第十章氨基酸和核苷酸代谢

第十章氨基酸与核苷酸代谢 本章内容 氨基酸代谢 核苷酸代谢 蛋白质是表达生物遗传信息 体现生命特征最重要的物质基础 蛋白质的功能是维持组织细胞的生长 更新 修补 参与催化 运输 代谢调节 氧化供能 每克蛋白质氧化可释放17kJ能量 成人每日约有18 的能量从蛋白质获得 蛋白质的消化 胃蛋白酶胰液中的蛋白酶 对肽键有一定的专一性内肽酶 胰蛋白酶 糜蛋白酶 弹性蛋白酶外肽酶 羧基肽酶A和羧基肽酶B小肠粘膜细胞中的氨基肽酶和二肽酶 寡肽酶 第一节氨基酸的分解代谢 合成组织蛋白 氨基酸主要通过三种方式脱氨基 即氧化脱氨基 联合脱氨基和转氨基 其中以联合脱氨基作用最为重要 一 氨基酸的脱氨基作用 1 转氨基作用 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 特点 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 转氨基作用并未产生游离的氨 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 ALT或 GPT 肝中活性最高 天冬氨酸氨基转移酶 AST或GOT 心肌中活性最高 正常人各组织ALT及AST活性 单位 克湿组织 组织 GOT GPT 心 156000 7100 肝 142000 44000 骨骼肌 99000 4800 肾 91000 19000 胰腺 脾 肺 血清 28000 2000 14000 1200 10000 700 20 16 ALT AST 组织 GOT GPT ALT AST 2 氧化脱氨基作用 指在氨基酸氧化酶作用下 氨基酸脱氢并脱去氨基的过程 体内催化氧化脱氨基的酶中以L 谷氨酸脱氢酶最重要 3 联合脱氨基作用 在转氨酶和谷氨酸脱氢酶的联合作用下 使各种氨基酸脱下氨基的过程 它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式 其逆反应也是体内生成非必需氨基酸的途径 主要在肝 肾组织进行 二 氨基酸的脱羧基作用 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 Org腐胺 CO2 促进细胞增殖 常见氨基酸脱羧基作用转换 1 氨的来源去路 三 氨基酸分解产物的去路 体内氨的来源 1 氨基酸脱氨基作用 是主要来源 2 肠道吸收的氨 4g 日 蛋白质的腐败作用 氨基酸被肠道细菌分解产生氨 肠道尿素的水解 尿素经肠道细菌尿素酶水解产生氨 正常人血氨浓度一般不超过60 mol L 肠道对氨的吸收与肠道pH有关 3 肾小管上皮细胞泌氨 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 丙氨酸 葡萄糖循环 氨的排泄去路 氨的去路 鸟氨酸循环 尿素的生成 1 生成部位 1 主要是在肝细胞的线粒体及胞液中进行 肾和脑中也可合成极少量的尿素 切除动物肝 动物的血 尿中几乎检测不到尿素 2 尿素生成的过程由Krebs和Henseleit于1932年提出 称为鸟氨酸循环 orinithinecycle 又称尿素循环或Krebs Henseleit循环 鸟氨酸循环是体内解除氨毒的主要方式 也是体内氨的最主要去路 Krebs Henseleit实验 大鼠肝切片与NH4 保温数小时 NH4 尿素 加入鸟氨酸 瓜氨酸和Arg后 尿素 上述三种氨基酸结构上彼此相关 早已证实肝中有精氨酸酶 1 氨基甲酰磷酸的合成 反应在线粒体中进行 氨基甲酰磷酸合成酶 carbamoylphosphatesynthetase CPS 催化的反应为不可逆反应 N 乙酰谷氨酸 AGA 为其激活剂 反应消耗2分子ATP 鸟氨酸循环的详细步骤 2 瓜氨酸的合成 鸟氨酸氨基甲酰转移酶 H3PO4 氨基甲酰磷酸 由鸟氨酸氨基甲酰转移酶 ornithinecarbamoyltransferase OCT 催化 OCT常与CPS 构成复合体 为不可逆反应 反应在线粒体中进行 瓜氨酸生成后进入胞液 NH CH COOH NH 2 NH 2 C O 瓜 氨 酸 CH 2 3 NH 2 CH 2 3 CH COOH NH 2 NH 2 CH 2 3 CH COOH NH 2 鸟 氨 酸 NH 2 C O O PO 3 2 NH 2 C O O PO 3 2 3 精氨酸的合成 反应在胞液中进行 精氨酸代琥珀酸合成酶是限速酶 此反应消耗1分子ATP 2个高能键能量 精氨酸代琥珀酸合成酶 ATP AMP PPi Mg2 天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸 NH CH 2 3 CH COOH NH 2 NH 2 C N COOH C H