第九章氨基酸的代谢PPT课件

.,1,第十章蛋白质的分解代谢,（1）蛋白质的降解：外源蛋白的消化内源性蛋白的选择性降解（2）氨基酸的分解代谢：脱氨方式、血氨转运、尿素生成（3）氨基酸的生物合成：,.,2,第八章蛋白质代谢,一蛋白质的营养作用(自学),二氨基酸的一般代谢,三个别氨基酸代谢,一、氨基酸代谢概况,二、氨基酸的脱氨基作用,三、氨的代谢,四、-酮酸的代谢,第四节氨基酸的生物合成,.,3,蛋白质消化吸收和腐败,一、蛋白质消化胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶A、B、氨肽酶、弹性蛋白酶。二、肽和氨基酸的吸收三、蛋白质的腐败作用,.,4,四、氮平衡氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在正常情况下处于平衡状态。即，摄入氮排出氮。氮正平衡：摄入氮排出氮，部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。氮负平衡：摄入氮排出氮。饥锇、疾病。,.,5,氨基酸分解代谢一、氨基酸代谢库食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性a.a）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性a.a）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。肌肉中a.a占代谢库的50以上。肝脏中a.a占代谢库的10。肾中a.a占代谢库的4。血浆中a.a占代谢库的16。肝、肾体积小，它们所含的a.a浓度很高，血浆a.a是体内各组织之间a.a转运的主要形式。,.,6,氨基酸来源与去路,氨基酸代谢库,.,7,氨基酸的分解代谢一般是：（1）肝外组织以转氨基、联合脱氨基等形式脱去氨基，并以Ala、Gln的形式运到肝脏（2）尿素循环（3）脱氨后的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O，也可以转化为糖、脂肪酸,.,8,二、氨基酸的脱氨基作用,（一）氧化脱氨基,.,9,第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。,.,10,催化氧化脱氨基反应的酶（1）、氨基酸氧化酶有两类辅酶，、（人和动物）对下列a.a不起作用：Gly、-羟氨酸（Ser、Thr）、二羧a.a（Glu、Asp）、二氨a.a（Lys、Arg）,.,11,（2）、L-Glu脱氢酶E-NAD+E-NADP+,.,12,真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自a.a氧化）。,.,13,（二）转氨基作用1转氨作用：是肝外组织中a.a脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基作用。概念：意义：2转氨酶：谷丙、谷草转氨酶,.,14,.,15,大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶（谷丙转氨酶，GPT），可生成Glu，肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。在大多数动物组织细胞中，Asp转氨酶(谷草转氨酶）的含量最高，活性最大，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。,.,16,（1）肝外：,（2）肝脏：,.,17,转氨作用机制P303转氨酶辅酶是维生素B6（磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺）,.,18,（三）联合脱氨基主要方式单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基。,.,19,1、以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用,.,20,.,21,2、通过嘌呤核苷酸（AMP）循环的联合脱氨基做用（1）从-氨基酸开始通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主,.,22,（2）,.,23,（3）,.,24,.,25,（四）非氧化脱氨基作用产生NH3和酮酸脱水脱氨基脱巯基脱氨基直接脱氨基水解脱氨基氧化-还原脱氨基两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。脱酰胺基作用谷胺酰胺酶：谷胺酰胺+H2O谷氨酸+NH3天冬酰胺酶：天冬酰胺+H2O天冬氨酸+NH3,.,26,三、氨基酸脱羧基作用,+,磷酸吡哆醛,醛亚胺,+H2O,CO2,H2O,+,.,27,谷AA-氨基丁酸+CO2天冬AA-丙AA+CO2赖AA尸胺+CO2鸟AA腐胺+CO2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,.,28,生物体内大部分a.a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。a.a脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。,.,29,四、氨的代谢氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，产生肝昏迷。,.,30,氨的来源：氨的去向：（1）重新利用合成a.a、核酸。（2）贮存Gln，Asn高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。（3）排出体外排氨动物：水生动物，排泄时需少量水排尿素动物：陆生脊椎动物排尿酸动物：鸟类、爬虫类,.,31,（一）、生成尿素（尿素循环）,排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环1932年，Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任一种，都可促使尿素的合成。,.,32,尿素循环途径（鸟氨酸循环）,总的结果P311反应式,.,33,1、氨甲酰磷酸的生成(限速步骤）,肝细胞液中的a.a经转氨作用，与-酮戊二酸生成Glu，Glu进入线粒体基质，经Glu脱氢酶作用脱下氨基，游离的氨（NH4+）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。