课件：氨基酸代谢2012.ppt

1,血浆脂蛋白代谢 & AS,？,第十七章 氨基酸代谢,何冰芳,3,本 章 轮 廓,无机氮N2，NO3，NH4+,有机氮，氨基酸,NH4+ -酮酸,一碳单位,活性物质,尿素合成,糖代谢,脂代谢,4,Animals,Plants,N2,Bacteria Fungi,Rice field,Leguminous plants,Legminous bacteria,N2,N-compounds,Atmospheric discharge,Rain,Nitrogen fixation,Assimilation,Denitrification,Nitrogen Cycle,Amino acid,Amino acid,Amino acid,5,第一节 氨基酸生物合成的碳、氮源,一、氨基酸合成氮的来源 1、硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶催化硝酸盐的还原 2、固氮酶系统将大气中的氮气还原成铵,硝酸盐还原酶，亚硝酸盐还原酶,固氮酶复合物,植物 微生物,6,二、-酮酸是氨基酸生物合成的直接碳骨架,Alanine Valine Leucine Isoleucine,Glucose,7,三、氨的同化作用,氨同化：是生物体将氨（无机氨）转变为有机氨（氨基酸）的过程 1、谷氨酸脱氢酶催化氨掺入-酮戊二酸合成谷氨酸,谷氨酸脱氢酶,8,2、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酰胺的合成,9,3、 谷氨酰胺合成-谷氨酸合酶循环,谷氨酸合酶谷氨酰胺:-酮戊二酸氨基转移酶,+ NAD(P)H,+ NAD(P),谷氨酸合酶,10,四、谷氨酰胺合成酶是氮素代谢的主要控制点,谷氨酰胺合成酶,变构调节,共价调节,（9种别构抑制剂）,腺苷酸化O-AMP,去腺苷酸化OH,Tyr-OH,（活性）,11,五、碳、氮代谢的关系,生物碳、氮代谢关系： 碳代谢为有机氮的合成提供必需的前体分子、能量以及还原力 氨基酸碳骨架分解后可适时地补充碳代谢中间体的消耗,12,第二节 氨基酸的合成代谢,碳骨架：糖酵解、三羧酸循环与磷酸戊糖途径的中间代谢物,一、必需氨基酸,摄取,Val Ile Leu Lys Met Phe Trp Thr His,13,二、非必需氨基酸的合成,1、丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸与谷氨酰胺的合成,转氨基合成非必需氨基酸,14,氨基酸合成前体,3磷酸甘油酸,三、必需氨基酸的合成微生物、植物,15,四、细胞中氨基酸生物合成的调节,16,ASA,Hse,Thr,DHDP,DAP,Lys,Asp,Homoserine dehydrogenase,Homoserine kinase,Aspartate kinase,Met,Repression,Feed-back inhibition,Brev. Flavum, Cory. Glutamicum中的 L-Lys生物合成的调节,17,第三节、蛋白质在体内的降解,蛋白质是生命的物质基础，细胞总是不断地从氨基酸合成蛋白质，又把蛋白质降解为氨基酸。各种蛋白质的寿命不同。 细胞中蛋白质降解的重要功能： 1、排除不正常的蛋白 2、排除累积过多的酶和调节蛋白，使细胞代谢竟然有序。,18,一、细胞外途径 蛋白质的消化和吸收,1、蛋白质的消化蛋白酶的作用位点 酶原和酶原激活：多数蛋白酶是以酶原形式分泌的，到一定部位及一定条件下激活为有活性的酶（水解小部分肽链）。其生理意义在于保护组织免受蛋白酶分解。 