生物化学简明教程第四版11氨基酸代谢.ppt

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1、第十一章 蛋白质的降解和氨基酸代谢,第一节 蛋白质的酶促降解,人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降解。,蛋白质的最低生理需要量,在糖和脂肪等物质充分供应的条件下，为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白质的量，称为蛋白质的最低生理需要量。成人每日最低蛋白质需要量为3050g我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,（一）真核细胞中存在两条不同的降解途径：1.不依赖ATP的降解途径：在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。,一、体内蛋白质的降解,2.依赖ATP和泛素的降解途径：在胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质

2、。需ATP和泛素参与泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。,蛋白酶复合体模型图,真核细胞蛋白质降解机制,（二）蛋白质水解酶,（1）内肽酶（蛋白酶，肽链内切酶）形成各种短肽,（2）端肽酶（肽酶）,羧肽酶氨肽酶二肽酶,（三）蛋白质酶促降解,需内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用,蛋白质,多肽,AA,合成新蛋白质,消化道内几种蛋白酶的专一性,二、氨基酸代谢库,食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolic pool)。,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,氨基酸

3、的分解代谢概况,第二节 氨基酸的分解与转化,一、脱氨基作用,氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用氨基酸主要通过五种方式脱氨基 氧化脱氨基 非氧化脱氨基 脱酰胺作用 转氨基作用 联合脱氨基,氧化脱氨基作用,定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。,氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。,AA氧化酶的种类 L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，

4、以NAD+或NADP+为辅酶。,还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。（在微生物中个别AA进行,但不普遍）,非氧化脱氨,例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA),上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。,氨基酸的脱酰胺作用,指-AA和酮酸之间氨基的转移作用，-AA的-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。,（四）转氨基作用,转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。除Lys，Pro外，均可参加转氨基作用。各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆

5、醛(胺)为辅酶。,（五）联合脱氨基（动物组织主要采取的方式）,由于转氨基作用不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基作用与氧化脱氨基作用联合在一起才能迅速脱氨，这种作用就称为联合脱氨作用。,二、脱羧基作用,脱羧基作用(decarboxylation),氨基酸脱羧酶,氨基酸,胺类,RCH2NH2,+CO2,磷酸吡哆醛,由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。,主要讲Tyr代谢与黑色素形成问题,Tyr酶,聚合,黑色素,动物,植物,激素,生物碱,多巴,多巴醌,三、

6、氨基酸的羟化作用,多巴胺,Tyr酶,多巴,多巴醌,帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。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(albinism)。,2023/10/21,26,1、氨的转运（1）以谷氨酰胺形式转运（2）以丙氨酸的形式转运,四、氨的排泄,2023/10/21,27,2023/10/21,28,氨的去路：合成酰胺、合成氨基酸、合成Pu，合成Py，但绝大部分是排到体外。,2023/10/21,29,NH4+,Uric acid,Urea,2023/10/21,30,2023/10

7、/21,31,1932,德国学者Hans Krebs提出尿素循环(urea cycle)或鸟氨酸循环(ornithine cycle)。,2、尿素的合成尿素循环,2023/10/21,32,2023/10/21,33,（1）氨基甲酰磷酸的合成此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoyl phosphate synthetase-,CPS-）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。,NH3+CO2,H2O+2ATP,2ADP+Pi,氨基甲酰磷酸合成酶,AGA，Mg2+,氨基甲酰磷酸,=,2023/10/21,34,在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（

8、ornithine carbamoyl trans-ferase,OCT）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。,(2)瓜氨酸的合成,2023/10/21,35,转运至胞液的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosuccinate synthetase)催化下，消耗能量合成精氨酸代琥珀酸。,(3)精氨酸代琥珀酸的合成,限速酶,2023/10/21,36,在胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶(arginino-succinate lyase)催化，将精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。,（4）精氨酸代琥珀酸的裂解,2023/10/21,37,在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解

9、生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。,（5）精氨酸的水解,2023/10/21,38,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,2023/10/21,39,总方程式,2023/10/21,40,1、受底物浓度的调控 2、氨甲酰磷酸合成酶 I：别构激活剂：N-乙酰谷氨酸 N-乙酰谷氨酸合酶激活剂：谷氨酸,3.尿素循环的调控,2023/10/21,41,2023/10/21,42,2023/10/21,43,4.高氨血症和氨中毒,血氨浓度升高称高氨血症(hyperammonemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。,高氨血症

