氨基酸代谢一.ppt~RF6c2760.TMP.ppt

蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢 本章着重讨论蛋白质在机体内的降解以及氨基酸的代谢途径 一 蛋白质降解二 脱氨基作用三 转氨基作用四 联合脱氨作用五 脱羧作用六 氨的去路 尿素循环七 个别氨基酸代谢 学习目的与要求 通过本章的学习使学生掌握1 蛋白质的营养作用 2 氨基酸代谢的一般方式 3 氨基酸分解产物在生物体的去路4 三大物质的代谢关系 重点 1 氨基酸的脱氨基作用的方式 2 尿素的生成 3 酮酸的彻底分解和转化 4 三大物质的代谢关系 难点 1 联合脱氨2 尿素的生成 蛋白质的营养作用 1 氮平衡 氮平衡 摄入氮量与排出氮量的关系总氮平衡 摄入氮量 排出氮量正氮平衡 摄入氮量 排出氮量负氮平衡 摄入氮量 排出氮量成人每天排出5克氮 2 必需氨基酸 提供必需氨基酸 Lys Thr Val Leu Ile Met Trp Phe半必需氨基酸 Arg His 生物体的主要组成成分动物生长发育 更新修补需要氧化供能 转化为其他重要含氮化合物参与和调节体内各种代谢活动 如血红蛋白运送酶 激素和氧气等 蛋白质 氨基酸 蛋白质的意义排除不正常的蛋白质 避免积累带来的危害排除过多的酶和调节蛋白 使代谢正常进行 蛋白质降解特性 选择性的降解非正常蛋白质蛋白质降解速度与营养和激素状态有关 蛋白质的酶促水解 消化 蛋白质消化 1 水解过程 酸 碱 酶 2 酶促降解 蛋白质降解的泛肽途径 E1 SH E1 SH E2 SH E2 SH ATPAMP PPi E3 多泛肽化蛋白 ATP 26S蛋白酶体 20S蛋白酶体 ATP 19S调节亚基 去折叠 水解 E1 泛肽激活酶E2 泛肽载体蛋白E3 泛肽 蛋白质连接酶 ubiquitin 蛋白质的消化 食物蛋白 胃 pepsin作用为小肽 小肠 trypsin chymotrypsin作用为更小短肽 肠黏膜的dipeptidase aminopeptidase和胰脏分泌的carboxypeptidase彻底水解为各种AA 肠壁细胞 肝脏 血液 组织 细胞 常见蛋白水解酶 酶位点 或底物 胰蛋白酶 Trypsin Lys Arg的羧基端胰凝乳 糜 蛋白酶Phe TrpTyr的羧基端 Chymotrypsin 胃蛋白酶 Pepsin Phe Trp Tyr的氨基端氨肽酶 aminopeptidase 肽的氨基端羧肽酶 carboxypeptidase 肽的羧基端二肽酶 dipeptidase 二肽弹性蛋白酶 elastase 各种脂肪族AA形成的肽 人体吸收蛋白质的形式 过去认为 蛋白质在消化道酶促水解后 主要以氨基酸的形式吸收 近两年的科学研究结果表明 人体吸收蛋白质的主要形式不是以氨基酸的形式吸收的 而是以多肽的形式吸收的 这是人体吸收蛋白质机制的重大突破 多肽吸收机制的十大特点 不需消化 直接吸收吸收快速吸收时 多肽体不会被破坏多肽具有100 被人体吸收的特点多肽具有主动吸收的特点多肽具有优先被人体吸收的特点人体对多肽的吸收不需耗费能量和增加消化道 特别是胃肠功能负担的特点多肽在人体表现出载体作用多肽可在人体起运输工具的作用多肽被人体吸收后 可在人体中起信使作用 体腔 腹腔 疾病 Celiacdisease 消化酶不能分解小麦中水不溶性蛋白 尤其是醇溶朊或麸朊 gliadin 先天免疫性障碍造成对小肠黏膜的炎症和萎缩 对肠衬细胞产生不利作用 引起体腔 腹腔 疾病 急性胰腺炎 Acutepancteatitis 胰液分泌到肠内的分泌途径障碍 蛋白水解酶酶原预先成熟转变为催化的活性形式 这些活性水解酶在胰腺细胞内攻击自身组织 损伤器官 严重时可致命 严重者死亡率为20 有并发症者可达50 食物蛋白过敏 有时体内蛋白酶受抑制或缺失 少量蛋白可直接被吸收进入血液 导致食物蛋白过敏 氨基酸的吸收 蛋白质经水解成为氨基酸后 由肠壁细胞吸收 肠壁细胞对氨基酸的吸收是一种耗能需钠的主动转运过程 