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怎么分离酸性氨基酸和中性氨基酸

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第一部分 生物大分子的结构与功能

第一章 氨基酸和蛋白质

【一】、组成蛋白质的20种氨基酸的分类:

㈠、非极性氨基酸

包括:甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸

㈡、极性氨基酸

▲极性中性氨基酸:色氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸

▲酸性氨基酸:天冬氨酸、谷氨酸

▲碱性氨基酸:赖氨酸、精氨酸、组氨酸

其中:△属于芳香族氨基酸的是:色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸

△属于亚氨基酸的是:脯氨酸

△含硫氨基酸包括:半胱氨酸、蛋氨酸

▲注意:在识记时可以只记第一个字,如碱性氨基酸包括:赖精组

【二】、氨基酸的理化性质:

㈠、两性解离及等电点:

▲氨基酸分子中有游离的氨基和游离的羧基,能与酸或碱类物质结合成盐,故它是一种两性电解质。在某一PH的溶液中,氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等,成为兼性离子,呈电中性,此时溶液的PH称为该氨基酸的等电点。

㈡、氨基酸的紫外吸收性质:

▲芳香族氨基酸在280nm波长附近有最大的紫外吸收峰,由于大多数蛋白质含有这些氨基酸残基,氨基酸残基数与蛋白质含量成正比,故通过对280nm波长的紫外吸光度的测量可对蛋白质溶液进行定量分析。

㈢、茚三酮反应:

▲氨基酸的氨基与茚三酮水合物反应可生成蓝紫色化合物,此化合物最大吸收峰在570nm波长处。由于此吸收峰值的大小与氨基酸释放出的氨量成正比,因此可作为氨基酸定量分析方法。

【三】、肽

▲两分子氨基酸可借一分子所含的氨基与另一分子所带的羧基脱去1分子水缩合成最简单的二肽。二肽中游离的氨基和羧基继续借脱水作用缩合连成多肽。10个以内氨基酸连接而成多肽称为寡肽;39个氨基酸残基组成的促肾上腺皮质激素称为多肽;51个氨基酸残基组成的胰岛素归为蛋白质。

▲多肽连中的自由氨基末端称为N端,自由羧基末端称为C端,命名从N端指向C端。

▲人体内存在许多具有生物活性的肽,重要的有:

▲谷胱甘肽(GSH):是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。GSH的巯基具有还原性,可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中巯基免被氧化,使蛋白质或酶处于活性状态。

【四】、蛋白质的分子结构:

㈠、蛋白质的一级结构:即蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。

主要化学键:肽键,有些蛋白质还包含二硫键。

㈡、蛋白质的高级结构:包括二级、三级、四级结构。

⑴蛋白质的二级结构:指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构,也就是该段肽链骨架原子的相对空间位置,并不涉及氨基酸残基侧链的构象。二级结构以一级结构为基础,多为短距离效应。可分为:

△α-螺旋:多肽链主链围绕中心轴呈有规律地螺旋式上升,顺时钟走向,即右手螺旋,每隔3.6个氨基酸残基上升一圈,螺距为0.540nm。α-螺旋的每个肽键的N-H和第四个肽键的羧基氧形成氢键,氢键的方向与螺旋长轴基本平形。

△β-折叠:多肽链充分伸展,各肽键平面折叠成锯齿状结构,侧链R基团交错位于锯齿状结构上下方;它们之间靠链间肽键羧基上的氧和亚氨基上的氢形成氢键维系构象稳定.

△β-转角:常发生于肽链进行180度回折时的转角上,常有4个氨基酸残基组成,第二个残基常为脯氨酸。

△无规卷曲:无确定规律性的那段肽链。

▲主要化学键:氢键。

⑵蛋白质的三级结构:指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,显示为长距离效应。

主要化学键:疏水键(最主要)、盐键、二硫键、氢键、范德华力。

⑶蛋白质的四级结构:对蛋白质分子的二、三级结构而言,只涉及一条多肽链卷曲而成的蛋白质。在体内有许多蛋白质分子含有二条或多条肽链,每一条多肽链都有其完整的三级结构,称为蛋白质的亚基,亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布,并以非共价键相连接。这种蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用,为四级结构。由一条肽链形成的蛋白质没有四级结构。

△主要化学键:疏水键、氢键、离子键

【五】、蛋白质结构与功能关系

㈠、蛋白质一级结构是空间构象和特定生物学功能的基础。一级结构相似的多肽或蛋白质,其空间构象以及功能也相似。

△尿素或盐酸胍可破坏次级键

△β-巯基乙醇可破坏二硫键

㈡、蛋白质空间结构是蛋白质特有性质和功能的结构基础。

△肌红蛋白:只有三级结构的单链蛋白质,易与氧气结合,氧解离曲线呈直角双曲线。

△血红蛋白:具有4个亚基组成的四级结构,可结合4分子氧。成人由两条α-肽链(141个氨基酸残基)和两条β-肽链(146个氨基酸残基)组成。在氧分压较低时,与氧气结合较难,氧解离曲线呈S状曲线。因为:第一个亚基与氧气结合以后,促进第二及第三个亚基与氧气的结合,当前三个亚基与氧气结合后,又大大促进第四个亚基与氧气结合,称正协同效应。结合氧后由紧张态变为松弛态。

【六】、蛋白质的理化性质

㈠、蛋白质的两性电离:蛋白质两端的氨基和羧基及侧链中的某些基团,在一定的溶液PH条件下可解离成带负电荷或正电荷的基团。

㈡、蛋白质的沉淀:在适当条件下,蛋白质从溶液中析出的现象。包括:

⑴.丙酮沉淀,破坏水化层。也可用乙醇。

⑵.盐析,将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液,破坏在水溶液中的稳定因素电荷而沉淀。

㈢、蛋白质变性:在某些物理和化学因素作用下,其特定的空间构象被破坏,从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。主要为二硫键和非共价键的破坏,不涉及一级结构的改变。变性后,其溶解度降低,粘度增加,结晶能力消失,生物活性丧失,易被蛋白酶水解。常见的导致变性的因素有:加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂、超声波、紫外线、震荡等。

㈣、蛋白质的紫外吸收:由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸,因此在280nm处有特征性吸收峰,可用蛋白质定量测定。

㈤、蛋白质的呈色反应:

⑴.茚三酮反应:经水解后产生的氨基酸可发生此反应,详见二、3

⑵. 双缩脲反应:蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸酮共热,呈现紫色或红色。氨基酸不出现此反应。蛋白质水解加强,氨基酸浓度升高,双缩脲呈色深度下降,可检测蛋白质水解程度。

【七】、蛋白质的分离和纯化:

㈠、沉淀,见六、2

㈡、电泳:蛋白质在高于或低于其等电点的溶液中是带电的,在电场中能向电场的正极或负极移动。根据支撑物不同,有薄膜电泳、凝胶电泳等。

㈢、透析:利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。

㈣、层析:

