生物化学-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,*,第十章 氨基酸代谢,一 蛋白质的酶促降解,二 氨基酸的一般代谢,三 氨基酸合成代谢概况,本章主要内容,（一）蛋白质营养的重要性,1、维持细胞、组织的生长、修复和更新,2、参与多种重要的生理活动,催化（酶）、免疫（抗原)、运动（肌肉)、,物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等,蛋白质在体内氧化分解释能约17kJ(4kcal)/克。,人体每日18%能量由蛋白质提供。,4、氧化供能：,3、作为氮源，参与体内一些重要含氮化合物的合成,如：嘌呤碱、嘧啶碱的合成,概 述,蛋白质代谢概况,食物蛋白质,胃肠道,以氨基酸形式吸收,一部分经酶,水解消化,参与组织蛋白质的,合成、修复、更新,主要,-酮酸,而后分解,NH,3,多,余,的,氨,基,酸,未消化蛋白,质、氨基酸,一部分,粪排,糖,脂肪,氧化供能,以含氮终产物（主要为尿素和铵盐）的形式从尿中排出,（二）蛋白质的营养价值,必需氨基酸,(essential amino acid),指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有8种：,Val、Lys、Ile、Leu、Phe、Met、Trp、Thr,。,缬氨酸 赖氨酸 异亮氨酸 亮氨酸,苯丙氨酸 甲硫氨酸 色氨酸,苏氨酸,*,其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。,蛋白质的营养价值,(nutrition value),营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。,蛋白质的互补作用,（complementary action）,将营养价值较低的数种蛋白质食物混合食用，搭配适宜，必需氨基酸互相补充，提高其营养价值，这种作用称为蛋白质的营养互补作用。,2、小肠中的消化：小肠是主要消化部位,胰液中的蛋白酶及作用,包括内肽酶和外肽酶，是蛋白质消化的主要酶，最适PH为7.0左右，它们都以酶原形式存在。,内肽酶（endopeptidase）：,水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶,外肽酶（exopeptidase）：,自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶（A、B）、氨基肽酶,肠液中酶原的激活,胰蛋白酶原,胰蛋白酶,肠激酶,小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,主要是寡肽酶的作用，包括氨基肽酶和二肽酶,糜蛋白酶原,糜蛋白酶,羧基肽酶原,羧基肽酶,弹性蛋白酶原,弹性蛋白酶,氨基肽酶 内肽酶 羧基肽酶,H,2,N-CH-CO-NH-CHNH-CH-CO-NH-CH-CONH-CH-CO-NH-CH-COOH,R1 R2 R3 R4 R5 R6,二肽酶,氨基酸 +H,2,N-CH-CO-NH-CH-COOH,R R,氨基酸,1、部位：主要在小肠,2、形式：氨基酸、寡肽、二肽,3、机理：耗能的主动吸收过程,（二）氨基酸的吸收,氨基酸吸收载体,氨基酸、Na,+,、载体蛋白组成三联体，为次级主动转运，由ATP供能（类似于葡萄糖的转运）。,载体,中性氨基酸载体,碱性氨基酸载体,酸性氨基酸载体,亚氨基酸、甘氨酸载体,-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,（三）氨基酸代谢库(metabolic pool),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。,氨基酸代谢库,-酮酸,脱氨基作用,酮,体,氧化供能,糖,胺 类,脱羧基作用,氨,尿素,代谢转变,其它含氮化合物,(嘌呤、嘧啶等),合成,食物蛋白质,消化吸收,组织,蛋白质,分解,体内合成氨基酸,(非必需氨基酸),氨基酸代谢概况,肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其产物的分解作用称为,蛋白质的腐败作用(putrefaction),*,对人体有用的产物,（较少）,：如 脂肪酸、维生素等；,*,对人体无用的产物,（较多）,：如 胺、氨、苯酚、吲,哚，H,2,S，硫醇等。,*,产物中还有一种CO,2,，它既有用又有害。,（四）蛋白质的腐败作用,主要反应,：,1.水解反应 2.脱羧反应 3.脱氨反应 4.