氨基酸代谢

氨 基 酸 代 谢Metabolism of Amino Acids,第 十二 章,1 蛋白质的酶促降解2 氨基酸的分解代谢3 氨基酸的合成代谢,蛋白质营养的重要性,1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补,2. 参与多种重要的生理活动,催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。,3. 氧化供能人体每日10-15%能量由蛋白质提供。, 必需氨基酸(essential amino acid),蛋、色、赖、缬、异、亮、苯、苏,体内需要但不能自身合成，必须由食物提供的氨基酸：, 蛋白质的营养价值(nutrition value),蛋白质营养价值,蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类。,组织蛋白质的降解,1 蛋白质的酶促降解,1、溶酶体无选择性地降解蛋白质体系：不依赖ATP，降解外源蛋白、膜蛋白。2、泛肽结合的选择性降解体系：依赖ATP，降解异常蛋白。,泛肽所标记的蛋白质，进入特定的装置（蛋白酶体）降解。,外源蛋白质的降解-Digestion胃：胃蛋白酶原 胃蛋白酶 小肠： 胰液：胰蛋白酶，糜蛋白酶，弹性蛋白酶，羧肽酶小肠粘膜细胞：氨肽酶，二肽酶,（绿：内肽酶；蓝：外肽酶）,肝脏或其它组织,血液,General Metabolism of Amino Acid,氨基酸代谢库(metabolic pool),排泄过剩氨基酸,脱羧基作用,脱氨基作用,R-CO-COO- + NH3+,R-CH2-NH2 + CO2,2 氨基酸的分解代谢,氨基酸的脱氨基作用氨基酸分解产物的代谢氨基酸的脱羧基作用,2.1 氨基酸的脱氨基作用,氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程,方式：,转氨基作用氧化脱氨基联合脱氨基非氧化脱氨 （）,（Deamination of Amino Acid ）,转氨基作用(transamination),在转氨酶作用下，某一-氨基酸脱去-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。,通常是氨基酸降解的第一步。,氨基酸的氨基转移至少数几个酮酸受体（keto acid acceptors）上,常见的接受氨基的酮酸受体（ keto acid acceptors）Pyruvate (丙酮酸) alanine（丙氨酸）Oxaloacetate (草酰乙酸) aspartate（天冬氨酸）a-keto-glutarate (a-酮戊二酸) glutamate（谷氨酸）,转氨酶多以-酮戊二酸作为氨基的受体，转化为谷氨酸，再经L-谷氨酸脱氢酶的催化导致氨基酸的氧化分解。谷氨酸可在生物合成中提供氨基。 如谷草转氨酶(GOT,又名AST) 谷丙转氨酶 (GPT,又名丙氨酸氨基转移酶ALT）急性肝炎患者血清GPT升高,心肌梗患者血清GOT升高,转氨酶的辅酶：磷酸吡哆醛（PLP）！参与氨基酸的转氨、脱羧、消旋反应,转氨作用机制,糖代谢,丙酮酸草酰乙酸-酮戊二酸,AlaAspGlu,蛋白质降解,是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式；是机体合成非必需氨基酸的重要途径；是联系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。,转氨基作用的生理意义,转氨作用是肝外组织中氨基酸脱氨的重要方式，大多数氨基酸可参与转氨基作用，但甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。转氨酶分布广（动、植、微），胞液、线粒体中均可进行反应。只有氨基的转移，没有游离的氨产生！所以转氨作用并不是氨基酸脱氨基的主要方式。,平衡常数偏向于合成方向,氧化脱氨基作用（oxidative deamination）,L-谷氨酸脱氢酶 ( L-glutamate dehydrogenase）动、植、微生物都有。动物分布于肝、肾、脑。辅酶：NAD+ or NADP+是别构酶 () ： GTP、ATP () ： GDP、ADP,专一性强，只催化谷氨酸脱氢，是一个线粒体酶，受能荷的调控，逆过程可合成Glu，为糖代谢和氮代谢交汇点,联合脱氨基作用（transdeamination）,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。, 转氨基偶联氧化脱氨基作用, 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环, 转氨基偶联氧化脱氨基作用,有氨生成，反应过程可逆！,实验：谷氨酸注入肝脏，结果10%的氨来自谷氨酸脱氢酶氧化，其余是经转氨作用转化为天冬氨酸。？,（肝、肾）,以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用，虽然在机体内广泛存在，但不是所有组织细胞的主要脱氨方式。