,.,34,氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。氨甲酰磷酸合酶I：存在于线粒体中，参与尿素的合成。氨甲酰磷酸合酶II：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶I、II,.,35,2、合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）,鸟氨酸转氨甲酰酶存在于线粒体中，需要Mg2+作为辅因子瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。,.,36,3、合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合成酶）,精氨琥珀酸合成酶的催化机制,.,37,4、精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）,此时Asp的氨基转移到Arg上。来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，,.,38,5、精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素,尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。,.,39,尿素循环小结NH4+HCO3-+3ATP+Asp+2H2O尿素+2ADP+AMP+2Pi+PPi+延胡索酸（1）形成一分子尿素消耗4个高能磷酸键（2）两个氨基分别来自游离氨和Asp，一个CO2来自TCA循环，（3）2个氨基酸通过尿素循环形成1分子尿素，可以净生成1个ATP：脱氨：1个NADH延胡索酸经草酰乙酸转化为Asp：1个NADH,.,40,尿素循环与TCA的关系：,肝昏迷（血氨升高，使-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。,尿素循环与TCA的联系,.,41,6、尿素循环的调节：,精氨琥珀酸合酶限速酶食物蛋白,P312,.,42,丙氨酸在PH7时接近中性，不带电荷，经血液运到肝脏,（二）、Glc-Ala循环氨在血液中主要以丙氨酸和谷氨酰胺两种形式运输,.,43,Glc-Ala循环的生物学意义：在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成Glc。肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏进一步转化，而以Ala的形式运送，一举两得。,.,44,.,45,（三）、谷氨酰胺的生成,.,46,a-酮酸的代谢,1合成非必须氨基酸2转变为糖和脂类:生糖氨基酸和生酮氨基酸3氧化产能,.,47,五、氨基酸碳架的去向P31420种aa有三种去路（1）重新氨基化生成氨基酸。（2）氧化成CO2和水（TCA）。（3）生糖、生脂。,.,48,20种aa的碳架可转化成7种物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。最后集中为5种物质进入TCA：乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。,.,49,氨基酸碳骨架进入TCA的途径,.,50,(一）形成乙酰-CoA的途径,通过丙酮酸到乙酰-CoA的途径通过乙酰乙酰-CoA到乙酰-CoA氨基酸直接形成乙酰-CoA,.,51,1、通过丙酮酸到乙酰-CoA的途径,Ala、Gly、Ser、Thr、Cys,.,52,.,53,（1）、Ala,.,54,（2）、Gly,Gly与Ser的互变是极为灵活的，该反应也是Ser生物合成的重要途径。,先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。,.,55,提供一碳单位Gly的分解代谢不是以形成乙酰CoA为主要途径，Gly的重要作用是一碳单位的提供者。Gly+FH4+NAD+N5,N10-甲烯基FH4+CO2+NH4+NADH,.,56,（3）、Ser丝氨酸脱水酶脱水、脱氨，生成丙酮酸,.,57,（4）、苏氨酸Thr有3条途径P316由Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸乙酰CoA。,.,58,（5）、Cys(半胱氨酸)有3条途径转氨，生成-巯基丙酮酸，再脱巯基，生成丙酮酸。氧化成丙酮酸加水分解成丙酮酸,.,59,2、通过乙酰乙酰CoA到乙酰-CoA的途径Phe、Tyr、Leu,.,60,（1）、PheTyr乙酰乙酰CoA产物：Phe、Tyr分解为乙酰乙酰CoA和延胡索酸（2）、Tyr产物：1个乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA。），1个延胡索酸，1个CO2，（3）、Leu产物：1个乙酰CoA，1个乙酰乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。反应中先脱1个CO2，后又加1个CO2，C原子不变。（4）、Lys产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2。在反应途中转氨：a.氧化脱氨，b.转氨（5）、Trp产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个CO2，1个甲酸。,.,61,（二）、-酮戊二酸途径P321,Arg、His、Gln、Pro、Glu形成-酮戊二酸的途径,.,62,.,63,（1）、Arg产物：1分子Glu，1分子尿素（2）、His产物：1分子Glu，1分子NH3,1分子甲亚氨基（3）、Gln三条途径.Gln酶：Gln+H2OGlu+NH3Glu合成酶：.Gln+-酮戊二酸+NADPH2Glu+NADP+转酰胺酶：Gln+-酮戊二酸Glu+r-酮谷酰氨酸-酮戊二酸+NH4+（4）、Pro产物：ProGluHpro丙酮酸+丙醛酸,.,64,（三）、形成琥珀酰CoA途径P325,Met、Ile、Val转变成琥珀酰CoA,.,65,（1）、Met给出1个甲基，将-SH转给Ser（生成Cys），产生一个琥珀酰CoA图30-28（2）、Ile产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA图30-29（3）、Val图30-30,.,66,（四）、延胡索酸途径Phe、Tyr可生成延胡索酸（前面已讲过）。