生物化学：第九章 氨基酸代谢.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,目录,第九,章 氨基酸,代谢,Metabolism of Amino Acids,1.,氨基酸的一般代谢,-,氨基酸的脱氨基作用。,2.,氨的代谢,-,氨的解毒,即尿素的生成,(,鸟氨酸循环,),3.,氨基酸脱羧基作用、一碳单位代谢、个别氨基酸代谢及代谢,的先天差错,教学重点,:,1.,肌肉组织中的联合脱氨基作用,2.,鸟氨酸循环与三羧酸循环的内在联系,教学难点,:,一、蛋白质的生理功能,二、氮平衡,三、必需氨基酸的概念,第一节,蛋白质的生理功能和营养价值,Physiological Function and Nutrition Value of Protein,1.,维持细胞组织的生长、更新和修补,3.,氧化供能：也可转变为糖类和脂肪,人体每日,18%,能量由蛋白质提供。,2.,参与体内多个重要生理活动：酶的催化作用和代谢,调节、肌肉蛋白参与运动、抗原抗体参与的免疫反应、,载体参与的物质转运、凝血系统中的凝血因子、某些,激素等,一、体内蛋白质具有多方面的重要功能,氮平衡,(nitrogen balance),摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。,氮平衡情况,进、出氮情况,常见人群,氮的总平衡,摄入氮,=,排出氮,健康成年人,氮的正平衡,摄入氮,排出氮,儿童、青春期青少年、孕妇及恢复期病人,氮的负平衡,摄入氮,排出氮,长期饥饿、消耗性疾病患者,二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述,氮平衡的意义,:,反映体内蛋白质代谢的概况,即合成与分解代谢的总结果,蛋白质的生理需要量,:,成人每日蛋白质最低生理需要量为,30,50g,我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为,80g,1.,营养必需氨基酸（,essential amino acid,）：,是指机体,营养需要而又不能自身合成，必须由食物供应的,氨基酸。,2.,人体内有,8,种,AA,属于营养必需氨基酸,Lys Met Val Ile Leu Trp Phe Thr,其余属营养非必需氨基酸,三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值,3.,蛋白质的营养价值,(nutrition value),：指食物蛋白质在体内的利用率，取决于必需,AA,的数量、种类、量质比。,谷类蛋白质：含赖氨酸较少、色氨酸较多。,豆类蛋白质：含赖氨酸较多、色氨酸较少。,两者混合食用即可提高营养价值,4.,食物蛋白质的互补作用：,营养价值较低的蛋白质混合,食用，其必需,AA,可互相补充，从而提高营养价值。,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败,Digestion,Absorption and Putrefaction,of Proteins,一、外源性蛋白质消化成,氨基酸,和,寡肽,后被吸收,（一）在胃和肠道蛋白质被消化成氨基酸和寡肽,（二）氨基酸通过主动转运过程被吸收,1.,消除食物蛋白质的种属特异性或抗原性，防止毒,性和过敏反应。,2.,使大分子蛋白质变为简单的氨基酸，以便吸收和,用以合成机体自身特有的蛋白质。,（一）在胃和肠道蛋白质被消化成氨基酸和寡肽,蛋白质消化的生理意义,1.,胃蛋白酶,2.,胰液中的蛋白酶,:,对肽键有一定的专一性,-,内肽酶,:,胰蛋白酶、糜蛋白酶和弹性蛋白酶,-,外肽酶,:,羧基肽酶,A,和羧基肽酶,B,蛋白质消化的酶类：,蛋白质水解为氨基酸的过程需,蛋白酶,和,肽酶,的共同作用,3.,小肠黏膜细胞中的氨基肽酶和二肽酶,蛋白质消化的实质,:,在消化道经多种蛋白酶和肽酶的催化作用，水解为,氨基酸,而被吸收。,食物蛋白质,水解酶,胃,多肽及未消化的蛋白质,水解酶,肠,肠黏膜细胞,AA,1,、蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸,胃蛋白酶的最适,pH,为,1.52.5,，对蛋白质肽键的作用特异性较差，主要水解由芳香族氨基酸、甲硫氨酸和亮氨酸所形成的肽键，产物主要为多肽及少量氨基酸。,胃蛋白酶原,胃蛋白酶,+,多肽碎片,胃酸,(pepsinogen),(pepsin),胰液分泌的蛋白酶及其作用：最适,pH7.0,左右,肠液中肠激酶的作用和小肠粘膜细胞的消化作用,2,、蛋白质在小肠被水解成小肽和氨基酸,小肠是蛋白质消化的主要部位,内肽酶,(endopeptidase),水解蛋白质肽链内部的肽键，如胰,蛋白酶、糜蛋白酶及弹性蛋白酶等，对不同,AA,组成的肽键有一,定的专一性。,外肽酶,(exopeptidase),从肽链的羧基末端开始作用，每次水,解出一个,AA,。对不同,AA,组成的肽键也有一定的专一性。如羧基,肽酶,A,和,B,。