化的主要來源；某些藥物可控制干擾甲基供體的合成，阻礙代謝進行，進而影響細胞生長。以此治療或抗菌、抗腫瘤（如氨甲基喋呤抗癌藥、磺胺類抗菌藥等）。 甲硫氨酸 重要的甲基供體 S腺苷蛋氨酸（SAM）的前體物。其分解與合成存在一個循環(huán)：甲硫氨酸循環(huán) 動物體內這種循環(huán)水平較低，仍需從食物中大量獲得。特別對高生產性動物，如蛋雞等就需添加一定量Met來補充，產蛋能力和質量才會有保證。 二、芳香族氨基酸代謝 1、色氨酸代謝 必需氨基酸，脫氨后形成5羥色按；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）；色氨酸的最終代謝產物為吲哚酸，從尿排出。 注意： 5羥色胺 是一種極重要的升血壓物質（對血管壁平滑肌有很強的刺激收縮作用）；還是重要的神經遞質（與乙酰膽堿功能相似）。 2、酪氨酸代謝 酪氨酸與苯丙氨酸可以相互轉化，是多種激素和生物活性物質的前體物。 酪氨酸可轉變成甲狀腺素（與體內基礎代謝、產熱代謝、水鹽代謝等有關）、黑色素（與體色、組織器官色有關）、多巴胺（與神經遞質、局部組織代謝及過敏物合成有關）、腎上腺素和去甲腎上腺素（與心血管功能、應激反應有關）等。 多巴胺、腎上腺素和去甲腎上腺素統(tǒng)稱兒茶酚胺類物質。是重要的體液調節(jié)激素。茶葉中含有大量的茶多酚，對神經系統(tǒng)有重要的激動（興奮）作用，這與它們和多巴胺類神經刺激因子的分子結構相似有關。 3、谷胱甘肽（GSH） 這是具有極重要生物多功能的活性小肽。它的合成無需RNA編碼，由兩種合成酶自主完成。 GSH的功能： 協(xié)助機體對游離氨基酸的吸收。其合成過程與氨基酸吸收構成一個循環(huán)。由“谷氨酰基轉移酶”控制循環(huán)的速度。GSH的活性位點在半胱氨酸的巰基（SH）上。 它的氧化型與還原型的催化酶為GSH還原酶，以NADP+為輔酶。 GSH具有復雜的生物活性作用：轉移藥物（用與吸收）、轉移毒素（用與代謝中間產物解毒）、消除過氧化物（用與抗氧化）、修復損傷（用與抗衰老）等。114 核苷酸代謝 一、核苷酸合成 核苷、核苷酸吸收進入體內，多數(shù)不能用來直接成合自已的核物質，動物主要靠各種小分子原料從頭合成（以內源性合成為主）。 多數(shù)由小分子原料合成稱“從頭合成途徑”，少數(shù)利用外源堿基等的合成稱為“補救合成途徑”。 1、嘌呤核苷酸合成：（特點） 以5磷酸核糖為起始物，逐步合成堿基環(huán)，形成產物次黃嘌呤IMP（共11步）； 合成一分子IMP，消耗6ATP、2Gln、2甲酰-FH4、Gly、Asp、CO2、5磷酸核糖；第一步反應產物為PRPP，由PRPP合成酶催化，受嘌呤核苷酸的反饋抑制；此為調控位點。 在一磷酸核苷酸基礎上再轉化成其他核苷酸。 補救合成 利用現(xiàn)成的堿基進行磷酸化，合成核苷酸（肝細胞）。主要的三種酶均受產物的反饋抑制作用。 2、嘧啶核苷酸合成（特點） 由Gln與HCO-3消耗2ATP合成的氨甲酰磷酸，是在細胞質中完成的；其合成酶與尿素合成中的氨甲酰合成酶同功，但后者在線粒體中,為酶，此為酶。 酶受ATP、PRPP的激活，受高濃度UTP、CTP抑制。此步為調控位點。 先合成嘧啶環(huán)，后與磷酸核糖結合（共5步）先產生UMP。 每合成一分子UMP，消耗2ATP，產1NADH，凈產1ATP；消耗Gln、Asp。 在三磷酸核苷酸基礎上，轉化為其他核苷酸。 補救合成 （CMP不能由此合成） 3、脫氧核糖核酸合成 脫氧核酸由二磷酸核苷酸還原生成，催化的酶包括二磷酸核苷酸還原酶、硫氧還原蛋白、氧化還原蛋白還原酶等形成復合酶系。 XDP 二磷酸核苷酸還原酶系 dXDP 磷酸KE dXTP NADPH NADP+ H2O ATP ADP 但此酶的專一性不強，可催化ADP、GDP、UDP轉化成脫氧型。 dTMP可由dUMP甲基化形成，催化的酶為胸腺核苷酸合成酶，并由亞甲基FH4供甲基。（在一磷酸基礎上轉化） 二、核苷酸分解 天然核酸常與蛋白復合存在，酸性條件下才分離，但酸性對核酸的分解能力小，而堿性條件下的酶才能降解。 能水解核酸的酶稱為核酸酶。依底物不同，可分核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶；依水解的位置不同，可分為內切酶、外切酶。 核酸 核酸酶 核苷酸 核苷酸酶 核苷 核苷酶 堿基 磷酸二酯酶 磷酸單酯酶 磷酸 核糖 1、嘌呤分解 主要由腺、鳥嘌呤酶催化水解、脫氨生成次黃嘌呤反應。 A/G 嘌呤酶 次黃嘌呤黃嘌呤尿酸尿素 脲酶 NH3 + CO2 + H2O 人等部分動物不含嘌呤酶，不能直接分解腺嘌呤，則可在腺苷或腺苷酸水平上脫氨生成次黃核苷等，然后再分解成次黃嘌呤，繼續(xù)分解。 另外人類缺脲酶，則生成的尿素就直接排出體外；而鳥類、昆蟲類則不能分解尿酸，則尿酸就是其主要排泄產物。 2、密啶分解 C 脫NH