氨基酸代谢生物化学.ppt

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1、,生物化学 多媒体课件试用版,第七章 氨基酸代谢（Amino Acid Metabolism）,Biochemistry DepartmentDepartment of Basic Medical SciencesHangzhou Normal UniversityGuyisheng,Department of Biochemistry,2,2023/10/2,第一节 蛋白质的营养作用,一、蛋白质营养的重要性维持组织细胞的生长、修补和更新参与多种生命活动氧化供能（17.2kJ/g 或 4.1kcal/g）,Department of Biochemistry,3,2023/10/2,二、氮平衡

2、（nitrogen balance）,概念、意义三种类型 摄入氮 排出氮总平衡（正常成人）正平衡（儿童、孕妇等）负平衡（饥饿、消耗性疾病）,Department of Biochemistry,4,2023/10/2,最低需要量：3050g/天营养学会推荐：80g/天四、蛋白质的营养价值必需氨基酸（essential amino acid）概念 种类营养价值的标准蛋白质互补,三、蛋白质的生理需要量,Department of Biochemistry,5,2023/10/2,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败,一、蛋白质的消化（一）胃中的消化胃蛋白酶原的激活胃酸激活 自身激活,胃蛋白酶的作用分解

3、蛋白质（多肽、少量氨基酸）凝乳作用（乳儿重要）,胃蛋白酶原,胃蛋白酶,Department of Biochemistry,6,2023/10/2,（二）小肠中的消化,胰酶（胰液中）内肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等外肽酶：羧基肽酶A、羧基肽酶B等 产物：氨基酸、寡肽 酶原激活（肠激酶激活、自身激活）、意义寡肽酶（小肠粘膜细胞刷状缘、胞液中）氨基肽酶、二肽酶等 产物：氨基酸,水解作用,激活图,专一性,胰酶激活,Department of Biochemistry,7,2023/10/2,二、氨基酸的吸收,（一）氨基酸吸收载体载体蛋白（carrier protein）中性氨基酸载体（为主）

4、碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸和甘氨酸载体氨基酸载体与氨基酸、Na+组成三联体,部位：小肠为主（小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞、肌细胞等）主动吸收：消耗ATP,图示,Department of Biochemistry,8,2023/10/2,（二）r-谷氨酰基循环（r-glutamyl cycle）,通过谷胱甘肽起作用分布小肠粘膜细胞、肾小管细胞、脑细胞等消耗能量（3分子ATP）关键酶：r-谷氨酰基转移酶（三）肽的吸收耗能的主动转运过程吸收二肽、三肽（需载体蛋白）,r-GT,Department of Biochemistry,9,2023/10/2,三、蛋白质的腐败作用（putrefa

5、ction）,概念肠道细菌对蛋白质及其消化产物所起的作用称为腐败作用生成物质：胺类、氨、其他有害物等去路：随粪便排出（大部分）吸收，经肝转化解毒（小部分）细菌可产生少量脂酸、维生素等,Department of Biochemistry,10,2023/10/2,氨基酸脱羧基生成胺类，如：组氨酸组胺 赖氨酸尸胺 色氨酸色胺 酪氨酸酪胺 注：假神经递质与肝昏迷有关,（二）氨的生成氨基酸脱氨基尿素水解,（三）其他有害物质的生成苯酚、吲哚、甲基吲哚、H2S等,（一）胺类的生成,假递质,Department of Biochemistry,11,2023/10/2,第三节 氨基酸的一般代谢,一、体内蛋

6、白质的分解降解量：每天12蛋白质寿命：半寿期表示（t1/2）（half-life）肝内蛋白的t1/2：18天 血浆蛋白的t1/2：10天 结缔组织蛋白的t1/2：180天有关酶类：蛋白酶、肽酶等,Department of Biochemistry,12,2023/10/2,蛋白质降解途径,溶酶体：不依赖 ATP 的过程降解外来蛋白质、膜蛋白、长寿命胞内蛋白质蛋白酶体：依赖 ATP 和泛素的过程蛋白酶体存在于胞液和细胞核降解异常蛋白、短寿命蛋白泛素：76个氨基酸残基（8.5kD）泛素与蛋白质结合泛素化蛋白酶体参与蛋白质降解,泛素化,Department of Biochemistry,13,2