10、时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)。,2023/10/21,44,TAC,脑供能不足,脑内-酮戊二酸,氨中毒的可能机制,2023/10/21,45,1合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行；2合成一分子尿素需消耗4分子ATP；3精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；4尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。,尿素合成的特点,2023/10/21,46,五、AA碳骨架的去路（AA脱氨基的意义）,（1）AA分解产生5种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解。五种产物为：乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸（2）再合成AA,2

11、023/10/21,47,（3）转变成糖和脂肪 生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的AA。（Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val）凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的AA均能通过乙酰CoA转变成脂肪。转变成酮体 生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、-丁酸的AA（Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中）,2023/10/21,48,2023/10/21,49,氨同化氨基酸的合成,第三节 氨的同化及氨基酸的生物合成,2023/10/21,50,一、氨的同化,定义：生物体将无机态的氨转化为含氮有机化合

12、物的过程（N素亦称生命元素）生物体N的来源食物来源的N（食物中的蛋白质和氨基酸）：人和动物的N源生物固N（某些微生物和藻类通过体内固氮酶系的作用将分子氮转变成氨的过程，1862年发现）,2023/10/21,51,氨同化的途径谷AA的形成途径氨甲酰磷酸形成途径,硝酸还原酶,NO2-,亚硝酸还原酶,NH3,AA,Pr,其它含N化合物,3.硝酸还原生成（植物体中的N源）,NO3-,2023/10/21,52,1.谷AA脱氢酶（细菌）,NH3 谷AA 其它AA,谷AA合成途径,2023/10/21,53,谷氨酰胺(贮存了氨）可做为NH3的供体将其转移,2.谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）,202

13、3/10/21,54,+2H,2,谷AA合酶,+,2023/10/21,55,氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物）,原料：NH3 CO2 ATP,1 氨甲酰激酶,NH3+CO2+ATP,Mg2+,氨甲酰磷酸,2 氨甲酰磷酸合成酶,NH3+CO2+2ATP,Mg2+,辅因子,在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨来的。,2023/10/21,56,主要通过转氨基作用,AA-R1,-酮酸R1,转氨酶,AA-R2,-酮酸R2,许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换站”，先转变成Glu再合成其它AA。,二、氨基酸的合成,2023/10/21,57,2

14、023/10/21,58,2023/10/21,59,包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu),共同碳架：EMP中的丙酮酸,-,COOH,CH3,CHNH2,-,-,谷丙转氨酶,+,+,丙酮酸,谷AA,丙AA,-酮戊二酸,丙氨酸族氨基酸的合成,(GPT),2023/10/21,60,2丙酮酸,-酮异戊酸,缩合,CO2,转氨基,缬氨酸,-酮异己酸,亮氨酸,转氨基,-,CH3,C=O,COO-,-,-,CH2,-,CH3,CH3-CH,-,C=O,COOH,-,-,CH3-CH,-酮异戊酸,丙氨酸族其它氨基酸的合成,2023/10/21,61,包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)

15、,甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸,丝氨酸族氨基酸的合成,2023/10/21,62,2023/10/21,63,丝AA+乙酰-CoA O-乙酰丝AA+CoA,O-乙酰丝AA+硫化物 半胱氨酸+乙酸,三种氨基酸的关系,乙醛酸,甘AA,丝AA,半胱AA,3-磷酸甘油酸,转乙酰基酶,提供硫氢基团,半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）,2023/10/21,64,包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、苏(Thr)、甲硫(Met)、异亮(Ile),共同碳架：TCA中的草酰乙酸,+,+,转氨,天冬AA,天冬氨酸族氨基酸的合成,2023/10/21,65,（植，细),动物,天冬

16、酰胺合酶,2023/10/21,66,ATP,ADP,天冬氨酸激酶,CH2,-,C-O-P=O,CHNH2,COOH,-,-,O=,OH,OH,NADPH+H+,NADP+,天冬氨酸激酶,天冬氨酰磷酸,-天冬氨酸半醛,L-高丝氨酸,甲硫氨酸,苏氨酸,异亮氨酸（4个C来自Asp,2个C来自丙酮酸）,-二氨基庚二酸,赖氨酸,CO2,天冬氨酸,天冬氨酸族其它氨基酸的合成,2023/10/21,67,-天冬氨酸半醛,几种氨基酸的关系,2023/10/21,68,包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、羟脯(Hyp)、精(Arg),共同碳架：TCA中的-酮戊二酸,-酮戊二酸,Glu 为