⑴.离子交换层析,利用蛋白质的两性游离性质,在某一特定PH时,各蛋白质的电荷量及性质不同,故可以通过离子交换层析得以分离。如阴离子交换层析,含负电量小的蛋白质首先被洗脱下来。

⑵.分子筛,又称凝胶过滤。小分子蛋白质进入孔内,滞留时间长,大分子蛋白质不能时入孔内而径直流出。

㈤、超速离心:既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。不同蛋白质其密度与形态各不相同而分开。

【八】、多肽链中氨基酸序列分析

㈠.分析纯化蛋白质的氨基酸残基组成

(蛋白质水解为个别氨基酸,测各氨基酸的量及在蛋白质中的百分组成)

测定肽链头、尾的氨基酸残基

二硝基氟苯法(DNP法)

头端 尾端 羧肽酶A、B、C法等

丹酰氯法

水解肽链,分别分析

胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶)法:水解芳香族氨基酸的羧基侧肽键

胰蛋白酶法:水解赖氨酸、精氨酸的羧基侧肽键

溴化脯法:水解蛋氨酸羧基侧的肽键

Edman降解法测定各肽段的氨基酸顺序

(氨基末端氨基酸的游离α-氨基与异硫氰酸苯酯反应形成衍生物,用层析法鉴定氨基酸种类)

㈡.通过核酸推演氨基酸序列。

第二章 核酸的结构与功能

【一】、核酸的分子组成:基本组成单位是核苷酸,而核苷酸则由碱基、戊糖和磷酸三种成分连接而成。

▲两类核酸:△脱氧核糖核酸(DNA),存在于细胞核和线粒体内。

△核糖核酸(RNA),存在于细胞质和细胞核内。

㈠、碱基:

NH2

NH2 O CH3 O O

O O O NH2

胞嘧啶 胸腺嘧啶 尿嘧啶 鸟嘌呤 腺嘌呤

△嘌呤和嘧啶环中均含有共轭双键,因此对波长260nm左右的紫外光有较强吸收,这一重要的理化性质被用于对核酸、核苷酸、核苷及碱基进行定性定量分析。

㈡、戊糖:DNA分子的核苷酸的 糖是β-D-2-脱氧核糖,RNA中为β-D-核糖。

㈢、磷酸:生物体内多数核苷酸的磷酸基团位于核糖的第五位碳原子上。

【二】、核酸的一级结构

△核苷酸在多肽链上的排列顺序为核酸的一级结构,核苷酸之间通过3′,5′磷酸二酯键连接。

【三】、DNA的空间结构与功能

㈠、DNA的二级结构

DNA双螺旋结构是核酸的二级结构。双螺旋的骨架由 糖和磷酸基构成,两股链之间的碱基互补配对,是遗传信息传递者,DNA半保留复制的基础,结构要点:

⑴.DNA是一反向平行的互补双链结构 亲水的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧,而碱基位于内侧,碱基之间以氢键相结合,其中,腺嘌呤始终与胸腺嘧啶配对,形成两个氢键,鸟嘌呤始终与胞嘧啶配对,形成三个氢键。

⑵.DNA是右手螺旋结构 螺旋直径为2nm。每旋转一周包含了10个碱基,每个碱基的旋转角度为36度。螺距为3.4nm,每个碱基平面之间的距离为0.34nm。

⑶.DNA双螺旋结构稳定的维系 横向靠互补碱基的氢键维系,纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持,尤以后者为重要。

㈡、DNA的三级结构:

三级结构是在双螺旋基础上进一步扭曲形成超螺旋,使体积压缩。在真核生物细胞核内,DNA三级结构与一组组蛋白共同组成核小体。在核小体的基础上,DNA链经反复折叠形成染色体。

㈢、功能:

DNA的基本功能就是作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板,它是生命遗传繁殖的物质基础,也是个体生命活动的基础。

△DNA中的核糖和磷酸构成的分子骨架是没有差别的,不同区段的DNA分子只是碱基的排列顺序不同。

【四】、RNA的空间结构与功能

△DNA是遗传信息的载体,而遗传作用是由蛋白质功能来体现的,在两者之间RNA起着中介作用。其种类繁多,分子较小,一般以单链存在,可有局部二级结构,各类RNA在遗传信息表达为氨基酸序列过程中发挥不同作用。如:下图

㈠、信使RNA(半衰期最短)

⑴hnRNA为mRNA的初级产物,经过剪接切除内含子,拼接外显子,成为成熟的mRNA并移位到细胞质

⑵大多数的真核mRNA在转录后5′末端加上一个7-甲基鸟嘌呤及三磷酸鸟苷帽子,帽子结构在mRNA作为模板翻译成蛋白质的过程中具有促进核蛋白体与mRNA的结合,加速翻译起始速度的作用,同时可以增强mRNA的稳定性。3′末端多了一个多聚腺苷酸尾巴,可能与mRNA从核内向胞质的转位及mRNA的稳定性有关。

⑶功能是把核内DNA的碱基顺序,按照碱基互补的原则,抄录并转送至胞质,以决定蛋白质合成的氨基酸排列顺序。mRNA分子上每3个核苷酸为一组,决定肽链上某一个氨基酸,为三联体密码。

㈡、转运RNA(分子量最小)

⑴tRNA分子中含有10%~20%稀有碱基,包括双氢尿嘧啶,假尿嘧啶和甲基化的嘌呤等。

⑵二级结构为三叶草形,位于左右两侧的环状结构分别称为DHU环和Tψ环,位于下方的环叫作反密码环。反密码环中间的3个碱基为反密码子,与mRNA上相应的三联体密码子形成碱基互补。所有tRNA3′末端均有相同的CCA-OH结构。

⑶三级结构为倒L型。

⑷功能是在细胞蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的戴本并将其转呈给mRNA。

㈢、核蛋白体RNA(含量最多)

⑴原核生物的rRNA的小亚基为16S,大亚基为5S、23S;真核生物的rRNA的小亚基为18S,大亚基为5S、5.8S、28S。真核生物的18SrRNA的二级结构呈花状。

⑵rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体,它是蛋白质合成机器--核蛋白体的组成成分,参与蛋白质的合成。

㈣、核酶:某些RNA 分子本身具有自我催化能,可以完成rRNA的剪接。这种具有催化作用的RNA称为核酶。

【五】、核酸的理化性质

㈠、DNA的变性:

△在某些理化因素作用下,如加热,DNA分子互补碱基对之间的氢键断裂,使DNA双螺旋结构松散,变成单链,即为变性。监测是否发生变性的一个最常用的指标是DNA在紫外区260nm波长处的吸光值变化。解链过程中,吸光值增加,并与解链程度有一定的比例关系,称为DNA的增色效应。紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度(Tm),一种DNA分子的Tm值大小与其所含碱基中的G+C比例相关,G+C比例越高,Tm值越高。

㈡、DNA的复性和杂交:

△变性DNA在适当条件下,两条互补链可重新恢复天然的双螺旋构象,这一现象称为复性,其过程为退火,产生减色效应。不同来源的核酸变性后,合并一起复性,只要这些核苷酸序列可以形成碱基互补配对,就会形成杂化双链,这一过程为杂交。杂交可发生于DNA-DNA之间,RNA-RNA之间以及RNA-DNA之间。