, 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环（骨骼肌、心肌、肝脏、脑）,苹果酸,腺苷琥珀酸,次黄苷酸 (IMP),腺苷琥珀酸合成酶,50%,反应过程不可逆！,联系糖、氨基酸、核苷酸代谢的枢纽；三种核苷酸参与：AMP、IMP、GTP,R-CO-COO- + NH3+,脱氨基作用,？,？,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。,高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒 (ammonia poisoning)，也称肝昏迷。,正常人血液氨0.1% ，1%神经中毒。,2.2 氨基酸分解产物 的 代 谢,2.2.1氨的 代 谢（Metabolism of Ammonia）,NH4+,Uric acid,Urea,尿酸,尿素,氨,水生动物,鸟类、爬虫类,人、哺乳动物、两栖类,氨的代谢去路,1.在肝内合成尿素（主要）,2. 合成酰胺,3.作为氮源合成非必需Aa或Pu、Py等非蛋白含氮化合物,4.以铵盐形式排出体外,氨的转运,丙氨酸-葡萄糖循环 (alanine-glucose cycle), 肌肉中氨以无毒的丙氨酸 形式运输到肝, 肝为肌肉提供能量,一举两得, 谷氨酰胺的运氨作用,反应过程,谷氨酸 + NH3,谷氨酰胺 中性无毒易透过细胞膜,谷氨酰胺合成酶,ATP,ADP+Pi,谷氨酰胺酶,（脑）,（肝、肾）,尿素、铵盐,临床用谷氨酸盐降低血氨,脑组织中氨的主要去路！,1. 尿素(urea)的生成,鸟氨酸循环(ornithine cycle)/ 尿素循环(urea cycle)/ Krebs- Henseleit循环,细胞定位：线粒体+胞质,器官定位：肝,a.氨甲酰磷酸的合成,CO2 + NH3 + H2O + 2ATP,氨甲酰磷酸合成酶（Mg2+）,C,O,H2N,O PO32-,+ 2ADP + Pi,氨甲酰磷酸,：不可逆，限速,底物氨主要来源于谷氨酸氧化产生的氨， CO2来自糖代谢产物；N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。,1) 从鸟氨酸合成瓜氨酸(线粒体),N-乙酰谷氨酸（别构激活剂）,b.瓜氨酸的合成,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,（Orn）,（Cit）,2) 精氨酸的合成（胞液）,+,天冬氨酸（氨基供体）,精氨琥珀酸,（Cit）,精氨酸,延胡索酸,精氨琥珀酸裂解酶,精氨琥珀酸,可透过线粒体膜，是尿素循环和TCA循环的纽带,（Arg）,3) 尿素的生成（胞液）,urea,Arg,精氨酸酶专一性高，只对L-精氨酸起作用,H2O,Orn,精氨酸酶,鸟氨酸循环,线粒体,胞 质,Links between the urea cycle and citric acid cycle,“Krebs bicycle”,延胡索酸,天冬氨酸,瓜氨酸,鸟氨酸,精氨酸,精氨琥珀酸,反应小结,原料：2 分子氨，一个来自于氨，另一个来自 天冬氨酸; CO2为糖代谢产物。 过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。 耗能： 4 个ATP。 限速酶：氨甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸） 有四种氨基酸参与：鸟氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、精氨酸 与TCA循环关系密切，延胡索酸、天冬氨酸 既解除氨毒，又消耗了体内不需要的CO2,CO2 + NH4+ + 3ATP + Asp + 2H2O urea + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + fumarate,2. 酰胺的合成,动物储氨方式：,植物储氨方式：,3.合成Pu、Py等非蛋白含氮化合物（核苷酸代谢）,不仅是合成蛋白质的原料，也是体内解除氨毒的重要方式。,2.2.2 -酮酸的代谢,2. 经三羧酸循环氧化供能,1. 再合成氨基酸,3. 转变为糖及脂类,1. 再合成氨基酸（还原氨基化+转氨作用）,谷氨酸 + 丙酮酸,谷氨酸 + 草酰乙酸,-酮戊二酸+ 丙氨酸,-酮戊二酸+ 天冬氨酸,L-谷氨酸脱氢酶,转氨酶,-酮戊二酸+ NH3,谷氨酸,20种AA,-酮酸,乙酰CoA-酮戊二酸琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸,TCA,2. 经三羧酸循环氧化供能 （P438图26-9）,生糖氨基酸：甘、丝、丙等多种氨基酸,生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸,生酮兼生糖氨基酸：异亮、苯丙、酪、苏、色,3. 转变为糖及脂类,P438 图26-9,黑色素,皮肤、毛发等的黑色素由酪氨酸通过酪氨酸酶催化生成。人体缺乏此酶，则黑色素合成障碍，导致白化病。,酪氨酸的分解,酪氨酸,尿黑酸氧化酶,延胡索酸+乙酰乙酸,（生糖兼生酮）,尿黑酸症,酪氨酸酶,氨基酸代谢缺陷症举例,苯丙酮尿症(PKU),苯丙氨酸,苯丙氨酸羟化酶（苯丙氨酸单加氧酶）,苯丙酮酸的堆积对中枢神经系统有毒性，导致患儿智力发育障碍,圣.