CH 2 COOH COOH C H H 2 N CH 2 COOH NH CH COOH NH 2 NH 2 C O 瓜 氨 酸 CH 2 3 此反应在胞液中进行 由精氨酸代琥珀酸裂解酶催化 精氨酸 延胡索酸 精氨酸代琥珀酸裂解酶 精氨酸代琥珀酸 COOH CH CH HOOC NH CH 2 3 CH COOH NH 2 NH 2 C NH NH CH 2 3 CH COOH NH 2 NH 2 C N COOH C H CH 2 COOH NH CH 2 3 CH COOH NH 2 NH 2 C N COOH C H CH 2 COOH 4 精氨酸水解生成尿素 反应在胞液中进行 精氨酸酶为肝中特有的酶 H2O 1 酮酸经氨基化生成非必需氨基酸 3 酮酸转变成糖及脂类 2 酮酸可通过TCA循环和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2 生成ATP 甘氨酸 丝氨酸 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 脯氨酸 半胱氨酸 生糖氨基酸 生酮氨基酸 亮氨酸 赖氨酸 生糖兼生酮氨基酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 苏氨酸 色氨酸 甘氨酸 丝氨酸 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 脯氨酸 半胱氨酸 生糖氨基酸 生酮氨基酸 亮氨酸 赖氨酸 生糖兼生酮氨基酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 苏氨酸 色氨酸 甘氨酸 丝氨酸 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 丙氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 蛋氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 脯氨酸 半胱氨酸 类别 生糖氨基酸 生酮氨基酸 亮氨酸 赖氨酸 生糖兼生酮氨基酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 苏氨酸 色氨酸 氨 基 酸 生糖氨基酸 生酮氨基酸 亮氨酸 赖氨酸 生糖兼生酮氨基酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 苏氨酸 色氨酸 生糖及生酮氨基酸 2 酮酸的代谢去路 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 二 氨基酸的合成 TCA 有C架 酮酸 有AA提供氨基 最主要为谷AA 领头AA 氨基酸合成的共性 包括 丙 Ala 缬 Val 亮 Leu 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 1 丙氨酸族氨基酸的合成 GPT 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 丙氨酸族其它氨基酸的合成 包括 丝 Ser 甘 Gly 半胱 Cys 甘AA碳架 光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸 2 丝氨酸族氨基酸的合成 三种氨基酸的关系 乙醛酸 甘AA 丝AA 半胱AA 3 磷酸甘油酸 丝氨酸半胱氨酸的合成途径 植物或微生物中 包括 天冬AA Asp 天冬酰胺 Asn 赖 Lys 苏 Thr 甲硫 Met 异亮 Ile 共同碳架 TCA中的草酰乙酸 转氨 天冬AA 3 天冬氨酸族氨基酸的合成 植 细 动物 天冬酰胺合酶 ATP ADP 天冬氨酸激酶 CH2 C O P O CHNH2 COOH O OH OH NADPH H NADP 天冬氨酸激酶 天冬氨酰磷酸 天冬氨酸半醛 L 高丝氨酸 甲硫氨酸 苏氨酸 异亮氨酸 4个C来自Asp 2个C来自丙酮酸 二氨基庚二酸 赖氨酸 CO2 天冬氨酸 天冬氨酸族其它氨基酸的合成 天冬氨酸半醛 几种氨基酸的关系 包括 谷AA Glu 谷氨酰胺 Gln 脯 Pro 羟脯 Hyp 精 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 4 谷氨酸族氨基酸的合成 由谷AA脯AA NAD P H NAD P ATP ADP Mg2 NADH NAD 1 2O2 H HO 谷AA 谷氨酰半醛 二氢吡咯 5 羧酸 脯AA 羟脯AA 酮戊二酸 谷AA 谷氨酰胺 脯AA 羟脯AA 鸟AA 瓜AA 精AA 几种氨基酸的关系 5 组氨酸族和芳香族氨基酸的合成 