柠檬酸循环和尿素循环之联结课件.ppt

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1、《生物化學原理》第四版LehningerPrinciplesofBiochemistryDavidL.Nelson&MichaelM.CoxChapter18胺基酸氧化和尿素的生成18.1胺基之代謝命運◎18.2氮的排泄及尿素循環18.3胺基酸分解之路徑18.2氮的排泄及尿素循環P.723若胺基不被用於產生新的胺基酸或其他含氮產物，就會轉為可被排泄的最終產物（圖18-10）。多數的水生動物（例如硬骨魚）皆為排氨（ammonotelic）動物，其胺基上之氮以氨的形式排出。具有毒性的氨直接被周遭的水稀釋。陸棲動物則需要毒性最小且水分損失最少的排氨途徑。大多

2、數陸棲動物是排尿素（ureotelic）動物，將胺基上之氮以尿素形式排出；鳥類和爬蟲類則是排尿酸（uricotelic）動物，將胺基上之氮以尿酸排除（尿酸合成路徑詳述於圖22-45）。植物會再循環使用所有的胺基，只有在罕見的情況下才會將氮排出。第18章胺基酸氧化和尿素的生成在排尿素動物體中，聚積在肝細胞粒線體中的氨是經由尿素循環（ureacycle）轉變為尿素。此代謝途徑是在1932年由HansKrebs（他也發現了檸檬酸循環）以及一位醫學院學生KurtHenseleit所發現。尿素生成完全在肝臟發生，且運送至此的氨幾乎都被轉為尿素。尿素再經血液運輸至

3、腎臟，再排入尿液中。P.723第18章胺基酸氧化和尿素的生成P.723由氨形成尿素之五個酵素反應步驟尿素循環起始於肝臟的粒線體，但接下來的三個步驟發生在細胞質中；因此這個循環跨越了細胞內兩個不同隔間（圖18-10）。第一個進入尿素循環的胺基，來自粒線體基質產生的氨，也就是前述代謝途徑中所提及的銨離子。肝臟也自門靜脈接受部分由細菌氧化胺基酸所產生的氨。不論來源為何，這些肝臟粒線體中生成的銨離子可立刻與粒線體呼吸反應的產物CO2（以HCO3的形式）合成胺甲醯基磷酸（圖18-11a及圖18-10）。此一需要ATP的反應是由具調節功能之胺甲醯基磷酸合成酶I（c

4、arbamoylphosphatesynthetaseI）所催化。這個酶在粒線體的形式與其在細胞質的形式（II）截然不同；細胞質之胺甲醯基磷酸合成酶亦參與嘧啶的生合成（第22章）。第18章胺基酸氧化和尿素的生成胺甲醯基磷酸為將活化的胺甲醯基帶入尿素循環的分子。此循環共有四個酵素反應步驟：首先，胺甲醯基磷酸將其胺甲醯基提供給鳥胺酸形成瓜胺酸，並釋出一個磷酸根（Pi）（圖18-10，步驟1）。鳥胺酸在此扮演的角色與檸檬酸循環中的草醯乙酸頗為相似，負責接受外來的物質。這個反應由鳥胺酸轉胺甲醯基酶（ornithinetranscarbamoylase）所催化進

5、行，而所生成的瓜胺酸穿出粒線體到細胞質中。第二個胺基來自天冬胺酸（亦在粒線體中經由轉胺反應形成，再運至細胞質）。天冬胺酸的胺基和瓜胺酸的羰脲基（羰基）進行縮合反應產生精胺琥珀酸（圖18-10，步驟2）。P.723第18章胺基酸氧化和尿素的生成此一細胞質中的反應是由精胺琥珀酸合成酶（argininosuccinatesynthetase）所催化，反應過程需要消耗ATP，且會歷經一個瓜胺基-AMP中間產物（圖18-11b）。精胺琥珀酸接著被精胺琥珀酸解離酶（argininosuccinase）分解（圖18-10，步驟3），產生游離的精胺酸和延胡索酸，後者可

6、再進入粒線體中參與檸檬酸循環，是尿素循環中唯一的可逆反應。尿素循環的最後一個步驟（步驟4），細胞質中的精胺酸酶（arginase）將精胺酸分解為尿素（urea）和鳥胺酸；鳥胺酸會回到粒線體中進行下一回的尿素循環。P.723第18章胺基酸氧化和尿素的生成圖18.10尿素循環以及提供胺基進入該循環的反應。P.724催化這些反應的酵素分布在粒線體基質和細胞質液中，其中一個胺基在粒線體基質形成，並以胺甲醯基磷酸的形式進入尿素循環；另一個則是在粒線體基質部位，由天冬胺酸胺基轉移酶催化的草醯乙酸與麩胺酸轉胺作用所形成，以天冬胺酸形式進入尿素循環。尿素循環由四個步驟

7、組成。1由鳥胺酸和胺甲醯基磷酸形成瓜胺酸（第一個胺基的進入）；瓜胺酸進入細胞質液中。2透過瓜胺基-AMP中間產物，形成精胺琥珀酸（第二個胺基的進入）。3由精胺琥珀酸形成精胺酸，這個反應所釋出的延胡索酸會進入檸檬酸循環。4尿素的形成；這個反應也會重新再生鳥胺酸。18.1節已討論過NH4抵達肝細胞粒線體基質的反應途徑。第18章胺基酸氧化和尿素的生成圖18.10尿素循環以及提供胺基進入該循環的反應。P.724由於精胺琥珀酸酶所產生的延胡索酸亦是檸檬酸循環裡的中間產物，因此原則上這兩個循環是可互相聯結的，併稱為Krebs雙循環（圖18-12）；亦即這兩個循環可

8、獨立運作，也可藉粒線體和細胞質間關鍵中間產物的運送而彼此聯繫。檸檬酸循環中的許多酶，包括延胡索