7、023/10/2,二、氨基酸代谢库（metabolic pool）,Department of Biochemistry,14,2023/10/2,氨基酸代谢库图示,Department of Biochemistry,15,2023/10/2,三、氨基酸的脱氨基作用,脱氨基方式转氨基氧化脱氨基联合脱氨基（主要方式）非氧化脱氨基脱氨基的产物：氨、-酮酸,氨基酸分解代谢的主要途径,Department of Biochemistry,16,2023/10/2,（一）转氨基作用（transamination）,概念、基本过程在转氨酶的催化下，某一氨基酸的氨基转移到另一种-酮酸的酮基上，生成相应的氨

8、基酸；原来的氨基酸则转变为-酮酸反应可逆，平衡常数接近1大多数氨基酸都可以参与转氨基（赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸例外）以L-谷氨酸和-酮酸之间的转氨基最重要,图示,Department of Biochemistry,17,2023/10/2,转氨基作用的机制,转氨酶（aminotransferase）及临床意义谷丙转氨酶（GPT）（丙氨酸转氨酶 ALT）谷草转氨酶（GOT）（天冬氨酸转氨酶 AST）转氨基机制辅酶：磷酸吡哆醛（及磷酸吡哆胺）（含VitB6）生理作用与局限性,机制,分布表,Department of Biochemistry,18,2023/10/2,（二）氧化脱氨基作用（L-谷

9、氨酸氧化脱氨基作用）,多种氨基酸氧化酶（D型、L型）L-谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氨基概念与基本过程 在谷氨酸脱氢酶的催化下，谷氨酸脱氢生成亚谷氨酸，然后水解生成-酮戊二酸和氨辅酶：NAD+（或NADP+）生理作用与局限性,谷氨酸,氧化酶,Department of Biochemistry,19,2023/10/2,（三）联合脱氨基作用,1、转氨基与L-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基2、嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle）,联合脱氨基,概念与基本过程 氨基酸首先与-酮戊二酸在转氨酶作用下生成-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再经L-谷氨酸脱氢酶作用，脱氨基生成-酮戊二酸,生理作用（1

10、）体内脱氨基的主要方式（2）反应可逆，是合成非必需氨基酸的主要途径,Department of Biochemistry,20,2023/10/2,嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle）,原因：骨骼肌、心肌中谷氨酸脱氢酶活性低生理作用（重要性）心肌、骨骼肌中氨基酸脱氨基的主要方式反应过程（另一种形式的联合脱氨基作用）,核苷酸循环,附：非氧化脱氨基,Department of Biochemistry,21,2023/10/2,四、氨基酸碳链骨架(-酮酸)的代谢,（一）氨基化生成非必需氨基酸（二）转变为糖及脂类同位素标记实验的证明生糖氨基酸、生酮氨基酸、生糖兼生酮氨基酸

11、酮酸的代谢中间物质丙酮酸、三羧酸循环中间物等乙酰CoA、乙酰乙酰CoA等（三）氧化供能,分类表,Department of Biochemistry,22,2023/10/2,第四节 氨的代谢,概况：氨的毒性一、氨的来源,氨基酸分解代谢产NH3（主要来源）胺类分解、核苷酸分解等（少量）（RCH2NH2RCHO+NH3）肠道吸收的NH3（血氨的重要来源）肠道细菌分解氨基酸、尿素等NH3的吸收与肠道pH有关肾小管上皮细胞产生的NH3,Department of Biochemistry,23,2023/10/2,二、氨的去路,1、合成尿素（主要去路）2、合成谷氨酰胺（氨的转运形式之一，运至肾脏以铵

12、盐形式排出）（NH3+H+NH4+）3、合成某些非必需氨基酸（以及嘌呤、嘧啶）等（通过脱氨基作用的逆过程）,Department of Biochemistry,24,2023/10/2,三、氨的转运,（一）丙氨酸葡萄糖循环(alanine-glucose cycle)（二）谷氨酰胺的运氨作用,丙葡循环,基本过程NH3与丙酮酸生成丙氨酸（肌）丙氨酸运至肝脏（血液）丙氨酸脱下NH3，生成丙酮酸（NH3合成尿素）（肝）丙酮酸异生成葡萄糖，运至肌组织，再生成丙酮酸肌肉中的氨以丙氨酸形式运至肝，肝又为肌组织提供葡萄糖,Department of Biochemistry,25,2023/10/2,（二