【六】、核酸酶(注意与核酶区别)

△指所有可以水解核酸的酶,在细胞内催化核酸的降解。可分为DNA酶和RNA酶;外切酶和内切酶;其中一部分具有严格的序列依赖性,称为限制性内切酶。

第三章 酶

【一】、酶的组成:

△单纯酶:仅由氨基酸残基构成的酶。

△结合酶:酶蛋白:决定反应的特异性;

辅助因子:决定反应的种类与性质;可以为金属离子或小分子有机化合物。

可分为辅酶:与酶蛋白结合疏松,可以用透析或超滤方法除去。

辅基:与酶蛋白结合紧密,不能用透析或超滤方法除去。

△酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶,只有全酶才有催化作用。

◆参与组成辅酶的维生素

【二】、酶的活性中心:

△酶的活性中心由酶作用的必需基团组成,这些必需基团在空间位置上接近组成特定的空间结构,能与底物特异地结合并将底物转化为产物。对结合酶来说,辅助因子参与酶活性中心的组成。但有一些必需基团并不参加活性中心的组成。

【三】、酶反应动力学:

△酶促反应的速度取决于底物浓度、酶浓度、PH、温度、激动剂和抑制剂等。

㈠、底物浓度

⑴在底物浓度较低时,反应速度随底物浓度的增加而上升,加大底物浓度,反应速度趋缓,底物浓度进一步增高,反应速度不再随底物浓度增大而加快,达最大反应速度,此时酶的活性中心被底物饱合。

⑵米氏方程式:

V=Vmax[S]/Km+[S]

a.米氏常数Km值等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。

b.Km值愈小,酶与底物的亲和力愈大。

c.Km值是酶的特征性常数之一,只与酶的结构、酶所催化的底物和反应环境如温度、PH、离子强度有关,与酶的浓度无关。

d.Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度,与酶浓度呈正比。

㈡、酶浓度

在酶促反应系统中,当底物浓度大大超过酶浓度,使酶被底物饱和时,反应速度与酶的浓度成正比关系。

㈢、温度

温度对酶促反应速度具有双重影响。升高温度一方面可加快酶促反应速度,同时也增加酶的变性。酶促反应最快时的环境温度称为酶促反应的最适温度。酶的活性虽然随温度的下降而降低,但低温一般不使酶破坏。

酶的最适温度不是酶的特征性常数,它与反应进行的时间有关。

㈣、PH

酶活性受其反应环境的PH影响,且不同的酶对PH有不同要求,酶活性最大的某一PH值为酶的最适PH值,如胃蛋白酶的最适PH约为1.8,肝精氨酸酶最适PH为9.8,但多数酶的最适PH接近中性。

最适PH不是酶的特征性常数,它受底物浓度、缓冲液的种类与浓度、以及酶的纯度等因素影响。

㈤、激活剂

使酶由无活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂,大多为金属离子,也有许多有机化合物激活剂。分为必需激活剂和非必需激活剂。

㈥、抑制剂

凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。大多与酶的活性中心内、外必需基团相结合,从而抑制酶的催化活性。可分为:

⑴不可逆性抑制剂:以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合,使酶失活。此种抑制剂不能用透析、超滤等方法去除。又可分为:

a.专一性抑制剂:如农药敌百虫、敌敌畏等有机磷化合物能特民地与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基的羟基结合,使酶失活,解磷定可解除有机磷化合物对羟基酶的抑制作用。

b.非专一性抑制剂:如低浓度的重金属离子如汞离子、银离子可与酶分子的巯基结合,使酶失活,二巯基丙醇可解毒。化学毒气路易士气是一种含砷的化合物,能抑制体内的巯基酶而使人畜中毒。

⑵可逆性抑制剂:通常以非共价键与酶和(或)酶-底物复合物可逆性结合,使酶活性降低或消失。采用透析或超滤的方法可将抑制剂除去,使酶恢复活性。可分为:

a.竞争性抑制剂:与底物竞争酶的活性中心,从而阻碍酶与底物结合形成中间产物。如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用;磺胺类药物由于化学结构与对氨基苯甲酸相似,是二氢叶酸合成酶的竞争抑制剂,抑制二氢叶酸的合成;许多抗代谢的抗癌药物,如氨甲蝶呤(MTX)、5-氟尿嘧啶(5-FU )、6-巯基嘌呤(6-MP)等,几乎都是酶的竞争性抑制剂,分别抑制四氢叶酸、脱氧胸苷酸及嘌呤核苷酸的合成。

Vmax不变,Km值增大

b.非竞争性抑制剂:与酶活性中心外的必需基团结合,不影响酶与底物的结合,酶和底物的结合也不影响与抑制剂的结合。

Vmax降低,Km值不变

c.反竞争性抑制剂:仅与酶和底物形成的中间产物结合,使中间产物的量下降。

Vmax、 Km均降低

【四】、酶活性的调节

㈠、酶原的激活

有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体,必须在一定条件下,这些酶的前体水解一个或几个特定的肽键,致使构象发生改变,表现出酶的活性。酶原的激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程。生理意义是避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化,并使酶在特定的部位环境中发挥作用,保证体内代谢正常进行。

㈡、变构酶

体内一些代谢物可以与某些酶分子活性中心外的某一部位可逆地结合,使酶发生变构并改变其催化活性,有变构激活与变构抑制。

㈢、酶的共价修饰调节

酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合,从而改变酶的活性,这一过程称为酶的共价修饰。在共价修饰过程中,酶发生无活性与有活性两种形式的互变。酶的共价修饰包括磷酸化与脱磷酸化、乙酰化与脱乙酰化、甲基化与脱甲基化、腺苷化与脱腺苷化等,其中以磷酸化修饰最为常见。

【五】、同工酶:

△同工酶是指催化相同的化学反应,而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。同工酶是由不同基因或等位基因编码的多肽链,或由同一基因转录生成的不同mRNA翻译的不同多肽链组成的蛋白质。翻译后经修饰生成的多分子形式不在同工酶之列。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。

△如乳酸脱氢酶是四聚体酶。亚基有两型:骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)。两型亚基以不同比例组成五种同工酶,如LDH1(HHHH)、LDH2(HHHM)等。它们具有不同的电泳速度,对同一底物表现不同的Km值。单个亚基无酶的催化活性。心肌、肾以LDH1为主,肝、骨骼肌以LDH5为主。

△肌酸激酶是二聚体,亚基有M型(肌型)和B型(脑型)两种。脑中含CK1(BB型);骨骼肌中含CK3(MM型);CK2(MB型)仅见于心肌。

第四章 维生素

【一】、脂溶性维生素

㈠、维生素A

作用:与眼视觉有关,合成视紫红质的原料;维持上皮组织结构完整;促进生长发育。

缺乏可引起夜盲症、干眼病等。

㈡、维生素D

作用:调节钙磷代谢,促进钙磷吸收。

缺乏儿童引起佝偻病,成人引起软骨病。

㈢、维生素E

作用:体内最重要的抗氧化剂,保护生物膜的结构与功能;促进血红素代谢;动物实验发现与性器官的成熟与胚胎发育有关。

㈣、维生素K

作用:与肝脏合成凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ有关。

缺乏时可引起凝血时间延长,血块回缩不良。

【二】、水溶性维生素:

㈠、维生素B1

又名硫胺素,体内的活性型为焦磷酸硫胺素(TPP)

TPP是α-酮酸氧化脱羧酶和转酮醇酶的辅酶,并可抑制胆碱酯酶的活性,缺乏时可引起脚气病和(或)末梢神经炎。

㈡、维生素B2

又名核黄素,体内的活性型为黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)

FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基,缺乏时可引起口角炎、唇炎、阴囊炎、眼睑炎等症。

㈢、维生素PP

包括尼克酸及尼克酰胺,肝内能将色氨酸转变成维生素PP,体内的活性型包括尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)。

NAD+和NADP+在体内是多种不需氧脱氢酶的辅酶,缺乏时称为癞皮症,主要表现为皮炎、腹泻及痴呆。

㈣、维生素B6

包括吡哆醇、吡哆醛及吡哆胺,体内活性型为磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。

磷酸吡哆醛是氨基酸代谢中的转氨酶及脱羧酶的辅酶,也是δ-氨基γ-酮戊酸(ALA)合成酶的辅酶。

㈤、泛酸

又称遍多酸,在体内的活性型为辅酶A及酰基载体蛋白(ACP)。

在体内辅酶A及酰基载体蛋白(ACP)构成酰基转移酶的辅酶。

㈥、生物素

生物素是体内多种羧化酶的辅酶,如丙酮酸羧化酶,参与二氧化碳的羧化过程。

㈦、叶酸

以四氢叶酸的形式参与一碳基团的转移,一碳单位在体内参加多种物质的合成,如嘌呤、胸腺嘧啶核苷酸等。叶酸缺乏时,DNA合成受抑制,骨髓幼红细胞DNA合成减少,造成巨幼红细胞贫血。

㈧、维生素B12

又名钴胺素,唯一含金属元素的维生素。

参与同型半工半胱氨酸甲基化生成蛋氨酸的反应,催化这一反应的蛋氨酸合成酶(又称甲基转移酶)的辅基是维生素B12,它参与甲基的转移。一方面不利于蛋氨酸的生成,同时也影响四氢叶酸的再生,最终影响嘌呤、嘧啶的合成,而导致核酸合成障碍,产生巨幼红细胞性贫血。

㈨、维生素C

促进胶原蛋白的合成;是催化胆固醇转变成7-α羟胆固醇反应的7-α羟化酶的辅酶;参与芳香族氨基酸的代谢;增加铁的吸收;参与体内氧化还原反应,保护巯基等作用。

第二部分 物质代谢及其调节

第一章 糖代谢

【一】、糖酵解:

㈠、过程:

见图1-1

糖酵解过程中包含两个底物水平磷酸化:一为1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸;二为磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸。

㈡、调节

⑴6-磷酸果糖激酶-1

变构抑制剂:ATP、柠檬酸

变构激活剂:AMP、ADP、1,6-双磷酸果糖(产物反馈激,比较少见)和2,6-双磷酸果糖(最强的激活剂)。

⑵丙酮酸激酶

变构抑制剂:ATP 、肝内的丙氨酸

变构激活剂:1,6-双磷酸果糖

⑶葡萄糖激酶

变构抑制剂:长链脂酰辅酶A

注:此项无需死记硬背,理解基础上记忆是很容易的,如知道糖酵解是产生能量的,那么有ATP等能量形式存在,则可抑制该反应,以利节能,上述的柠檬酸经三羧酸循环也是可以产生能量的,因此也起抑制作用;产物一般来说是反馈抑制的;但也有特殊,如上述的1,6-双磷酸果糖。特殊的需要记忆,只属少数。以下类同。关于共价修饰的调节,只需记住几个特殊的即可,下面章节提及。

①糖原 1-磷酸葡萄糖

②葡萄糖 己糖激酶6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖6-磷酸果糖-1-激酶

ATP ADP ATP ADP

磷酸二羟丙酮

1,6-二磷酸果糖

3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸

NAD+ NADH+H+

3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸激酶

ADP ATP ADP ATP

丙酮酸乳酸

NADH+H+ NAD+

注:红色表示该酶为该反应的限速酶;蓝色ATP表示消耗,红色ATP和NADH等表示生成的能量或可以转变为能量的物质。以下类同。

(图1-1)

㈢、生理意义

⑴迅速提供能量,尤其对肌肉收缩更为重要。若反应按①进行,可净生成3分子ATP,若反应按②进行,可净生成2分子ATP;另外,酵解过程中生成的2个NADH在有氧条件下经电子传递链,发生氧化磷酸化,可生成更多的ATP,但在缺氧条件下丙酮酸转化为乳酸将消耗NADH,无NADH净生成。

⑵成熟红细胞完全依赖糖酵解供能,神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃,即使不缺氧也常由糖酵解提供部分能量。

⑶红细胞内1,3-二磷酸甘油酸转变成的2,3-二磷酸甘油酸可与血红蛋白结合,使氧气与血红蛋白结合力下降,释放氧气。

⑷肌肉中产生的乳酸、丙氨酸(由丙酮酸转变)在肝脏中能作为糖异生的原料,生成葡萄糖。

㈣、乳酸循环:

葡萄糖葡萄糖 葡萄糖

糖 糖

异 酵

生 解

途 途

径 径

丙酮酸 丙酮酸

乳酸 乳酸 乳酸

(肝)(血液)(肌肉)

△乳酸循环是由于肝内糖异生活跃,又有葡萄糖-6-磷酸酶可水解6-磷酸葡萄糖,释出葡萄糖。肌肉除糖异生活性低外,又没有葡萄糖-6-磷酸酶。

△生理意义:避免损失乳酸以及防止因乳酸堆积引起酸中毒。

【二】、糖有氧氧化:

㈠、过程

⑴、经糖酵解过程生成丙酮酸

⑵、丙酮酸 丙酮酸脱氢酶复合体 乙酰辅酶A

NAD+ NADH+H+

限速酶的辅酶有:TPP﹑FAD﹑NAD+﹑CoA及硫辛酸

⑶、三羧酸循环:

△草酰乙酸+乙酰辅酶A 柠檬酸合成酶 柠檬酸 异柠檬酸 异柠檬酸脱氢酶

NAD+ NADH+H+

α-酮戊二酸 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 琥珀酸酰CoA琥珀酸

NAD+ NADH+H+ GDP GTP

延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸

FAD FADH2 NAD+ NADH+H+

△三羧酸循环中限速酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体的辅酶与丙酮酸脱氢酶复合体的辅酶同。