还原作用,主要产物,：,胺类(amines)的生成,蛋白质,氨基酸,胺类,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,氨(ammonia)的生成,氨基酸,尿素,血氨,氨(肝),尿素,氨(肠),脱羧基作用,尿素酶,*,降低肠道PH，NH,3,转变为NH,4,+,，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。,其它有害物质的生成,酪氨酸,苯酚,色氨酸,吲哚,半胱氨酸,硫化氢,*,假神经递质,(false neurotransmitter),某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,如：-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不传递神经冲动，使大脑抑制，与肝性昏迷有关。,二、氨基酸的一般代谢,氨基酸的分解与转化,氨基酸代谢概况,食物蛋白质,氨基酸,特殊途径,-酮酸,糖及其代谢中间产物,脂肪及其代谢中间产物,TCA,鸟氨酸循环,NH,4,+,NH,4,+,NH,3,CO,2,H,2,O,体蛋白,尿素,尿酸,激素,卟啉,尼克酰氨衍生物,肌酸胺,嘧啶,嘌呤,生物固氮硝酸还原,（次生物质代谢）,CO,2,胺,定义：,指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。,方式：,（一）,氨基酸的脱氨基作用,转氨基作用,氧化脱氨基作用,联合脱氨基作用,非氧化脱氨基作用,转氨基和氧化脱氨基偶联,嘌呤核苷酸循环,（1）,脱氨基作用,（2）,（辅酶：磷酸吡哆醛）,磷酸吡哆醛的作用机理,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),*,血清转氨酶活性，临床上可作为疾病的诊断和预后的指标之一。,转氨酶：,种类多，分布广，真核生物的胞液、线粒体，除赖氨酸、苏氨酸,16,20,血清,19000,91000,肾,700,10000,肺,4800,99000,骨骼肌,1200,14000,脾,44000,142000,肝,2000,28000,胰腺,7100,156000,心,GPT,GOT,组织,GPT,GOT,组织,正常人各组织GOT及GPT活性(单位/克湿组织),转氨基作用不仅是体内多数氨基脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的主要途径。,*,通过此种方式并未产生游离的氨。,意义：,（3）,（4）非氧化脱氨基作用,个别氨基酸非氧化脱氨基作用主要有：,（1）直接脱氨基作用、（2）脱硫化氢脱氨基作用、,（3）水解脱氨基作用、（4）脱水脱氨基作用,直接脱氨基,延胡索酸,CHCOOH,CHCOOH,CHCOOH,CH,2,COOH,NH,2,天冬氨酸,天冬氨酸酶,NH,3,举例：脱水脱氨基,脱水酶,H,2,O,CH,2,C COOH,NH,2,丝氨酸,CH,2,OH,CHCOOH,NH,2,NH,3,丙酮酸,CH,3,C,O,COOH,NH,CH,3,C COOH,H,2,O,（二）,氨基酸的脱羧基作用,1、概念,3、,脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢,）,氨基酸在脱羧酶的,作用下脱掉羧基生成相,应的一级胺类化合物,的作用。脱羧酶的辅,酶为磷酸吡哆醛。,直接脱羧 胺,羟化脱羧 羟胺,2、类型,:,氨基酸脱羧基作用,*,氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛(VB,6,的磷酸化),胺在生理浓度时具有重要的生理功能,胺氧化酶属黄素蛋白酶，在肝中活性最强，能及时破坏胺，正常人体不致积蓄胺而引起神经系统、心血管 系统功能紊乱。,1.,酮酸的代谢,-酮酸,1、经氨基化生成,非必需氨基酸,2、转变成糖及脂类,3、氧化供能,生糖氨基酸,生酮氨基酸,生糖兼生酮氨基酸,根据-酮酸转变为糖,的性质，将氨基酸分为：,异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸,甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、,羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、,天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸,类别,氨 基 酸,生糖氨基酸,生酮氨基酸,亮氨酸、赖氨酸,生糖兼生酮氨基酸,氨基酸生糖及生酮性质的分类,（三）氨基酸分解代谢产物的代谢,谷氨酸如何异生为糖？,一分子谷氨酸彻底氧化生成多少分子,ATP,？