13、）谷氨酰胺生成以及运氨作用,脑、骨骼肌向肝、肾转运NH3谷氨酰胺的生成与分解谷氨酰胺的作用：氨的解毒产物氨的储存和运输形式合成蛋白质参与嘌呤、嘧啶等的合成,谷酰生成,附：天冬酰胺,谷氨酰胺生成是体内NH3的重要去路之一,Department of Biochemistry,26,2023/10/2,四、尿素的生成,尿素合成的器官：肝（为主）（实验）鸟氨酸循环学说（ornithine cycle）（urea cycle）（Krebs-Henseleit cycle）（肝薄片培养与同位素标记实验）鸟氨酸循环的基本过程,基本反应式 2NH3+CO2NH2-CO-NH2（尿素）,Department

14、of Biochemistry,27,2023/10/2,鸟氨酸循环的具体步骤,细胞定位：线粒体、胞液步骤：1、氨基甲酰磷酸的合成（线粒体）2、瓜氨酸的合成（线粒体）3、精氨酸代琥珀酸的合成（胞液）4、精氨酸的合成（胞液）5、精氨酸水解生成尿素（胞液）,全过程2,步骤,Department of Biochemistry,28,2023/10/2,尿素合成的总反应式,2个氮原子直接或间接来自氨基酸脱氨基消耗4个高能键（表面看3分子ATP）,循环联系,Department of Biochemistry,29,2023/10/2,尿素合成的有关问题,1、氨基甲酰磷酸合成酶、的区别CPS：线粒体

15、尿素合成 细胞分化的指标CPS：胞液 嘧啶合成 细胞增殖的指标,Department of Biochemistry,30,2023/10/2,尿素合成的调节,食物蛋白质的影响（促进作用）CPS的调节（AGA、精氨酸的促进作用）精氨酸代琥珀酸合成酶（限速酶）的调节高血氨症与氨中毒,血氨,Department of Biochemistry,31,2023/10/2,第五节 个别氨基酸的代谢,一、脱羧基作用（decarboxylation）产物；胺类、CO2意义：生成特殊的胺类，具有重要的生理功能酶：氨基酸脱羧酶 辅酶：磷酸吡哆醛（含Vit B6）,Department of Biochemis

16、try,32,2023/10/2,代谢途径：,氨基酸（部分）,Department of Biochemistry,33,2023/10/2,（一）r-氨基丁酸（r-aminobutyric acid,GABA）,谷氨酸脱羧酶在脑、肾组织中活性较高GABA是抑制性神经递质,Department of Biochemistry,34,2023/10/2,（二）牛磺酸（taurine）,牛磺酸是结合胆汁酸的成分脑内含牛磺酸也较多,Department of Biochemistry,35,2023/10/2,（三）组胺（histamine）,是强烈的血管扩张剂，与创伤性休克、炎症等有关肥大细胞中含

17、量高（乳腺、肺、肝、肌、胃粘膜等）能刺激胃蛋白酶及胃酸分泌,Department of Biochemistry,36,2023/10/2,（四）5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）,脑内的5-HT，抑制性神经递质外周的5-HT，具有缩血管作用类癌患者的尿中5-羟吲哚乙酸（5-HT的代谢产物）排出增多,Department of Biochemistry,37,2023/10/2,（五）多胺（polyamines）,包括腐胺、精脒、精胺等以鸟氨酸、SAM为原料，鸟氨酸脱羧酶是限速酶精脒、精胺是调节细胞生长的重要物质（稳定细胞结构，增强核酸、蛋白质合成）临床意义（癌瘤病

18、人的血、尿中多胺含量测定）,多胺,Department of Biochemistry,38,2023/10/2,二、一碳单位的代谢,一碳单位（one carbor unit）概念某些氨基酸分解代谢过程中产生的含一个碳原子的基团种类；甲基、甲烯基（亚甲基）、甲炔基（次甲基）、甲酰基、亚氨甲基辅酶（运载体）：四氢叶酸（FH4）,四氢叶酸,Department of Biochemistry,39,2023/10/2,一碳单位的生成与互变,主要来源：丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸 代谢一碳单位的生理意义嘌呤、嘧啶合成的原料（与核酸、蛋白质相关）联系氨基酸代谢与核酸代谢一碳单位代谢障碍，可引起巨幼红