17、还原同化作用,+NH3+NADH,+NAD+H2O,谷AA,脱H酶,（动物和真菌，不普遍）,谷氨酰胺+-酮戊二酸,2谷AA（普遍）,Glu合酶,NADPH+H+NADP+,谷氨酸族氨基酸的合成,2023/10/21,69,由谷AA 脯AA,NAD(P)H,NAD(P)+,ATP,ADP,Mg2+,NADH,NAD+,1/2O2,H,HO,(谷AA),(谷氨酰半醛),(-二氢吡咯-5-羧酸),(脯AA),(羟脯AA),2023/10/21,70,-酮戊二酸,谷AA,谷氨酰胺,脯AA,羟脯AA,鸟AA,瓜AA,精AA,几种氨基酸的关系,2023/10/21,71,组氨酸族和芳香族氨基酸的合成,包括

18、：组AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、苯丙AA(Phe),组AA族碳架：PPP中的磷酸核糖,芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP),NH,CH,N,来自核糖,来自谷氨酰胺的酰胺基,从谷氨酸经转氨作用而来,来自ATP,2023/10/21,72,芳香族氨基酸的关系,色氨酸,若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体，因此芳香族氨基酸合成时相同的一段过程叫莽草酸途径,2023/10/21,73,第五节,Metabolism of Individual Amino Acids,2023/10/21,74,一、氨基酸脱羧基作用,脱羧基作用(decarboxylatio

19、n),三、个别氨基酸的代谢,2023/10/21,75,（一）-氨基丁酸(-aminobutyric acid,GABA),L-谷氨酸,GABA,CO2,L-谷氨酸脱羧酶,GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。,2023/10/21,76,（二）牛磺酸(taurine),牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。,2023/10/21,77,（三）组胺(histamine),组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,2023/10/21,78,（四）5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT),5-HT在脑内作为神经递质，起抑制作用；在外周

20、组织有收缩血管的作用。,2023/10/21,79,（五）多胺(polyamines),鸟氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸(SAM),脱羧基SAM,鸟氨酸脱羧酶,CO2,SAM脱羧酶,CO2,精脒(spermidine),丙胺转移酶,5-甲基-硫-腺苷,精胺(spermine),多胺是调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。,2023/10/21,80,四、一碳单位的代谢,定义,（一）概述,某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。,2023/10/21,81,种类,甲基(m

21、ethyl),-CH3,甲烯基(methylene),-CH2-,甲炔基(methenyl),-CH=,甲酰基(formyl),-CHO,亚胺甲基(formimino),-CH=NH,2023/10/21,82,（二）四氢叶酸是一碳单位的载体,FH4的生成,2023/10/21,83,FH4携带一碳单位的形式,（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,2023/10/21,84,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,（三）一碳单位与氨基酸代谢,2023/10/21,85,（四）一

22、碳单位的互相转变,N10CHOFH4,N5,N10=CHFH4,N5,N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H+,H2O,NADPH+H+,NADP+,NADH+H+,NAD+,NH3,2023/10/21,86,3、来源与互变及利用：,2023/10/21,87,（五）一碳单位的生理功能,作为合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来,2023/10/21,88,五、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,2023/10/21,89,（一）甲硫氨酸的代谢,1.甲硫氨酸与转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),2

23、023/10/21,90,甲基转移酶,RH,RHCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM为体内甲基的直接供体,2023/10/21,91,2.甲硫氨酸循环(methionine cycle),甲硫氨酸,S-腺苷同型 半胱氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,同型半胱氨酸,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,2023/10/21,92,3.肌酸的合成,肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatine phosphate)是能量储存、利用的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒

24、基，SAM提供甲基而合成。肌酸在肌酸激酶的作用下，转变为磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐(creatinine)。,2023/10/21,93,+,目 录,2023/10/21,94,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1.半胱氨酸与胱氨酸的互变,2,2023/10/21,95,2.硫酸根的代谢,含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。,PAPS为活性硫酸，是体内硫酸基的供体,2023/10/21,96,六、芳香族氨基酸的代谢,2023/10/21,97,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,2023/10/21,98,1.儿茶酚胺(catecholam

25、ine)与黑色素(melanin)的合成,2023/10/21,99,帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。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(albinism)。,2023/10/21,100,2.酪氨酸的分解代谢,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。,2023/10/21,101,3.苯酮酸尿症(phenyl keronuria,PKU),体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。,2023/10/21,102,（二）色氨酸代谢,色氨酸,2023/10/21,103,七、支链氨基酸的代谢,支链氨基酸,2023/10/21,104,氨基酸的重要含氮衍生物,2023/10/21,105,