,产物：氨基酸（,1/3,）及寡肽（,2/3,）,胰液分泌的蛋白酶及其作用,酶 专一性,胃蛋白酶,R,3,=,色,苯丙,丙,酪,亮,R,4,=,任何氨基酸残基,胰蛋白酶,R,3,=,精,赖,R,4,=,任何氨基酸残基,糜蛋白酶,R,3,=,苯丙,酪,色,R,4,=,任何氨基酸残基,弹性蛋白酶,R,3,=,脂肪族氨基酸残基,R,4,=,任何氨基酸残基,氨基肽酶,R,1,=,任何氨基酸残基,R,2,=,除脯氨酸外任何氨基酸残基,羧基肽酶,A R,5,=,任何氨基酸残基,R,6,=,除精,赖,脯外任何氨基酸残基,羧基肽酶,B R,5,=,任何氨基酸残基,R,6,=,精,赖,蛋白水解酶作用的专一性,注,:R,1,R,2,等代表下页图中所指的氨基酸残基,蛋白水解酶作用示意图,氨基酸,二肽酶,氨基肽酶,内肽酶,氨基酸,+,NH,NH,羧基肽酶,5,6,肠激酶对胰酶的激活：,级联反应,小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用：寡肽的水解,-,寡肽酶,(oligopeptidase),例如氨基肽酶,(aminopeptidase),及二肽酶,(dipeptidase),肠液中肠激酶的作用和小肠粘膜细胞的消化作用,小肠黏膜细胞分泌的蛋白酶：肠激酶、氨基肽酶和二肽酶。,羧基肽酶是胰腺分泌的，而氨基肽酶是小肠分泌的。,最终产物：氨基酸,肠液中酶原的激活,胰蛋白酶,(trypsin),肠激酶,(enterokinase),胰蛋白酶原,弹性蛋白酶,(elastase),弹性蛋白酶原,糜蛋白酶,(,chymotrypsin),糜蛋白酶原,羧基肽酶,(A,或,B),(carboxypeptidase),羧基肽酶原,(A,或,B),小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,主要是,寡肽酶,(oligopeptidase),的作用，例如氨基肽酶,(aminopeptidase),及二肽酶,(dipeptidase),等,最终产物为氨基酸。,可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。,保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。,酶原还可视为酶的贮存形式。,酶原激活的意义,吸收部位：小肠,吸收机理：耗能的主动吸收过程,载体蛋白复合体系统,-,谷氨酰基循环,(,-glutamyl cycle),肽的吸收,吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽。,（二）氨基酸通过主动转运过程被吸收,通过转运蛋白完成氨基酸和小肽的吸收,载体蛋白与氨基酸、,Na,+,组成三联体，由,ATP,供能将氨基酸、,Na,+,转入细胞内，,Na,+,再由钠泵排出细胞。,七种转运蛋白,(transporter),中性氨基酸转运蛋白,酸性氨基酸转运蛋白,碱性氨基酸转运蛋白,亚氨基酸,转运蛋白,氨基酸,转运蛋白,二肽,转运蛋白,三肽转运蛋白,-,谷氨酰基循环,(,-glutamyl cycle),过程：,谷胱甘肽对氨基酸的转运,谷胱甘肽再合成,通过,-,谷氨酰基循环完成氨基酸的吸收,-,谷氨酰基转移酶：位于细胞膜上，是该循环的,关键酶。,通过此循环,每运转,1,分子,AA,需要消耗,3,分子,ATP,谷氨酸,5-,氧脯,氨酸酶,ATP,ADP+Pi,半胱氨酰甘氨酸,(Cys-Gly),半胱氨酸,甘氨酸,肽酶,-,谷氨,酰环化,转移酶,氨基酸,5-,氧脯氨酸,-,谷氨酰半胱氨酸,-,谷氨酰,半胱氨酸,合成酶,ADP+Pi,ATP,谷胱甘肽,合成酶,ATP,ADP+Pi,细胞外,-,谷,氨酰,基转,移酶,细胞膜,谷胱甘肽,GSH,细胞内,-,谷氨酰,氨基酸,氨基酸,氨基酸的吸收以及向细胞内的转运如何与,GSH,的,作用相联系,?,问题,:,二、,未消化吸收蛋白质在大肠下段发生腐败作用,未被消化的蛋白质及未被吸收的氨基酸，在大肠下部受大肠杆菌的分解，此分解作用称为,腐败作用（,putrefaction,）。,腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质,。,蛋白质的腐败作用,(,putrefaction),（一）肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类,蛋白质,氨基酸,胺类,(amines),蛋白酶,脱羧基作用,组氨酸,组胺,赖氨酸,尸胺,色氨酸,色胺,酪氨酸,酪胺,假神经递质,(false neurotransmitter),某些物质结构,(,如,苯乙醇胺,，,-,羟酪胺,）,与,神经递质（如儿茶酚胺）,结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,苯乙胺,苯乙醇胺,酪胺,-,羟酪胺,假神经递质与肝昏迷,酪胺,（来自酪氨酸）和,苯乙胺,（来自苯丙氨酸），如果进入脑中，经,-,羟化形成,-,羟酪胺和苯乙胺,，它们的结构与儿茶酚胺类似，,它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，,但不能传递神经冲动，,使大脑发生异常抑制。,是肝昏迷的发病机制之一。,（二）,肠道细菌通过脱氨基作用产生氨,未被吸收的氨基酸,渗入肠道的尿素,氨,(ammonia),脱氨基作用,尿素酶,降低肠道,pH,，,NH,3,转变为,NH,4,+,以胺盐形式排出，,可,减少氨的吸收,，这是,酸性灌肠的依据,。,（三）,腐败作用产生其它有害物质,酪氨酸,苯酚,半胱氨酸,硫化氢,色氨酸,吲哚,正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。