氨基酸代谢PPT课件

.,1,第十一章氨基酸代谢,第一节蛋白质的酶促降解第二节氨基酸的分解代谢第三节氨基酸的生物合成,.,2,体内不能合成或合成速度不能满足机体需要，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为必需氨基酸(essentialaminoacid,EAA)。蛋(甲硫)氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸。组氨酸His(对婴幼儿是EAA)。MetTrpLysValIleLeuPheThr“假设来借一两本书”,.,3,第一节蛋白质的酶促降解,.,4,有两种类型的酶：肽链外切酶：如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等；肽链内切酶：如胰蛋白酶、胰糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。,又称：端肽酶（肽酶）,一、蛋白质（外源蛋白）的消化,.,5,HNCHCONHCHCO|R1R2胰蛋白酶：R1=Lys或Arg侧链；胰凝乳（糜）蛋白酶：R1=Phe、Tyr或Trp侧链。,.,6,二、氨基酸的吸收,主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊载体携带。转运氨基酸进入细胞时，同时转运入Na+。,.,7,三、蛋白质在肠中的腐败,主要在大肠中进行，是细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用。腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱羧、脱氨、脱巯基等反应。可产生有毒物质，如胺类（腐胺、尸胺），酚类，吲哚类，氨及硫化氢等。这些有毒物质被吸收后，由肝脏进行解毒。,.,8,蛋白质在体内的动态变化,氨基酸库（肝）,膳食蛋白质,组织蛋白质,血浆蛋白质,组织蛋白质合成,氨尿素,-酮酸,.,9,第二节氨基酸的分解代谢,特殊分解代谢特殊侧链的分解代谢脱羧基作用CO2+胺一般分解代谢脱氨基作用NH3+-酮酸,.,10,一、脱氨基作用,氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用。氨基酸主要通过五种方式脱氨基氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基非氧化脱氨基脱酰胺作用,主要方式,.,11,氧化脱氨基作用,定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。,反应过程包括脱氢和水解两步,.,12,L-氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。,.,13,L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamatedehydro-genase)是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。该酶活性高，专一性强，分布广泛，因而作用较大。,.,14,HOOC(CH2)2CHCOOH,NH2,NAD+,NADH+H+,L-谷氨酸脱氢酶,HOOC(CH2)2CCOOH,NH,H2O,NH3HOOC(CH2)2CCOOH,O,亚氨基酸不稳定,.,15,L-谷氨酸脱氢酶,ATP、GTP和NADH变构抑制；ADP、GDP变构激活。,.,16,（二）转氨基作用：,转氨基作用由转氨酶(transaminase)催化，将-氨基酸的氨基转移到-酮酸酮基的位置上，生成相应的-氨基酸，而原来的-氨基酸则转变为相应的-酮酸。,.,17,（二）转氨基作用：,转氨基作用由转氨酶(transaminase)催化，将-氨基酸的氨基转移到-酮酸酮基的位置上，生成相应的-氨基酸，而原来的-氨基酸则转变为相应的-酮酸。,氨基酸,a-酮戊二酸,谷氨酸,a-酮酸,转氨酶,.,18,转氨酶(transaminase)以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。除Lys，Thr外，均可参加转氨基作用。（对人体来说主要是非必需氨基酸）,VB6,.,19,转氨酶,.,20,.,21,两种重要的转氨酶,谷丙转氨酶(GPT)：催化谷氨酸与丙酮酸的转氨作用，肝脏活力最大。在肝脏疾病时，可引起血清中酶活性明显升高。谷草转氨酶(GOT)：催化谷氨酸与草酰乙酸的转氨作用，心脏活力最大，其次肝脏。在心肌疾患时，血清中酶活性明显升高。,.,22,谷丙转氨酶(glutamicpyruvictransaminase，GPT),Pyruvate,-Ketoglutarate(-KG),-,COOH,CH3,CHNH2,-,-,谷丙转氨酶,+,+,.,23,谷丙转氨酶又称为丙氨酸氨基转移酶（alaninetransaminase，ALT）ALT丙氨酸+-酮戊二酸丙酮酸+谷氨酸谷草转氨酶又称为天冬氨酸氨基转移酶（aspartatetransaminase，AST）AST天冬氨酸+-酮戊二酸草酰乙酸+谷氨酸,.,24,+,+,谷草转氨酶,天冬氨酸,草酰乙酸,(GOT),.,25,转氨基作用意义,沟通了糖和蛋白质的代谢：由糖代谢产生的丙酮酸、草酰乙酸及-酮戊二酸可分别转变为丙氨酸、天冬氨酸及谷氨酸。同时由蛋白质分解代谢而来的丙氨酸、天冬氨酸及谷氨酸也可转变为丙酮酸、草酰乙酸及-酮戊二酸,参加三羧酸循环。,.,26,（三）联合脱氨基作用,定义：L-氨基酸在体内往往不是直接氧化脱去氨基，而是首先与-酮戊二酸经转氨作用变成相应的酮酸及谷氨酸，谷氨酸经谷氨酸脱氢酶作用重新变成-酮戊二酸，同时放出氨，这种脱氨基作用是转氨基作用和氧化脱氨基作用配合进行的，所以称联合脱氨作用。