07级氨基酸代谢.ppt

第八章氨基酸代谢 必需氨基酸 人体自身不能合成或合成的量不足 必须通过食物供应的氨基酸 口诀 1 一两色素本来淡些 异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸 苏氨酸 苯丙氨酸 赖氨酸 蛋氨酸 缬氨酸 2 携苏丹来奔以色列缬苏蛋赖苯丙异亮色亮有人将组氨酸和精氨酸称作半必需氨基酸 经酪氨酸转化形成的黑色素 成为机体防御紫外线照射的天然屏障 科普之窗酪氨酸 机体应激和防卫物质的前体 由酪氨酸参与合成的甲状腺素使基础代谢率增高 增强机体的兴奋性 从而提高机体的应激和防御机能 以酪氨酸为前体合成的儿茶酚胺激素在维持正常的神经传递 皮层觉醒状态和睡眠节律 机体应激总动员等方面发挥重要作用 酪氨酸可作为具有特殊功效的食品添加物质 酪氨酸在医学研究及疾病治疗方面具有广阔的前景 一 蛋白质的酶促降解 蛋白质降解作用防止了异常或不需要的蛋白质的积累 有利于氨基酸的循环利用 真核细胞内蛋白质降解有2条途径 溶酶体 lysosome 降解途径 不依赖ATP 无选择性地降解蛋白质 泛素 ubiguitin 途径 泛素 26S蛋白酶体途径 以细胞溶胶为基础 依赖ATP 有选择性地降解蛋白质 所以又称泛素标记选择性蛋白质降解 肽酶从较小肽链末端水解 羧基末端 羧肽酶 氨基末端 氨肽酶 蛋白质小片段AA 二肽AA 蛋白酶 肽酶 二肽酶 外源蛋白进入体内 总是先经水解作用变为小分子的氨基酸 然后才被吸收 蛋白酶肽链内部水解 二肽酶水解二肽为AA 高等动物氨基酸代谢概况 氨基酸代谢库 P 208图10 1 蛋白质的腐败作用在人体内的食物蛋白消化过程中 有一小部分蛋白质不被消化 也有一小部分消化产物不被吸收 肠道细菌对这部分蛋白质及其消化产物所起的作用 称为腐败作用 putrefaction 实际上 腐败作用是细菌本身的代谢过程 以无氧分解为主 产物包括 胺类 氨及其他有害物质 如苯酚 吲哚 甲基吲哚 硫化氢等 腐败作用的大多数产物对人体有害 但也可产生少量脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质 二 氨基酸的一般代谢 脱氨基作用脱羧基作用氨基酸分解产物的代谢 一 脱氨基作用 定义 氨基酸失去氨基的作用方式 氧化脱氨基作用转氨基作用联合脱氨基作用非氧化脱氨基作用 1 氧化脱氨基作用 定义 AA在酶的作用下 氧化生成 酮酸并产生氨的过程 反应通式 O2 H2O R C COOH H2O2 NH3 AA氧化酶 O AA氧化酶 R C COO NH H2O R C COOH O NH3 FPFPH2 FPH2 O2 FP H2O2 AA氧化酶的种类L AA氧化酶 催化L AA氧化脱氨 体内分布不广泛 最适pH10左右 以FAD或FMN为辅基 D AA氧化酶 体内分布广泛 以FAD为辅基 但体内D AA不多 L 谷氨酸脱氢酶 专一性强 分布广泛 动 植 微生物 活力强 以NAD 或NADP 为辅酶 2 转氨基作用指 AA和酮酸之间氨基的转移作用 AA的 氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上 结果原来的AA生成相应的酮酸 而原来的酮酸则形成相应的氨基酸 H 迄今发现的转氨酶都以磷酸吡哆醛 PLP 为辅基 它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合 实验证明 除Lys Thr外 其余氨基酸均可参加转氨基作用 并各有其特异的转氨酶 例如 谷氨酸 丙酮酸 酮戊二酸 丙氨酸 天冬氨酸 酮戊二酸 草酰乙酸 谷氨酸 谷丙转氨酶 GPT 肝脏中 谷草转氨酶 GOT 心脏中 转氨作用沟通了糖与蛋白质的代谢 3 联合脱氨基作用 动物组织主要采取的方式 转氨基并不能最后脱掉氨 氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高 转氨基和氧化脱氨基联合在一起才能迅速脱氨 1 转氨基和氧化脱氨基联合脱氨 2 嘌呤核苷酸循环联合脱氨 肌肉组织中 谷氨酸脱氢酶活性弱 的另一种氨基酸脱氨基作用 肝中氨基酸有90 经嘌呤核苷酸循环联合脱氨 氨基酸 酮戊二酸天冬氨酸IMPNH3 酮酸谷氨酸草酰乙酸延胡索酸AMPH2O 苹果酸 腺苷酸代琥珀酸 腺苷酸脱氨酶 氨基酸 酮戊二酸 酮酸 谷氨酸 天冬氨酸 草酰乙酸 延胡索酸 腺苷酸代琥珀酸 次黄嘌呤核苷酸 腺嘌呤核苷酸 NH3 腺苷酸脱氨酶H2O 苹果酸 腺苷酸代琥珀酸合成酶 GTP 天冬氨酸 次黄嘌呤核苷酸 腺苷酸代琥珀酸 GDP Pi 腺苷酸代琥珀酸裂解酶 腺嘌呤核苷酸 延胡索酸 腺苷酸代琥珀酸 腺苷酸脱氨酶 NH3 腺嘌呤核苷酸 AMP 次黄嘌呤核苷酸 IMP H2O 还原脱氨基 脱水脱氨基 水解脱氨基 脱硫氢基脱氨基等 在微生物中个别AA进行 但不普遍 4 非氧化脱氨 由解氨酶催化 CH CH COOH OH NH3 L 苯丙氨酸 酪氨酸 反式肉桂酸 反式香豆酸 单宁等次生物辅酶Q PAL 脱氨基作用 氧化脱氨作用转氨基作用联合脱氨基作用 2个内容 非氧化脱氨 小结 二 脱羧基作用 磷酸吡哆醛 醛亚胺 H2O CO2 H2O Glu 氨基丁酸 CO2 抑制中枢神经传导 Asp Ala CO2 泛酸组分 His组胺 CO2 降低血压 Tyr酪胺 CO2 升高血压 Cys巯基乙胺 CO2 CoA组分 Lys尸胺 CO2 促进细胞增殖 鸟AA腐胺 CO2 促进细胞增殖 丝氨酸乙醇胺胆碱卵磷脂色氨酸吲哚丙酮酸吲哚乙醛吲哚乙酸 胺类有一定作用 但有些胺类化合物有害 尤其对人 应维持在一定水平 体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛 进一步氧化成脂肪酸 RCH2NH2 O2 H2ORCHO H2O2 NH3RCHO 1 2O2RCOOHCO2 H2O AA 尿素 三 氨基酸分解产物的代谢 氨的去路 排氨生物 以NH3形式随水直接排出体外 原生动物 线虫和鱼类 水生动物 以尿酸排出 将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出 通过消耗大量能量而保存体内水分 陆生爬虫及鸟类 以尿素排出 经尿素循环 肝脏 将NH3转变为尿素而排出 哺乳动物 重新利用合成AA 合成酰胺 高等植物中 嘧啶环的合成 核酸代谢 大量氨入脑 与 酮戊二酸合成谷氨酸 或与脑中的谷氨酸合成谷氨酰胺 造成脑中 酮戊二酸减少 TAC减弱 ATP生成减少 引起大脑功能障碍的现象 严重时可导致肝昏迷 1 氨的代谢转变 1 尿素的合成 鸟氨酸循环或尿素循环 尿素合成的部位肝脏是生成尿素的主要器官 证据P 216 尿素生成的机制和鸟氨酸循环 小鼠肝切片 铵盐铵盐 尿素 O2 鸟氨酸或瓜氨酸促进尿素生成 肝中含精氨酸酶 催化精氨酸水解为尿素和鸟氨酸 NH3 NH2CONH2 尿素 肝 1932年德国学者克雷布斯 Krebs 等首先提出尿素生成的鸟氨酸循环学说 NH2 CH2 3H2N CHCOOH NH2CONH CH2 3H2N CHCOOH CH2 3H2N CHCOOH NH2CNHNH NH3 CO2 H2O H2O NH3 H2O 鸟氨酸循环 尿素 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸 NH3 CO2 H2O 2ATP 2ADP Pi 氨基甲酰磷酸 鸟氨酸瓜氨酸 瓜氨酸天冬氨酸 ATP AMP PPi 精氨琥珀酸 精氨酸 延胡索酸 H2O 尿素 鸟氨酸 Pi 鸟氨酸循环 线粒体 鸟氨酸循环的中间步骤 1 氨基甲酰磷酸的合成 CO2 