包括 组AA His 色AA Trp 酪AA Tyr 苯丙AA Phe 组AA族碳架 PPP中的磷酸核糖 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 儿茶酚胺 catecholamine 与黑色素 melanin 的合成 白化病 脑细胞和肾上腺髓质细胞 黑色素细胞 第二节核苷酸代谢 一 核酸的酶促降解 2 核酸酶 1 按底物分 核糖核酸酶 RNase 酶稳定 耐高温 RNA 脱氧核糖核酸酶 DNase 种类多 工具酶 DNA 非特异性核糖核酸酶 有的酶可作用于DNA和RNA 1 降解方式核酸酶核酸 水核苷酸3 5 磷酸二酯键水解核酸水解 DNA稳定 耐酸碱 RNA易在碱中水解 2 按作用方式分 核酸外切酶 从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶 非特异性 外切核酸酶对核酸的水解位点 牛脾磷酸二酯酶 5 端外切5得3 蛇毒磷酸二酯酶 3 端外切3得5 核酸内切酶 水解DNA或RNA分子内的磷酸二酯键的酶 特异性强 RNAaseI RNAaseI RNAaseT1 RNAaseT1 Py嘧啶Pu嘌呤 RNAaseI作用于嘧啶与嘌呤 嘧啶与嘧啶间的二酯键 RNAaseT1作用于嘌呤与嘌呤间的二酯键 内切核酸酶对RNA的水解位点示意图 3 限制性核酸内切酶能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列 并在特定位点切割DNA双链的核酸内切酶统称为限制性核酸内切酶 磷酸解 水解 1 核苷酸的分解 二 核苷酸的分解代谢 核苷酸 核苷酸酶 核苷 Pi 2 核苷的分解 腺嘌呤 次黄苷 脱氨酶 次黄嘌呤 核苷酶 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶 核苷酶 脱氨酶 核苷酸酶 鸟苷 鸟嘌呤 3 嘌呤的分解代谢 不同种类的生物分解嘌呤的能力不同 产物也不同 人 灵长类 鸟类 某些爬虫类将嘌呤分解成尿酸 其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素 尿囊酸 尿素 甚至CO2 NH3 核酸中的嘌呤主要是Ade Gua首先脱氨 分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤 再进一步代谢生成尿酸 尿酸 尿酸氧化酶 尿囊素 尿囊素酶 尿囊酸 尿囊酸酶 尿素酶 乙醛酸 灵长类鸟类爬虫类昆虫 硬骨鱼 两栖类 软骨鱼 海洋瓣腮类 甲壳类 灵长类外的哺乳类 尿酸过多导致痛风 高尿酸血症是痛风的前奏曲 喜欢吃肉喝酒的患者 必须多加节制 否则 痛风发作时 拇趾 足背 足跟 踝 指 腕等小关节都有可能红肿剧痛 反复发作 关节畸形 形成 痛风石 血液中的尿酸浓度过高 形成尿酸结晶沉积在组织中 如沉积在关节就会引起关节炎 沉积在肾脏就会导致肾结石 痛风多发生于中老年人 肥胖者和脑力劳动者 结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇 allopurinol 对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用 竞争性抑制 可用来治疗痛风 别嘌呤醇 次黄嘌呤 痛风症 血中尿酸 8mg RNA Cyt Ura 4 嘧啶碱的分解代谢 胞嘧啶 尿嘧啶 CO2 DNA Thy胸腺嘧啶 氨基异丁酸 CO2 乙酰CoA 丙酮酸 3 磷酸甘油醛 e g葡萄糖 脂肪酸 单糖 甘油 核苷酸 氨基酸 糖类 脂肪 蛋白质 核酸 三羧酸循环 NADH H FADH2 电子传递链氧化磷酸化 NAD FAD CO2 H2O O2 ADP ATP 分解 合成 分解 合成 糖类 脂类 糖类氨基酸 三 核酸的生物合成 从头合成途径 denovosynthesis 用氨基酸 一碳单位 二氧化碳和磷酸核糖等简单物质原料 经一系列酶促反应 合成嘌呤 或嘧啶 核苷酸的途径 补救合成途径 salvagesynthesis 用现成嘌呤 或嘧啶 作原料 经过简单反应过程 合成核苷酸的途径 核苷酸合成的两条途径 核糖 氨基酸 CO2 NH3 核糖核苷酸 脱氧核苷酸 辅酶 RNA 核苷 碱基 脱氧核苷 DNA 补救途径从头合成 嘌呤 嘧啶环上各原子的来源 嘌呤 嘧啶 1 嘌呤核苷酸的合成 从头合成途径 R 5 P 5 磷酸核糖 PP 1 R 5 P 磷酸核糖焦磷酸 在谷氨酰胺 甘氨酸 一碳单位 二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下 IMP H2N 1 R 5 P 5 磷酸核糖胺 IMP生成总反应过程 腺苷酸代琥珀酸合成酶