,1.,酸性灌肠的依据是什么,?,为什么对肝功能严重障碍的病人,禁,用碱性肥皂水灌肠,?,也禁用碱性利尿剂,?,问题,:,本节需掌握,:,1,、基本概念：氮平衡；必需氨基酸；蛋白质的营养价值和食物蛋白质的互,补作用；蛋白质腐败作用。,2,、关于氨基酸的吸收：,-,谷氨酰基循环,:,通过,GSH,的代谢完成,包括多种酶催化的多种反应,关键酶为,-,谷氨酰基转移酶,3,、肠道中氨的来源：,未被吸收的氨基酸在肠道细菌作用下脱氨基而生成,血液中尿素渗入肠道,受肠菌尿素酶的水解而生成氨。这些氨都可被吸收入血在肝合成尿素来解毒，降低肠道,pH,值,可减少氨的吸收,4,、假神经递质与肝昏迷：酪胺和苯乙胺如果进入脑中,经,-,羟化形成,-,羟酪胺和苯乙醇胺,它们的结构与儿茶酚胺类似,但不能传递神经冲动,是肝昏迷,的发病机制之一。,第三节氨基酸的一般代谢,General,Metabolism,of Amino Acids,外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库,食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（,外源性氨基酸,）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（,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),。以游离,AA,总量计算。,即分布于全身各部体液中的可以提供合成代谢和分解代谢的氨基酸的总量称为氨基酸代谢库（池）。,以单位质量计：肝,肾,肌肉,氨基酸代谢概况：,合成,分解,嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮 化合物,代谢转变,胺类,+CO,2,脱羧基作用,脱氨基作用,消化吸收,其它含氮物质,非必需氨基酸,NH,3,CO,2,+H,2,O,糖或脂类,-,酮酸,谷氨酰胺,尿素,食物蛋白质,组织蛋白质,血液氨基酸,组织氨基酸,氨基酸代谢库,氨基酸的生理功用,1.,合成体内各种蛋白质，以满足机体生长发育及组织修复更新的,需要。,2.,补充活性蛋白质和多肽的更新。,3.,体内代谢转变合成许多含氮化合物：嘌呤、嘧啶等,5.,氨基酸某些特殊作用：,甘氨酸、谷氨酰胺,生物转化作用,甘氨酸,抑制性神经递质,天冬氨酸、谷氨酸,兴奋性神经递质,谷氨酰胺,肾小管的排,H,+,保,Na,+,作用,丙氨酸、谷氨酰胺,组织器官间氨的转运,4.,多余的氨基酸被氧化分解、供给能量,非氨基酸的主要功能。,第三节 氨基酸的一般代谢,General,Metabolism,of Amino Acids,一、体内蛋白质分解生成氨基酸,成人体内的蛋白质每天约有,1%-2%,被降解，主要是肌肉蛋白质。,蛋白质降解产生的氨基酸，大约,70%-80%,被重新利用合成新的蛋白质。,蛋白质的半寿期,(,half-life),蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用,t,1/2,表示。,（一）蛋白质以不同的速率进行降解,不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。,不依赖,ATP,和泛素；,利用溶酶体中的,组织蛋白酶,(,cathepsin),降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。,1,、蛋白质在溶酶体通过,ATP-,非依赖途径被降解,（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径,2,、蛋白质在蛋白酶体通过,ATP-,依赖途径被降解,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,泛素与选择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,泛素化过程,E,1,：泛素激活酶,E,2,：泛素结合酶,E,3,：泛素蛋白连接酶,UB,C,O,-,O,+,HS-E,1,ATP,AMP+PPi,UB,C,O,S,E,1,HS-E,2,HS-E,1,UB,C,O,S E,2,UB,C,O,S E,1,UB,：,泛素,Pr,：被降解蛋白质,Pr,HS-E,2,UB,C,O,S E,2,UB,C,NH,O,E,3,Pr,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。,26S,蛋白质酶体,20S,的核心颗粒,(CP),19S,的调节颗粒,(RP):,18,个亚基,6,个亚基具有,ATP,酶活性,2,个,环：,7,个,亚基,2,个,环：,7,个,亚基,泛素介导的蛋白质降解过程：,问题,:,何谓泛素？简述泛素介导的蛋白质降解过程。,二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库,食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（,外源性氨基酸,）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸,（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),。