路易斯大学生化系 william Sly教授等人 对孩子血液分析，发现没有乙二醇存在。有浓度很高的甲基丙二酸（Ile、Val分解产物），另外含有大量的酮。,科学侦破一桩谋杀疑案,不幸,1991年Stallings被法院断定是刚出生儿子的谋杀凶手。,1990年，又生下一个儿子，发现有相同症状。,1991年被指控使用了致命性武器进行攻击，判处终生监禁。,运幸,通过对报告的分析，商业实验室的鉴定存在问题。 1991年9月，撤销了所有对Stallings的指控。,1989年出生三个月的儿子发病，商业实验室和医院实验室证实：防冻剂成分乙二醇中毒。（血液和奶瓶中有乙二醇的存在）,甲基丙二酸血症（MMA）,2.3 氨基酸脱羧基作用,脱羧基作用,胺类是组成某些维生素或激素的成分，或有特殊生理功能。但大多数胺对动物有毒，需要胺氧化酶将其转变为其他物质。,在胺氧化酶作用下，胺醛 酸 CO2+H2O,1.-氨基丁酸(GABA),GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。,2.组胺,组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，降低血压，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,了解,4. 5-羟色胺 (5-HT),5-羟色胺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。,3. 牛磺酸,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。,了解,5.多胺,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,丙胺转移酶,5-甲基-硫-腺苷,精胺,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。,了解,氨基酸与一碳单位,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）*。,-CH=NH 亚氨甲基-CHO 甲酰基-CH2OH 羧甲基-CH= 次甲基-CH2- 亚甲基-CH3 甲基,一碳单位包括：,一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸结合而转运和参加代谢。,P446,*四氢叶酸是一碳单位的载体,THFA,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,FH4携带一碳单位的形式,一碳单位主要来源于下列氨基酸代谢,亚氨甲基,亚甲基,甲酰基,or甲叉基,生理功能：是生物体内各种化合物甲基的主要来源。如嘌呤和嘧啶的合成。,甲基的直接供体:,S-腺苷甲硫氨酸(SAM ),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4C,SAM为体内甲基的直接供体,P418图25-20P466图27-21P574： 5加帽,氨基酸,脱羧,脱氨,氨基酸分解代谢总览,3 氨基酸的合成代谢,3.1 氨基酸合成途径的类型,*非必需氨基酸都是生糖氨基酸；*必需氨基酸只有少数是生糖氨基酸，与糖的转化不可逆。 生酮氨基酸多是必需氨基酸，氨基酸转化为酮体不可逆。,8种必需氨基酸：Met，Trp，Lys，Val，Ile，Leu，Phe，Thr，2种半必需氨基酸：His，Arg,氨基酸与糖和脂肪的共同中间代谢产物,Overview of amino acid biosynthesis.,碳骨架来源： 糖酵解（EMP） 柠檬酸循环（TCA） 磷酸戊糖途径（PPP）氨基来源：Glu、Gln,莽草酸途径,P453-461了解,*P453表27-1,Over,复习题(仅供参考),一、名词解释； 1、必需氨基酸； 2、生糖氨基酸； 3、生酮氨基酸 4、一碳单位 5、联合脱氨作用 6、尿素循环,1、谷氨酸在蛋白质代谢中具有重要作用，因为 A、参与转氨作用 B、参与氨储存和利用 C、参与尿素合成 D、参与一碳单位代谢,（A、B、C）,A、谷氨酰胺 B、丙氨酸 C、两者都是 D、两者都不是组织间转运氨的载体脑组织转运氨的载体提供一碳单位,（C）,（A）,（D）,3、下列哪一种氨基酸与尿素循环无关？ A、赖氨酸 B、天冬氨酸 C、鸟氨酸 D、瓜氨酸 E、精氨酸,（A）,2、,4、氨基转移不是氨基酸脱氨基的主要方式，因为 A、转氨酶在体内分布不广泛 B、转氨酶的辅酶容易缺乏 C、转氨酶作用的特异性不强D、只是转氨基，没有游离氨产生,（D）,7、下列哪一种氨基酸经过转氨作用可生成草酰乙酸？ A、谷氨酸 B、丙氨酸 C、苏氨酸 D、天冬氨酸 E、脯氨酸 8、能直接转变为-酮戊二酸的氨基酸为 A、天冬氨酸 B、丙氨酸 C、谷氨酸 D、谷氨酰胺 E、天冬氨酸,（D）,（C）,9、催化联合脱氨基作用所需的酶是 A、L-氨基酸氧化酶 B、转氨酶 C、谷氨酰胺酶 D、谷氨酸脱氢酶,（B、D）,10、-酮酸的代谢途