,1、谷氨酸脱氨基,谷氨酸,-酮戊二酸,+,NH,3,L-谷氨酸脱氢酶,NAD,+,NADH+H,+,2、-酮戊二酸沿TAC途径生成苹果酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,GDP,GTP+CoA,FAD,FADH,2,H,2,O,-酮戊二酸脱氢酶复合体,NAD,+,、CoA,NADH+H,+,、CO,2,3、苹果酸出线粒体,4、苹果酸转变为PEP,苹果酸,草酰乙酸,PEP,苹果酸脱氢酶,NAD,+,NADH+H,+,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,GTP,GDP、CO,2,*,当异生为糖时，PEP沿糖酵解途径逆途径,异生为糖，还需绕过,两个能障,。,5、1,6-DPF 转变为F-6-P,6、G-6-P转变为葡萄糖,*,转变为PEP后，也可进行有氧氧化：,5、PEP转变为丙酮酸，后者进入线粒体,PEP,丙酮酸,丙酮酸激酶,ADP,ATP,6、丙酮酸转变为乙酰CoA,丙酮酸,乙酰CoA,丙酮酸脱氢酶复合体,NAD,+,、CoA,NADH+H,+,、CO,2,7、乙酰CoA进入TAC，生成还原当量H,+,、e及CO,2,8、还原当量的转运：,-磷酸甘油穿梭机制、,苹果酸 天冬氨酸穿梭机制,9、还原当量进入呼吸链，氧化生成ATP及H,2,O,10、ATP的计算,一分子乙酰CoA,+12ATP,线粒体中 NADH3,FADH,2,1,+3ATP3,+2ATP1,胞液中 NADH1,+3(2)ATP1,底物水平磷酸化2,+1ATP2,消耗ATP1,-1ATP1,27(26)ATP,11、NH,3,合成尿素消耗3个ATP，,故1,mol,谷氨酸彻底氧化生成H,2,O、CO,2,和尿素的同时净合成24或23 molATP,葡萄糖或糖原 甘油三酯,磷酸丙糖 a-磷酸甘油 脂肪酸,磷酸烯醇型丙酮酸,丙酮酸 乳酸,乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 酮体,草酰乙酸 柠檬酸,延胡索酸 a酮戊二酸 谷氨酸,琥珀酸单酰CoA,糖,脂肪,丙氨酸,半胱氨酸,甘氨酸,丝氨酸,苏氨酸,色氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,色氨酸,天冬氨酸,天冬酰胺,苯丙氨酸,酪氨酸,异亮氨酸,甲硫氨酸,丝氨酸,苏氨酸,缬氨酸,精氨酸,谷氨酰胺,组氨酸,脯氨酸,亮氨酸,赖氨酸,苯丙氨酸,酪氨酸,色氨酸,氨基酸,、糖及脂肪代谢的联系,T A C,（1）血氨的来源与去路,血氨,氨基酸,脱氨基作用,肾脏生成,谷氨酰胺分解,肠道吸收,肝脏合成,合成,谷氨酰胺,作为氮源,尿素,中和原尿中的酸,以铵盐形式尿排,合成非必需氨基酸,及其它含氮化物,氨是机体正常代谢产物，具有毒性。,体内的氨主要在肝合成尿素而解毒。,正常人血氨浓度一般不超过 0.6mol/L。,概 述,2.氨的代谢转变,2、,丙氨酸-葡萄糖循环,(alanine-glucose cycle),（肌肉中氨的主要输出形式，占70%）,过程：,意义：,肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝,肝为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖,（2）氨的转运,1、,谷氨酰胺的运氨作用（主要是脑、肌肉氨的转运）,过程：,*,在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝、肾后再分解为氨，从而进行解毒。,意义：,谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。,NH,3,L-,谷氨酸,NH,2,(CH,2,),2,COOH,CHCOOH,谷氨酰胺合成酶,ATP,ADP+Pi,谷氨酰胺酶,H,2,O,NH,3,谷氨酰胺,NH,2,(CH,2,),2,CO,NH,2,CHCOOH,1、,合成部位：主要在肝细胞的线粒体及胞液中,2、,合成过程：,尿素合成的过程由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,。,（3）尿素的合成,氨基甲酰磷酸的合成,CO,2,+NH,3,+H,2,O,氨基甲酰磷酸,氨基甲酰磷酸合成酶,N-,乙酰谷氨酸,Mg,2+,2ADP+Pi,2ATP,H,2,NC O,PO,3,2,-,O,反应在,线粒体,中进行，酶为,氨基甲酰磷酸合成酶,(carbamoyl phosphate synthetase,CPS-),。