NH3 H2O 2ATP 氨基甲酰磷酸合成酶 肝mito N 乙酰谷氨酸 Mg2 NH2 C O P O 2ADP Pi O OH OH CPS I 氨基甲酰磷酸 调节酶 尿素合成限速酶 活性最低 说明 关于氨基甲酰磷酸中NH3的来源 此NH3是在细胞质中由谷氨酸脱氢酶产生 2 瓜氨酸的合成 NH2CO PO NH2 CH2 3CHNH2COOH OCT NH2C ONH CH2 3CH NH2COOH H3PO4 氨基甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸 OCT 鸟氨酸氨甲酰转移酶 线粒体 3 精氨酸的合成 NH2C ONH CH2 3CH NH2COOH COOHCH NH2CH2COOH 精氨琥珀酸合成酶 胞液 ATPAMP PPiH2O NH2COOHC NC HNHCH2 CH2 3COOHCH NH2COOH 瓜氨酸 天冬氨酸 精氨琥珀酸 天冬氨酸 草酰乙酸 谷氨酸 各种氨基酸 第二个氨的来源 精氨琥珀酸裂合酶 NH2C NHNH CH2 3CH NH2COOH COOHCHCHCOOH 精氨酸延胡索酸 联系尿素与三羧酸循环 4 精氨酸水解生成尿素 NH2C NHNH CH2 3CH NH2COOH 精氨酸酶 胞液 H2O NH2C ONH2 NH2 CH2 3CHNH2COOH 精氨酸尿素鸟氨酸 线粒体 尿素生成总反应式 2NH3 CO2 3ATP 3H2O CO NH2 2 2ADP AMP 2Pi PPi 图TCA循环和尿素循环之间的联接顶端相互联接的途径被趣称为 Krebs自行车 Krebsbicycle 尿素合成小结 1 原料 2NH3 Glu NH3 Asp NH3 CO22 产物 1尿素3 部位 肝4 过程 鸟氨酸循环5 排泄 肾6 意义 解除氨毒 并消耗部分CO27 耗能 4个高能键 2NH3 CO2 3ATP 3H2O CO NH2 2 2ADP AMP 2Pi PPi 8 总反应式 2 酰胺的生成 Gln Glu NH3 谷酰胺合成酶 ATP Gln Glu NH3 谷氨酰胺酶 H2O 扩散排出体外 尿氨 在肾内 在脑 肝 肌肉等组织 在植物体内 Asp NH3 ADP Pi Aln 天冬酰胺合成酶 ATP ADP Pi Aln Asp NH3 H2O 天冬氨酰胺酶 氨基酸合成 3 嘧啶环的合成 详见核苷酸代谢一章 2 酮酸的代谢转变 1 再合成AA 2 转变成糖和脂肪 生糖AA 凡能生成丙酮酸 琥珀酸 草酰乙酸和 酮戊二酸的AA Asp Asn Ser Gly Thr Ala Cys Glu Gln His Arg Pro Val Met Ile Tyr Phe Trp 18种 生酮AA 凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的AA Leu Lys 2种 在动物肝脏中转变成酮体 生糖兼生酮AA 二者兼有的AA Ile Tyr Phe Trp 4种 3 氧化成CO2和H2O 注意阅读P 221 例题 写出由草酰乙酸彻底氧化生成CO2和H2O的总反应式 解 草酰乙酸草酰乙酸脱羧酶丙酮酸 CO2丙酮酸 NAD CoASH丙酮酸脱氢酶乙酰CoA NADH2 CO2乙酰CoA 3NAD FAD ADP Pi 2H2OTAC循环2CO2 CoASH ATP 3NADH2 FADH2总 草酰乙酸 4NAD FAD ADP Pi 2H2O 4CO2 4NADH2 FADH2 ATP AA的生物合成 主要通过转氨基作用 AA R1 酮酸R1 转氨酶 AA R2 酮酸R2 许多氨基酸可以作为氨基的供体 其中最主要的是谷氨酸 其被称为氨基的 转换站 先生成Glu其它AA 氨基酸的合成 有C架 酮酸 有AA提供氨基 最主要为Glu 领头AA 三 氨基酸合成代谢概况 