2、蛋白酶的特异性蛋白酶具有较高的专一性，分别作用于多肽链的不同部位 肠：胰蛋白酶 胃蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 食物蛋白 朊、胨、多肽 氨基酸 吸收 弹性蛋白酶 小肽 羧肽酶 外肽酶（二肽） 氨肽酶,19,动物蛋白酶作用的专一性,胃蛋白酶：芳香族氨基酸,Met,Leu的羧基端肽键。 胰蛋白酶：碱性. 的羧基端肽键 糜蛋白酶：芳香族氨基酸 的羧基端肽键 （胰凝乳蛋白酶） 弹性蛋白酶：脂肪族氨基酸 的羧基端肽键 羧肽酶：羧基末端肽（小肽） 氨肽酶：氨基末端肽（小肽）,胰蛋白酶,胰凝乳蛋白酶,20,氨基酸及小肽的吸收,小肠粘膜细胞吸收氨基酸和小肽是个“主动运输”过程，两种方式： 1. 主动转运（主）：需钠氨基酸载体（是一种活性受Na+调节的 膜蛋白），耗能,不同的AA吸收可由不同的载体完成。 中性AA载体：运输芳香、脂肪、含硫AA等，特别是必需AA 碱性AA载体： 酸性AA载体： 亚氨基酸及甘氨酸载体 2.谷氨酸酰基循环：需谷胱甘肽、能量、转移酶等 通过酶（在谷氨酸转移酶的催化下）与谷胱甘肽（GSH）作用，生成谷氨酰AA，而进入细胞。,21,一个体重70 kg 的人，一般进食，每天约400g 蛋白质发生变化。其中四分之一氧化降解或转变为葡萄糖，四分之三在体内再循环。 体内蛋白降解 真核细胞降解蛋白质有两种体系； 1、溶酶体无选择地降解蛋白质（约50种酶） 2、ATP-依赖的泛肽-蛋白酶降解体系（选择降解）,二、细胞内途径,22,真核细胞中蛋白质降解的两种体系,一、溶酶体降解体系无选择性地降解蛋白质 半衰期较长的蛋白质 溶酶体是具单层膜被的细胞器，它含有50多种水解酶，内部 pH为5。 糖尿病会刺激溶酶体的蛋白质分解,23,真核细胞中蛋白质降解的两种体系,二、泛肽(ubiquitin)标记降解体系 给选择降解的蛋白质加以标记，需ATP,（泛肽活化酶）,（泛肽携带蛋白）,宣布无用的蛋白,（泛肽-蛋白连接酶）,（宣布无用的蛋白）,蛋白酶体,半衰期较短的蛋白,24,三、细胞程序性死亡-细胞凋亡,细胞凋亡Apoptosis：是指导致细胞死亡的一系列的形态变化，包括细胞体积减少，质膜损伤，线粒体膨胀和染色质断裂。 Caspase 12种caspase （蛋白酶）,Caspase的级联放大,25,第四节、氨基酸的脱氨基作用,机体每天由尿中以含氮化合物排出的氨基氮约 6-20 g ，排泄 5g 氮相当于丢失 30g 内源蛋白。 蛋白质在体内主要以脱氨方式代谢。 氮平衡是指摄入蛋白质的含氮量与排泄物（主要为粪和尿）中含氮量之间的关系，它反映蛋白质的合成与分解代谢的总结果 氮总平衡 氮正平衡 负氮平衡,26,27,第四节、氨基酸的脱氨基作用,氧化脱氨 转氨基 联合脱氨基,28,两类酶：L-氨基酸氧化酶 D-氨基酸氧化酶 （需氧） L-谷氨酸脱氢酶（不需氧脱氢酶） 1、 L-氨基酸氧化酶 D-氨基酸氧化酶,一、氧化脱氨基作用,氨基酸氧化酶 FAD FMN,29,L-谷氨酸脱氢酶 不需氧脱氢酶，辅酶NAD+ or NADP+,酶专一性高，活性高，分布广如肝、肾、脑中，尤其动物肝细胞中。,酮戊二酸与三羧酸循环相连，故L谷氨酸脱氢酶在糖代谢和氨基酸代谢（合成）中具有重要作用，如味精。,L-谷氨酸脱氢酶,L-谷氨酸脱氢酶,30,转氨作用普遍存在的脱氨方式,转氨作用：氨基酸的-氨基与-酮酸的酮基，在转氨酶的作用下相互交换，生成新的氨基酸和-酮酸的反应称为转氨作用。（本质上并没有氨的脱去）,二 、转氨基作用,31,转氨酶种类多，分布广，都以磷酸吡哆醛作辅酶，转氨酶大多数都优先利用酮戊二酸作为氨基的受体。其中最常见且作用最强的是谷丙转氨酶 （glutamic pyruvic transaminase GPT）和谷草转氨酶（glutamic oxaloacetic transaminase GOT）,二 、转氨基作用,32,磷酸吡哆醛起着转递氨基的作用 意义： 1.