十氨基酸代谢.ppt

第十章氨基酸代谢,主要内容,第一节蛋白质的酶促降解第二节氨基酸的一般代谢第三节氨基酸合成代谢概况,必需氨基酸与非必需氨基酸,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(essentialaminoacid)。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。,必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。Arg和His婴幼儿时能合成，但合成数量不能满足要求，为半必需氨基酸,第一节蛋白质的酶促降解一、肽酶（Peptidase）1、概念：肽链端解酶，作用于肽链的末端，将氨基酸一个一个的或两个两个的从多肽链上分解出来，产生氨基酸或二肽(二肽酶)。2、分类：羧肽酶：作用于肽链的羧基末端氨肽酶：作用于肽链的氨基末端,肽酶的种类和专一性,编号名称作用特征,3、4、11,3、4、13,-氨酰肽水解酶,(-aminoacylpeptidehydrolase),作用于多肽链的N-末端,-羧肽水解酶,(-carboxylpeptidehydrolase),作用于多肽链的C-末端,3、4、14,二羧肽水解酶,(depeptidehydrolase),水解二肽,二、蛋白酶(Proteinase)1、概念：肽链内切酶，作用于肽链内部，将蛋白质分解成长度较短的含氨基酸分子数较少的多肽链。2、植物含有的特殊蛋白酶木瓜蛋白酶：医药上用于治疗消化不良，工业上用于对啤酒澄清和作肉类嫩化剂。菠萝蛋白酶；啤酒澄清，面包（有弹性、疏松）种子发芽时，蛋白酶活性增强。在许多食虫植物中，发现有强烈分解蛋白质的酶类，这些蛋白酶可分解捕获到的虫体蛋白，供植物吸收利用。3、动物中：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶,蛋白酶的种类和专一性,编号名称作用特征实例,3、4、2、1,3、4、2、2,丝氨酸蛋白酶类,(serinepritelnase),活性中心含Ser,3、4、2、3,3、4、2、4,硫醇蛋白酶类,(Thiolpritelnase),活性中心含Cys,羧基（酸性）蛋白酶类,carboxyl(asid)pritelnase,活性中心含Asp,最适pH在5以下,金属蛋白酶类,(metallopritelnase),活性中心含有Zn2+、Mg2+等金属,胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶,木瓜蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶,胃蛋白酶凝乳酶,枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶,消化道内几种蛋白酶的专一性,食物,口,食道,胃,小肠,第二节氨基酸的一般代谢,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,氨基酸代谢概况,一、脱氨基作用（Deamination）氧化脱氨基作用、转氨基作用、移换脱氨基作用（一）氧化脱氨（主要存在于动植物中）-aa在酶催化下氧化生成酮酸,消耗氧并产生氨的过程。,1、氧化专一氨基酸（Glu脱氢酶）,2、L-氨基酸氧化酶，分布不广、活力低，一类以FAD为辅基、另一类以FMN为辅基（人和动物）。,3、D-氨基酸氧化酶，以FAD为辅基，分布广，但作用不大。,（二）转氨基作用一种aa的氨基转移到酮酸上，从而生成相应的一分子酮酸和一分子aa,转氨酶,+,+,转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),谷丙转氨酶（GPT）催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨作用。谷丙转氨酶以肝脏中活力最大，当肝细胞损伤时，酶就释放到血液内。因此临床上常以此来判断肝功能的正常与否。,谷草转氨酶（GOT）催化谷氨酸与草酰乙酸的转氨作用。GOT以心脏中活力最大，其次是肝脏。临床上常以此作为心肌梗塞、心肌炎的辅助判断指标。