生物化学与分子生物学课件

生物化学与分子生物学概述生物化学与分子生物学是研究生命过程化学基础的重要学科，探索生物大分子的结构、功能及其在生命活动中的作用机制本课程将带领学生深入了解蛋白质、核酸、酶等生物大分子的性质，以及它们如何协同工作以维持生命活动随着现代技术的发展，分子生物学研究已进入精确、高效的新时代，从基因组测序到蛋白质功能分析，再到代谢网络解析，我们对生命的理解正变得越来越深入本课程将介绍这些前沿技术及其在医学、农业和环境科学中的应用通过本课程的学习，学生将掌握生命科学的基本原理和研究方法，为未来在生物医药、生物技术等领域的深入研究奠定坚实基础课程目标和学习成果掌握核心知识体系培养实验技能发展科学思维能力123通过本课程的学习，学生将系统掌学生将学习现代生物化学与分子生课程注重培养学生的科学思维和创握生物化学与分子生物学的基本概物学的实验技术，包括蛋白质分离新能力，通过案例分析、文献讨论念、理论框架和研究方法，理解生纯化、核酸操作、酶学分析等基本等教学环节，训练学生分析问题和物大分子的结构与功能关系，以及技能，并了解高通量测序、蛋白质解决问题的能力，为今后从事生命它们在生命过程中的核心作用组学等先进研究手段的原理与应用科学相关研究打下基础蛋白质结构与功能结构决定功能蛋白质结构层次结构研究方法蛋白质是生命活动的主要执行者，其特蛋白质结构具有四个层次一级结构（现代技术如射线晶体学、核磁共振和冷X定的空间结构直接决定了其生物学功能氨基酸序列）、二级结构（局部折叠形冻电镜为我们提供了原子水平的蛋白质蛋白质可以作为酶催化生化反应，作式如螺旋和折叠）、三级结构（整个结构信息，而计算机模拟则帮助我们理αβ为激素传递信息，作为抗体参与免疫防多肽链的空间排布）和四级结构（多个解蛋白质的动态变化过程这些技术的御，作为转运蛋白运输物质，或作为结亚基的组合）这些结构层次相互作用进步极大地促进了我们对蛋白质功能的构蛋白维持细胞形态，共同决定蛋白质的最终功能理解氨基酸的基本结构通用结构两性离子结构手性特性所有氨基酸都有一个共在生理下，氨基酸除甘氨酸外，所有氨基pH同的基本结构一个以两性离子形式存在，酸都存在手性现象，即α-碳原子连接着一个氨基氨基通常带正电荷（具有型和型两种立-L D（）、一个羧基（），羧基通常带负体异构体在自然蛋白-NH₂NH₃⁺）、一个氢原电荷（）这种质中，几乎所有氨基酸-COOH-COO⁻子和一个特定的侧链（两性离子特性使氨基酸都是型，这种手性选L基团）正是这个能够作为缓冲剂，并决择性对生物大分子的特R R基团的不同，赋予了定了其在水溶液中的溶定结构和功能至关重要20种标准氨基酸各自独特解性和迁移行为的化学性质肽键和多肽链肽键形成肽键性质多肽链特性肽键是通过一个氨基酸的羧基（）与肽键具有部分双键特性，导致其平面结构和由多个氨基酸通过肽键连接形成的多肽链具-COOH另一个氨基酸的氨基（）之间的缩合反旋转受限，这是因为氮原子的孤对电子与羰有方向性，通常以端（氨基端）和端（羧-NH₂N