19、细胞贫血磺胺药、甲氨蝶呤等药物干扰叶酸、四氢叶酸的合成，发挥抗菌、抗肿瘤作用,生成与互变,一碳生成,Department of Biochemistry,40,2023/10/2,三、含硫氨基酸代谢,包括甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸（一）甲硫氨酸（蛋氨酸）的代谢1、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）形成与转甲基作用SAM：活性甲硫氨酸 体内最重要的甲基供体参与：肾上腺素、肌酸、肉碱、胆碱等的合成 DNA、RNA的甲基化反应,SAM生成,Department of Biochemistry,41,2023/10/2,2、甲硫氨酸循环（methionine cycle）,概念与基本过程：（与一碳单位代谢相联

20、系）生理意义：利用N5-CH3-FH4供给甲基，通过SAM，进行广泛的甲基化反应,蛋氨酸循环,附：同型半胱氨酸能损伤血管内皮，与粥样硬化有关,使FH4再生生成甲硫氨酸,转甲基酶催化，Vit B12参与,Department of Biochemistry,42,2023/10/2,3、肌酸的合成,合成器官：肝（为主），还有肌、脑合成原料：甘氨酸、精氨酸、SAM肌酸激酶（CPK）：三种同工酶MM（骨骼肌）、MB（心肌）、BB（脑）（心肌梗塞，血中MB升高）肌酸代谢的意义：磷酸肌酸：能量贮存肌酐测定：检查肾功能,肌酸合成,Department of Biochemistry,43,2023/10/

21、2,（二）半胱氨酸和胱氨酸的代谢,半胱氨酸和胱氨酸两者互变维持蛋白质结构（含巯基，形成二硫键）,谷胱甘肽,巯基酶,巯基酶的活性（毒物，如重金属盐）谷胱甘肽合成（GSH）及功用,Department of Biochemistry,44,2023/10/2,PAPS的功能（转硫酸基作用）参与生物转化参与硫酸软骨素、硫酸角质素等合成,（三）硫酸根的代谢,PAPS（活性硫酸根）的生成,Department of Biochemistry,45,2023/10/2,儿茶酚胺,分解代谢,遗传病,四、芳香族氨基酸的代谢,1、合成儿茶酚胺类2、合成黑色素、甲状腺激素等3、分解代谢：生成延胡索酸、乙酰乙酸4、

22、代谢缺陷（白化病、苯丙酮酸尿症等）,总图,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢苯丙氨酸羟化生成酪氨酸,Department of Biochemistry,46,2023/10/2,（二）色氨酸的代谢,1、生成5-羟色胺（5-HT）2、生成一碳单位3、生成尼克酰胺（Vit PP）等4、分解代谢：生成丙酮酸、乙酰乙酰CoA,代谢图,Department of Biochemistry,47,2023/10/2,五、支链氨基酸的代谢,附表：氨基酸的衍生物,主要在骨骼肌中进行,衍生物,Department of Biochemistry,48,2023/10/2,一氧化氮（NO）生成,NO：参与信号转导神经

23、递质、血液调节物质激活可溶性鸟苷酸环化酶受体通过cGMP蛋白激酶G信息转导途径,Department of Biochemistry,49,2023/10/2,蛋白水解酶的激活示意图,Department of Biochemistry,50,2023/10/2,胰蛋白酶,胰酶的激活图解,糜蛋白酶,弹性蛋白酶,羧基肽酶（A及B）,Department of Biochemistry,51,2023/10/2,蛋白质多肽链,蛋白水解酶作用示意图,Department of Biochemistry,52,2023/10/2,蛋白水解酶作用专一性表,Department of Biochemist

24、ry,53,2023/10/2,氨基酸的吸收示意图,载体,Department of Biochemistry,54,2023/10/2,r-谷氨酰基循环,Department of Biochemistry,55,2023/10/2,假神经递质的生成,Department of Biochemistry,56,2023/10/2,依赖ATP和泛素 降解异常蛋白和短寿蛋白质,泛素(ubiquitin),76个氨基酸组成的多肽(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守,蛋白质在蛋白酶体被降解,Department of Biochemistry,57,2023/10/2,泛素与选择

