课件：第09章氨基酸代谢.ppt

氨 基 酸 代 谢 Metabolism of Amino Acids,第 9 章,蛋白质的营养作用 Nutritional Function of Protein,第一节,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。,氮总平衡： 每日摄入氮量=排出氮量 此种情况见于正常成人。 氮正平衡： 每日摄入氮量大于排出氮量 此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复 氮负平衡： 每日摄入氮量小于排出氮量 此种情况见于消耗性疾病患者、饥饿者。,蛋白质的最低生理需要量,在糖和脂肪等物质充分供应的条件下，为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白质的量，称为蛋白质的最低生理需要量。 成人每日最低蛋白质需要量为30-50g 我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,三、必需氨基酸与非必需氨基酸,（1）概念 必需氨基酸：体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为必需氨基酸 非必需氨基酸：体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸。,（2）必需氨基酸的种类：,赖氨酸（Lys）、 色氨酸（Trp）、 苯丙氨酸（Phe）、甲硫氨酸（Met）、 苏氨（Thr）、 亮氨酸（Leu）、 异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。,(2)、蛋白质营养价值高低的标准：,必需氨基酸的含量高；,必需氨基酸的种类齐全；,将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补作用。,(3)、食物蛋白质的互补作用：,Complementary Effect of Dietary Proteins,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败,Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins,一、 蛋白质的消化,蛋白质消化的生理意义,由大分子转变为小分子，便于吸收。 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。,消化过程 蛋白质 多肽（主） 寡肽（主） 二肽 AA AA AA AA AA 胃 小肠 肠黏膜细胞,（一）胃中的消化作用,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。,（二）小肠中的消化 小肠是蛋白质消化的主要部位。,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.,胰蛋白酶,胰糜蛋白酶原,弹性蛋白酶,羧基肽酶原,胰蛋白酶原,肠激酶,胰糜蛋白酶,弹性蛋白酶原,羧基肽酶,肠液中酶原的激活,可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。 保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。 酶原还可视为酶的贮存形式。,酶原激活的意义,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。,二、氨基酸的吸收,吸收部位：主要在小肠 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收机制：耗能的主动吸收过程,（一）氨基酸吸收载体,载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。,载体类型,中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体,（二）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程：,谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成,半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly),细胞外,-谷 氨酰 基转 移酶,细胞膜,谷胱甘肽 GSH,细胞内,-谷氨酰基循环过程,氨基酸,目 录,三、 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.,蛋白质的腐败作用(putrefaction),主要产物：NH3、胺类和一些有害物质。,（一）胺类(amines)的生成,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。,-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。,（二） 氨的生成,肠道氨的生成（肠道氨的两种主要来源）,*氨基酸脱氨,*尿素水解,肠菌尿素酶,血中尿素,肠道对氨的吸收与肠道pH有关：,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。,（三）其它有害物质的生成,第三节 氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,一、概 述,蛋白质的半寿期(half-life),真核生物中蛋白质的降解有两条途径,不依赖ATP 利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白, 依赖泛素(ubiquitin)的降解过程, 溶酶体内降解过程,依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白,Ubiquitin and Parkinsons disease,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,氨基酸代谢概况,目 录,氨基酸代谢的重点,蛋白质,R H-C-NH2 COOH,?,二、 氨基酸的脱氨基作用,指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。,脱氨基方式:,氧化脱氨基 转氨基作用 联合脱氨基 非氧化脱氨基,（一）转氨基作用（transamination）,在转氨酶的作用下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的-碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成-酮酸。,要点： 反应可逆。 体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。 转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。,体内重要的转氨酶,丙氨酸氨基转移酶（alanine amino-transferase, ALT或glutamic pyruvic transaminase, GPT）：肝中活性最高 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate amino-transferase, AST或glutamic oxalo-acetic transaminase, GOT）：心肌中活性最高,正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,急性肝炎患者血清ALT升高,心肌梗死患者血清AST升高,临床意义：,转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。,转氨基作用的生理意义,（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用,要点：,反应可逆。 L-谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为NAD+或NADP+。 此酶分布广泛，但以肝、肾、脑中活性较强。 此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。GTP、ATP为其抑制剂 GDP、ADP为其激活剂,联合脱氨基作用,H2O+NAD+,转氨酶,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在肝、肾组织进行。,Ala + -酮戊二酸,丙酮酸 + Glu,Glu + NAD+ + H2O,-酮戊二酸+ NADH + NH4+,Ala + NAD+ + H2O,丙酮酸 + NADH + NH4+,（三）嘌呤核苷酸循环,苹果酸,腺苷酸 代琥珀酸,次黄嘌呤 核苷酸 (IMP),腺苷酸代琥 珀酸合成酶,此种方式主要在肌肉组织进行。,二、-酮酸的代谢,脱掉氨基后的-酮酸可转变成：,-酮戊二酸,琥珀酰 CoA,延胡索酸,草酰乙酸,丙酮酸,乙酰CoA,乙酰乙酰 CoA,三羧酸循环中间产物,PEP,葡萄糖,脂肪酸,酮体,生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。 生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。有Leu和Lys。 生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。有Ile、Phe、Tyr、Trp、Thr。