在肠粘膜细胞上具有几类不同氨基酸载体 它们与氨基酸及钠形成复合体 转入细胞膜内 1 中性氨基酸载体 此类载体可转运芳香 脂肪 含硫 组氨酸 谷氨酸胺和天冬酰胺 最快的一类转变载体 其吸收率为 Met Ile Val Phe Trp Thr 2 碱性氨基酸载体 此类载体可转运Lys Arg 转运速率为中性氨基酸转运速率的10 3 酸性氨基酸载体 此类载体可转运Asp Glu 转运速率与碱性氨基酸载体差不多 4 亚氨基酸及甘氨酸载体 此类载体可转运Pro Hyp Gly 转运速率最低 氨基酸的分解与转化 一 氨基酸代谢概况 三 氨基酸的脱羧基作用 四 氨基酸分解产物的转化 二 氨基酸的脱氨基作用 血液中的氨基酸 食物消化吸收 组织蛋白分解 非蛋白物转化 合成组织蛋白 氧化分解 转变为糖和脂肪 合成其他含氮物 氨基酸的来源与去路 氨基酸代谢图 哺乳动物氨基酸分解图 氨基酸分解的共同途径 氨基酸的分解代谢 部位 肝脏氨基酸的功能合成蛋白质 能量代谢 含氮化合物的前体分解步骤 3步P303 和代谢途径 分解步骤 脱氨作用氨与天冬氨酸的氮原子结合 生成尿素氨基酸的碳骨架转化为代谢中间体 氨基酸代谢概况 食物蛋白质 氨基酸 特殊途径 酮酸 糖及其代谢中间产物 脂肪及其代谢中间产物 TCA 鸟氨酸循环 NH4 NH4 NH3 CO2 H2O 体蛋白 尿素 尿酸 激素 卟啉 尼克酰氨衍生物 肌酸胺 嘧啶 嘌呤 SO42 次生物质代谢 CO2 胺 脱氨 基 作用 Deamination 脱氨作用是氨基酸失去氨基的作用 氨基酸的脱氨基作用由氨基酸氧化酶催化 包括 氧化脱氨 动 植物中普遍存在 非氧化脱氨 微生物中 不普遍 动物的脱氨主要发生在肝脏中 氨基酸的脱氨基作用 4 非氧化脱氨基作用 1 氧化脱氨基作用 2 转氨基作用 3 联合脱氨基作用 氧化脱氨基作用 氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的 酮酸的过程称为氧化脱氨基作用 AAoxidase2AA O2 2Ketoacid 2NH3 氧化脱氨基作用 大部分的氧化脱氨基作用发生于谷氨酸的氧化脱氨基作用 此反应中 酮戊二酸具有接受脱下的氨基的优势 在谷氨酸脱氢酶作用下产生氨 氧化脱氨基作用 主要有以下两种类型 氨基酸脱氢酶 不需氧 氨基酸氧化酶 需氧 氧化脱氨 由氨基酸氧化酶催化 酶是一种黄素蛋白1 L aaoxidase 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 对Gly L Ser L Thr L Glu L Asp Lys Arg Ornithine无作用 2 D aaoxidase 以FAD为辅基 分布广 但作用不大 3 氧化专一aa的酶 氧化专一氨基酸的酶 GlyOxidase Gly 1 2O2 Glyoxylate NH3AspOxidase Asp 1 2O2 Oxaloacetate NH3 L 谷氨酸脱氢酶 L GluDehydrogenase L GludHE L Glu NAD P ketoglutarate NH3 NAD P H H 味精生产发酵菌的L GludHE活力非常高 利用糖代谢的中间产物 ketoglutarate发酵生产味精 NADPH来自于异柠檬酸脱氢 L GludHE L GludHE的反应及调节 葡萄糖 丙氨酸循环 与常规的转氨作用相反 存在肌肉氨基转移酶 把丙酮酸作为 酮酸底物 产物为丙氨酸 产物进入血液 运送到肝脏 在肝脏经转氨基作用 产生丙酮酸 进行糖异生 葡萄糖回到肌肉中 以酵解的方法产生丙酮酸 即葡萄糖 丙氨酸循环 葡萄糖 丙氨酸循环 Ala Glc循环 转氨基作用 Transamination 转氨酶 酶均以磷酸吡哆醛为辅基 Lys Arg Thr Pro不能通过转氨酶转氨 GPTGlu Py Ala ketoglutaricacidGOTGlu oxaloacetate Asp ketoglutaricacid 