25、性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活,即泛素化，包括三种酶参与的3步反应，并需消耗ATP。蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解。,泛素介导的蛋白质降解过程,Department of Biochemistry,58,2023/10/2,泛素化,Department of Biochemistry,59,2023/10/2,蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质。,Department of Biochemistry,60,2023/10/2,Department of Biochemistry,61,2023/10/2,泛素介导的蛋白质降解过程图示,De

26、partment of Biochemistry,62,2023/10/2,ALT（GPT）和AST（GOT）催化的反应,Department of Biochemistry,63,2023/10/2,转氨酶的分布,Department of Biochemistry,64,2023/10/2,转氨基作用的机制,Department of Biochemistry,65,2023/10/2,L-氨基酸氧化酶催化脱氨基,存在于肝、肾组织,Department of Biochemistry,66,2023/10/2,L-谷氨酸氧化脱氨基作用图解,谷氨酸脱氢酶：变构酶（6个相同亚基）GTP、ATP

27、 变构抑制剂GDP、ADP 变构激活剂,Department of Biochemistry,67,2023/10/2,转氨基与L-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基（图解）,Department of Biochemistry,68,2023/10/2,嘌呤核苷酸循环（图解）,Department of Biochemistry,69,2023/10/2,（四）非氧化脱氨基作用,脱水脱氨基丝氨酸丙酮酸NH3脱硫化氢脱氨基半胱氨酸丙酮酸NH3直接脱氨基天冬氨酸延胡索酸NH3,Department of Biochemistry,70,2023/10/2,生糖、生酮氨基酸,Department of Bi

28、ochemistry,71,2023/10/2,丙氨酸葡萄糖循环（图解）,Department of Biochemistry,72,2023/10/2,谷氨酰胺的生成与分解,脑、肌,肝、肾,Department of Biochemistry,73,2023/10/2,天冬酰胺的生成及意义,天冬酰胺的生成：（谷氨酰胺提供酰胺基）天冬氨酸谷氨酰胺天冬酰胺谷氨酸天冬酰胺的水解：天冬酰胺酶的应用及意义,Department of Biochemistry,74,2023/10/2,鸟氨酸循环的步骤（1）,Department of Biochemistry,75,2023/10/2,鸟氨酸循环的步

29、骤（2）,Department of Biochemistry,76,2023/10/2,鸟氨酸循环全过程,Department of Biochemistry,77,2023/10/2,鸟氨酸循环全过程（2）,Department of Biochemistry,78,2023/10/2,鸟氨酸循环与三羧酸循环的联系,Department of Biochemistry,79,2023/10/2,多胺的合成（图解）,鸟氨酸脱羧酶,Department of Biochemistry,80,2023/10/2,四氢叶酸的生成与结构,Department of Biochemistry,81,2

30、023/10/2,一碳单位与四氢叶酸,Department of Biochemistry,82,2023/10/2,一碳单位与氨基酸代谢,Department of Biochemistry,83,2023/10/2,一碳单位与氨基酸代谢(2),Department of Biochemistry,84,2023/10/2,一碳单位的生成与互变,Department of Biochemistry,85,2023/10/2,SAM的生成与甲基化反应,Department of Biochemistry,86,2023/10/2,甲硫氨酸循环,转甲基酶,Department of Bioche

31、mistry,87,2023/10/2,附：同型半胱氨酸的代谢去路,（甲硫氨酸是生糖氨基酸）,三羧酸循环（糖代谢途径）,Department of Biochemistry,88,2023/10/2,肌酸合成与代谢图示,Department of Biochemistry,89,2023/10/2,巯基酶的抑制及复活,Department of Biochemistry,90,2023/10/2,等等,谷胱甘肽及其功能,由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸合成含巯基（功能基团）具有多种生物学功能保护酶分子中的巯基具有抗氧化作用参与生物转化,Department of Biochemistry,91,20

32、23/10/2,苯丙氨酸与酪氨酸代谢（图解）,Department of Biochemistry,92,2023/10/2,儿茶酚胺生成,神经组织、肾上腺髓质中,Department of Biochemistry,93,2023/10/2,黑色素生成,黑色素细胞中,Department of Biochemistry,94,2023/10/2,酪氨酸分解代谢,Department of Biochemistry,95,2023/10/2,氨基酸代谢缺陷病,Department of Biochemistry,96,2023/10/2,色氨酸代谢途径,Department of Biochemistry,97,2023/10/2,氨基酸衍生的重要含氮化合物,Department of Biochemistry,98,2023/10/2,Good by!,