C应形成的，伴随着一分子水的释放这种反基碳的轨道存在共轭效应肽键通常处于基端）来标记多肽链的柔性和刚性区域分π应可在细胞内由核糖体催化，也可在实验室反式构象，这种约束对蛋白质的折叠和结构布决定了其折叠的可能方式，从而影响蛋白中通过化学合成方法实现稳定性有重要影响质的最终结构蛋白质的一级结构定义序列保守性蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸的线性排列顺序这种序列由基因的蛋白质序列在进化过程中往往表现出不同程度的保守性功能关键位点通常序列决定，通过转录和翻译过程精确地传递遗传信息一级结构是蛋白高度保守，而其他区域可能较为可变通过比较不同物种同源蛋白的序列，DNA质所有高级结构的基础可以推断蛋白质的重要功能区域和进化关系123序列测定现代蛋白质序列分析通常采用质谱技术或基于测序的推断方法埃德曼DNA降解法曾是经典的蛋白质序列分析方法，通过逐步切除并鉴定端氨基酸来N确定序列蛋白质的二级结构螺旋和折αβ叠螺旋折叠αβ螺旋是蛋白质中最常见的二级结构折叠是由相邻多肽链段通过氢键连αβ之一，由多肽主链以螺旋方式盘绕形接形成的片层结构相邻链段可以平成每个氨基酸残基在螺旋中旋转行或反平行排列，反平行折叠由于β，每转个残基完成一圈螺氢键排列更为直线而较为稳定折100°

3.6αβ旋结构主要由肽键的羰基氧原子与位叠中的基团交替指向折叠片层的上R于螺旋轴上方的第四个氨基酸的氨基下两侧，形成特征性的空间排布氢原子之间形成的氢键稳定转角和无规卷曲除了螺旋和折叠，蛋白质二级结构还包括连接这些规则结构的转角和无规卷曲αβ区域转角通常由四个氨基酸残基组成，使多肽链急剧改变方向无规卷曲虽无β固定构象，但对蛋白质整体结构和功能同样重要蛋白质的三级结构侧链相互作用二硫键氨基酸侧链之间的相互作用是维持蛋白两个半胱氨酸残基的巯基（）之间-SH质三级结构的主要力量，包括疏水相互可形成共价二硫键（），这种键能-S-S-1作用、氢键、离子键和范德华力其中够跨越较远的氨基酸序列，牢固地连接2，疏水侧链倾向于聚集在蛋白质内部，多肽链的不同区域，极大地稳定蛋白质远离水环境的三级结构结构域构象变化许多蛋白质由多个相对独立的功能单元蛋白质三级结构不是静态的，而是可以4或结构域组成，每个结构域通常含有根据环境条件和功能需求进行构象变化3个氨基酸，能够独立折叠并执150-200这种动态特性对于酶催化、信号传导行特定功能结构域的组合为蛋白质提和分子识别等功能至关重要供了功能多样性蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构是指由两个或多个多肽链（亚基）组装形成的蛋白质复合物亚基之间通过非共价相互作用如氢键、离子键和疏水作用力结合在一起，形成功能性的蛋白质复合体典型的例子包括血红蛋白（由四个亚基组成）和核糖体（由多个蛋白质和分子组装）RNA四级结构的形成通常具有高度的特异性和协同性，某些情况下还表现出变构效应，即一个亚基的构象变化可引起其他亚基的连锁反应，这种特性在酶活性调节和信号传导中扮演着重要角色近年来，冷冻电子显微镜技术的发展使科学家能够以原子分辨率研究大型蛋白质复合物的四级结构蛋白质折叠和错误折叠折叠原理蛋白质折叠是由氨基酸序列所编码的自发过程，遵循热力学原理，倾向于达到自由能最低的构象状态安芬森实验证明，变性的核糖核酸酶在适当条件下可以自发重新折叠恢复活性，表明折叠信息蕴含在一级结构中折叠路径蛋白质折叠通常遵循漏斗模型，从多种未折叠