,氨基酸代谢概况：,合成,分解,嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮 化合物,代谢转变,胺类,+CO,2,脱羧基作用,脱氨基作用,消化吸收,其它含氮物质,非必需氨基酸,NH,3,CO,2,+H,2,O,糖或脂类,-,酮酸,谷氨酰胺,尿素,食物蛋白质,组织蛋白质,血液氨基酸,组织氨基酸,氨基酸代谢库,三、氨基酸分解先脱氨基,脱氨基作用,指氨基酸脱去,-,氨基生成相应,-,酮酸的过程。,NH,3,（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基,转氨基作用,(transamination),1.,转氨基作用由转氨酶催化完成,在,转氨酶,(transaminase),的作用下，某一氨基酸去掉,-,氨基生成相应的,-,酮酸，而另一种,-,酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。,反应式,大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,转氨酶的专一性强，不同氨基酸与,-,酮酸之间的转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。在各种转氨酶中，以,L-,谷氨酸和,-,酮酸的转氨酶最为重要。,ALT,CHNH,2,COOH,CH,3,丙氨酸,C=O +,COOH,COOH,(CH,2,),2,-,酮戊二酸,C=O,COOH,CH,3,丙酮酸,CHNH,2,+,COOH,COOH,(CH,2,),2,谷氨酸,AST,(CH,2,),2,CHNH,2,COOH,COOH,谷氨酸,C=O,(CH,2,),2,COOH,COOH,-,酮戊二酸,CHNH,2,COOH,COOH,CH,2,天冬氨酸,C=O,CH,2,COOH,COOH,草酰乙酸,+,+,正常人各组织中,ALT,及,AST,活性,(,单位,/,克湿组织,),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,组 织,ALT AST,组 织,ALT AST,肝,44000 142000,胰 腺,2000 28000,肾,19000 91000,脾,1200 14000,心,7100 156000,肺,700 10000,骨骼肌,4800 99000,血清,16 20,2.,各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,氨基酸,磷酸吡哆醛,-,酮酸,磷酸吡哆胺,谷氨酸,-,酮戊二酸,转氨酶,转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。,通过此种方式并未产生游离的氨。,转氨基作用的生理意义,（二）,L-,谷氨酸通过,L-,谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基,存在于肝、脑、肾中,辅酶为,NAD,+,或,NADP,+,GTP,、,ATP,为其抑制剂,GDP,、,ADP,为其激活剂,催化酶：,L-,谷氨酸脱氢酶,L-,谷氨酸,NH,3,-,酮戊二酸,NAD(P),+,NAD(P)H+H,+,H,2,O,联合脱氨基作用,两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下,-,氨基生成,-,酮酸的过程。,定义,转氨基偶联氧化脱氨基作用,氨基酸,谷氨酸,-,酮酸,-,酮戊二酸,H,2,O+NAD,+,转氨酶,NH,3,+NADH+H,+,L-,谷氨酸脱氢酶,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。,主要在肝、肾和脑组织进行。,转氨基作用与谷氨酸脱氢作用的结合被称作,转氨脱氨作用（,transdeamination,）,苹果酸,腺苷酸,代琥珀酸,次黄嘌呤,核苷酸,(IMP),腺苷酸代琥,珀酸合成酶,-,酮戊,二酸,氨基酸,谷氨酸,-,酮酸,转氨酶,1,草酰乙酸,天冬氨酸,转氨酶,2,腺苷酸,脱氨酶,H,2,O,NH,3,延胡索酸,腺嘌呤,核苷酸,(AMP),（三）,氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基,（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基,-,酮酸,NH,+,4,+H,2,O,2,L-,氨基酸氧化酶,O,2,+FMNH,2,-,氨基酸,四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解,氨基酸脱氨基后生成的,-,酮酸,(,-keto acid,）主要有三条代谢去路。