生物化学课件氨基酸蛋白质代谢紊乱与疾病

目 录 氨 基 酸 代 谢紊乱 与疾病 目 录 一、 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18%能量由蛋白质提供。 蛋白质的营养作用 目 录 二、蛋白质需要量和营养价值 1. 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。 氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人） 氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等） 氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾 病患者） 氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。 目 录 2. 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。 3. 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。 其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。 目 录 蛋白质的营养价值(nutrition value) 蛋白质的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 指营养价值较低的蛋白质混合食用，其 必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。 目 录 蛋白质的腐败作用 肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其 消化产物所起的作用 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) 目 录 （一）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 目 录 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。 苯乙胺苯乙醇胺酪胺 -羟酪胺 目 录 -羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺， 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。 目 录 （二） 氨的生成 未被吸收的氨基酸 渗入肠道的尿素 氨 (ammonia) 肠道细菌 脱氨基作用 尿素酶 降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出， 可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。 目 录 （三）其它有害物质的生成 酪氨酸 苯酚 半胱氨酸 硫化氢 色氨酸 吲哚 氨基酸 代谢库 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 -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 目 录 目 录 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(urea)而解毒。 正常人血氨浓度一般不超过 0.6mol/L。 氨的代谢 目 录 一、血氨的来源与去路 1. 血氨的来源 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源, 胺类的分解也可以产生氨 RCH2NH2RCHO + NH3 胺氧化酶 肠道吸收的氨 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 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 + NH3 谷氨酰胺酶 目 录 2. 血氨的去路 在肝内合成尿素，这是最主要的去路 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺 谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶 ATPADP+Pi 肾小管泌氨 分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。 目 录 二、氨的转运 1. 丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle) 反应过程 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 NH3 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 NH3 尿素 尿素循环糖 异 生 肝 丙氨酸-葡萄糖循环 葡 萄 糖 目 录 目 录 2. 谷氨酰胺的运氨作用 反应过程 谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶ATP ADP+Pi 谷氨酰胺酶 在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾 后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。 生理意义 谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储 存及运输形式。 目 录 三、尿素的生成 （一）生成部位 主要在肝细胞的线粒体及胞液中。 （二）生成过程 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。 目 录 1. 氨基甲酰磷酸的合成 CO2 + NH3 + H2O + 2ATP 氨基甲酰磷酸合成酶 （N-乙酰谷氨酸，Mg2+） C O H2NO PO32-+ 2ADP + Pi 氨基甲酰磷酸 反应在线粒体中进行 目 录 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) 目 录 2. 瓜氨酸的合成 鸟氨酸氨基甲酰转移酶 H3PO4 + 氨基甲酰磷酸 目 录 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。 目 录 3. 精氨酸的合成 反应在胞液中进行。 精氨酸代琥珀酸合成酶 ATPAMP+PPiH2O Mg2+ + 天冬氨酸精氨酸代琥珀酸 目 录 精氨酸延胡索酸 精氨酸代琥 珀酸裂解酶 精氨酸代琥珀酸 目 录 4. 精氨酸水解生成尿素 反应在胞液中进行 尿素鸟氨酸 精氨酸 鸟 氨 酸 循 环 2ADP+Pi CO2 + NH3 + H2O 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 目 录 目 录 高氨血症和氨中毒高氨血症和氨中毒 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)。 目 录 TAC 脑供能不足 -酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺 NH3 NH3 脑内 -酮戊二酸 氨中毒的可能机制 目 录 个别氨基酸的代谢 Metabolism of Individual Amino Acids 目 录 一、氨基酸脱羧基作用 脱羧基作用(decarboxylation) 氨基酸脱羧酶 氨基酸胺类 RCH2NH2+ CO2 磷酸吡哆醛 目 录 （一）-氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA) L-谷氨酸GABA CO2 L- 谷氨酸脱酶 GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制 作用。 目 录 （二）牛磺酸(taurine) 牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。 L-半胱氨酸磺酸丙氨酸 牛磺酸 磺酸丙氨酸脱羧酶 CO2 目 录 （三）组胺 (histamine) L-组氨酸组胺 组氨酸脱羧酶 CO2 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。 目 录 （四）5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT) 色氨酸5-羟色氨酸 5-HT 色氨酸羟化酶 5-羟色氨酸脱羧酶 CO2 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。 目 录 （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 丙胺转移酶 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。 目 录 二、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)。 目 录 种类 甲基 (methyl)-CH3 甲烯基 (methylene)-CH2- 甲炔基 (methenyl)-CH= 甲酰基 (formyl)-CHO 亚胺甲基 (formimino)-CH=NH 目 录 （二）四氢叶酸是一碳单位的载体 FH4的生成 F FH2 FH4 FH2还原酶FH2还原酶 NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+ 目 录 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 目 录 一碳单位主要来源于氨基酸代谢 丝氨酸 N5, N10CH2FH4 甘氨酸 N5, N10CH2FH4 组氨酸 N5CH=NHFH4 色氨酸 N10CHOFH4 （三）一碳单位与氨基酸代谢 目 录 （四）一碳单位的互相转变 N10CHOFH4 N5, N10=CHFH4 N5, N10CH2FH4 N5CH3FH4 N5CH=NHFH4 H+ H2O NADPH+H+ NADP+ NADH+H+ NAD+ NH3 目 录 （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 目 录 三、含硫氨基酸的代谢 胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸 含硫氨基酸 目 录 （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 ATPS腺苷甲硫氨酸 (SAM) 目 录 甲基转移酶 RHRHCH3 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 目 录 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 N5CH3FH4N5CH3FH4 转甲基酶 (VitB12) H2O 腺苷 RH ATP PPi+Pi RH-CH3 目 录 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)。 H2O + 目 录 目 录 （二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢 1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变 -2H +2H CH2SH CHNH2 COOH CH2 CHNH2 COOH CH2 CHNH2 COOH SS 2 目 录 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。 SO42-+ ATPAMP - SO3-(腺苷-5-磷酸硫酸) 3-PO3H2-AMP-SO3- （3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸，PAPS） PAPS为活性硫酸， 是体内硫酸基的供体 目 录 四、芳香族氨基酸的代谢 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 目 录 （一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢 苯丙氨酸 + O2 酪氨酸 + H2O 苯丙氨酸羟化酶 四氢生物蝶呤二氢生物蝶呤 NADPH+H+NADP+ 此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。 目 录 1. 儿茶酚胺(catecholamine)与黑色素(melanin)的合成 目 录 l帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生 成减少。 l在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等 催化合成黑色素。 l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)。 目 录 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。 目 录 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。 目 录 （二）色氨酸代谢 色氨酸 5-羟色胺 一碳单位 丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA 维生素 PP 目 录 五、支链氨基酸的代谢 支链氨基酸 亮氨酸异亮氨酸缬氨酸 目 录 蛋白质生物合成 的干扰和抑制 Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis 目 录 l蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的 作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋 白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生 物合成过程而起作用的。 l可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究 新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原 核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛 选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。 目 录 l抗生素(antibiotics) 是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物 。 l抗代谢药物 指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长 的药物，如：6-MP。 l 某些毒素也作用于基因信息传递过程。 目 录 一、抗生素类 抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 抗生素作用点作用原理应用 四环素族（金霉素 新霉素、土