四、 氨基酸碳架的去向
20种aa有三种去路
（1）氨基化还原成氨基酸。
（2）氧化成CO2和水（TCA）。
（3）生糖、生脂。
20种a.a的碳架可转化成7种物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。
它们最后集中为5种物质进入TCA：乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。

234  图 16-7 氨基酸碳骨架进入TCA的途径
1、 转变成丙酮酸的途径
P236 图16-8     Ala、Gly、Ser、Thr、Cys形成丙酮酸的途径

（1）、 Ala  经与α-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）

 

（2）、 Gly先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。

 

Gly与Ser的互变是极为灵活的，该反应也是Ser生物合成的重要途径。
Gly的分解代谢不是以形成乙酰CoA为主要途径，Gly的重要作用是一碳单位的提供者。
    Gly  +  FH4  +  NAD+  →  N5,N10-甲烯基FH4  +  CO2  +  NH4+  +  NADH
（3）、 Ser   脱水、脱氢，生成丙酮酸（丝氨酸脱水酶）

P235  反应式

（4）、 Thr 有3条途径    P235
① 由Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸  →  乙酰CoA。

 

②

 

③
（5）、 Cys 有3条途径
① 转氨，生成β-巯基丙酮酸，再脱巯基，生成丙酮酸。

② 氧化成丙酮酸

③加水分解成丙酮酸
2、 转变成乙酰乙酰CoA的途径
P 237  图16-9  Phe、Tyr、Leu

（1）、 Phe → Tyr → 乙酰乙酰CoA
P238图16-10    Phe、Tyr分解为乙酰乙酰CoA和延胡索酸的途径
（2）、 Tyr
    产物：1个乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA。），1个延胡索酸，1个CO2 ，
（3）、 Leu       P240图16-12 
产物：1个乙酰CoA，1个乙酰乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。
  反应中先脱1个CO2 ，后又加1个CO2 ，C原子不变 。
（4）、 Lys          P241图16-13
产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2 。
在反应途中转氨：a. 氧化脱氨 ， b. 转氨
（5）、 Trp        P 242图16-14

产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个CO2 ，1个甲酸。
3、 α-酮戊二酸途径
P243  图16-16   Arg、His、Gln、Pro、Glu形成α-酮戊二酸的途径

（1）、 Arg      P244图16-17

产物：1分子Glu，1分子尿素
（2）、 His     P244图16-18

产物：1分子Glu，1分子NH3 ,1分子甲亚氨基
（3）、 Gln 三条途径
①. Gln酶：          Gln  +  H2O  →  Glu  +  NH3
② Glu合成酶：       . Gln+α-酮戊二酸 + NADPH  →  2Glu  +  NADP+
③ 转酰胺酶：Gln+α-酮戊二酸 → Glu  +  r-酮谷酰氨酸  →  α-酮戊二酸  +  NH4+
（4）、 Pro     P145图16-19

产物：Pro → Glu
      Hpro → 丙酮酸  +  丙醛酸
4、 琥珀酰CoA途径
   P246    图16-20         Met、Ile、Val转变成琥珀酰CoA

（1）、 Met          P246图16-21

给出1个甲基，将-SH转给Ser（生成Cys），产生一个琥珀酰CoA
（2）、 Ile            P247图16-22
产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA
（3）、 Val     P247图16-23
5、 草酰乙酸途径
Asp和Asn可转变成草酰乙酸进入TCA，Asn先转变成Asp（Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.
6、 延胡索酸途径
Phe、Tyr可生成延胡索酸（前面已讲过）。
五、 生糖氨基酸与生酮氨基酸
生酮氨基酸：Phe、Tyr、Leu、Lys、Trp。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和β-羟丁酸，因此这5种a.a.称生酮a.a.
生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的a.a.都称为生糖a.a，它们都能生成Glc。
而Phe、Tyr是生酮兼生糖a.a。
六、 由氨基酸衍生的其它重物质
1、 由氨基酸产生一碳单位
一碳单位：具有一个碳原子的基团，包括：亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（ HC=O-），羟甲基（-CH2OH），亚甲基（又称甲叉基，-CH2），次甲基（又称甲川基，-CH=），甲基（-CH3）
一碳单位不仅与a.a.代谢密切相关，还参与嘌呤、嘧啶的生物合成，是生物体内各种化合物甲基化的甲基来源。
Gly、Thr、Ser、His、Met 等a.a.可以提供一碳单位。
一碳单位的转移靠四氢叶酸（5，6，7，8-四氢叶酸），携带甲基的部位是N 5、N 10