,（一）,-,酮酸可彻底氧化分解并提供能量,（二）,-,酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸,（三）,-,酮酸可转变成糖及脂类化合物,2L:Leu,Lys,2e:Ile,Phe,3T:Tyr,Thr,Trp,丙酮酸,可进入线粒体氧化产生乙酰,CoA,，进入三羧酸循环而彻底氧化,酮体,可直接分解产生乙酰,CoA,或乙酰乙酰,CoA,三羧酸循环的中间产物,通过三羧酸循环中的反应转变成苹果酸，运输到线粒体外，在胞质内依次转变成草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸，然后进入线粒体彻底氧化,氨基酸分解代谢的中间产物主要有,3,类：,琥珀酰,CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-,酮戊二酸,柠檬酸,乙酰,CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-,磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰,CoA,丙氨酸,半胱氨酸,丝氨酸,苏氨酸,色氨酸,异亮氨酸,亮氨酸,色氨酸,天冬氨酸,天冬酰胺,苯丙氨酸,酪氨酸,异亮氨酸,蛋氨酸,丝氨酸,苏氨酸,缬氨酸,酮体,亮氨酸,赖氨酸,酪氨酸 色氨酸,苯丙氨酸 苏氨酸,谷氨酸,精氨酸 谷氨酰胺,组氨酸 缬氨酸,CO,2,CO,2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,一般在下列,3,种代谢状况下，氨基酸才氧化降解：,细胞的蛋白质进行正常的合成和降解时，蛋白质合成并不需要蛋白质降解释放出的某些氨基酸，这些氨基酸会进行氧化分解。,食品富含蛋白质，消化产生的氨基酸超过了蛋白质合成的需要，由于氨基酸不能在体内储存，过量的氨基酸在体内被氧化降解。,机体处于饥饿状态或未控制的糖尿病状态时，机体不能利用或不能合适地利用糖作为能源，细胞的蛋白质被用做重要的能源。,思考题,:,2,、为什么体内大多数转氨酶都优先利用,-,酮戊二,酸作为氨基的受体,?,或：为什么体内大多数转氨酶以谷氨酸作为氨基的,供体或者以,-,酮戊二酸,为氨基的受体,?,1,、,各种脱氨基作用的概念、部位、催化的酶和,辅酶及其生理意义,?,第四节,氨的代谢,Metabolism of Ammonia,血氨（,blood ammonia),体内代谢产生的氨及消化道吸收的氨进入血液，形成血氨。,血氨水平,正常生理情况下，血氨水平在,47,65,mol/L,。,一、血氨有三个重要来源,（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨,RCH,2,NH,2,RCHO +NH,3,胺氧化酶,氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。,（三）肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺,谷氨酰胺,谷氨酸,+NH,3,谷氨酰胺酶,H,2,O,（二）肠道细菌腐败作用产生氨,蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨,尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨,二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式转运,（一）,氨通过丙氨酸,-,葡萄糖循环从骨骼肌运往肝,生理意义,肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。,肝为肌肉提供葡萄糖。,丙,氨,酸,葡,萄,糖,肌肉,蛋白质,氨基酸,NH,3,谷氨酸,-,酮戊,二酸,丙酮酸,糖酵解途径,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-,酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH,3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,丙氨酸,-,葡萄糖循环,葡萄糖,（二）,氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝或肾,反应过程,谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。,谷氨酸,+NH,3,谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶,ATP,ADP+Pi,谷氨酰胺酶,+,H,2,O,生理意义,天冬酰胺酶（,asparaginase,）治疗白血病机理：减少血中天冬酰胺,Gln,Asp,Asn,H,2,O,NH,3,天冬酰胺酶,白血病细胞不能,COOH,CH,2,CHNH,2,COOH,CONH,2,CH,2,CHNH,2,COOH,CONH,2,(CH,2,),2,CHNH,2,COOH,COOH,(CH,2,),2,CHNH,2,COOH,Glu,Protein,三、氨在肝合成尿素是氨的主要去路,体内氨的去路有：,在肝内合成尿素，这是最主要的去路,谷氨酸,+NH,3,谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶,ATP,ADP+Pi,肾小管泌氨,分泌的,NH,3,在酸性条件下生成,NH,4,+,，随尿排出。