,.,27,联合脱氨基作用,氨基酸,a-酮戊二酸,谷氨酸,a-酮酸,NH3+NADH+H+,H2O+NAD+,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,.,28,丙氨酸,a-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3+NADH+H+,H2O+NAD+,L-谷氨酸脱氢酶,思考：丙氨酸（Ala）经联合脱氨作用，完全氧化为CO2和H2O，净生成多少ATP?天冬氨酸呢?,谷丙转氨酶,.,29,思考：丙氨酸（Ala）经联合脱氨作用，完全氧化为CO2和H2O，净生成多少ATP?天冬氨酸呢?,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,谷丙转氨酶,.,30,特殊的联合脱氨基作用：嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle，PNC）,主要存在于骨骼肌和心肌。在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。,.,31,嘌呤核苷酸循环,氨基酸,a-酮戊二酸,L-谷氨酸,a-酮酸,转氨酶,天冬氨酸,草酰乙酸,腺苷酸代琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,IMP,AMP,NH3,H2O,谷草转氨酶,AMP脱氨酶,.,32,嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle）,腺苷酸脱氨酶,.,33,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）,（四）非氧化脱氨,例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA),.,34,（五）氨基酸的脱酰胺作用,.,35,二、脱羧基作用,氨基酸的脱羧作用,在微生物中普遍,高等动植物组织中也有此作用,但不是氨基酸代谢主要方式.-氨基丁酸(-aminobutyricacid,GABA)：抑制性神经递质,.,36,L-谷氨酸,-氨基丁酸,.,37,组胺(histamine)：血管舒张剂,除组氨酸脱羧酶不需辅酶，其它均需磷酸吡哆醛作为辅酶。,.,38,如果在体内生成大量胺类,能引起神经或心血管等系统的功能紊乱。伯胺在胺氧化酶催化下能氧化成醛，继而氧化成脂肪酸，再分解成CO2和H2ORCH2NH2+O2+H2ORCHO+H2O2+NH3RCHO+O2RCOO-+H+,.,39,三、脱氨产物(NH3和-酮酸)的代谢,氨中毒的生化机理：NH3+-酮戊二酸L-Glu-酮戊二酸减少，TCA循环不能实现，ATP缺乏，头晕。,1.NH3的排泄方式,鱼类：NH3,鸟类：尿酸（溶解度小）,人：尿素(溶解度较大),.,40,以谷氨酰胺（Gln）的形式转运,2.氨的转运,以丙氨酸（Ala）的形式转运,NH4+Glu+ATPGln+ADP+Pi+H+,Gln合成酶,NH4+丙酮酸Ala,丙酮酸+Glu,葡萄糖-丙氨酸循环,.,41,NH3的主要去路:合成尿素,合成部位:肝脏鸟氨酸循环的中间步骤：氨基甲酰磷酸的合成从鸟氨酸合成瓜氨酸从瓜氨酸合成精氨酸精氨酸水解生成尿素,3.尿素的生成机制和鸟氨酸循环,.,42,排氨生物：NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）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）,氨的去路,.,43,UreaBiosynthesis,1932,德国学者HansKrebs提出尿素循环(ureacycle)或鸟氨酸循环(ornithinecycle)。,.,44,氨基甲酰磷酸的合成此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoylphosphatesynthetase-,CPS-）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。,.,45,在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithinecarbamoyltrans-ferase,OCT）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。,瓜氨酸的合成,.,46,转运至胞液的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosuccinatesynthetase)催化下，消耗能量合成精氨酸代琥珀酸。,精氨酸代琥珀酸的合成,限速酶,.,47,在胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶(arginino-succinatelyase)催化，将精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。,精氨酸代琥珀酸的裂解,.,48,在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。