P249  结构式：FH4与N 5、N 10-亚甲基FH4
2、 氨基酸与生物活性物质
P251  表16-1氨基酸来源的生物活性物质

（1）、 Tyr与黑色素
（2）、 Tyr与儿茶酚胺类
可生成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素，这四种统称儿茶酚胺类。前二者是神经递质，后二者是激素
   P252   图16-24  Tyr形成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素

（3）、 Trp与5-羟色胺及吲哚乙酸
   P252   图16-25   Trp形成5-羟色胺及吲哚乙酸

5-羟色胺是神经递质，促进血管收缩
（4）、 肌酸和磷酸肌酸（Arg、Gly、Met）
肌酸和磷酸肌酸，在贮存和转移磷酸键能中起重要作用。它们存在于动物的肌肉、脑、血液中。

P253  图16-26  Arg、Gly、Met形成磷酸肌酸

肌酸合成中的甲基化：S-腺苷Met
（5）、 His与组胺
His脱羧生成组胺，是一种血管舒张剂，在神经组织中是感觉神经的一种递质。
（6）、 Arg → 水解 → 鸟氨酸 → 脱羧 → 腐胺 → 亚精胺 → 精胺
（7）、 Glu与r-氨基丁酸
Glu本身就是一种兴奋性神经递质（还有Asp），在脑、脊髓中广泛存在。Glu脱羧形成的r-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。
（8）、 牛磺酸和Cys         P254-255
Cys 的SH氧化成-SO3-，并脱去-COO - 就形成了牛磺酸，牛磺酸与胆汁酸结合，乳化食物。
七、 氨基酸代谢缺陷症 
        P255  表16-2

        苯丙酮尿症（PKU）
图
第三节   氨基酸合成代谢
一、 氨基酸合成中的氮源和碳源
1、 氮源（无机氮不行）
（1）生物固氨（微生物）
  a.与豆科植物共生的根瘤菌
  b.自养固氮菌   兰藻
    在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3
      图

（2）硝酸盐和亚硝酸盐 (植物、微生物)
      图

（3）各种脱氨基酸作用产生的NH3（所有生物）
        前面已讲过
2、 碳源
直接碳源是相应的α-酮酸，植物能合成20种a.a.相应的全部碳架或前体。人和动物只能直接合成部分a.a.相应的α-酮酸。
主要来源：糖酵解、TCA、磷酸已糖支路。
必需氨基酸：Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（Arg、His）
3、 植物、部分微生物a.a.合成方式
①α-酮戊二酸衍生类型    Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫）

与a.a.分解进入α-酮酸的途径比较，少了一种a.a.，即His。

②草酰乙酸衍生类型  Asp、Asn、Met、Thr、Ile（也可归入丙酮类）、Lys（植物、细菌）

经TCA中间产物（α-酮戊二酸、草酰乙酸）可合成10种a.a.，即Glu、Gln、Pro、Arg、Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys。

③丙酮酸衍生类型      Ala、Val（Ile）、Leu

④3-磷酸甘油酸衍生类型   Ser、Gly、Cys

经酵解中间产物（3-磷酸甘油酸、丙酮酸），可合成Ser、Cys、Gly、 Ala、Val、Leu等6种a.a。

⑤经酵解及磷酸戊糖中间产物（磷酸烯醇丙酮酸、4-磷酸赤藓糖），可合成Phe、Tyr、Trp等3种芳香族a.a。

⑥His有自己独特的合成途径，与其它氨基酸之间没有关系
二、 脂肪族氨基酸生物合成途径
1、 α-酮戊二酸衍生类型（Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫））
（1）、 Glu的合成
由α-酮戊二酸与游离氨，经L-Glu脱氢酸催化。对于植物和微生物，氨的来源是Gln的酰胺基。

 

（2）、 Gln的合成
由α-酮戊二酸形成Glu，由Glu可以进一步形成Gln，

 

Gln合酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶，活性受8种含氮物反馈调控：
氨基Glc-6-P、Trp、Ala、 Gly、 His和CTP、 AMP、氨甲酰磷酸。
除Gly、Ala，其余含氮物的氮都来自Gln。

P282
（3）、 Pro的合成  （Glu环化而成）            P262   图17-2

（4）、 Arg合成                  P263   图17-3
（5）、 Lys合成
① α-酮戊二酸衍生型（蕈类、眼虫）     P264  图17-4
② 天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、细菌）   P267  图17-5
2、 草酰乙酸衍生类型（Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys（植物、细菌））
（1）、 Asp合成