,合成非必需氨基酸及其它含氮化合物,合成谷氨酰胺,（一）,Krebs,提出尿素是通过鸟氨酸循环合成的学说,尿素生成的过程由,Hans Krebs,和,Kurt Henseleit,提出，称为,鸟氨酸循环,(orinithine cycle),，又称,尿素循环,(urea cycle),或,Krebs-Henseleit,循环。,*,组织切片技术,*同位素示踪技术,1.NH,3,、,CO,2,和,ATP,缩合生成氨基甲酰磷酸,（,carbamoyl phosphate,）,CO,2,+NH,3,+H,2,O+2ATP,氨基甲酰磷酸合成酶,(CPS-I),（,N-,乙酰谷氨酸，,Mg,2+,）,C,O,H,2,N,O,PO,3,2-,+,2ADP+Pi,氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行,（二）肝中鸟氨酸循环详细步骤,反应由氨基甲酰磷酸合成酶,(carbamoyl phosphate synthetase,CPS-,),催化,N-,乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗,2,分子,ATP,N-,乙酰谷氨酸,(AGA),2.,氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,OCT,H,3,PO,4,+,氨基甲酰磷酸,反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶,(ornithine carbamoyl transferase,OCT),催化，,OCT,常与,CPS-,构成复合体。,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,3.,瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸,反应在胞液中进行,精氨酸代琥珀酸合成酶,ATP,AMP+PPi,H,2,O,Mg,2+,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,NH,CH,COOH,NH,2,NH,2,C,O,瓜,氨,酸,(CH,2,),3,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,4.,精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸,反应在胞液中进行,5.,精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸,反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,H,2,O,鸟氨酸循环,2ADP+Pi,CO,2,+,NH,3,+H,2,O,氨基甲酰磷酸,2ATP,N-,乙酰谷氨酸,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,延胡索酸,氨基酸,草酰乙酸,苹果酸,-,酮戊,二酸,谷氨酸,-,酮酸,精氨酸代,琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,鸟氨酸,尿素,线粒体,胞 液,反应小结：,原料：,2,分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸,过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞液中进行,耗能：,3,个,ATP,，,4,个高能磷酸键,2NH,3,+CO,2,+3ATP+3H,2,O H,2,NCONH,2,+2ADP+AMP+4Pi,1.,高蛋白质膳食促进尿素合成,2.AGA,激活,CPS-,启动尿素合成,3.,精氨酸代琥珀酸合成酶活性促进尿素合成,（三）尿素合成受膳食蛋白质和两种关键酶活性的调节,酶,相对活性,氨基甲酰磷酸合成酶,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,精氨酸代琥珀酸合成酶,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸酶,4.5,163.0,1.0,3.3,149.0,正常成人肝尿素合成酶的相对活性,酶,相对活性,氨基甲酰磷酸合成酶,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,精氨酸代琥珀酸合成酶,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸酶,4.5,163.0,1.0,3.3,149.0,血氨浓度升高称高血氨症,(hyperammonemia),高血氨症时可引起脑功能障碍，,称氨中毒,(ammonia poisoning),。,（四）尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒,常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。,TAC,脑供能不足,-,酮戊二酸,谷氨酸,谷氨酰胺,NH,3,NH,3,脑内,-,酮戊二酸,高血氨可减少脑内,-,酮戊二酸，导致能量代谢障碍。