生物化学氨基酸代谢ppt课件

LOGO 第十章：氨基酸代谢 氨基酸功能的多样性 v1.参与蛋白质合成 v2.氧化功能 （过剩、能量不足时） v3.转变成重要的生理活性物质 v4.转化成一碳单位 v5.参与其他非蛋白质含 N化合物的合成 第十章：氨基酸代谢第十章：氨基酸代谢 1 蛋白质的酶促降解 2 氨基酸的一般代谢 3 氨基酸合成代谢概况 amino acid metabolism 1 蛋白质的酶促降解 排除不正常的蛋白质 排除过多的酶和调节蛋白 使细胞代谢井然有序 生物生物 细胞细胞 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 其他代谢其他代谢 氨基酸氨基酸 蛋白质（实现自我更新）蛋白质（实现自我更新） 1.细胞有 选择性的降解选择性的降解 非正常蛋白质 2.绝大多数快速降解的酶都居于重要的 “ 代谢 控制控制 ” 位置位置 ， 而较为稳定的酶在所有生理条件下有着 较稳定的催化活性。 3. 降解的速度 受营养及激素受营养及激素 状态的 影响影响 。 4.蛋白质的周转代谢使种种代谢途径的 调节调节 得以容 易实现。 蛋白质降解的特性蛋白质降解的特性 1 蛋白质的酶促降解 v蛋白质的酶促水解蛋白质的酶促水解 （消化吸收） u蛋白酶分类蛋白酶分类 内肽酶 （蛋白酶） 外肽酶 羧肽酶、氨肽酶 （动物的消化道酶，植物的果实酶）（动物的消化道酶，植物的果实酶） 消化道内几种蛋白酶的专一性 （ Phe.Tyr.Trp） （ Arg.Lys） （脂肪族） 胰凝 乳蛋 白酶 胃蛋白酶 弹性 蛋白 酶 羧肽酶 胰蛋白酶 氨肽酶 羧肽酶 （ Phe. Trp） 切点不同切点不同 各有所长各有所长 肽酶的种类和专一性肽酶的种类和专一性 名名 称称 作作 用用 特特 征征 -氨酰肽水解酶氨酰肽水解酶 (-aminoacyl peptide hydrolase) 作用于多肽链的作用于多肽链的 N-末端末端 -羧肽水解酶羧肽水解酶 (-carboxyl peptide hydrolase) 作用于多肽链的作用于多肽链的 C-末端末端 二羧肽水解酶二羧肽水解酶 (depeptide hydrolase) 水解二肽水解二肽 蛋白酶的种类和专一性蛋白酶的种类和专一性 名名 称称 作用特征作用特征 实例实例 丝氨酸蛋白酶类丝氨酸蛋白酶类 (serine pritelnase) 活性中心含活性中心含 Ser 硫醇蛋白酶类硫醇蛋白酶类 (Thiol pritelnase) 活性中心含活性中心含 Cys 羧基（酸性）蛋白酶类羧基（酸性）蛋白酶类 carboxyl(asid) pritelnase 活性中心含活性中心含 Asp,最适最适 pH 在在 5以下以下 金属蛋白酶类金属蛋白酶类 (metallopritelnase) 活性中心含有活性中心含有 Zn2+ 、 Mg2+等等 金属金属 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶胰蛋白酶 凝血酶凝血酶 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 无花果蛋白酶无花果蛋白酶 菠萝酶菠萝酶 胃蛋白酶胃蛋白酶 凝乳酶凝乳酶 枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶 嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶 氨基酸氨基酸胃蛋白酶 胃中柱细胞 胃蛋白酶原 胃 HCL 酶原 胰腺 小肠 小肽 氨基酸氨基酸 氨基酸氨基酸 少量少量 胨（未消化蛋白） 主 细胞 HCO3- 肠促胰腺液 胰蛋白酶 糜蛋白酶 弹性蛋白酶 十二指肠 氨肽酶 羟肽酶 肠粘酶 肠 小肠 食物中的蛋白质 2 氨基酸的一般代谢 