状态开始，通过形成局部二级结构元件和疏水核心，逐步收敛到唯一或少数几种天然构象折叠中间体和过渡态的研究对理解折叠机制至关重要分子伴侣在细胞环境中，分子伴侣蛋白（如热休克蛋白家族）辅助其他蛋白质正确折叠它们通过防止新生多肽链的错误聚集，提供保护性微环境，或帮助错误折叠的蛋白质重新折叠，维持细胞内蛋白质的稳态错误折叠与疾病蛋白质错误折叠可导致多种疾病，包括阿尔茨海默病、帕金森病和朊病毒病等这些疾病的共同特点是特定蛋白质形成不溶性淀粉样纤维或聚集体，干扰细胞功能，最终导致细胞死亡和组织损伤核酸结构与功能遗传信息传递1和作为遗传信息的载体和传递者DNA RNA核苷酸结构2由五碳糖、含氮碱基和磷酸基团组成化学键连接3通过磷酸二酯键连接形成多核苷酸链序列多样性4四种碱基的排列组合编码丰富的遗传信息核酸是承载和传递遗传信息的生物大分子，主要包括脱氧核糖核酸（）和核糖核酸（）每个核苷酸由一个五碳糖（中为脱氧核糖，中为核DNA RNA DNA RNA糖）、一个含氮碱基（、、、）和一个磷酸基团组成核苷酸通过磷酸二酯键连接成长链，形成核酸的主链结构A G C T/U主要存在于细胞核中，承担着储存和复制遗传信息的功能而则有更多样的类型和功能，包括信使（）、转运（）、核糖体DNA RNA RNA mRNA RNA tRNA（）以及多种非编码它们在基因表达、调控和蛋白质合成等过程中发挥着至关重要的作用RNA rRNA RNA的双螺旋结构DNA结构特点大小沟高级结构通常以双螺旋形式存在，由两条相互双螺旋的表面形成了交替排列的大沟在细胞内，会进一步卷曲形成更高级DNA DNA DNA缠绕的多核苷酸链组成这两条链通过碱和小沟结构这些沟是许多结合蛋白的结构例如，可以绕组蛋白八聚体DNA DNA基之间的氢键相连，遵循严格的碱基配对识别和结合特定序列的重要位点蛋缠绕形成核小体，然后继续折叠形成染色DNA规则腺嘌呤（）与胸腺嘧啶（）通过白质可以通过氢键、离子相互作用和范德质纤维和染色体这种紧密包装使得长达A T两个氢键配对，鸟嘌呤（）与胞嘧啶（华力与碱基或磷酸骨架相互作用数米的分子能够装入微米级的细胞核GCDNADNA）通过三个氢键配对中的类型和功能RNA信使RNA mRNA1携带基因编码信息，作为蛋白质合成的模板转运RNA tRNA2将氨基酸精确运送到翻译位点，确保正确的蛋白质合成核糖体RNA rRNA3构成核糖体的主要成分，提供蛋白质合成的催化环境非编码RNA4包括、长链非编码等，参与基因表达调控microRNA RNA与不同，通常为单链结构，但可以通过链内碱基配对形成复杂的二级和三级结构中的核糖具有位羟基，使其化学活性更强，但稳定性较低尿嘧啶DNA RNA RNA2DNA（）替代了中的胸腺嘧啶（），与腺嘌呤配对U DNAT近年来，各种新型功能的发现极大地丰富了我们对在生命过程中作用的认识例如，核酶具有催化活性，可剪切或；小干扰和在基因表RNA RNARNADNARNA microRNA达的转录后调控中发挥关键作用；长链非编码参与染色质修饰和转录调控世界假说甚至认为，可能是最原始的遗传物质RNARNARNA核酸的化学修饰修饰类型常见位置生物学功能甲基化岛胞嘧啶基因沉默、染色质结构调控DNA CpG甲基化的腺嘌呤稳定性和翻译效率调RNA