△三羧酸循环中有一个底物水平磷酸化,即琥珀酰COA转变成琥珀酸,生成GTP;加上糖酵解过程中的两个,本书中共三个底物水平磷酸化。

㈡、调节

⑴丙酮酸脱氢酶复合体

抑制:乙酰辅酶A、NADH、ATP

激活:AMP、钙离子

⑵异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶

NADH、ATP反馈抑制

㈢、生理意义

⑴基本生理功能是氧化供能。

⑵三羧酸循环是体内糖、脂肪和蛋白质三大营养物质代谢的最终共同途径。

⑶三羧酸循环也是三大代谢联系的枢纽。

㈣、有氧氧化生成的ATP

葡萄糖有氧氧化生成的ATP

㈤、巴斯德效应

有氧氧化抑制糖酵解的现象。

【三】、磷酸戊糖途径:

㈠过程:

6-磷酸葡萄糖

NADP+

6-磷酸葡萄糖脱氢酶

NADPH

6-磷酸葡萄糖酸内酯

6-磷酸葡萄糖酸

NADP+

NADPH

5-磷酸核酮糖

5-磷酸核糖 5-磷酸木酮糖

7-磷酸景天糖 3-磷酸甘油醛

5-磷酸木酮糖 4-磷酸赤藓糖 6-磷酸果糖

3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖

6-磷酸果糖

㈡、生理意义

⑴为核酸的生物合成提供5-磷酸核糖,肌组织内缺乏6-磷酸葡萄糖脱氢酶,磷酸核糖可经酵解途径的中间产物3- 磷酸甘油醛和6-磷酸果糖经基团转移反应生成。

⑵提供NADPH

a.NADPH是供氢体,参加各种生物合成反应,如从乙酰辅酶A合成脂酸、胆固醇;α-酮戊二酸与NADPH及氨生成谷氨酸,谷氨酸可与其他α-酮酸进行转氨基反应而生成相应的氨基酸。

b.NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶,对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常含量进而保护巯基酶的活性及维持红细胞膜完整性很重要,并可保持血红蛋白铁于二价。

c.NADPH参与体内羟化反应,有些羟化反应与生物合成有关,如从胆固醇合成胆汁酸、类固醇激素等;有些羟化反应则与生物转化有关。

【四】、糖原合成与分解:

㈠、合成

过程:

葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 UDPG焦磷酸化酶 尿苷二磷酸葡萄糖

UTP PPi (UDPG)

糖原合成酶 (G)n+1+UDP

(G)n

注:⑴UDPG可看作是活性葡萄糖,在体内充作葡萄糖供体。

⑵糖原引物是指原有的细胞内较小的糖原分子,游离葡萄糖不能作为UDPG的葡萄糖基的接受体。

⑶葡萄糖基转移给糖原引物的糖链末端,形成α-1,4糖苷键。在糖原合酶作用下,糖链只能延长,不能形成分支。当糖链长度达到12~18个葡萄糖基时,分支酶将约6~7个葡萄糖基转移至邻近的糖链上,以α-1,6糖苷键相接。

调节:糖原合成酶的共价修饰调节。

㈡、分解过程:

(G)n+1磷酸化酶 (G)n+1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 G+Pi

注:⑴磷酸化酶只能分解α-1,4糖苷键,对α-1,6糖苷键无作用。

⑵糖链分解至离分支处约4个葡萄基时,转移酶把3个葡萄基转移至邻近糖链的末端,仍以α-1,4糖苷键相接,剩下1个以α-1,6糖苷键与糖链形成分支的葡萄糖基被α-1,6葡萄糖苷酶水解成游离葡萄糖。转移酶与α-1,6葡萄糖苷酶是同一酶的两种活性,合称脱支酶。

⑶最终产物中约85%为1-磷酸葡萄糖,其余为游离葡萄糖。

调节:磷酸化酶受共价修饰调节,葡萄糖起变构抑制作用。

【五】、糖异生途径:

㈠过程

乳酸 丙氨酸等生糖氨基酸

NADH

丙酮酸 丙酮酸

ATP 丙酮酸 丙酮酸

丙酮酸羧化酶

草酰乙酸 草酰乙酸(线粒体内)

天冬氨酸 苹果酸

GTP 天冬氨酸

NADH

草酰乙酸 苹果酸

磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶

磷酸烯醇式丙酮酸

2-磷酸甘油酸 (胞液)

ATP 3-磷酸甘油酸

NADH 1,3-二磷酸甘油酸 甘油 ATP

3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油

NADH

1,6-双磷酸果糖

果糖双磷酸酶

6-磷酸果糖

6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 糖原

葡萄糖-6-磷酸酶

葡萄糖

▲注意:1)糖异生过程中丙酮酸不能直接转变为磷酸烯醇式丙酮酸,需经过草酰乙酸的中间步骤,由于草酰乙酸羧化酶仅存在于线粒体内,故胞液中的丙酮酸必须进入线粒体,才能羧化生成草酰乙酸。但是,草酰乙酸不能直接透过线粒体膜,需借助两种方式将其转运入胞液:一是经苹果酸途径,多数为以丙酮酸或生糖氨基酸为原料异生成糖时;另一种是经天冬氨酸途径,多数为乳酸为原料异生成糖时。

⑵在糖异生过程中,1,3-二磷酸甘油酸还原成3-磷酸甘油醛时,需NADH,当以乳酸为原料异生成糖时,其脱氢生成丙酮酸时已在胞液中产生了NADH以供利用;而以生糖氨基酸为原料进行糖异生时,NADH则必须由线粒体内提供,可来自脂酸β-氧化或三羧酸循环。

⑶甘油异生成糖耗一个ATP,同时也生成一个NADH

㈠调节:

2,6-双磷酸果糖的水平是肝内调节糖的分解或糖异生反应方向的主要信号,糖酵解加强,则糖异生减弱;反之亦然。

㈠生理意义:

⑴空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成糖,以维持血糖水平恒定。

⑵补充肝糖原,摄入的相当一部分葡萄糖先分解成丙酮酸、乳酸等三碳化合物,后者再异生成糖原。合成糖原的这条途径称三碳途径。

⑶调节酸碱平衡,长期饥饿进,肾糖异生增强,有利于维持酸碱平衡。

第二章、脂类代谢

【一】、甘油三酯的合成代谢:

△合成部位:肝、脂肪组织、小肠,其中肝的合成能力最强。

△合成原料:甘油、脂肪酸

㈠甘油一酯途径(小肠粘膜细胞)

2-甘油一酯 脂酰CoA转移酶 1,2-甘油二酯 脂酰CoA转移酶 甘油三酯

脂酰CoA 脂酰CoA

2、甘油二酯途径(肝细胞及脂肪细胞)

葡萄糖 3-磷酸甘油 脂酰CoA转移酶 1脂酰-3-磷酸甘油 脂酰CoA转移酶

脂酰CoA脂酰CoA

磷脂酸 磷脂酸磷酸酶 1,2甘油二酯 脂酰CoA转移酶 甘油三酯

脂酰CoA

【二】、甘油三酯的分解代谢:

㈠、脂肪的动员 储存在脂肪细胞中的脂肪被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸(FFA)及甘油并释放入血以供其它组织氧化利用的过程。