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 NH4+ NH4+ NH3 CO2 H2O 体蛋白 尿素 尿酸 激素 卟啉 尼克酰氨 衍生物 嘧啶 嘌呤 生物固氮 硝酸还原 （次生物质代谢） CO2 胺 肌酸胺肌酸胺 代谢概况代谢概况 2 氨基酸的一般代谢 v（一）、脱氨基作用（一）、脱氨基作用 v（二）、脱羧基作用（二）、脱羧基作用 v（三）、氨基酸分解产物的代谢（三）、氨基酸分解产物的代谢 共性的共性的 代谢代谢 (一一 ) 脱氨基脱氨基 (deamination )作用作用 v1、氧化脱氨基作用、氧化脱氨基作用 v2、转氨基作用、转氨基作用 v3、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用 v4、非氧化脱氨基作用、非氧化脱氨基作用 氨基酸都 有 氨基 1、氧化脱氨基作用、氧化脱氨基作用 -氨基酸氨基酸 氨基酸氧化酶（ FAD、 FMN） -酮酸酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO -+NH3 O | H2O+O2 H 2O2 L-谷氨酸脱氢酶+ H 2O + NH3 NAD(P)+ NAD(P)H+H+ COOH CH2 CH2 C=O COOH COOH CH2 CH2 CH NH2 COOH 在酶的催化下脱去氨基生成相应的 - 酮酸的过程称为 氧化脱氨基作用。有 脱氢脱氢 和 加氧加氧 两种。 2、转氨基作用、转氨基作用 转氨基作用转氨基作用 ( transamination )： 转氨酶转氨酶 催化 - 氨基酸的氨基 - 酮酸的酮基碳原子上。 分两步进行 : （ 1）氨基酸的氨基先转到酶分子上，自身形成 - 酮酸。 （ 2）酶上的氨基再转到酮酸受体上（例如 - 酮戊二酸），形 成产物氨基酸（例如谷氨酸）。 氨基移换氨基移换 R2-CH-COO- NH+3 | -氨基酸 2 -氨基酸 1 R1-CH-COO- NH+3 | -酮酸 1 R1-C-COO- O| R2-C-COO- O| -酮酸 2 转氨酶转氨酶 （辅酶： 磷酸吡哆醛 ） 氨基酸 1 - 酮酸 2 氨基酸 2- 酮酸酮酸 1+ + -氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 醛亚胺 酮酮 亚胺磷酸吡哆胺-酮酸酮酸 互变异构互变异构 磷酸吡哆醛 的作用机理 2、转氨基作用 v转氨酶 种类多； 大多以 -酮戊二酸作为氨基的受体； 酶对氨基酸的专一性不严格。 酶是根据其催化 活力最大的氨基酸活力最大的氨基酸 命名的。 谷丙转氨酶和谷草转氨酶 谷丙转氨酶 （ GPT） 谷草转氨 酶 (GOT) 3.联合脱氨基作用 概念 转氨基和氧化脱氨基 作用联合进行的脱氨 基方式。 3.联合脱氨基作用 转氨酶 L-谷氨酸脱氢酶 H20+NAD+ NH3+NADH -酮酸 -氨基酸 -酮戊二酸 L-谷氨酸 转氨基与嘌呤核苷酸循环相偶联 -氨基酸 -酮酸 -酮戊二酸 谷氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸 腺苷酰琥珀酸 苹果酸 延胡索酸 腺苷酸 次黄苷酸 4.非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用 主要在微生物体内进行，动物体内不普遍。 （ 1）直接脱氨基作用 （ 2）还原脱氨基作用 （ 3）水解脱氨基作用 （ 4）脱水脱氨基作用 （ 5）氧化还原脱氨基作用 （二）脱羧基作用（二）脱羧基作用 1.概念 少数氨基酸 脱羧酶催化脱羧 产生 化合物 辅酶为磷酸吡哆醛 直接脱羧 胺 羟化脱羧 羟胺 2.类型 : 3.脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢） 氨基酸都 有 羧基 胺类 （二）脱羧基作用 v脱羧酶专一性很高，只作用与 L-氨基酸。 v脱羧反应普遍存在于微生物和高等动植物体内。 v氨基酸脱羧的生理意义氨基酸脱羧的生理意义 v氨基酸 脱羧脱羧 形成的 胺胺 （ 生物胺）有重要的生理作用： L-谷氨酸 氨基丁酸 是重要的神经递质。 组氨酸 组胺 能降低血压，刺激胃液分泌。 酪氨酸 酪胺 有升血压的作用等。 脱羧酶专一性很高，只作用与 氨基酸。 脱羧反应普遍存在于微生物和高等动植物体内。 氨基酸脱羧的生理意义氨基酸脱羧的生理意义 氨基酸 脱羧脱羧 形成的 胺胺 （ 生物胺）有重要的生理作用： 谷氨酸 氨基丁酸 是重要的神经递质。 组氨酸 组胺 能降低血压，刺激胃液分泌。 酪氨酸 酪胺 有升血压的作用等。 脱羧酶作用机制脱羧酶作用机制 H COO- HR NH3+ +C CO R H COO- R NC H C R + H2O H H R NC H C R - 氨基酸 磷酸吡哆醛 +H H R NH3+C H CO R 一 级胺 磷酸吡哆醛 CO2 （三）氨基酸分解产物的代谢（三）氨基酸分解产物的代谢 1、氨的代谢转变 （ 1）尿素的合成 （ 2）酰氨的生成 2、 -酮酸的代谢转变 （ 1）再合成氨基酸 （ 2）转变成糖及脂肪 （ 3）氧化成二氧化碳和水 （ 1）尿素的合成 v排尿动物的排氨方式，主要在肝脏合成，随尿排出。 鸟氨酸循环 ： 从鸟氨酸开始，利用两个分子的有毒的氨，合成一分 子的无毒的尿素又回到鸟氨酸的一个循环过程。 v总反应过程如下： NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸 +2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2AMP +PPi+延胡索酸延胡索酸 线粒体 胞液 尿素循环 图 鸟氨酸 瓜氨酸 谷氨酸 谷氨酸 氨甲酰 磷酸 -酮戊二酸NH 3 CO2， ATP Pi 线粒体 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸 精氨 琥珀酸 天冬氨酸 延胡索酸 H2O 细胞溶胶 2 15 4 3 尿素 尿素的 第一个第一个 N的获取 CO2 NH3 2ATP NH2COOP 2ADP Pi+ + + 氨基甲酰磷酸 氨基甲酰磷酸合成酶 1.氨甲酰磷酸合成酶 2、鸟氨酸转、鸟氨酸转 氨甲酰基酶氨甲酰基酶 H2N HN C O (CH2)3 CHNH3+ COO- 瓜 氨酸 NH2 C OP O NH3 + (CH2)3 CHNH3+ COO- 鸟氨酸 + + Pi 3、精氨琥珀酸合成酶、精氨琥珀酸合成酶 HN HN C OH (CH2)3 CHNH3+ COO- 瓜 氨酸（烯醇式） H N+ H C CH2 COO- 天冬氨酸 COO-H H + AMP+PPi 精氨 琥珀酸 COO- COO- +H2N HN C (CH2)3 CHNH3+ N CH CH2 COO- H ATP 尿素第二个 N的获取 4、 精氨琥珀 酸 裂解酶 +H2N HN C NH2 (CH2)3 CHNH3+ COO- 精氨酸 CH CH COO- 延胡索酸 COO- 精氨 琥珀酸 COO- COO- +H2N HN C (CH2)3 CHNH3+ N CH CH COO- H H + 5、 精氨酸酶 +H2N HN C NH2 (CH2)3 CHNH3+ COO- 精氨酸 NH3+ (CH2)3 CHNH3+ COO- 鸟氨酸 NH2 C O NH2 HOH+ + （ 2）酰氨的生成）酰氨的生成 +NH2 +H 2O ATP ADP+Pi 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶 Mg2+ +2H 谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶 参与嘧啶环的合成参与嘧啶环的合成 2.