mRNAm6ARNA控编辑特定腺嘌呤或胞嘧啶产生序列多样性RNARNA碱基修饰的特定位点提高翻译准确性tRNA组蛋白修饰染色质相关调控的可及性DNA核酸化学修饰是调控基因表达和遗传信息传递的重要机制在中，胞嘧啶甲基化是最常见的DNA表观遗传修饰，通常发生在二核苷酸序列中，形成甲基胞嘧啶这种修饰与基因沉默、染CpG5-色质结构维持和基因组稳定性密切相关修饰更为多样，已知超过种不同类型的化学修饰例如，中常见的甲基腺嘌呤RNA100mRNA N6-（）修饰影响的稳定性、定位和翻译效率；中的假尿苷和甲基化修饰对于维持其m6ARNAtRNA正确结构和功能至关重要编辑是另一种重要修饰，如腺苷脱氨作用将腺嘌呤转变为肌苷，RNA在神经系统功能中具有重要作用染色质结构核小体高级折叠功能区域染色质的基本单位是核小体，由约核小体进一步盘绕形成染色质纤维染色质在结构上分为常染色质和异染色146bp30nm的缠绕在组蛋白八聚体（由、，随后通过形成环状结构域和蛋质常染色质结构较为松散，富含活跃DNA H2A scaffold、和各两个分子组成）周围形白附着位点，继续压缩成更高级别的染转录的基因；异染色质则高度紧密，转H2B H3H4成这种珠串结构是包装的第一色质结构在细胞分裂前期，染色质最录活性低特殊的染色质结构还包括端DNA级水平，使长度缩短约倍核小体终浓缩为可在光学显微镜下观察到的染粒（染色体末端）和着丝粒（染色体分DNA7间的由连接组蛋白结合，形成更色体，此时被压缩了约倍离的连接点），它们具有特殊的序DNA H1DNA10000DNA加稳定的结构列和蛋白质组成酶学基础分子组成大多数酶是蛋白质，但某些分子（核酶RNA）也具有催化活性酶蛋白可能需要非蛋白2组分（如辅酶、辅因子或金属离子）才能发催化特性挥完整功能全酶（具有全部催化活性的完酶是生物催化剂，能够极大地提高化学反应整酶）由酶蛋白（载体）和辅基组成速率而不改变反应的平衡状态与无机催化剂相比，酶具有更高的特异性、效率和温和1命名与分类的反应条件许多酶可使反应速率提高酶的命名通常以其催化的反应类型或底物名倍，而且通常在中性和生理温10⁶~10¹²pH称为基础，加上酶后缀根据国际酶委员-度下高效工作会的分类，酶被分为六大类氧化还原酶、3转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和连接酶，每类酶又根据其催化的特定反应进一步细分酶的作用机制底物结合酶与底物结合的过程遵循锁钥或诱导契合模型底物与酶的活性位点结合，通过多种非共价力（氢键、疏水相互作用、静电相互作用等）形成酶底物复-合物这种特异性结合降低了反应的活化能，提高了反应速率化学催化酶通过多种方式促进化学反应提供适宜的微环境（如疏水口袋）、正确定向底物分子、提供酸碱催化基团、稳定过渡态、施加张力使底物更易反应活性位点的氨基酸残基直接参与化学键的形成和断裂产物释放反应完成后，产物从酶的活性位点释放，酶分子恢复原状，可继续催化新一轮反应这种循环过程使得少量酶分子能够催化大量底物转化为产物，通常一个酶分子每秒可完成数百至数百万次催化循环酶动力学底物浓度mM反应速率μmol/min米氏酶动力学是描述酶促反应速率的经典模型米氏方程v=Vmax[S]/Km+[S]表达了反应