甘油三酯 激素敏感性甘油三酯脂肪酶 甘油二酯 甘油一酯 甘油

+FFA +FFA +FFA

α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 糖酵解或糖异生途径

㈡、脂肪酸的β-氧化

⑴脂肪酸活化(胞液中)

脂酸 脂酰CoA合成酶 脂酰CoA(含高能硫酯键)

ATP AMP

⑵脂酰CoA进入线粒体

脂酰CoA 肉毒碱 线 肉毒碱 脂酰CoA

肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ粒酶Ⅱ

CoASH 脂酰肉毒碱 体 脂酰肉毒碱 CoASH

⑶脂肪酸β-氧化

△脂酰CoA进入线粒体基质后,进行脱氢、加水、再脱氢及硫解等四步连续反应,生成1分子比原来少2个碳原子的脂酰CoA、1分子乙酰CoA、1分子FADH2和1分子NADH。以上生成的比原来少2个碳原子的脂酰CoA,可再进行脱氢、加水、再脱氢及硫解反应。如此反复进行,以至彻底。

⑷能量生成

以软脂酸为例,共进行7次β-氧化,生成7分子FADH2、7分子NADH及8分子乙酰CoA,即共生成(7*2)+(7*3)+(8*12)-2=129

⑸过氧化酶体脂酸氧化 主要是使不能进入线粒体的廿碳,廿二碳脂酸先氧化成较短链脂酸,以便进入线粒体内分解氧化,对较短链脂酸无效。

【三】、酮体的生成和利用:

△组织特点:肝内生成肝外用。

△合成部位:肝细胞的线粒体中。

△酮体组成:乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮。

㈠生成

脂肪酸 β-氧化 2*乙酰CoA 乙酰乙酰CoA HMGCoA合成酶 羟甲基戊二酸单酰CoA

(HMGCoA)

HMGCoA裂解酶 乙酰乙酸 β-羟丁酸脱氢酶 β-羟丁酸

NADH

丙酮

CO2

㈡利用

⑴ β-羟丁酸

ATP+ HSCoA 乙酰乙酸 琥珀酰CoA

乙酰乙酸硫激酶琥珀酰CoA转硫酶

AMP 乙酰乙酰CoA琥珀酸

乙酰乙酰CoA硫解酶

乙酰CoA

三羧酸循环

⑵丙酮可随尿排出体外,部分丙酮可在一系列酶作用下转变为丙酮酸或乳酸,进而异生成糖。在血中酮体剧烈升高时,从肺直接呼出。

【四】、脂酸的合成代谢

㈠软脂酸的合成

合成部位:线粒体外胞液中,肝是体体合成脂酸的主要场所。

合成原料:乙酰CoA、ATP﹑NADPH﹑HCO3-﹑Mn++等。

合成过程:

⑴线粒体内的乙酰CoA不能自由透过线粒体内膜,主要通过柠檬酸-丙酮酸循环转移至胞液中。

⑵乙酰CoA 乙酰CoA羧化酶 丙二酰CoA

ATP

⑶丙二酰CoA通过酰基转移、缩合、还原、脱水、再还原等步骤,碳原子由2增加至4个。经过7次循环,生成16个碳原子的软脂酸。更长碳链的脂酸则是对软脂酸的加工,使其碳链延长。在内质网脂酸碳链延长酶体系的作用下,一般可将脂酸碳链延长至二十四碳,以十八碳的硬脂酸最多;在线粒体脂酸延长酶体系的催化下,一般可延长脂酸碳链至24或26个碳原子,而以硬脂酸最多。

㈡、不饱和脂酸的合成

△人体含有的不饱和脂酸主要有软油酸、油酸、亚油酸,亚麻酸及花生四烯酸等,前两种单不饱和脂酸可由人体自身合成,而后三种多不饱和脂酸,必须从食物摄取。

【五】、前列腺素及其衍生物的生成

细胞膜中的磷脂 磷脂酶A2 花生四烯酸 PGH合成酶 PGH2 TXA2合成酶 TXA2

PGD2、PGE2、PGI2等

脂过氧化酶 氢过氧化廿碳四烯酸

脱水酶

白三烯(LTA4)

【六】、甘油磷脂的合成与代谢

㈠合成

除需ATP外,还需CTP参加。CTP在磷脂合成中特别重要,它为合成CDP-乙醇胺、CDP-胆碱及CDP-甘油二酯等活化中间物所必需。

⑴甘油二酯途径 CDP-乙醇胺 CMP

磷脂酰乙醇胺

葡萄糖 3-磷酸甘油 磷脂酸 甘油二酯 转移酶 (脑磷脂)

磷脂酰胆碱

CDP-胆碱 CMP (卵磷脂)

脑磷脂及卵磷脂主要通过此途径合成,这两类磷脂在体内含量最多。

⑵CDP-甘油二酯途径 肌醇

磷脂酰肌醇

丝氨酸

葡萄糖 3-磷酸甘油 磷脂酸 CDP-甘油二酯 合成酶 磷脂酰丝氨酸

CTPPPi磷脂酰甘油

二磷脂酰甘油

(心磷脂)

此外,磷脂酰胆碱亦可由磷脂酰乙醇胺从S-腺苷甲硫氨酸获得甲基生成;磷脂酰丝氨酸可由磷脂酰乙醇胺羧化生成。

㈡、降解

△生物体内存在能使甘油磷脂水解的多种磷脂酶类,根据其作用的键的特异性不同,分为磷脂酶A1和A2,磷脂酶B,磷脂酶C和磷脂酶D。

△磷脂酶A2特异地催化磷酸甘油酯中2位上的酯键水解,生成多不饱和脂肪酸和溶血磷脂。后者在磷脂酶B作用,生成脂肪酸及甘油磷酸胆碱或甘油磷酸乙醇胺,再经甘油酸胆碱水解酶分解为甘油及磷酸胆碱。磷脂酶A1催化磷酸甘油酯1位上的酯键水解,产物是脂肪酸和溶血磷脂。

【七】、胆固醇代谢

㈠合成

合成部位:肝是主要场所,合成酶系存在于胞液及光面内质网中。

合成原料:乙酰CoA(经柠檬酸-丙酮酸循环由线粒体转移至胞液中)、ATP、NADPH等。

合成过程:

⑴甲羟戊酸的合成(胞液中)

2*乙酰CoA 乙酰乙酰CoA HMGCoA HMGCoA还原酶 甲羟戊酸

NADPH

⑵鲨烯的合成(胞液中)

⑶胆固醇的合成(滑面内质网膜上)

合成调节:

⑴饥饿与饱食 饥饿可抑制肝合成胆固醇,相反,摄取高糖、高饱和脂肪膳食后,肝HMGCoA还原酶活性增加,胆固醇合成增加。

⑵胆固醇 胆固醇可反馈抑制肝胆固醇的合成。主要抑制HMGCoA还原酶活性。

⑶激素 胰岛素及甲状腺素能诱导肝HMGCoA还原酶的合成,增加胆固醇的合成。胰

高血糖素及皮质醇则能抑制并降低HMGCoA还原酶的活性,因而减少胆固醇的合成;甲状腺素除能促进合成外,又促进胆固醇在肝转变为胆汁酸,且后一作用较强,因而甲亢时患者血清胆固醇含量反而下降。