- 酮酸的代谢转变 v- 酮酸： 氨基酸脱氨基后的 碳骨架 。 v虽然 20种氨基酸的碳骨架氧化的酶不同，途径不 同，但它们都集中形成了 TCAC途径 的中间产物 而进入 TCAC途径彻底氧化的。 （ 1）再合成氨基酸 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 谷氨酸 + H2O-酮 戊二 酸 + NH3 NAD（ P） +NAD（ P） H 谷氨酸 +丙酮酸 -酮 戊二 酸 + 丙氨酸转氨酶转氨酶 在大脑中发生上述反应，大量消耗了 -酮戊二 酸和 NADPH， 引起中毒症状。 在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基 作用，生成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。 谷氨酸 +草酰乙酸 -酮戊二 酸 +天冬氨酸 （ 2）转变成糖及脂肪）转变成糖及脂肪 脊椎动物体内氨基酸分解代谢过程中， 20种氨基 酸有着各自的酶系催化氧化分解 -酮酸 。途径各异， 但它们都集中形成 5种中间产物可分别 进入三羧酸循 环 ，进一步分解生成 CO2和脱出的氢通过呼吸链生成 水。这 5种中间产物是 乙酰 CoA、 -酮戊二酸、琥珀 酰 CoA、 延胡索酸、草酰乙酸 。氨基酸脱氨基后生成 的 -酮酸可氧化生成 CO2、 H2O和释放出能量用以合 成 ATP。（ 见图 ） （ 3）氧化成二氧化碳和水）氧化成二氧化碳和水 20种氨基酸进入三羧酸循环最终氧化成二氧化碳和水 草酰乙酸 磷酸烯 醇式酸 -酮戊二酸 天冬氨酸 天冬酰氨 丙酮酸 延胡索酸 琥珀酰 CoA 乙酰 CoA 乙酰乙酰 CoA 苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸 丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 组氨酸 脯氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸 柠檬酸 TCAC 葡萄糖 3 氨基酸合成代谢概况氨基酸合成代谢概况 v一、概述一、概述 v二、氨基酸与一碳单位二、氨基酸与一碳单位 v三、三、 自然界的氮素循环自然界的氮素循环 一、概述一、概述 必需氨基酸必需氨基酸 （ essential amino acids） : 机体不能合成，必需从外界获得的氨基酸。 非必需氨基酸非必需氨基酸 （ nonessential amino acids） : 机体可以合成的氨基酸。 将人类的八种必需氨基酸归纳为如下的口诀，以帮助记忆： 苏 缬 亮 异亮 ， 苯丙 属芳香 还有 色 赖 蛋 ， 缺一人遭殃 谷氨酸族 天冬氨 酸族 丙氨 酸族 丝氨 酸族 His 和芳香族 氨氨 基基 酸酸 生生 物物 合合 成成 概概 况况 二、氨基酸与一碳单位二、氨基酸与一碳单位 氨基酸在分解过程中 可以产生具有一个碳 原子的一碳基团，一 碳基团参与氨基酸、 嘌呤、胸腺嘧啶及磷 脂的生物合成。 常见的一碳单位 -CH=NH 亚氨甲基 H-CO- 甲酰基 -CH2OH 甲醇基 -CH= 次甲基 -CH2- 亚甲基 -CH3 甲基 一碳单位靠四氢叶酸（ THF，曾用 HF4 表示） 转移携带甲基的部位是在 N5,N10位 氨基酸与一碳单位的关系 氨基酸与一碳单位的关系 S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸 N5-CH3-FH4 N5 ， N10 - CH2-FH