,.,67,（五）、形成草酰乙酸途径,Asp和Asn可转变成草酰乙酸进入TCA，Asn先转变成Asp（Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.,.,68,七、生糖氨基酸与生酮氨基酸氨基酸碳骨架进入TCA的途径生酮氨基酸：Phe、Tyr、Trp、Leu、Lys。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸。生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的a.a.都称为生糖a.a，它们都能生成Glc。Phe、Tyr是生酮兼生糖a.a。,.,69,八、由氨基酸衍生的其它重物质1、由氨基酸产生一碳单位P329一碳单位：具有一个碳原子的基团，包括：亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（HC=O-），羟甲基（-CH2OH），亚甲基（又称甲叉基，-CH2），次甲基（又称甲川基，-CH=），甲基（-CH3）,.,70,Gly、Ser、Thr、His、Met等a.a.可以提供一碳单位。P331图30-33一碳单位的转移靠四氢叶酸（5，6，7，8-四氢叶酸），携带甲基的部位是N5、N10P330图30-32FH4结构,.,71,2、氨基酸与生物活性物质P332表30-2氨基酸来源的生物活性物质,.,72,（1）、Tyr(酪氨酸)与黑色素P332,.,73,（2）、Tyr(酪氨酸)与儿茶酚胺类可生成多巴、多巴胺（神经递质）、去甲肾上腺素、肾上腺素（激素），这四种统称儿茶酚胺类。Tyr形成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素,.,74,（3）、Trp(色)与5-羟色胺及吲哚乙酸Trp形成5-羟色胺及吲哚乙酸5-羟色胺是神经递质，促进血管收缩,.,75,（4）、肌酸和磷酸肌酸（Arg、Gly、Met）肌酸和磷酸肌酸，在贮存和转移磷酸键能中起重要作用。它们存在于动物的肌肉、脑、血液中。Arg、Gly、Met形成磷酸肌酸肌酸合成中的甲基化：S-腺苷Met,.,76,（5）、His与组胺His脱羧生成组胺，是一种血管舒张剂，在神经组织中是感觉神经的一种递质。（6）、Arg水解鸟氨酸脱羧腐胺亚精胺精胺（7）、Glu与r-氨基丁酸Glu本身就是一种兴奋性神经递质（还有Asp），在脑、脊髓中广泛存在。Glu脱羧形成的r-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。（8）、牛磺酸和CysP336Cys的SH氧化成-SO3-，并脱去-COO-就形成了牛磺酸，牛磺酸与胆汁酸结合，乳化食物。,.,77,九、氨基酸代谢缺陷症P336表30-3先天性氨基酸代谢缺陷症苯丙酮尿症（PKU）,.,78,第三节氨基酸及其重要衍生物的生物合成,.,79,一、氨基酸合成概论1、氮源（1）生物固氨（微生物）a.与豆科植物共生的根瘤菌b.自养固氮菌兰藻在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3（2）硝酸盐和亚硝酸盐(植物、微生物)（3）各种脱氨基作用产生的NH3（所有生物）,.,80,氨的固定方式：,（1）通过氨甲酰磷酸合成酶,（2）通过谷氨酸脱氢酶P343反应式,（3）通过谷氨酰胺合成酶P343反应式,.,81,2、碳源直接碳源是相应的-酮酸。植物能合成20种a.a.相应的全部碳架或前体。人和动物只能直接合成部分a.a.相应的-酮酸。主要来源：糖酵解、TCA、磷酸已糖支路。必需氨基酸：Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（Arg、His）,.,82,3、a.a.生物合成的概貌P341图31-1、31-220种氨基酸生物合成的概貌,.,83,-酮戊二酸衍生类型Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫）与a.a.分解进入-酮酸的途径比较，少了一种a.a.，即His。草酰乙酸衍生类型Asp、Asn、Met、Thr、Ile（也可归入丙酮类）、Lys（植物、细菌）经TCA中间产物（-酮戊二酸、草酰乙酸）可合成10种a.a.，即Glu、Gln、Pro、Arg、Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys。,.,84,丙酮酸衍生类型Ala、Val（Ile）、Leu3-磷酸甘油酸衍生类型Ser、Gly、Cys经酵解中间产物（3-磷酸甘油酸、丙酮酸），可合成Ser、Cys、Gly、Ala、Val、Leu等6种a.a。经酵解及磷酸戊糖中间产物（磷酸烯醇丙酮酸、4-磷酸赤藓糖），可合成Phe、Tyr、Trp等3种芳香族a.a。His有自己独特的合成途径，与其它氨基酸之间没有关系,.,85,二、脂肪族氨基酸生物合成途径,（一）、-酮戊二酸衍生类型Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫）,.,86,1、Glu的合成由-酮戊二酸与游离氨，经L-Glu脱氢酸催化。对于植物和微生物，氨的来源是Gln的酰胺基。,P345图31-5由-酮戊二酸、Gln形成Glu的关系图,.,87,（2）、Gln的合成由-酮戊二酸形成Glu，由Glu可以进一步形成Gln，,Gln合酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶，活性受9种含氮物反馈调控：氨基Glc-6-P、Trp、Ala、Gly、Ser、His和CTP、AMP、氨甲酰磷酸。除Gly、Ala，其余含氮物的氮都来自Gln。,.,88,（3）、Pro的合成（Glu环化而成）（4）、Arg合成（5）、Lys合成-酮戊二酸衍生型（蕈类、眼虫）天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、细菌）,.,89,（二）、草酰乙酸衍生类型,Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys（植物、细菌）,1、天冬氨酸