（2）、 Asn合成（转移酰胺基）
哺乳动物

（3）、 Met合成     P268  图17-6

（4）、 Thr合成     P269  图17-7

Lys、Met、Thr合成中，有一段共同途径，即生成Asp-β-半醛，是一个分枝点化合物。
（5）、 Ile合成 （与Val极为相似）   P271  图17-9
Ile的合成途径与Val极为相似。
6个C中4个来自Asp（Asp → Thr），2个来自丙酮酸，所以也可以归入丙酮酸衍生型。
（6）、 Lys（植物、细菌） P267 图17-5
3、 丙酮酸衍生型（Ala、Val（Ile）、Leu）
4、 3-磷酸甘油酸衍生型（Ser、Gly、Cys）
三、 芳香族氨基酸及His的生成合成       P274
1、 Phe、Tyr、Trp的合成
（自己看）不要求
分枝酸 ： 2磷酸烯醇丙酮酸，1个赤藓糖4-P
2、 His合成
四、 氨基酸生物合成的调节
最有效的调节是通过合成过程的终端产物，反馈抑制反应系列中第一个酶的活性，即通过别构效应调节第一个酶的活性。
1、 通过终端产物对aa合成的反馈抑制
（1）简单的终端产物反馈抑制
如由Thr合成Ile
     图

（2）不同终端产物对共同合成途径的协同抑制
      图

（3）不同分枝产物对多个同工酶的抑制
    图

（4）顺序反馈抑制
      图
终端产物E和H，只分别抑制分道后自己的分支途径中第一个酶的活性。
2、 通过酶量调节
五、 几种重要的 a.a.衍生物的生物合成
（1）、 谷光苷肽
（2）、 肌酸
（3）、 卟啉
血红素、细胞色素、叶绿素。卟啉由Gly和琥珀酰CoA合成
（4）、 短杆菌肽

本章重点                 
脱氨的几种方式             
氨的去路                
尿素的合成                               
氨的转运
脱氨后碳架的去向
a.a.合成中的碳源氮源
Gln、Glu合成
一碳单位及作用

生化笔记--沈同（适用第2版及第3版）第十一章 核酸的降解和核苷酸代谢

第十一章  核酸的降解和核苷酸代谢
核酸的生物功能 DNA、RNA
核苷酸的生物功能
①合成核酸
②是多种生物合成的活性中间物
  糖原合成，UDP-Glc。磷脂合成，CDP-乙醇胺，CDP-二脂酰甘油。
③生物能量的载体ATP、GTP
④腺苷酸是三种重要辅酶的组分
NAD、FAD、CoA
⑤信号分子cAMP、cGMP
食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。
吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。
人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。
核酸的分解代谢：
第一节   核酸和核苷酸的分解代谢
一、 核酸的酶促降解
核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶）。
根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。
根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。
1、 核糖核酸酶
只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的RNase专一性不同。
牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。
核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3’ -鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。
      图
2、 脱氧核糖核酸酶
只能水解DNA磷酸二酯键的酶。DNase牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割双链和单链DNA。产物是以5’-磷酸为末端的寡核苷酸。
牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。
限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源DNA的核酸内切酶，产生3ˊ-OH和5ˊ-P。
      图

PstⅠ切割后，形成3ˊ-OH 单链粘性末端。
EcoRⅠ切割后，形成5ˊ-P单链粘性末端。
3、 非特异性核酸酶
既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。
小球菌核酸酶是内切酶，可作用于RNA或变性的DNA，产生3’-核苷酸或寡核苷酸。
蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。
蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH逐个水解，生成5’-核苷酸。
牛脾磷酸二脂酶从游离的5’-OH开始逐个水解，生成3’核苷酸。
二、 核苷酸的降解
1、 核苷酸酶 （磷酸单脂酶）
水解核苷酸，产生核苷和磷酸。
非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2’、3’、5’，都能水解下来。
特异性磷酸单酯酶：  只能水解3’核苷酸或5’核苷酸（3’核苷酸酶、5’核苷酸酶）
2、 核苷酶
两种：
① 核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。

② 核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆

三、 嘌呤碱的分解
P301  图18-2嘌呤碱的分解
首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。

P 299  反应式

不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同。
排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类
排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类
排尿囊酸动物：硬骨鱼类
排尿素动物：大多数鱼类、两栖类
某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。
植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。
微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。
四、 嘧啶碱的分解
P302  图18-3  嘧啶碱的分解

人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的NH3可进一步转化成尿素排出。

第二节   嘌呤核苷酸的合成
一、 从头合成
由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。
嘌呤环合成的前体：CO2 、甲酸盐、Gln、Asp、Gly

P303  图18-4 嘌呤环的元素来源及掺入顺序
A.  Gln提供-NH2：N 9
B.  Gly：C4、C5、N7
C.  5.10-甲川FHFA：C8
D.  Gln提供-NH2：N3
闭环
E   CO2：C 6
F.  Asp提供-NH2：N 1
G  10-甲酰THFA：C 2