,转氨基作用机制,氨基酸,磷酸吡哆胺,分子重排,Schiffs碱异构体,特点：,生理意义：,接受氨基的主要酮酸有：,转氨基作用,*只有氨基的转移，没有氨的生成,*催化的反应可逆,*其辅酶都是磷酸吡哆醛,是体内合成非必氨基酸的重要途径,除Lys、Thr外，其他-aa都可参加转氨基作用。并有各自特异转氨酶。,*丙酮酸*-酮戊二酸*草酰乙酸,转氨酶,（三）联合脱氨基作用,转氨基作用和谷氨酸氧化脱氨基作用的联合,-酮戊二酸,+NAD+,谷氨酸脱氢酶,+NADH+H+,氨基酸,-酮酸,谷氨酸,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,二、脱羧基作用（Decarboxylation）aa在脱羧酶作用下发生脱羧基反应，形成胺类化合物。aa脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛（PLP）。专一性强。只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。,生成的胺类化合物少数有生理活性作用，其它有毒性。谷氨酸：经谷氨酸脱羧酶氨基丁酸（GABA）琥珀酸TCA（氨基丁酸在动物中作为神经递质，在植物中可提高植物抗性，如发芽、缺水、厌氧条件下）色氨酸：经脱氨、脱羧吲哚乙酸（植物生长素）丝氨酸：经脱羧乙醇胺（脑磷脂的成分）胆碱赖氨酸：经脱羧尸胺鸟氨酸：经脱羧腐胺精氨酸：经脱羧鲱精氨腐胺组氨酸：经脱羧组胺（有降血压作用）酪氨酸；经脱羧酪胺（有升高血压作用）,重要氨基酸的脱羧基作用谷氨酸,-氨基丁酸（GABA）：对中枢神经系统的传导具有抑制作用；VB6是其辅酶，因此临床上用VB6防治神经性妊娠呕吐及小孩抽搐；主要存在于大脑中。,组氨酸组胺：血管舒张剂，具有扩张血管降低血压功效；促进胃液分泌；动物性食物腐败产生大量组胺。,酪氨酸酪胺：使血压升高。,色氨酸5-羟色胺（5-HT，血清素）：促进微血管收缩、血压升高和促进肠胃蠕动；促进睡眠；与神经兴奋传导有关，当其浓度降低时，痛阈降低。,三、aa分解产物的代谢排氨作用高等动植物均有保留并重新利用氨的能力，但是动物有一部分氨必须排除体外，氨的排泄是生物体维持正常生命活动的一种代谢方式。,氨有毒，高等动物的脑组织对氨相当敏感，血液中含1%氨即可引起中枢神经系统中毒（语言紊乱、视力模糊、甚至昏迷死亡。机理：高浓度的氨与-酮戊二酸形成谷氨酸，使大脑中的-酮戊二酸大量减少，导致TCA循环无法正常进行，从而引起脑功能受损）。,脱氨产生的氨对生物组织是有毒的，必须将氨转变为无毒的化合物：A：如果组织内含有足够的碳水化合物，氨可以与由碳水化合物转变成的酮酸发生氨基化（如氧化脱氨的逆反应），重新生成氨基酸。B：有些植物组织含有大量的有机酸，氨可以与有机酸形成有机酸盐。C：酰胺的形成起着消除氨的作用。,不同生物排氨方式各异：陆生脊椎动物：尿素水生或海洋动物（原生动物、线虫、鱼类、水生两栖类）：氨态氮，排氨动物鸟类、爬虫类：固体尿酸，排尿酸动物蜘蛛：鸟嘌呤鱼类：氧化三甲胺高等植物：一般不排氨，多余的氨以酰胺的方式储存,（一）氨的代谢转变,1、尿素的合成,NH3+CO2+2ATP,氨甲酰磷酸PiAsp延胡索酸,鸟氨酸瓜氨酸精氨酸,H2O尿素,鸟氨酸循环,氨基酸,谷氨酸,谷氨酸,氨甲酰磷酸,鸟氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨琥珀酸,鸟氨酸,精氨酸,延胡索酸,草酰乙酸,氨基酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,H2O,2ATP+CO2+NH3+H2O,2ADP+Pi,基质,线粒体,胞液,尿素,延胡索酸,苹果酸,1）瓜氨酸的生成,CO2+NH3+2ATPNH2COOP+2ADP+Pi,氨甲酰磷酸合成酶,2）精氨琥珀酸的生成这个需要ATP的反应是由精氨琥珀酸合成酶催化的。,3）精氨酸和延胡索酸的生成精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶的催化下裂解,4）鸟氨酸和尿素的生成精氨酸酶催化精氨酸的胍基水解,2、酰胺的生成,Gln和Asn不仅是合成Pr的原料，也是体内解除氨毒的重要方式。,3、嘧啶环的合成,Orn循环的氨甲酰磷酸合成酶分布在线粒体内，又称氨甲酰磷酸合成酶I，别构酶。N乙酰Glu为正别构剂。利用转氨基作用和LGlu脱氢酶的催化作用，Glu氧化产生的NH4+作为N源。氨甲酰磷酸合成酶II胞浆。