是体内多数氨基酸脱氨的重要方式（联合脱氨），又是机体合成非必需氨基酸的重要途径。 2.是临床疾病诊断和治疗时的重要指标；GOT GPT 活力,转氨作用,33,三.联合脱氨,1） 转氨酶与L谷氨酸脱氢酶联合脱氨 -氨基酸与-酮戊二酸经转氨作用生成谷氨酸，后者在L谷氨酸脱氢酶（活力高）的催化下，经脱氢脱氨而释放出氨。,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,34,2）转氨偶联AMP循环脱氨 腺嘌呤核苷酸循环联合脱氨,骨骼肌，心肌的谷氨酸脱氢酶含量少，需经此方式脱氨。,IMP,AMP,H2O,NH3,腺苷酸代琥珀酸,次黄嘌呤核苷酸,GOT,苹,腺苷酸脱氢酶,三.联合脱氨,35,第五节、鸟氨酸循环（Ornichine cycle）,血液中氨浓度达5mg/100ml,兔死亡,运输,排泄,？,36,一、氨的代谢去向 鸟氨酸循环-尿素 NH3最终排泄方式（无毒）尿素（人和哺乳动物） 尿酸（鸟类和爬行类） 氨NH4+（水生及海洋动物）,第五节、鸟氨酸循环（Ornichine cycle）,37,二、尿素的合成-鸟氨酸循环,1） 氨甲酰磷酸的生成 2） 瓜氨酸的形成 3） 精氨酸代琥珀酸的形成 4） 精氨酸的生成 5） 尿素的生成 整个合成过程中，氨甲酰磷酸合成酶是调节酶 尿素合成的主要器官：肝脏，当肝功能受损时，尿素合成受阻，血氨，称高血氨症。,Krab循环,38,2019/8/27,39,可编辑,40,2 、尿素循环的氮供体与能量消耗,41,氨甲酰磷酸合成酶,精氨酸代琥珀酸合成酶,4、尿素合成的调节,42,5、高血氨症与氨中毒,血液中氨浓度达5mg/100ml,兔死亡,三羧酸循环关键中间体,ATP,脑细胞,43,高氨血症与氨中毒,氨在体内以无毒的丙氨酸，谷氨酰胺运输，在肝合成尿素，在肾以铵的形式排出，使氨的代谢保持动态平衡，尿素合成是正常平衡的关键 肝昏迷：肝功能严重损伤 尿素合成障碍，血氨 氨进入脑细胞，与-酮戊二酸形成Gln，大量消耗脑中的-酮戊二酸，TCA循环，ATP，大脑功能障碍。,44,1、丙氨酸葡萄糖循环,是肌组织和肝之间进行氨的转运 氨运入肝脏 肌肉 血液 肝 G G G NH3 AA 丙酮酸 丙酮酸 谷氨酸 酮酸 Ala Ala Ala -酮戊二酸,GPT(肌肉),GPT,三、氨的转运,45,46,2谷氨酰胺是重要的氨的运输形式,谷氨酰胺合成酶,谷氨酰胺酶,47,48,氨基酸分解代谢碳骨架的代谢去路,49,三种去路 ） 合成非必需氨基酸转氨作用 ） 转变为糖及脂肪 生糖氨基酸：通过-酮酸转变为糖代谢的中间产物的AA。 Ala Arg Asp Asn Cys Glu Gln Gly His Pro Hyp Met Ser Val 生糖兼生酮AA;-酮酸既可转变成糖又能转变为酮体的AA Try Phe Ile Tyr Thr 如酪氨酸 乙酰乙酸 + Fumaric acid 生酮AA：-酮酸变成酮体的AA Leu Lys,Leu 乙酰乙酸+乙酰CoA 3）氧化成CO2和H2O，产能，进TCA循环,-酮酸的代谢,50,AA -酮酸进入TCA循环的几个方式,1、形成丙酮酸的途径 经丙酮酸乙酰CoA途径 Ala Gly Ser Cys Thr Trp * 2、形成乙酰CoA途径 经乙酰乙酰CoA乙酰CoA途径 Phe* Tyr Leu Lys Trp * (Ile) 3、形成-酮戊二酸途径 Arg His Gln Glu Pro Hyp 4、形成琥珀酰CoA途径 Met Ile Val Thr 5、形成富马酸途径 Phe* Tyr* 6、形成草酰乙酸途径 Asp Asn 注：*双途径进入三羧酸循环,51,52,四、 Phe Tyr 代谢,食物蛋白 组织蛋白,苯丙酮酸,尿黑酸,羟化酶,乙酰乙酸等,53,苯丙酮酸尿症,食物蛋白 