1 酮戊二酸衍生类型 谷氨酸族氨基酸的合成 包括 Glu Gln Pro Arg 共同碳架 TCA中的 酮戊二酸 酮戊二酸 Glu为还原同化作用 NH3 NADH NAD H2O 谷AA 脱H酶 动物和真菌 不普遍 谷氨酰胺 酮戊二酸 2谷AA 普遍 Glu合酶 NADPH H NADP 一 氨基酸合成途径的类型 几种氨基酸的关系 酮戊二酸 谷AA 谷氨酰胺 脯AA 羟脯AA 鸟AA 瓜AA 精AA 2 草酰乙酸衍生类型 天冬氨酸族氨基酸的合成 包括 Asp Asn Lys Thr Met Ile 共同碳架 TCA中的草酰乙酸 转氨 天冬AA 天冬氨酸半醛 几种氨基酸的关系 包括 Ala Val Leu 3 丙酮酸衍生类型 丙氨酸族氨基酸的合成 共同碳架 EMP中的丙酮酸 COOH CH3 CHNH2 谷丙转氨酶 丙酮酸 谷AA 丙AA 酮戊二酸 谷丙转氨酶 GPT 丙氨酸族其它氨基酸的合成 2丙酮酸 酮异戊酸 缩合 CO2 转氨基 缬氨酸 酮异己酸 亮氨酸 转氨基 CH3 C O COO CH2 CH3 CH3 CH C O COOH CH3 CH 酮异戊酸 4 甘油 磷酸衍生类型 丝氨酸族氨基酸的合成 包括 Ser Gly Cys 甘AA碳架 光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸 酮戊二酸 甘AA 谷AA 乙醛酸 NH3 CO2 2H 2e 2 H2O 丝AA 甘AA 碳架 EMP中的3 磷酸甘油酸 丝AA还有其它合成途径 H2O Pi 磷酸酶 转氨基 氧化 H2O Pi 转氨 磷酸化途径 非磷酸化途径 3 磷酸甘油酸 3 磷酸羟基丙酮酸 3 磷酸丝氨酸 甘油酸 3 羟基丙酮酸 丝氨酸 半胱氨酸的合成途径 植物或微生物中 丝AA 乙酰 COAO 乙酰丝AA COA O 乙酰丝AA 硫化物半胱氨酸 乙酸 三种氨基酸的关系 乙醛酸 甘AA 丝AA 半胱AA 3 磷酸甘油酸 转乙酰基酶 提供硫氢基团 P273 5 4 磷酸 赤藓糖和烯醇式丙酮酸磷酸衍生类型 芳香族氨基酸的合成 包括酪AA Tyr 苯丙AA Phe 色AA Trp 芳香族AA碳架 4 磷酸 赤藓糖 PPP 和PEP EMP NH CH N 来自核糖 来自谷氨酰胺的酰胺基 从谷氨酸经转氨作用而来 来自ATP 芳香族氨基酸的关系 色氨酸 若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体 因此芳香族氨基酸合成时相同的一段过程叫莽草酸途径 6 组氨酸生物合成His合成途径在一些方面不同于其他氨基酸的生物合成途径 核糖 5 磷酸 His 二 氨基酸与一碳单位 定义 具有一个碳原子的基团 又称一碳基团 种类 甲基 CH3亚甲基 CH2 次甲基 CH 甲酰基 HC O亚氨甲基 CH NH羟甲基 CH2OH载体 一碳单位转移酶辅酶 四氢叶酸 FH4 一碳单位不能游离存在结合部位 FH4的N5 N10位主要来源 Gly Ser His Thr等 一碳单位的产生 1 亚甲基来自丝氨酸和甘氨酸代谢 CH2OHCHNH2COOH FH4 丝氨酸羟甲基转移酶 H2O N5 N10 CH2 FH4 CH2NH2COOH 丝氨酸甘氨酸 一碳单位主要来源 CH2NH2COOH FH4 甘氨酸氨解酶 NAD NADH H CO2 NH3 N5 N10 CH2 FH4 甘氨酸 2 甲酰基来自色氨酸和甘氨酸代谢中产生的甲酸 色氨酸犬尿氨酸 HCOOH 甘氨酸乙醛酸甲酸 氧化脱氨基 氧化 HCOOHN10 CHO FH4 FH4甲酰化酶 FH4ATPADP Pi 3 亚氨甲基来自组氨酸分解代谢 HC C CH2CH COOHHNNNH2CH HOOC CH CH2 2 COOHHNNHCH 组氨酸亚氨甲酰谷氨酸 亚氨甲基转移酶 FH4N5 CH NH F