,氨中毒的可能机制,脑星状细胞内谷氨酰胺增多，可导致水份渗入细胞，引起脑水肿。,谷氨酸以及由谷氨酸产生的,-,氨基丁酸都是主要的信号分子。过多谷氨酸用于合成谷氨酰胺，可导致脑内谷氨酸和,-,氨基丁酸减少，影响脑的功能。,1.,简述氨在体内的主要来源、血液中的转运方式和主要的去路；尿素分子中的两个氨基的来源。,思考题,:,5.,试从氨基酸代谢解释下列现象：,哺乳动物肝的转氨酶中，以天冬,AA,转氨酶（,GOT,）的活性最强。,正常人血中的氨基酸，以丙,AA,和谷氨酰胺含量最多。,3.,简述鸟氨酸循环的部位、关键酶及其调节、产物和生理意义。,2.,比较乳酸循环和丙氨酸,-,葡萄糖循环。,4.,何谓高,血,氨症？试述肝昏迷氨中毒机制。,第五节,个别氨基酸的代谢,Metabolism,of,Individual,Amino Acids,一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类化合物,脱羧基作用,(decarboxylation),磷酸吡哆醛,（一）谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成,-,氨基丁酸,(-aminobutyric acid,GABA),GABA,是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。,GABA,COOH,(CH,2,),2,CH,2,NH,2,CO,2,L-,谷氨酸脱羧酶,COOH,(CH,2,),2,CHNH,2,COOH,L-,谷氨酸,（二）组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺,(histamine),组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。,L-,组氨酸,组胺,组氨酸脱羧酶,CO,2,HN N,CH,2,CHCOOH,NH,2,HN N,CH,2,CH,2,NH,2,（三）色氨酸经,5-,羟色胺酸生成,5-,羟色胺,(5-hydroxytryptamine,5-HT),5-HT,在脑内作为神经递质起，抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。,5-,羟色氨酸,5-HT,色氨酸羟化酶,5-,羟色氨酸脱羧酶,CO,2,色氨酸,CH,2,CHCOOH,NH,2,CH,2,CHCOOH,NH,2,HO,CH,2,CH,2,NH,2,HO,（四）某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类,(polyamines),物质,多胺是调节细胞生长的重要物质。,腺苷,-S-(CH,2,),3,-NH,2,COOH,(SAM),腺苷,-S-(CH,2,),3,-NH,2,脱羧基,SAM,SAM,脱羧酶,CO,2,H,2,N-(CH,2,),4,-NH-(CH,2,),3,-NH,2,精脒,(spermidine),5,-,甲基,-,硫,-,腺苷,丙胺转移酶,H,2,N-(CH,2,),3,-NH-(CH,2,),4,-NH-(CH,2,),3,-NH,2,精胺,(spermine),鸟氨酸脱羧酶,H,2,N-(CH,2,),4,-NH,2,腐胺,CO,2,H,2,N-(CH,2,),4,-COOHNH,2,鸟氨酸,丙胺转移酶,二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单位,一碳单位的定义,（一）四氢叶酸作为一碳单位的运载体参与一碳单位代谢,某些氨基酸在分解代谢过程中产生的,含有一个碳原子,的基团，称为,一碳单位,(one carbon unit),。,一碳单位的种类,甲基,(methyl)-CH,3,甲烯基,(methylene)-CH,2,-,甲炔基,(methenyl)-CH=,甲酰基,(formyl)-CHO,亚胺甲基,(formimino)-CH=NH,四氢叶酸的结构,FH,4,的生成,F,FH,2,FH,4,FH,2,还原酶,FH,2,还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,NADPH+H,+,NADP,+,5,FH,4,携带一碳单位的形式,（,一碳单位通常是结合在,FH,4,分子的,N,5,、,N,10,位上）,N,5,CH,3,FH,4,N,5,N,10,CH,2,FH,4,N,5,N,10,=,CH,FH,4,N,10,CHO,FH,4,N,5,CH=NH,FH,4,一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色胺酸的分解代谢,丝氨酸,N,5,N,10,CH,2,FH,4,甘氨酸,N,5,N,10,CH,2,FH,4,组氨酸,N,5,CH=NHFH,4,色氨酸,N,10,CHOFH,4,（二）由氨基酸产生的一碳单位可相互转变,一碳单位的互相转变,N,10,CHOFH,4,N,5,N,10,=CHFH,4,N,5,N,10,CH,2,FH,4,N,5,CH,3,FH,4,N,5,CH=NHFH,4,H,+,H,2,O,NADPH+H,+,NADP,+,NADH+H,+,NAD,+,NH,3,（三）一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成,N,10,-CHO-FH,4,与,N,5,N,10,=CH-FH,4,分别为嘌呤合成提供,C,2,与,C,8,，,N,5,N,10,-CH,2,-FH,4,为胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基。