组织蛋白,苯乙酸,转氨酶,羟化酶,影响大脑发育,54,一、氨基酸的脱羧生成胺类,部分氨基酸脱羧形成一级胺 脱羧酶 （磷酸吡哆醛）,第七节、氨基酸与生物活性物质,55,1、儿茶酚胺类 Phe Tyr 代谢,食物蛋白 组织蛋白,苯丙酮酸,尿黑酸,酪氨酸酶,羟化酶,甲状腺素 酪胺 乙酰乙酸等,多巴胺 肾上腺素,多巴 黑色素,白化病,56,组氨酸脱羧作用 组胺具有扩张血管，降低血压，促进平滑肌收缩及胃液分泌作用,His 脱羧酶,2、组胺与5-羟色胺的合成,57,2、5-羟色胺 色氨酸的代谢,食物蛋白 组织蛋白,羟化酶 脱羧酶,Trp 5-羟色胺(5-HT),犬尿氨酸,褪黑激素 (黑素紧张素),尼克酸 (维生素PP),黄尿酸,刺激血管 平滑肌收缩,58,色氨酸代谢,1、Trp是必需AA 5羟色胺是一种神经递质，5HT过低可引起睡眠障碍等症状 2、Trp代谢产物尼克酸（Vit PP） 尼克酰胺，合成辅酶NAD+，NADP+ 3、褪黑激素（眠纳多宁）由松果体产生，可促进高质量的睡眠，不成瘾，是理想的安眠药 4、黄尿酸是Trp的正常代谢物，可作为临床指标检查妊娠是否正常,59,3）鸟氨酸(Orn)脱羧作用 肿瘤细胞及胚胎中该酶活性高，多胺，使细胞生长和分裂加速。,亚精胺,精胺,Orn 脱羧酶,CO2,+ SAM,+ SAM,5-甲硫腺苷,5-甲硫腺苷,丙基氨基转移酶,3、多胺,60,二、氨基酸与“一碳基团”,1、四氢叶酸是一碳单位的载体 “一碳基团” 含一个碳原子的基团：参与多种重要化合物的合成 甲基： -CH3 亚甲基： -CH2- 次甲基：-CH 甲酰基： -CHO 羟甲基：-CH2OH 亚氨甲基：-CHNH “一碳基团”代谢：AA代谢产生的“一碳基团”的转移和代谢，统称为“一碳基团”代谢 “一碳基团”的载体：四氢叶酸 S-腺苷蛋氨酸（SAM）,61,四氢叶酸,5 10,FH4-N5N10CH2,简写式：,FH4分子上N5和N10 是结合“一碳基团”的位置,THF-N5N10CH2,N5N10CH2-THF,62,2、“一碳基团”的来源与互变,来源于各种AA的代谢 Gly Thr Ser His Met 1甘氨酸与“一碳基团”的生成,Gly 氧化酶,-NH3, -H2O2,O2,CO2,次甲基FH4合成酶,甲酰基FH4合成酶,（FH4-N5 , N10 CH）,（FH4-N10 CHO）,63,2组氨酸与“一碳基团”生成,64,3丝氨酸与 “一碳基团”生成,“一碳基团”互变 FH4的“一碳基团”在一定条件下可互变，但生成的N5CH3FH4反应不可逆 所以体内N5CH3FH4是“一碳基团”的主要存在形式。,65,66,“一碳基团”互变 FH4的“一碳基团”在一定条件下可互变，但生成的N5CH3FH4反应不可逆 所以体内N5CH3FH4是“一碳基团”的主要存在形式。,67,4蛋氨酸与“一碳基团”生成,Met是体内甲基重要来源，活性形式：S腺苷蛋氨酸 SAM参与胆碱、肌酸、肾上腺素等合成中的甲基化反应。,68,蛋氨酸甲基转移循环,SAM,Met,ATP,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,69,3、 “一碳基团” 的生理意义,、FH4“一碳基团”：参与合成嘌呤和嘧啶，联系蛋白质与核酸的代谢，与遗传及发育等密切相关 、SAM：是体内甲基化反应的主要来源，参与肾上腺素、肌酸、胆碱等生理活性物质的合成,70,1、肌酸和磷酸肌酸,1、肌酸由Gly，Arg和“一碳基团”合成，是能量贮存的前体 2、磷酸肌酸是高能磷酸化合物，是脑、神经、肌肉等组织贮能的主要方式,转脒基酶,胍乙酸,SAM-CH3 甲基转移酶,鸟氨酸,磷酸肌酸激酶 ATP,-H3PO4,肌酸,磷酸肌酸,肌酐 (排出体外),三、氨基酸参与其他生