磷酸吡哆醛的作用机理 谷氨酰胺的生成和利用 联合脱氨基作用 UnitedDeamination 1 概念 氨基酸脱氨通过转氨作用和L GludHE催化的Glu氧化脱氨作用联合完成 弥补L aaoxidase分布少 活力低的缺陷 广泛存在 但并不是所有组织细胞的主要脱氨方式 2 类型 a 转氨酶与L 谷氨酸脱氢酶作用相偶联b 转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 通过转氨和脱氢酶联合脱氨 UnitedDeamination 除心肌和骨骼肌外的器官内的主要脱氨方式 转氨酶与L 谷氨酸脱氢酶作用相偶联 转氨酶 L 谷氨酸脱氢酶 H20 NAD NH3 NADH 酮酸 氨基酸 酮戊二酸 L 谷氨酸 通过核苷酸联合脱氨作用 UnitedDeamination 嘌呤核苷酸循环的联合脱氨作用 次黄嘌呤核苷一磷酸 IMP 与Asp形成腺苷酸代琥珀酸 adenylosuccinate 再经裂合酶分解AMP和延胡索酸 AMP水解产生游离NH3和IMP 骨骼肌 心肌 肝脏及脑中主要的脱氨方式 转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 通过腺苷酸联合脱氨 脱酰胺作用 氨基的代谢 非氧化脱氨基作用 自学 1 直接脱氨基作用 2 还原脱氨基作用 3 水解脱氨基作用 4 脱水脱氨基作用 5 氧化还原脱氨基作用 2 脱水脱氨 动物及微生物 3 脱硫化氢脱氨 动物及微生物 1 直接脱氨 微生物 4 水解脱氨 微生物 5 还原脱氨 微生物 氨基酸的脱羧基作用Decarboxylation 1 概念 脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛 作用专一性很高 一般一种氨基酸只有一种脱羧酶 且只对L 型氨基酸起作用 只有His脱羧酶不需要辅酶 3 生理意义 生理效应 如 氨基丁酸 中枢神经抑制 神经系统的能量来源 组胺 降低血压 扩张血管 5 羟色胺 血管收缩 血压升高 生物合成的前体 如 丙氨酸 色胺4 脱羧产物的进一步转化 次生物质代谢 氨基酸的脱羧作用 如 谷氨酸 氨基丁酸 CO2组氨酸组胺 CO2色氨酸5 羟色胺 CO2 脱羧作用 胺的分解代谢 多数胺类物质有毒体内有胺氧化酶 胺 胺氧化酶 醛 氨 脂肪酸 尿素氨基酸 氨基酸分解产物的转化 1 氨的代谢转变 2 氨基酸碳骨架的代谢途径 氨的代谢转变 1 重新生成氨基酸 2 谷氨酰胺和天冬酰氨的生成 3 尿素的生成 尿素循环 4 合成其他含N物质 谷丙转氨酶和谷草转氨酶 谷丙转氨酶 GPT 谷草转氨酶 GOT 谷丙转氨酶主要存在于肝脏谷草转氨酶则存在于心脏及其它的组织 谷氨酸的重新生成 L 谷氨酸脱氢酶 谷氨酸 H2O 酮戊二酸 NH3 NAD P NAD P H 主要是通过Gln 多数动物细胞有Glnsynthetase 催化NH3 Glu ATP Gln ADP Pi Gln运送到肝脏 谷氨酰胺酶 glutaminase 催化其裂解 释放NH4 氨的转运 氨的转运 肌肉中利用Ala将氨运送到肝脏 即Glc AlaCycle 循环中氨在GludHE作用下转变为Glu 进一步在GPT的作用下把氨转移给Py生成Ala Ala随血液运送到肝脏 在肝脏GPT作用下转回到Py和Glu 肌肉中Py由糖酵解提供 肝脏中多余的Py可异生为Glc 谷氨酰胺在血液中转移氨 氨的排泄 1 排氨 氨经Gln运送到排泄部位 如鱼鳃 Gln酶裂解出游离氨借助扩散运动排出体外 鱼类 原生动物 水生动物 2 排尿素 尿素 鸟氨酸 循环 人类 哺乳动物 3 排尿酸 爬虫类和鸟类以尿酸作为氨的主要排泄形式 灵长类 鸟类和陆生爬虫类嘌呤代谢的产物也是尿酸 4 自然界还有许多其他排氨方式 蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄方式 许多鱼类以氧化三甲胺排氮 