,N-乙酰谷氨酸为其激活剂，消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),COOH,(CH,2,),2,COOH,CH,3,CNHCH,O,尿素循环,氨基酸,谷氨酸,谷氨酸,氨甲酰磷酸,鸟氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨琥珀酸,鸟氨酸,精氨酸,延胡索酸,草酰乙酸,氨基酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,2ADP+Pi,2ATP+CO,2,+NH,3,+H,2,O,1,细胞溶液,线粒体,NH,2,-C-NH,2,O,尿素,-酮戊二酸,-酮戊二酸,H,2,N-C-,P,O,2,3,4,5,3、,反应小结,原料,：,2分子氨，一个来自与游离氨，另一个来自 天冬氨酸。,过程,：,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,总反应式：,NH,2,NH,2,C,O,2ADPAMP4Pi,2,NH,3,2CO,2,3ATPH,2,O,4、,尿素合成的调节,食物的影响：,高蛋白膳食 合成,饥饿 合成,CPS-,的调节：AGA、精氨酸为其激活剂,尿素合成酶系的调节：,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,正成人肝尿素合成酶的相对活性,1、,血氨浓度升高称,高氨血症,，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。,2、,高氨血症时，可引起脑功能障碍，称,氨中毒,。,-酮戊二酸,谷氨酸,谷氨酰胺,NH,3,NH,3,脑内,-酮戊二酸,高氨血症和氨中毒,TAC,脑能供不足,三、氨基酸合成代谢,不同生物合成氨基酸的能力不同，以合成原料为例，有的能利用二氧化碳，有的能利用有机酸，有的能利用单糖。不同生物能够合成氨基酸的种类也不完全相同，有的可以合成构成蛋白质的全部氨基酸，有的则不能全部合成，这些生物所需的氨基酸必需从其他生物获得。,人们把凡是机体不能自行合成，必须来自外界的氨基酸称为,必需氨基酸,，凡机体能自己合成的氨基酸称为,非必需氨基酸,。,高等植物有能力合成自己所需的全部氨基酸，而且既可利用氨又可利用硝酸根作为合成氨基酸的氮源。,微生物合成氨基酸的能力有很大的差异，例如，大肠杆菌可合成全部所需氨基酸，而乳酸菌却需从外界获取某些氨基酸。,（一）氨基酸合成途径的类型,氨基酸的合成需要有氨基和碳架。氨基是由转氨基作用已有的氨基酸（主要是谷氨酸）提供的，碳架则有不同的来源，先形成酮酸，然后通过转氨基作用合成不同的氨基酸。根据氨基酸合成的碳架来源不同，可将氨基酸分为若干类型,。,1.酮戊二酸衍生类型（Glu、Gln、Pro、Arg）,2.草酰乙酸衍生类型（Asp、Asn、Lys、Met、,Thr、Ile）,3.丙酮酸衍生类型（Ala、Val、Leu）,4.甘油酸-3-磷酸衍生类型（Ser、Gly、Cys）,5.赤藓糖-4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型,（Phe、Tyr、Trp）,6.组氨酸生物合成,各种氨基酸生物合成途径示意简图,（二）氨基酸与一碳单位,1.一碳单位概念,一碳基团,在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO,2,），称为一碳基团，一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。,一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，,其辅酶,为,FH,4,一碳基团和氨基酸代谢,-,CH=NH 亚氨甲基,H-CO-甲酰基,-CH,2,OH 甲醇基,-CH=次甲基,-CH,2,-亚甲基,-CH,3,甲基,一碳基团的来源与转变,腺苷蛋氨酸,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,，,N,10,-CH,2,-FH,4,还原酶,N,5,，,N,10,-CH,2,-FH,4,脱氢酶,环水化酶,丝氨酸,组氨酸苷氨酸,参与,甲基化,反应,为,胸腺嘧啶,合成提供,甲基,参与,嘌呤,合成,FH,4,FH,4,FH,4,HCOOH,H,2,O,NAD,+,NDAH+H,+,NAD,+,NDAH+H,+,H,+,参与,嘌呤,合成,N5 CH3-FH4转甲基,酶（VB12）,蛋氨酸循环,*FH,4,携带一碳单位的形式：,（一碳单位通常是结合在FH4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,CHNH,FH,4,2.一碳单位的产生,（1）,（2）,（3）,3.一碳单位和含硫氨基酸的关系,自然界的氮素循环,硝酸盐,亚硝酸,NH,3,生物固氮,工业固氮,固氮生物,动植物,硝酸盐还原,大气固氮,大气氮素,岩浆源的固定氮,火成岩,反硝化作用,氧化亚氮,蛋白质,入地下水,动植物废物死的有机体,