速率v与底物浓度[S]之间的关系，其中Vmax是最大反应速率，Km是米氏常数，即达到半最大反应速率时的底物浓度Km反映了酶与底物的亲和力Km值越小，亲和力越高在低底物浓度时，反应速率近似与底物浓度成正比（一级反应）；当底物浓度远高于Km时，酶被底物饱和，反应速率接近Vmax并不再随底物浓度增加而显著提高（零级反应）Kcat（转换数）表示每个酶分子单位时间内能够转化的底物分子数，而Kcat/Km比值则是衡量酶催化效率的重要参数酶抑制剂和激活剂可逆抑制不可逆抑制可逆抑制剂与酶可逆结合，降低酶不可逆抑制剂通常通过共价修饰酶活性，而当抑制剂浓度减少时，酶的活性位点或关键氨基酸残基，永活性可恢复根据抑制剂的结合位久性地失活酶许多有机磷化合物点和机制，可分为竞争性抑制（抑（如神经毒剂和某些杀虫剂）是乙制剂与底物竞争结合活性位点）、酰胆碱酯酶的不可逆抑制剂青霉非竞争性抑制（抑制剂结合酶或酶素通过抑制细菌细胞壁合成酶，实-底物复合物的其他位点）和反竞争现其抗菌作用性抑制（仅结合酶底物复合物）-酶激活剂酶激活剂可通过多种方式提高酶活性结合并稳定酶的活性构象、移除抑制剂、提供缺失的辅因子或辅酶例如，某些金属离子（如、、）是Mg²⁺Zn²⁺Ca²⁺许多酶的必需激活因子；胰酶原被肠激酶水解切除一段肽链后，转变为具有活性的胰蛋白酶辅酶和辅因子辅酶定义金属辅因子辅基的作用辅酶是参与酶催化反应但不是蛋白质成分的有许多酶需要金属离子作为辅因子，这些金属离辅基（包括辅酶和金属辅因子）提供酶蛋白本机分子，通常源自维生素辅酶可作为底物的子可能直接参与催化过程或帮助维持酶的活性身缺乏的化学官能团，拓展了酶的催化能力功能团转移者（如、、构象常见的金属辅因子包括锌（，如碳例如，在氧化还原反应中起电子ATP NAD+/NADH Zn²⁺NAD⁺/NADH、辅酶）或形成酶的活性中心必酸酐酶）、铁（，如细胞色素）、铜传递载体作用；作为高能磷酸键供体参与FAD/FADH₂A Fe²⁺/Fe³⁺ATP要组分（如生物素、硫胺素焦磷酸）（，如酪氨酸酶）、镁（，如激酶）多种生物合成反应；维生素（硫胺素）衍生Cu²⁺Mg²⁺B₁和钾（，如丙酮酸激酶）物在酮酸脱羧反应中起核心作用K⁺α-代谢概述10³酶促反应数量人体内每时每刻发生成千上万种酶促反应，构成复杂的代谢网络所有这些反应都高度协调，确保细胞和组织的正常功能36ATP产量一个葡萄糖分子通过有氧代谢完全氧化可产生约36个ATP分子，体现了能量转换的高效性有氧代谢的主要阶段包括糖酵解、丙酮酸脱氢、柠檬酸循环和氧化磷酸化2000每日葡萄糖消耗成年人大脑每天约消耗120克葡萄糖，占体内总葡萄糖消耗的20%左右全身总计约消耗2000卡路里能量维持基本生命活动40%能量转换效率生物体将食物能量转化为ATP的效率约为40%，远高于许多人造能量转换系统其余60%以热能形式散失，有助于维持体温代谢是指生物体内发生的所有化学反应的总和，包括分解代谢（将复杂分子分解为简单分子，释放能量）和合成代谢（利用能量合成复杂分子）代谢途径通常由一系列连续的酶促反应组成，每个反应的产物作为下一个反应的底物这些途径相互连接，形成复杂的代谢网络糖酵解途径第一阶段投资1糖酵解的前半部分是能量投资阶段，消耗个将葡萄糖磷酸化并转化为果糖二磷酸关2ATP-1,6-键酶包括己糖激酶（第一步，葡萄糖葡萄糖磷酸）和磷酸果糖激酶（第三步，果糖磷酸→-6--6-果糖二磷酸），后者是糖酵解的重要限速酶→-1,6-第二阶段裂解2果糖二磷酸在醛缩酶的作用下裂解为两个三碳化合物二羟丙酮磷酸和甘油醛磷酸二-1,6--3-羟丙酮磷酸在三磷酸异构酶的催化下转化为甘油醛磷酸，最终形成两分子甘油醛磷酸继续-3--3-参与后续反应第三阶段回收3糖酵解的后半部分是能量回收阶段两分子甘油醛磷酸经过一系列反应转化为两分子丙酮酸-3-，同时产生个和个此阶段的关键酶包括甘油醛磷酸脱氢酶（产生）和4ATP2NADH-3-NADH磷酸甘油酸激酶（产生，底物水平磷酸化）ATP最终产物4在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体被进一步氧化；在无氧条件下，丙酮酸可被转化为乳酸（动物细胞）或乙醇和二氧化碳（酵母细胞）这些无氧过程可再生，使糖酵解在无氧条件下仍NAD⁺能持续进行，但能量产率较低柠檬酸循环进入循环柠檬酸合成1丙酮酸经丙酮酸脱氢酶复合物脱羧并与辅酶结乙酰与草酰乙酸结合形成柠檬酸，此反应由A CoA合，形成乙酰，同时释放并生成2柠檬酸合成酶催化CoA CO₂NADH底物水平磷酸化氧化和脱羧4琥珀酰转化为琥珀酸，产生或，柠檬酸经过一系列氧化脱羧反应，生成酮戊二CoA GTPATPα-3之后经过氧化反应再生草酰乙酸酸并产生和NADH CO₂柠檬酸循环（又称三羧酸循环或克雷布斯循环）是有氧代谢的中心环节，在线粒体基质中进行每一个葡萄糖分子通过糖酵解产生的两个丙酮酸分子，最终在柠檬酸循环中完全氧化为，同时产生能量载体（、）和少量的CO₂NADH FADH₂GTP在一个完整的循环中，一分子乙酰被氧化产生个、个、个和个柠檬酸循环不仅是分解代谢的关键途径，也是许多合成代CoA3NADH1FADH₂1GTP2CO₂谢途径的中转站，为脂肪酸、氨基酸和激素合成提供前体分子循环中的多个中间产物可作为调节点，对整个代谢网络进行精细调控氧化磷酸化电子传递链化学渗透耦合能量效率电子传递链位于线粒体内膜上，由四个根据的化学渗透理论，质子在膜通过电子传递链可产生约个Mitchell NADH

2.5主要复合体（、、、）和两个电子两侧形成的浓度差（质子动力势）驱动，而则产生约个一I IIIII IVATP FADH₂

1.5ATP载体（辅酶和细胞色素）组成从合成酶（复合体）将和无机磷个葡萄糖分子完全氧化（包括糖酵解、Q cATP VADP和传递来的高能电子沿着酸结合成质子沿着浓度梯度通过柠檬酸循环和氧化磷酸化）可产生约NADH FADH₂ATP30-复合体依次传递，释放的能量用于将质合成酶的通道重新进入基质，释放个，显示了有氧呼吸的高能量效ATP32ATP子（）从基质泵入膜间隙，形成质子的能量驱动合成率氧作为电子传递链的最终受体，被H⁺ATP梯度还原为水糖异生定义与意义糖异生是从非糖物质（如乳酸、丙酮酸、甘油和大部分氨基酸）合成葡萄糖的代谢途径它在维持血糖水平方面起关键作用，特别是在禁食、剧烈运动或低碳水化合物饮食期间，保证大脑和红细胞等严重依赖葡萄糖的组织获得充足能量主要底物糖异生的主要底物包括乳酸（来自肌肉无氧糖酵解）、丙氨酸（来自肌肉蛋白质分解