高等植物则以Gln和Asn的形式把氨基氮储存于体内 氨的去路 尿素循环 鸟氨酸循环 HansKrebs KurtHenseleit 1932 发现 氨基酸代谢产生的氨在肝脏中代谢为尿素解毒 必须有精氨酸酶 Arginase 水解精氨酸为尿素而实现在肝脏中解除氨的毒性 被称为尿素循环 鸟氨酸循环或Krebs HenseleitCycle 氨进入尿素循环的反应 尿素循环简图 Enzymes 1 carbamoylphosphatesynthetase I CPS I 2 ornithinetranscarbamoylase OTC 3 argininosuccinatesynthetase4 argininosuccinase5 arginase 尿素的生成 a 概念 b 总反应和过程 尿素循环部分发生在线粒体 部分发生在细胞溶胶 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 氨甲酰磷酸的合成 氨甲基磷酸合成酶催化的反应 碳磷酸酐 氨甲酸 氨甲酰磷酸 氨甲酰磷酸合成酶缺失的补救 瓜氨酸的合成 精氨琥珀酸的合成 精氨酸的生成 精氨酸裂解生成尿素 尿素循环与三羧酸循环 尿素循环与三羧酸循环的连接 肝昏迷 Hepaticcoma 肝脏病变不能解除AA代谢产生的氨的毒性 一般通过在脑中与Glu形成Gln实现解毒 Glu用于解毒 须消耗TCA的中间产物 酮戊二酸而导致TCA中间产物的流失 阻滞TCA的进行 影响脑中能量代谢 造成昏迷 肝昏迷 氨基酸碳骨架的代谢途径 人体10 15 的能量来自于氨基酸的氧化分解 氨基酸的碳架以5种产物形式进入TCA 分别为PyorAcetylCoA Ketoglutaricacid SuccinylCoA Fumarate Oxaloacetate 彻底氧化为H2O和CO2 还可以糖元异生或生酮 氨基酸碳骨架的代谢途径 1 再氨基化生成氨基酸 2 转变成糖或脂肪 生糖氨基酸和生酮氨基酸 3 氧化成CO2和H2O 氨基酸进入三羧酸循环图 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 异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸 葡萄糖 柠檬酸 形成乙酰CoA的途径 氨基酸 丙酮酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 乙酰CoA 1 2 形成乙酰CoA的氨基酸 丙氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸半胱氨酸 AA分解为乙酰辅酶A AA转变为Py 苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸延胡索酸乙酰辅酶A亮氨酸赖氨酸色氨酸 乙酰乙酰CoA到乙酰CoA 2 AA变为 酮戊二酸 延胡索酸途径 苯丙氨酸 酪氨酸 草酰乙酸途径 天冬氨酸 天冬酰胺 氨基酸碳骨架的降解小结 20种主要氨基酸形成7种分子丙酮酸乙酰辅酶A乙酰乙酰辅酶A琥珀酰辅酶A延胡索酸草酰乙酸 酮戊二酸 氨基酸分解分类 生糖氨基酸 GlycogenicAA 分解产物为糖代谢的中间物 如Py Oxaloacetate Ketoglutaricacid Fumarate等 15AAs 生酮氨基酸 KetogenicAA 分解产物为AcetylCoA 或Acetoacetate Leu 生糖生酮氨基酸 Ile Lys Phe Tyr 生酮生糖氨基酸 丙氨酸丝氨酸半胱氨酸甘氨酸苏氨酸天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸异亮氨酸缬氨酸 丙酮酸 琥珀酰辅酶A 亮氨酸乙酰乙酰辅酶A乙酰辅酶A酪氨酸苯丙氨酸 乙酰乙酰辅酶A 延胡索酸 氨基酸衍生的重要物质 氨基酸与一碳单位氨基酸与生物活性物质 一碳单位 