㈠转化

⑴胆固醇在肝中转化成胆汁酸是胆固醇在体内代谢的主要去路,基本步骤为:

胆酸

胆固醇 7α-羟化酶 7α-羟胆固醇 甘氨酸或牛磺酸 结合型胆汁酸

NADPH 鹅脱氧胆酸

胆酸 肠道细菌 7-脱氧胆酸

甘氨酸 牛磺酸 鹅脱氧胆酸 石胆酸

⑵转化为类固醇激素 胆固醇是肾上腺皮质、睾丸,卵巢等内分泌腺合成及分泌类固醇激素的原料,如睾丸酮、皮质醇、雄激素、雌二醇及孕酮等。

⑶转化为7-脱氢胆固醇 在皮肤,胆固醇可氧化为7-脱氢胆固醇,后者经紫外光照射转变为维生素D。

㈢、胆固醇酯的合成

细胞内游离胆固醇在脂酰胆固醇脂酰转移酶(ACAT)的催化下,生成胆固醇酯;

血浆中游离胆固醇在卵磷脂胆固醇脂酰转移酶(LCAT)的催化下,生成胆固醇酯和溶血卵磷酯。

【八】、血浆脂蛋白

㈠、分类

⑴电泳法:α﹑前β﹑β及乳糜微粒

⑵超速离心法:乳糜微粒(含脂最多),极低密度脂蛋白(VLDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL),分别相当于电泳分离的CM﹑前β-脂蛋白﹑β-脂蛋白及α-脂蛋白等四类。

㈡、组成:

△血浆脂蛋白主要由蛋白质、甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯组成。乳糜微粒含甘油三酯最多,蛋白质最少,故密度最小;VLDL含甘油三酯亦多,但其蛋白质含量高于CM;LDL含胆固醇及胆固醇酯最多;含蛋白质最多,故密度最高。

△血浆脂蛋白中的蛋白质部分,基本功能是运载脂类,称载脂蛋白。HDL的载脂蛋白主要为apoA,LDL的载脂蛋白主要为apoB100,VLDL的载脂蛋白主要为apoB﹑apoC,CM的载脂蛋白主要为apoC。

㈢、生理功用及代谢

⑴CM 运输外源性甘油三酯及胆固醇的主要形式。成熟的CM含有apoCⅡ,可激活脂蛋白脂肪酶(LPL),LPL可使CM中的甘油三酯及磷脂逐步水解,产生甘油、脂酸及溶血磷脂等,同时其表面的载脂蛋白连同表面的磷脂及胆固醇离开CM,逐步变小,最后转变成为CM残粒。

⑵VLDL 运输内源性甘油三酯的主要形式。VLDL的甘油三酯在LPL作用下,逐步水解,同时其表面的apoC、磷脂及胆固醇向HDL转移,而HDL的胆固醇酯又转移到VLDL。最后只剩下胆固醇酯,转变为LDL。

⑶LDL 转运肝合成的内源性胆固醇的主要形式。肝是降解LDL的主要器官。apoB100水解为氨基酸,其中的胆固醇酯被胆固醇酯酶水解为游离胆固醇及脂酸。游离胆固醇在调节细胞胆固醇代谢上具有重要作用:①抑制内质网HMGCoA还原酶;②在转录水平上阴抑细胞LDL受体蛋白质的合成,减少对LDL的摄取;③激活ACAT的活性,使游离胆固醇酯化成胆固醇酯在胞液中储存。

⑷HDL 逆向转运胆固醇。HDL表面的apoⅠ是LCAT的激活剂,LCAT可催化HDL生成溶血卵磷脂及胆固醇酯。

【九】、高脂血症:

高脂蛋白血症分型

注:IDL是中间密度脂蛋白,为VLDL向LDL的过度状态。

家族性高胆固醇血症的重要原因是LDL受体缺陷

第三章 氨基酸代谢

【一】、营养必需氨基酸

可以简记为:缬、异、亮、苏、蛋、赖、苯、色

【二】、体内氨的来源和转运

㈠来源

⑴氨基酸经脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源;

⑵由肠道吸收的氨;即肠内氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨和肠道尿素经细菌尿素

酶水解产生的氨。

⑶肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的催化下水解生成的氨。

㈡、转运

⑴丙氨酸-葡萄糖循环

(肌肉) (血液)(肝)

肌肉蛋白质 葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖 尿素

氨基酸糖糖尿素循环

分异

NH3 解 生 NH3

谷氨酸 丙酮酸 丙酮酸 谷氨酸

转氨酶 转氨酶

α-酮戊二酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 α-酮戊二酸

⑵谷氨酰胺的运氨作用:

△谷氨酰胺主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。氨与谷氨酰胺在谷氨酰胺合成酶催化生成谷氨酰胺,由血液输送到肝或肾,经谷氨酰胺酶水解成谷氨酸和氨。

可以认为,谷氨酰胺既是氨的解毒产物,也是氨的储存及运输形式。

【三】、氨基酸的脱氨基作用

㈠、转氨基作用 转氨酶催化某一氨基酸的α-氨基转移到另一种α-酮酸的酮基上,生成相应的氨基酸;原来的氨基酸则转变成α-酮酸。既是氨基酸的分解代谢过程,也是体内某些氨基酸合成的重要途径。除赖氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸外,体内大多数氨基酸可以参与转氨基作用。如:

谷氨酸+丙酮酸 谷丙转氨酶(ALT) α-酮戊二酸+丙氨酸

谷氨酸+草酰乙酸 谷草转氨酶(AST)α-酮戊二酸+天冬氨酸

转氨酶的辅酶是维生素B6的磷酸酯,即磷酸吡哆醛。

㈡、L-谷氨酸氧化脱氨基作用:

L-谷氨酸 L-谷氨酸脱氢酶 α-酮戊二酸+NH3

NADH

㈢、联合脱氨基作用:

氨基酸 α-酮戊二酸 NH3+NADH

转氨酶谷氨酸脱氢酶

α-酮酸 谷氨酸 NAD+

㈣、嘌呤核苷酸循环:

上述联合脱氨基作用主要在肝、肾等组织中进行。骨骼肌和心肌中主要通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基。

氨基酸 α-酮戊二酸 天冬氨酸 次黄嘌呤核苷酸 NH3

GTP(IMP)

腺苷酸代琥珀酸 腺嘌呤核苷酸

(AMP)

延胡索酸

α-酮酸 L-谷氨酸 草酰乙酸

苹果酸

㈤、氨基酸脱氨基后生成的α-酮酸可以转变成糖及脂类,在体内可以转变成糖的氨基酸称为生糖氨基酸;能转变成酮体者称为生酮氨基酸;二者兼有者称为生糖兼生酮氨基酸。只要记住生酮氨基酸包括:亮、赖;生糖兼生酮氨基酸包括异亮、苏、色、酪、苯丙;其余为生糖氨基酸。