,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,目 录,A 12-year-old girl is presented at the clinic with reports of frequent Fainting and lethargy. The girl is 5 ft tall and weighs 80 lb. Skin fold Tests Show an abnormally low percentage of body fat mass. Which of the following metabolic fluxes would be most consistent in this patient? A. Proteinamino acids B. Glucosefatty acids C. Glucoseglycogen D. Fatty acidstriacylglycerol,A young child is in an automobile accident that requires surgical intervention and substantial recovery time in the hospital. A consultation with a nutritionist results in a specific dietary plan. The plan included the supplementation of an amino acid that is typically considered a nonessential amino acid. Which of the following amino acids is an essential amino acid under conditions of enhanced growth or surgical recovery? A. Alanine B. Arginine C. Glycine D. Serine E. Tyrosine,As part of a standard neonatal screen, an infant is diagnosed with a genetic defect in the enzyme phenylalanine hydroxylase. Defects in this enzyme can result in a condition known as phenylketonuria (PKU), which results from the toxic effects of phenylalanine derived phenylketones. Fortunately, this condition can be managed by regulating the amount of phenylalanine provided in the diet. Which of the following nonessential amino acids will need to be supplied in the diet of this infant? A. Alanine B. Aspartate C. Glycine D. Serine E. Tyrosine,A 40-year-old obese female presents to the emergency center with complaints of worsening nausea, vomiting, and abdominal pain. Her pain is located in the midepigastric area and right upper quadrant. She reports fever and denies diarrhea. Her pain is presently constant and sharp in nature but previously was intermittent and cramping only after eating “greasy” foods. On examination she has a temperature of 37.8C (100F) with otherwise normal vital signs. She appears ill and in moderate distress. She has significant midepigastric and right upper-quadrant tenderness. Some guarding is present but no rebound. Her abdomen is otherwise soft with no distention and active bowel sounds. Laboratory values were normal except for increased white blood cell count and serum amylase. Ultrasound of the gallbladder revealed numerous gallstones and a thickening of the gallbladder wall. A surgery consult was immediately sought., What is the most likely diagnosis? What is the role of amylase in digestion?,第四节 氨 的 代 谢,Metabolism of Ammonia,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。,*一、血氨的来源与去路示意图,AA脱氨基（主）,血氨,肠吸收 （碱性pH）,肾（碱性尿）,碱性利于吸收,合成尿素（主要）,合成非必需氨基酸,合成酰胺,合成其他含 氮化合物,直接排出,氨基酸代谢,一、体内氨的来源,1. 氨基酸脱氨基作用：是主要来源。还有少量胺的氧化。 2. 肠道吸收的氨：4g/日 蛋白质的腐败作用 肠道尿素的水解,肠道对氨的吸收与肠道pH有关：,临床上对高血氨病人灌肠时禁用肥皂水，而应用弱酸性液。,3. 肾小管上皮细胞泌氨,2019/8/31,68,可编辑,酸性尿有利于氨从尿中排出， 而碱性尿则不利于氨的排出,临床上对肝硬化产生腹水的病人，不宜使用碱性利尿药。,二、氨的转运,氨是有毒物质，血中的NH3主要是以无毒的Ala及Gln两种形式运输的。,是肌肉与肝之间氨的转运形式。 意义：既使肌肉中的氨以无毒的Ala形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。,（一）丙氨酸-葡萄糖循环,Glucose-alanine cycle,Ala is the carrier of ammonia and of the carbon skeleton of pyruvate from muscle to liver. The ammonia is excreted and the pyruvate is used to produce glucose, which is returned to the muscle.,Alanine plays a special role in transporting amino groups to liver.,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,（二）谷氨酰胺的运氨作用,主要是从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。,Gln即是氨的一种解毒形式。,Gln即是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输形式。,思考题,1、为什么高血氨病人不能用碱性肥皂水灌肠？ 2、为什么肝硬化腹水病人不能用碱性利尿药？ 3、为什么给氨中毒病人服用谷氨酸盐?,氨基酸代谢,3. 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,尿素的生成,生成部位 主要在肝细胞的线粒体及胞质中。,生成过程,尿素生成的过程称为鸟氨酸循环。,鸟氨酸循环的详细步骤,1. 线粒体内的反应步骤,两步反应均不可逆； 氨甲酰磷酸合成酶-(carbamoyl phos-phate synthetase，CPS-)为变构酶，N-乙酰谷氨酸（N-AGA）为此酶的变构激活剂； 此阶段消耗2个ATP；,Jesse Gelsinger (June 18, 1981 - September 17, 1999) was the first person publicly identified as having died in a clinical trial for gene therapy. He was 18 years old. Gelsinger suffered from ornithine transcarbamylase deficiency, an X-linked genetic disease of the liver, the symptoms of which include an inability to metabolize ammonia - a byproduct of protein breakdown. The disease is usually fatal at birth, but Gelsinger had not inherited the disease; in his case it was the result of a genetic mutation and as such was not as severe - some of his cells were normal which enabled him to survive on a restricted diet and special medications.,Gelsinger joined a clinical trial run by the University of Pennsylvania that aimed at developing a treatment for infants born with severe disease. On September 13, 1999, Gelsinger was injected with an adenoviral vector carrying a corrected gene to test the safety of the procedure. He died four days later, September 17, at 2:30 pm, apparently having suffered a massive immune response triggered by the use of the viral vector used to transport the gene into his cells, leading to multiple organ failure and brain death.,2. 