某些氨基酸在代谢过程中产生含一个碳原子的基团 经过转移参与生物合成反应 这种含一个碳原子的基团被称为一碳单位 C1Unit或OneCarbonUnit 一碳单位生成和转移的代谢为一碳代谢 一碳基团 一碳基团转移酶的辅酶 FH4一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名 叶酸和四氢叶酸 THF FH4 叶酸 一碳单位类别 生物体的一碳单位有 甲基 CH3 methyl 甲烯基 CH2 methylene 甲炔基 CH methenyl 甲酰基 CHO formyl 亚氨甲基 CH NH formimino 等 一碳单位类别 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 一碳转移反应中重要的酶辅助因子 一碳基团的来源与转变 S 腺苷蛋氨酸 N5 CH2 FH4 N5N10 CH2 FH4 N5 N10 CH FH4 N10 CHO FH4 N5 N10 CH2 FH4还原酶 N5 N10 CH2 FH4脱氢酶 环水化酶 丝氨酸 组氨酸苷氨酸 参与甲基化反应 为胸腺嘧啶合成提供甲基 参与嘌呤合成 FH4 FH4 FH4 HCOOH H2O NAD NDAH H NAD NDAH H H 参与嘌呤合成 一碳单位 与氨基酸的代谢密切相关参与嘌呤和嘧啶以及S 腺苷甲硫氨酸的合成许多带有甲基的化合物有重要的生物学功能 甘氨酸与一碳单位 甘氨酸提供 活性 一碳 Thr Ser与一碳单位 组氨酸与一碳单位 Met与一碳单位 活化甲基循环中Met和SAM合成 一碳单位与生物合成 一碳单位还参与嘌呤和胸腺嘧啶的合成 四氢叶酸 一碳单位的转变 四氢叶酸 四氢叶酸的活性部位 四氢叶酸与一碳单位 Met生成SAM 甲基FH4与Met Ser Gly与甲基 甲基循环 氨基酸代谢缺陷症 氨基酸代谢中缺乏某一种酶 都可能引起疾患 这种疾病称为代谢缺陷症 由于某种酶的缺乏 致使该酶的作用物在血中或尿中大量出现 这种代谢缺陷属于分子疾病 其病因和DNA分子突变有关 多是先天性的 又称为先天性遗传代谢病 这类先天性代谢缺陷症 大部分发生在婴儿时期 常在幼年就导致死亡 发病的症状表现有智力迟钝 发育不良 周期性呕吐 沉睡 搐溺 共济失调 昏迷等 目前已发现的氨基酸代谢病已达30多种 氨基酸代谢缺陷症 尿黑酸症 尿黑酸症 alcaptonuria 是酪氨酸代谢中缺乏尿黑酸酶引起的代谢遗传病 这种病人的尿中含有尿黑酸 在碱性条件下暴露于氧气中 氧化并聚合为类似于黑色素的物质 从而使尿成黑色 尿黑酸尿症是常染色体隐性遗传病 由于先天性尿黑酸氧化酶缺乏 因而由酪氨酸分解而来的尿黑酸不能进一步分解为乙酰乙酸 致使过多的尿黑酸由尿排出 并在空气中氧化为黑色 酪氨酸可在酪氨酸转氨酶的催化下 生成对羟苯丙酮酸 再生成尿黑酸后 进一步转变成乙酰乙酸和延胡索酸 二者分别参加糖代谢和脂代谢 如果缺乏尿黑酸氧化酶 尿黑酸不能氧化而自尿中排出 使尿液呈黑色 故称尿黑酸症 这也是先天性代谢缺陷症但预后好 不影响寿命 苯酮尿症 phenylketonuria 由于苯丙氨酸羟化酶缺乏引起苯丙酮酸堆积的代谢遗传病 缺乏苯丙氨酸羟化酶 苯丙氨酸只能靠转氨生成苯丙酮酸 病人尿中排出大量苯丙酮酸 苯丙酮酸堆积对神经有毒害 智力发育出现障碍 患者若在儿童时期限制吃含有苯丙氨酸的饮食 可以防止发生智力迟钝 苯丙酮症的苯丙氨酸代谢 槭糖尿症 maplesyrupurine 名称的来源并不是由于尿中有槭排出 而是患者的尿有类似槭糖的气味 患者血浆及尿中出现大量支链氨基酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 及其相应酮酸 因此又称为支链酮尿症 患者出生后约一周末出现症状 喂食困难 呕吐 昏睡等 出现广泛的大脑损伤 一般在周岁末死亡 白化病 缺乏Tyrosinase Tyr3 单氧酶 Tyr不能生成黑色素 氨的同化及氨基酸的生物合成 一 氮素循环