1、 次黄嘌呤核苷酸的合成（IMP）     P306图18-5

（1）、 磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨）
5-磷酸核糖焦磷酸  +  Gln  → 5-磷酸核糖胺  +  Glu  +  ppi
使原来α-构型的核糖转化成β构型
（2）、 甘氨酰胺核苷酸合成酶
5-磷酸核糖胺+Gly+ATP  →  甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi
（3）、 甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶
甘氨酰胺核苷酸  +  N 5 N 10-甲川FH4  +  H2O  → 甲酰甘氨酰胺核苷酸  +  FH4
甲川基可由甲酸或氨基酸供给。
（4）、 甲酰甘氨脒核苷酸合成酶
甲酰甘氨酰胺核苷酸 + Gln + ATP + H2O → 甲酰甘氨脒核苷酸 + Glu + ADP + pi
此步反应受重氮丝氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制，这两种抗菌素与Gln有类似结构。
P 304 结构式：重氮丝氨酸、6-重氮-5-氧-正亮氨酸
（5）、 氨基咪唑核苷酸合成酶
甲酰甘氨脒核苷酸  +  ATP → 5-氨基咪唑核苷酸  +  ADP  +  Pi
   

（1）~（5）第一阶段，合成第一个环（6）、 氨基咪唑核苷酸羧化酶
5-氨基咪唑核苷酸+CO2  → 5-氨基咪唑-4羧酸核苷酸
（7）、 氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶
5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP → 5-氨基咪唑4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸
（8）、 腺苷酸琥珀酸裂解酶
5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸 → 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸
（9）、 氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶
5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-甲酰FH4 → 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4
（10）、 次黄嘌呤核苷酸环水解酶
5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸 → 次黄嘌呤核苷酸+H2O
总反应式：
5-磷酸核糖 + CO2 + 甲川THFA + 甲酰THFA + 2Gln + Gly + Asp + 5ATP →
IMP + 2THFA + 2Glu + 延胡索酸 + 4ADP + 1AMP + 4Pi + PPi
2、 腺嘌呤核苷酸的合成（AMP）   P306图18-5
从头合成：CO2 、2个甲酸盐、2个Gln、1个Gly、（1+1）个Asp、（6+1）个ATP，产生2个Glu、（1+1）个延胡索酸。
 
Asp的结构类似物羽田杀菌素，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成。
羽田杀菌素： N-羟基-N-甲酰-Gly  （P307）
3、 鸟嘌呤核苷酸的合成   （P307结构式）

 

4、 AMP、GMP生物合成的调节  P309图18-6
5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶，可被终产物AMP、GMP反馈抑制。
AMP过量可反馈抑制自身的合成。
GMP过量可反馈抑制自身的合成。
5、 药物对嘌呤核苷酸合成的影响
筛选抗肿瘤药物，肿瘤细胞核酸合成速度快，药物能抑制。
①羽田杀菌素
与Asp竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP。
②重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的结构类似物，抑制Gln参与的反应。
③氨基蝶呤、氨甲蝶呤
结构P314

叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的各种一碳单位转移反应。
二、 补救途径
利用已有的碱基和核苷合成核苷酸
1、 磷酸核糖转移酶途径（重要途径）
嘌呤碱和5-PRPP在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸
2、 核苷激酶途径（但在生物体内只发现有腺苷激酶）
腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与ATP反应，生成腺嘌呤核苷酸。
嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，AMP合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。

第三节  嘧啶核苷酸的合成
一、 从头合成
与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
合成前体：氨甲酰磷酸、Asp  （P309图18-7嘧啶环的元素来源）
1、 尿嘧啶核苷酸的合成   P310  图18-8
氨甲酰磷酸的合成

（1） 天冬氨酸转氨甲酰酶

（2） 二氢乳清酸酶

（3） 二氢乳清酸脱氢酶（辅基：FAD、FMN）

（4） 乳清苷酸焦磷酸化酶

（5） 乳清苷酸脱羧酶

2、 胞嘧啶核苷酸的合成
尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln（植物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。

 

3、 嘧啶核苷酸生物合成的调节（大肠杆菌）
P 311 图18-9大肠杆菌嘧啶核苷酸生物合成的调节

氨甲酰磷酸合成酶：  受UMP反馈抑制
天冬氨酸转氨甲酰酶：受CTP反馈抑制
CTP合成酶：        受CTP反馈抑制
4、 药物对嘧啶核苷酸合成的影响
有多种嘧啶类似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。
5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。
5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸，再转变成脱氧核苷酸，可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程，DNA合成受阻。
二、 补救途径
（1） 嘧啶核苷激酶途径（重要途径）
嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。