【四】、氨基酸的脱羧基作用

㈠、L-谷氨酸 L-谷氨酸脱羧酶 γ-氨基丁酸(GABA)

GABA为抑制性神经递质。

㈡、L-半胱氨酸 磺酸丙氨酸 磺酸丙氨酸脱羧酶 牛磺酸

牛磺酸是结合型胆汁酸的组成成分。

㈢、L-组氨酸 组氨酸脱羧酶 组胺

组胺是一种强烈的血管舒张剂,并能增加毛细血管的通透性。

㈣、色氨酸 色氨酸羟化酶 5-羟色氨酸 5-羟色氨酸脱羧酶 5-羟色胺(5-HT)

脑内的5-羟色胺可作为神经递质,具有抑制作用;在外周组织,有收缩血管作用。

㈤、L-鸟氨酸 鸟氨酸脱羧酶 腐胺 精脒 精胺

脱羧基SAM 脱羧基SAM

精脒与精胺是调节细胞生长的重要物质。合称为多胺类物质。

【五】、一碳单位

△一碳单位来源于组、色、甘、丝,体内的一碳单位有:甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基及亚氨甲基,CO2不属于一碳单位。

△四氢叶酸是一碳单位代谢的辅酶。

△主要生理功用是作为合成嘌呤及嘧啶的原料。如N10-CHO-FH4与N5,H10=CH-FH4分别提供嘌呤合成时C2与C8的来源;N5,N10-CH2-FH4提供胸苷酸合成时甲基的来源。由此可见,一碳单位将氨基酸与核酸代谢密切联系起来。

【六】、芳香族氨基酸(色、酪、苯丙)的代谢

㈠、 苯丙氨酸

苯丙氨酸羟化酶

酪氨酸 黑色素细胞的酪氨酸酶 多巴

酪氨酸羟化酶

多巴 黑色素

多巴脱羧酶

多巴胺

SAM 去甲肾上腺素 儿茶酚胺

肾上腺素

苯酮酸尿症:当苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏时,苯丙氨酸不能转变为酪氨酸,体内苯丙氨酸蓄积,并经转氨基作用生成苯丙酮酸,再进一步转变成苯乙酸等衍生物。此时尿中出现大量苯丙酮酸等代谢产物,称为苯酮酸尿症。

白化病:人体缺乏酪氨酸酶,黑色素合成障碍,皮肤、毛发等发白,称为白化病。

㈡色氨酸

⑴生成5-羟色胺

⑵生成一碳单位

⑶可分解产生尼克酸,这是体内合成维生素的特例。

【七】、含硫氨基酸(甲硫、半胱、胱)代谢

㈠、甲硫氨酸 S-腺苷甲硫氨酸(SAM)

ATP PPi

SAM中的甲基为活性甲基,通过转甲基作用可以生成多种含甲基的重要生理活性物质。SAM是体内最重要的甲基直接供给体。

㈡、甲硫氨酸循环:

甲硫氨酸 SAM 甲基转移酶 S-腺苷同型半胱氨酸

RH RCH3

甲硫氨酸合成酶 同型半胱氨酸

FH4 N5-CH3-FH4

N5-CH3-FH4可看成体内甲基的间接供体,甲硫氨酸合成酶辅酶为维生素B12。

㈢、肌酸的合成 肌酸以甘氨酸为骨架,由精氨酸提供脒基,SAM供给甲基而合成。在肌酸激酶催化下,肌酸转变成磷酸肌酸,并储存ATP的高能磷酸键。

㈣、体内硫酸根主要来源于半胱氨酸,一部分以无机盐形式随尿排出,另一部分则经ATP活化成活性硫酸根,即3′-磷酸腺苷-5′-磷酸硫酸(PAPS)。

【八】、氨基酸衍生的重要含氮化合物

【九】、尿素的生成:

线粒体

NH3+CO2+H2O

2*ATP 氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(CSP-Ⅰ)

2*ADP N-酰谷氨酸(AGA),Mg++

氨基甲酰磷酸 Pi胞液

鸟氨酸 瓜氨酸

ATP 瓜氨酸 天冬氨酸 α-酮戊二酸 氨基酸

AMP ASS

鸟氨酸 精氨酸代琥珀酸 草酰乙酸 谷氨酸 α-酮酸

尿素

苹果酸

精氨酸 延胡索酸

ASS:精氨酸代琥珀酸合成酶

尿素分子中的2个氮原子,1个来自氨,另1个来自天冬氨酸,而天冬氨酸又可由其他氨基酸通过转氨基作用而生成。

线粒体中以氨为氮源,通过CSP-Ⅰ合成氨甲酰磷酸,并进一步合成尿素;在胞液中以

谷氨酰胺为氮源,通过CSP-Ⅱ,催化合成氨基甲酰磷酸,并进一步参与嘧啶的合成。CSP-Ⅰ的活性可用为肝细胞分化程度的指标之一;CSP-Ⅱ的活性可作为细胞增殖程度的指标之一。

氨基甲酰磷酸的生成是尿素合成的重要步骤。AGA是CSP-Ⅰ的变构激动剂,精氨酸是AGA合成酶的激活剂。

第二章、核苷酸代谢

【一】、嘌呤核苷酸代谢

㈠、合成原料 CO2 甘氨酸

C6N7

天冬氨酸 N1 C5

甲酰基(一碳单位)C2 C4 C8 甲酰基(一碳单位)

N3 N9

谷氨酰胺

㈡、合成过程:

⑴从头合成:

5-磷酸核糖 PRPP合成酶 磷酸核糖焦磷酸 PRPP酰胺转移酶 5-磷酸核糖胺

ATP AMP (PRPP)

ATP AMP 次黄嘌呤核苷酸

(IMP)

GTP GMP 黄嘌呤核苷酸

(XMP)

嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的,而不是首先单独合成嘌呤碱然后再与磷酸核糖结合而成的。

⑵补救合成:

利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷,经过简单的反应过程,合成嘌呤核苷酸。生理意义为:一方面在于可以节省从头合成时能量和一些氨基酸的消耗;另一方面,体内某些组织器官,如脑、骨髓等由于缺乏从头合成的酶体系,只能进行补救合成。

⑶脱氧核苷酸的生成

脱氧核苷酸的生成是在二磷酸核苷水平上,由核糖核苷酸还原酶催化,核糖核苷酸C2上的羟基被氢取代生成。

⑷分解产物:

AMP 次黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶

黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶 尿酸

GMP 鸟嘌呤

人体内嘌呤碱最终分解生成尿酸,随尿排出体外。

痛风症患者血中尿酸含量升高。临床上常用别嘌呤醇治疗痛风症,这是因为别嘌呤醇与

次黄嘌呤结构类似,可抑制黄嘌呤氧化酶,从而抑制尿酸的生成。

⑸抗代谢物

生物化学笔记,生物化学笔记手写

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