天津大学生物化学课件Lecture13AminoAcidMetabolism.ppt

蛋白质,核酸,多糖,脂类,氨基酸,核苷酸,单糖,甘油,脂肪酸,葡萄糖,甘油醛-3-磷酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环,CO2,电子传递体还原型(NADH, FADH2),电子传递体氧化型(NAD+, FAD),糖 酵 解,糖 异 生,NH3,氧化磷酸化 和电子传递,ADP ATP,O2 H2O,光能,分解途径 合成途径 电子流,e-,第十章 氨基酸代谢,一、蛋白质的酶促降解 二、氨基酸的分解代谢 （一）脱氨基作用 （二）脱羧基作用 （三）氨基酸分解代谢产物的代谢 三、氨基酸合成代谢概况 （一）氨基酸合成途径的类型 （二）氨基酸与一碳单位 （三）氨基酸与某些重要生物活性物质的合成,第十章 氨基酸代谢,蛋白质降解产生的氨基酸能通过氧化产生能量供机体需要，但不同生物对此的依赖程度不同 大多数生物氨基酸分解方式非常相似，而氨基酸合成代谢途径则有所不同 必需氨基酸：苏氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸；对婴幼儿而言还包括组氨酸和精氨酸,无机氮和有机氮代谢的关系,Nitrogen-fixing Bacteria Denitrifying bacteria,All organisms,All organisms,Most plants and bacteria,Most plants and bacteria,Nitrosomonas,Nitrobacter,Energy,Energy,人体内蛋白质的酶促降解,食物蛋白质 多肽片段 游离氨基酸,胃蛋白酶 胰酶,血液循环,小肠,胃,十二指肠,羧肽酶,氨肽酶,蛋白质的酶促降解,氨基酸的吸收消耗ATP，不同氨基酸有专一载体和转运系统 动物组织中存在着各种组织蛋白酶，可将细胞自身的蛋白质水解成氨基酸 外界食物蛋白质经消化吸收的氨基酸和体内合成及组织蛋白质经降解生成的氨基酸，共同组成体内氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,食物蛋白质 组织蛋白质 （包括酶、蛋白激素等）,血液氨基酸 组织氨基酸 体内氨基酸代谢库,消化吸收,合成 分解,非蛋白质的含氮化合物（嘌呤、密啶、胆碱、肌酸、肾上腺素、甲状腺素等）,-酮酸 三羧酸循环 CO2 + H2O + ATP,糖类 酮体,NH3 尿素 其他 含氮物,胺 CO2 醛 酸 CO2 + H2O,过剩氨基酸,排泄,转化,脱羧基作用,脱氨基作用,氧化脱氨作用,Krebs用肾脏提取液证明脱氨基作用的定量关系,氨基酸氧化酶,转氨基作用,转氨基作用：一种氨基酸的氨基可以转移到-酮酸上，生成相应的一分子-酮酸和另一分子-氨基酸，反应是由转氨酶催化的 转氨作用沟通了糖类和蛋白质的代谢,转氨基作用化学方程式,磷酸吡哆醛在转氨中的作用,联合脱氨基作用,生物体内L-氨基酸氧化酶活力不高，而L-谷氨酸脱氢酶的活力很强，转氨酶又普遍存在，导致大多数氨基酸经由L-谷氨酸脱氨基，即先转氨后脱氨的联合脱氨基方式 骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要的脱氨方式是以嘌呤核苷酸循环脱氨基作用为主,联合脱氨作用实例,嘌呤核苷酸循环,脱羧基作用,氨基酸脱羧酶 吡哆醛辅酶,吡哆醛,脱羧基作用实例,谷氨酸 -丁氨酸（抑制剂） 天冬氨酸 -丙氨酸（泛酸成分）,组氨酸 组胺（降血压）,酪氨酸 酪胺（升高血压）,脱羧基作用影响,大量的胺类能引起神经或心血管等系统的功能紊乱，体内的胺氧化酶可使胺类氧化成醛，进一步氧化则生成羧酸,胺氧化酶,氨基酸分解产物的代谢,氨基酸的分解产物氨和-酮酸必须进一步代谢，才能转变为可被排除的物质或合成体内有用的物质 氨在pH7.4时主要以NH4+的形式存在，过量的氨对动物和人体都有害，须及时排出体外才行 水生动物可直接排氨，鸟类和部分爬虫类以尿酸的形式排氨，人、哺乳动物和两栖类则以尿素的形式排氨,氨的代谢转变尿素的合成,肝脏是生成尿素的主要器官 尿素的合成是通过鸟氨酸循环的过程形成的，分三个阶段：1）鸟氨酸与二氧化碳和氨作用，合成瓜氨酸；2）瓜氨酸与氨作用合成精氨酸；3）精氨酸在肝脏中被水解成尿素和鸟氨酸,鸟氨酸循环的中间步骤 从鸟氨酸合成瓜氨酸,氨甲酰磷酸合成酶,氨基甲酰磷酸,鸟氨酸 瓜氨酸,鸟氨酸甲酰 转移酶,鸟氨酸循环的中间步骤 从瓜氨酸合成精氨酸,瓜氨酸 瓜氨酸（烯醇式） 天冬氨酸,精氨酸 延胡索酸 精氨琥珀酸,精氨琥珀酸合成酶,精氨琥珀酸 裂解酶,鸟氨酸循环的中间步骤 精氨酸水解生成尿素,精氨酸 鸟氨酸,尿素,精氨酸酶,鸟氨酸循环总反应,HCO3- + NH4+ + 2ATP 氨基甲酰磷酸 + 2ADP + Pi 氨基甲酰磷酸 + 鸟氨酸 瓜氨酸 + Pi 瓜氨酸 +天冬氨酸 + ATP 精氨琥珀酸 + AMP + PPi 精氨琥珀酸 精氨酸 + 延胡索酸 精氨酸 + H2O 鸟氨酸 + 尿素 总反应：HCO2- + NH3+ + 天冬氨酸 + 3ATP + H2O 延胡索酸 + 尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi 延胡索酸 草酰乙酸 (三羧酸循环中间体) 天冬氨酸 鸟氨酸循环,氨的代谢转变 酰胺的合成之谷氨酸途径,氨基酸分解生成的氨可以酰胺形式储存于体内，此也是体内解除氨毒的重要方式,谷氨酸 谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶,谷氨酰胺酶,氨的代谢转变 酰胺的合成之天冬氨酸途径,氨基酸分解生成的氨可与天冬氨酸反应生成天冬酰胺，是植物体中储氨的重要形式,天冬氨酸 天冬酰胺,天冬酰胺合成酶,天冬酰胺酶,二十种基本氨基酸(五),天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺,-酮酸的代谢转变,再合成氨基酸 转变为糖和脂肪 氧化成二氧化碳和水,-酮酸的代谢转变 再合成氨基酸,-酮戊二酸 谷氨酸,谷氨酸 + 丙酮酸 - 酮戊二酸 + 丙氨酸 谷氨酸 + 草酰乙酸 - 酮戊二酸 + 天冬氨酸,-酮酸的代谢转变 转变成糖及脂肪,-酮酸可以转变成糖及脂肪 可以转变成糖的氨基酸称为生糖氨基酸，可以转变成酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，二者兼有的称为生糖兼生酮氨基酸,氨基酸合成途径,蛋白质 氨基酸,非必需氨基酸 糖 必需氨基酸 酮体,所有非必需氨基酸都是生糖氨基酸 必需氨基酸中只有少数部分是生糖氨基酸 所有生酮氨基酸都是必需氨基酸，因此，脂肪很少或不能用来合成氨基酸。,氨基酸的生物合成途径,1. 酮戊二酸衍生类型 2. 草酰乙酰衍生类型 3. 丙酮酸衍生类型 4. 甘油酸-3-磷酸衍生类型 5. 赤藓糖-4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型 6. 组氨酸生物合成,由谷氨酸合成鸟氨酸,脯氨酸的生物合成,由天冬氨酸合成氨基酸,丝氨酸的生物合成,细菌中半胱氨酸的合成,氨基酸与一碳单位,叶酸和叶酸辅酶,氨基羟基 对氨基苯甲酸 谷氨酸 甲基蝶呤 叶酸结构,四氢叶酸,叶酸 5, 6, 7, 8-四氢叶酸,叶酸的其余部分 5, 6, 7, 8-四氢叶酸 （H4）,四氢叶酸一碳衍生物的部分结构,N10-甲酰-FH4 N5-甲基-FH4 N5-甲酰-FH4 N5, N10-亚甲基-FH4 N5-亚氨甲基-FH4 N5, N10-次甲基-FH4,一碳单位的产生(1),一碳单位的产生(2),组氨酸 咪唑丙烯酸,咪唑酮丙酸,组氨酸酶,咪唑 丙烯酸酶,咪唑酮丙酸 水解酶,N-亚氨甲基谷氨酸,谷氨酸,谷氨酸转 亚氨甲基酶,一碳单位与甲硫氨酸的合成,天冬氨酸,高丝氨酸 脱氢酶,高丝氨酸,丝氨酸,半胱氨酸,甲硫氨酸,高等植物和多数微生物合成甲硫氨酸的途径,一碳单位与半胱氨酸的合成,高等动物体内半胱氨酸可由必需氨基酸甲硫氨酸来合成,合成芳香氨基酸的中间体（1）,合成芳香氨基酸的中间体（2）,莽草酸可用作合成达菲的原料,合成芳香氨基酸的中间体（3）,苯丙氨酸的合成,酪氨酸的生成,酪氨酸的另一合成途径,色氨酸的合成（1）,色氨酸的合成（2）,组氨酸的生物合成（1）,组氨酸的生物合成（2）,组氨酸的生物合成（3）,组氨酸的碳骨架来自核糖，咪唑环上 的N一个来自Gln，另一个来自ATP,组氨酸的生物合成（4）,葡萄糖 葡糖-6-磷酸 甘油酸-3-磷酸 烯醇丙酮酸磷酸 丙酮酸 柠檬酸,核糖-5-磷酸,His,赤藓糖-4-磷酸,Ser,Gly Cys,Ala Val Leu,草酰乙酸,-酮戊二酸,Asp,Glu,Asn Met Thr Lys Ile,Gln Pro Arg,Trp Phe Tyr,各种氨基酸生物 合成途径简图,氨基酸与生物活性物质的合成,糖原酶促降解的调控,牛磺酸的合成,牛磺胆酸的合成,血红素的结构,-氨基-酮戊酸(ALA)的合成,胆色素原的合成,血红素中所有的氮都来自于甘氨酸，而所有碳都来自于甘氨酸、琥珀酰CoA,由胆色素原合成血红素,第十章 氨基酸代谢小结（1）,细菌和一些植物将无机氮如N2或硝酸盐等转化为氨，然后生物通过各种途径用氨来合成含氮生物分子如氨基酸和核苷酸。 氨基酸的分解代谢主要有两种途径：1）脱氨基作用；2）脱羧基作用，其中前者又包括氧化脱氨基作用和联合脱氨基作用。 谷氨酸和谷氨酰氨在氨基酸代谢中起