,精氨酸的水解,.,49,鸟氨酸循环,线粒体,胞液,.,50,UreaBiosynthesis,.,51,UreaBiosynthesis的要点,尿素生成的要点亚细胞定位：Mitochondrionandcytosol限速酶：精氨琥珀酸合成酶耗能过程：?ATP/ureaN与C的来源：氨基酸脱下的氨和CO2,4ATP,.,52,四、-酮酸的代谢Metabolismof-ketoacid,（一）氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。AA分解产生5种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解。五种产物为：乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸,碳骨架的氧化（肝脏中）,.,53,（二）再氨基化为氨基酸。,L-谷氨酸脱氢酶,如:,.,54,.,55,（三）转变为糖或脂p3011.生糖氨基酸：分解产物为糖代谢过程中的丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA。2.生酮氨基酸：分解产物为乙酰CoA或乙酰乙酸。Leu，Lys。3.生糖兼生酮氨基酸：Ile，Tyr，Phe，Trp。,.,56,草酰乙酸,back,.,57,第三节氨基酸合成代谢,一、人体氨基酸的合成人体内仅能合成非必需氨基酸。其碳架来自糖酵解、磷酸戊糖途径或三羧酸循环的中间产物。二、微生物与植物氨基酸的合成（20种）,.,58,合成氨基酸的方式,(一)由-酮酸经还原性氨基化作用而成(二)-酮酸经氨基转移作用可产生氨基酸(三)由氨基酸的相互转化,.,59,主要通过转氨基作用,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”，先转变成Glu再合成其它AA。,.,60,酮戊二酸衍生类型,草酰乙酸衍生类型,丙酮酸衍生类型,甘油酸-3-磷酸衍生类型,赤藓糖-4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型,组氨酸生物合成,三、AA合成以起始物不同分为六种类型,.,61,（一）酮戊二酸衍生类型:以-酮戊二酸与NH3在酶催化下,生成谷氨酸为起点.产物：谷氨酸,谷氨酰胺，脯氨酸和精氨酸等,.,62,共同碳架：TCA中的-酮戊二酸,-酮戊二酸,Glu,谷氨酸族氨基酸的合成,.,63,由谷氨酸脯氨酸,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),.,64,-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,.,65,（二）草酰乙酸衍生类型:在谷-草转氨酶催化下,以草酰乙酸与谷氨酸反应生成天冬氨酸为起点。产物：天冬氨酸,天冬酰胺,赖氨酸,甲硫氨酸,苏氨酸,异亮氨酸等,.,66,共同碳架：TCA中的草酰乙酸,天冬氨酸族氨基酸的合成,+,+,谷草转氨酶,天冬氨酸,草酰乙酸,.,67,（植，细菌),动物,天冬酰胺合酶,.,68,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,.,69,-天冬氨酸半醛,几种氨基酸的关系,.,70,（三）丙酮酸衍生类型:以丙酮酸为起始物。产物：L-丙氨酸，L-缬氨酸，L-亮氨酸等,.,71,共同碳架：EMP中的丙酮酸,-,COOH,CH3,CHNH2,-,-,谷丙转氨酶,+,+,谷氨酸,-酮戊二酸,丙氨酸族氨基酸的合成,(GPT),.,72,2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,.,73,（四）甘油酸-3-磷酸衍生类型,以甘油酸-3-磷酸为起始物。产物：丝氨酸，甘氨酸，半胱氨酸,.,74,Gly碳架：光呼吸乙醛酸途径中的乙醛酸,丝氨酸族氨基酸的合成,.,75,.,76,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,半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）,.,77,以赤藓糖4-磷酸为起始物；产物：苯丙氨酸,酪氨酸,色氨酸。,（五）赤藓糖4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型,.,78,芳香族氨基酸的合成,芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP)PEP：烯醇丙酮酸磷酸,.,79,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,.,80,（六）组氨酸生物合成,由核糖-5-磷酸为起点生成组氨酸；产物：组氨酸。,.,81,组氨酸族氨基酸的合成,组AA族碳架：PPP中的磷酸核糖,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,.,82,D-氨基酸的合成,主要由L-氨基酸经消旋化酶作用转变而成。,.,83,四、氨基酸代谢与一碳单位,（1）一碳单位概念,具有一个碳原子的基团称为一碳单位，CO2除外。P.305,.,84,(2)氨基酸代谢与一碳单位,体内一碳单位的产生与下列氨基酸代谢有关：,Gly,Ser,His,Thr,.,85,(3)一碳单位与含硫氨基酸代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,.,86,蛋氨酸与转甲基作用P.307,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),.,87,蛋氨酸循环(methioninecycle)P.307,S-腺苷同型半胱氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,