利用Gln作为N源，不需N-乙酰Glu参加就可催化合成氨甲酰磷酸，生成的氨甲酰磷酸+Asp氨甲酰Asp二氢乳清酸尿苷酸。所以氨基酸脱下的氨经Gln可转化成嘧啶类化合物，这是氨的去路之一,（二）酮酸的代谢转变,再合成为aa,转变为糖+脂肪,氧化成CO2+H2O,-酮戊二酸,谷氨酸,NH4+,H2O,NAD(P)H+H+NAD(P)+,Glu+丙酮酸-酮戊二酸+Ala,Glu+草酰乙酸-酮戊二酸+Asp,1.再合成aa,2、转变成糖和脂肪（1）生糖氨基酸:某些氨基酸可以生成丙酮酸或TCA中间产物离开TCA时生成草酰乙酸，然后沿糖异生途径转变为糖，这类氨基酸叫生糖氨基酸。（2）生酮氨基酸：有些AA的代谢终产物为乙酰CoA或乙酰乙酰CoA，后者在某些情况下如饥饿、糖尿病等在动物体肝脏内可转变为酮体（乙酰乙酸、羟丁酸和丙酮）。乙酰CoA脂肪（3）生糖兼生酮氨基酸：二者兼有,Pr,aa,非必需aa,必需aa,糖,酮体,3.氧化成CO2+H2O,乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸1molGlu氧化脱氨基产生1molNADH、-酮戊二酸和氨。-酮戊二酸进入TCA循环转变为草酰乙酸产生2NADH、1FADH2和1ATP。草酰乙酸进一步氧化可产生12.5molATP。总量2.5+22.5+1.5+1+12.522.5ATP。NH3合成尿素消耗3molATP，故Glu彻底氧化成CO2、H2O和尿素同时净生成19.5molATP,第三节氨基酸合成代谢概况,Praa,非必需aa糖,必需aa酮,aa生物合成的分族情况,柠檬酸循环,-酮戊二酸草酰乙酸,GluAsp,GlnProArg,Glu族Asp族,AsnMetThrLysIle,糖酵解,甘油酸-3-磷酸丙酮酸,Ser,Cys胱氨酸Lys,Ser族,AlaValLeu,Ala族,磷酸烯醇式丙酮酸赤藓糖4磷酸,PheTyrTrp,戊糖磷酸途径,核糖5磷酸,His,（一）-酮戊二酸衍生类型,Glu、Gln、Pro、Arg等非必需aa。,-酮戊二酸+NH3L-GluL-Glu+NH3+ATPGln+ADP+PiL-Glu谷氨酸半醛二氢吡咯-5-羧酸L-ProL-GluN-乙酰谷氨酸N-乙酰谷氨酸-半醛N-乙酰鸟氨酸鸟氨酸Arg,氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径,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,葡萄糖,柠檬酸,2.草酰乙酸衍生类型,赖氨酸、苏氨酸和蛋氨酸的生物合成途径,3.丙酮酸衍生类型,以丙酮酸为起始物可合成L-Ala、L-Val、L-Leu,4.甘油-3-磷酸衍生类型,甘油-3-磷酸Ser、Gly和Cys,丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸的生物合成,分支酸的合成,5.赤藓糖-4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型,苯丙氨酸和酪氨酸的合成,6.组氨酸生物合成,（二）一碳单位的代谢,1.一碳单位概念一碳单位(onecarbonunit)是指只含一个碳原子的有机基团，这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。,常见的一碳单位有-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,一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，其辅酶为FH4,一碳单位（onecarbonunit)通常由其载体携带，常见的载体有四氢叶酸（FH4）和S-腺苷同型半胱氨酸，有时也可为VitB12。常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物有：1N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHOFH4）。2N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NHFH4）。3N5,N10-亚甲基四氢叶酸（N5,N10-CH2-FH4）。4N5,N10-次甲基四氢叶酸（