胞液内反应步骤,总反应式：,NH3+CO2+3ATP+Asp+2H2O 尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸,鸟氨酸循环要点,尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离的NH3），另一个来自Asp； 每合成1分子尿素需消耗4个P； 循环中消耗的Asp可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他-氨基酸获得氨基而再生； 精氨酸代琥珀酸合成酶（ASS）为尿素合成的限速酶。,（四）尿素生成的调节,1. 食物蛋白质的影响,高蛋白膳食 合成,低蛋白膳食 合成,2. CPS-的调节：AGA、精氨酸为其激活剂,3. 尿素生成酶系的调节：,高氨血症和氨中毒,血氨浓度升高称高血氨症 ，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高氨血症。,高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒。,肝脏病变尿素合成 血氨 高血氨 。 NH3穿过血脑屏障进入大脑，发生下列反应： 使脑内-酮戊二酸 TAC速度 大脑供能不足，严重时导致昏迷。,肝昏迷的生化机理,肝脏病变尿素合成 血氨 高血氨 。 NH3穿过血脑屏障进入大脑，发生下列反应： 使脑内-酮戊二酸 TAC速度 大脑供能不足，严重时导致昏迷。,肝脏病变尿素合成 血氨 高血氨 。 NH3穿过血脑屏障进入大脑，发生下列反应： 使脑内-酮戊二酸 TAC速度 大脑供能不足，严重时导致昏迷。,A 2-day-old boy becomes progressively lethargic after feeding and increase his respiratory rate. He becomes comatose, responding only to painful stimuli and exhibits mild respiratory alkalosis, suspicion of a urea cycle disorder is aroused and evaluation of blood AAs is initiated. In the presence of hyperammonemia, production of which of the following AAs is always increase? A. Gly B. Arg C. Pro D. His E. Gln,Children with urea cycle disorders present with elevated serum ammonia and consequent neurologic symptoms including altered respiration, lethargy and coma. Several amino acids are intermediates of the urea cycle, having side ammonia groups. Which of the following amino acids is likely to be an intermediate of the cycle? Arginine Aspartate Methionine Glutamate phenylalanine,A 45-year-old male with history of hepatitis C and now cirrhosis of the liver is brought to the emergency center by family members for acute mental status changes. The family reports that the patient has been very disoriented and confused over the last few days and has been nauseated and vomiting blood. The family first noticed disturbances in his sleep pattern followed by alterations in his personality and mood. On examination, he is disoriented with evidence of icteric sclera. His abdomen is distended with a fluid wave appreciated. He has asterixis and hyperreflexia on neurologic exam. His urine drug screen and ethyl alcohol (EtOH) screen are both negative. A blood ammonia level was noted to be elevated, and all other tests have been normal.,What is the most likely cause of the patients symptoms? What was the likely precipitating factor of the patients symptoms?,45岁男性患者，因急性精神状态改变就诊，家属陈述患者最近几天出现不知所措和糊涂disoriented and confused，恶心并呕血。家里人最初注意到患者睡眠方式改变，之后发现患者性格、情绪均有改变。患者有丙型肝炎和肝硬化病史10年。体格检查发现患者巩膜黄染，腹部膨隆，伴有液波震颤，神经系统检查发现扑翼样震颤，神经反射增强。血液检查发现患者血氨水平升高,患者出现上述症状最可能的原因是什么? 引起患者症状加重的因素可能是什么precipitating factor ?,第五节 个别氨基酸的代谢,Metabolism of Individual Amino Acids,一、氨基酸的脱羧基作用,氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。,胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭活。,（一）-氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA),GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。,（二）组胺 (histamine),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。,（三）5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),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。,（四）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,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。,二、一碳单位的代谢,定义,某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的有机基团，称为一碳单位。,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,（二）四氢叶酸是一碳单位的载体,FH4的生成,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=NHFH4,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,（三）一碳单位与氨基酸代谢,一碳单位的互相转变与生理功能,N10CHOFH4,N5, N10 CH = FH4,N5, N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,嘌呤碱C2的来源,嘌呤碱C8的来源,dTMP甲基的来源,甲硫氨酸循环提供甲基,一碳单位的生理功用,主要是合成嘌呤和嘧啶的原料。 为体内的甲基化反应间接提供甲基。 叶 酸 缺 乏 抗代谢药 (氨甲喋呤）,三、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,（一）甲硫氨酸的代谢,1. 转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,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,SAM为体内甲基的直接供体,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,N5CH3FH4,N5CH3FH