）、甘油（来自脂肪分解）和其他氨基酸这些底物在肝脏中转化为丙酮酸或进入三羧酸循环的中间体，最终合成葡萄糖关键酶糖异生不是糖酵解的简单逆转，而是通过特定的酶催化反应绕过糖酵解的不可逆步骤关键酶包括丙酮酸羧化酶（丙酮酸草酰乙酸）、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（草酰乙酸磷→→酸烯醇丙酮酸）、果糖二磷酸酶和葡萄糖磷酸酶-1,6--6-调节机制糖异生与糖酵解在代谢上相互拮抗，受到精细调控当血糖低时，胰高血糖素促进糖异生；当血糖高时，胰岛素抑制糖异生肾上腺素、糖皮质激素也可激活糖异生调节主要通过影响关键酶的活性和表达实现，如果糖异生调控失调可导致糖尿病等疾病脂肪酸代谢脂肪酸分解能量产量脂肪酸合成脂肪酸氧化是脂肪酸脂肪酸是高效的能量来脂肪酸合成在细胞质中β-分解的主要途径，发生源以棕榈酸（碳）进行，由脂肪酸合成酶16在线粒体基质中长链为例，一个完整的氧复合物催化，利用乙酰β-脂肪酸首先在细胞质中化过程产生个乙酰和丙二酰作为8CoA CoA被活化形成脂酰，、个和个底物，作为还CoA CoA7NADH7NADPH然后通过肉毒碱穿梭系，这些产物通过原剂与氧化不同，FADH₂β-统转运入线粒体氧柠檬酸循环和氧化磷酸合成过程从开始逐步β-C2化过程中，脂酰的化进一步氧化，最终产延长碳链，每个循环增CoA碳链从末端开始，每次生约个，能量加两个碳原子脂肪酸106ATP循环缩短两个碳原子，密度远高于碳水化合物合成途径受胰岛素激活产生乙酰、，而在禁食状态下被抑CoA NADH和制FADH₂氨基酸代谢氮平衡1蛋白质摄入与分解的平衡状态转氨基作用2氨基转移到酮酸上形成新氨基酸α-去氨基作用3氨基酸氨基移除形成酮酸和氨α-尿素循环4肝脏解毒氨，形成尿素排出体外氨基酸代谢是蛋白质合成与分解的核心环节人体必需氨基酸（成人种）无法合成，必须从食物中获取，而非必需氨基酸可由其他氨基酸或中间代谢物合成氨基9酸分解产生的碳骨架可转化为葡萄糖（糖原性氨基酸）或酮体（酮原性氨基酸），而氨基则通过尿素循环转化为尿素排出体外转氨基作用是氨基酸代谢的重要过程，由转氨酶催化，通常使用酮戊二酸作为氨基接受者，生成谷氨酸谷氨酸可通过谷氨酸脱氢酶释放氨，或通过谷氨酰胺合成α-酶形成谷氨酰胺，作为氨的临时储存和运输形式肝脏尿素循环是氨基酸代谢的最终废物处理系统，包括一系列在细胞质和线粒体之间进行的反应核苷酸代谢从头合成补救途径从头合成（合成）是指从简补救途径是通过回收已存在的核苷酸de novo单前体分子开始合成核苷酸的途径、核苷或碱基来合成核苷酸的代谢途嘌呤核苷酸从磷酸核糖焦磷酸（径，能量效率远高于从头合成核苷）开始合成，通过一系列酶催酸激酶可将核苷磷酸化为核苷酸；PRPP化步骤逐步构建嘌呤环；嘧啶核苷酸可将次黄嘌呤和鸟嘌呤结合HGPRT则从天冬氨酸和碳酸氢铵开始，先形形成核苷酸缺陷导致PRPP HGPRT成嘧啶环，然后与核糖磷酸结合莱希尼汉综合征，表现为高尿酸血症-和神经系统异常核苷酸降解核苷酸降解首先去除磷酸基团形成核苷，然后水解糖苷键释放碱基嘌呤碱基最终降解为尿酸，在大多数哺乳动物中可进一步氧化为尿囊素；人类缺乏尿酸氧化酶，尿酸直接排出体外嘧啶碱基则降解为氨基异丁酸、氨和二氧化碳β-。