,把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。,甲烯基,三、含硫氨基酸的代谢是相互联系的,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,含硫氨基酸,（一）甲硫氨酸参与甲基转移,1.,甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S,腺苷甲硫氨酸,(SAM),甲基转移酶,RH,R,CH,3,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,修饰,DNA,的结构而控制基因表达,修饰非营养物质而使之失活,合成反应中通过加甲基而生成胆碱、肌酸、肉碱以及肾上腺素等生物活性物质。,S,-,腺苷甲硫氨酸在甲基转移酶（,methyl transferase,）催化下，将甲基转移至其他物质使其甲基化。,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,FH,4,N,5,CH,3,FH,4,N,5,CH,3,FH,4,转甲基酶,(VitB,12,),H,2,O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,R,-CH,3,1.,为体内广泛存在的甲基化反应提供甲基,2.,促进,FH,4,再生,甲硫氨酸循环生理意义：,维生素,B12,不足：,巨幼红细胞性贫血,高同型半胱氨酸血症：,动脉粥样硬化和冠心病,同型半胱氨酸与疾病,浓度升高的原因 致病机制 所致疾病,遗传性疾病 损伤血管内皮细胞 心脏病发作,B,族维生素缺乏 促进血小板的激活 中风,(,叶酸、,B,6,及,B,12,）增强凝血功能 静脉栓塞,雌激素缺乏 促进血管平滑肌增殖 反复流产,过度摄入无过滤咖啡 刺激,LDL,氧化 新生儿缺陷、,神经管缺陷,吸烟 细胞毒作用 老年性痴呆,2.,甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基,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),。,H,2,O,两种亚基：,M,亚基（肌型）与,B,亚基（脑型）,3,种同工酶：,MM,、,MB,和,BB,。,MM,主要在骨骼肌，,MB,主要在心肌，而,BB,主要在脑。,心肌梗死时，血中,MB-CK,增高，可作为辅助诊断的指标之一。,肌酸激酶（,creatine kinase,CK,）,肌酐随尿排出，正常人每日尿中肌酐的排出量恒定。当肾功能障碍时，肌酐排出受阻，血中浓度升高。血中肌酐的测定有助于肾功能不全的诊断。,肌酐（,creatinine),（二）半胱氨酸代谢可产生多种重要的生理活性物质,1.,半胱氨酸与胱氨酸可以互变,-,2H,+,2H,CH,2,SH,CHNH,2,COOH,CH,2,CHNH,2,COOH,CH,2,CHNH,2,COOH,S,S,2,二硫键对于维持蛋白质空间构象的稳定性具有重要作用。,2.,半胱氨酸可转变成牛磺酸,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分之一。,2,+2H,-2H,COOH,CHNH,2,CH,2,SH,COOH,COOH,CHNH,2,CHNH,2,CH,2,-S-S-CH,2,半胱氨酸,胱氨酸,3.,半胱氨酸可生成活性硫酸根,SO,4,2-,+,ATP,AMP,-,SO,3,-,(,腺苷,-5,-,磷酸硫酸,),3-PO,3,H,2,-,AMP,-,SO,3,-,（,3,-,磷酸腺苷,-5,-,磷酸硫酸，,PAPS,）,PAPS,为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体。,四、芳香族氨基酸代谢可产生神经递质,芳香族氨基酸,苯丙氨酸,酪氨酸,色氨酸,1.,苯丙氨酸羟化生成酪氨酸,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,（一）苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别,苯丙氨酸,+H,2,O,苯丙氨酸羟化酶,四氢生物蝶呤,二氢生物蝶呤,NADPH+H+,NADP+,酪氨酸,+O,2,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。,2.,酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解,多巴醌,吲哚醌,黑色素,聚合,黑色素,(melanin),的生成,儿茶酚胺,(catecholamine),的生成,S-,腺苷同型半胱氨酸,帕金森病,(Parkinson disease),患者多巴胺生成减少。,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,(albin