氨基酸代谢讲义

氨基酸代谢,第八章,MetabolismofAminoAcids,刘新文,目的与要求1.熟记联合脱氨基作用的过程和意义2.叙述尿素合成的部位和全过程3.熟记一碳单位的概念、来源、载体和功能4.结合-酮酸去路解释生糖、生酮和生糖兼生酮氨基酸；联系糖代谢途径复述丙氨酸、天冬氨酸与谷氨酸如何氧化成水和CO2，如何异生为糖5.重要概念：必需氨基酸；蛋白质的互补作用；氨基酸库；联合脱氨基作用；一碳单位；,食物蛋白质,第一节氨基酸代谢概况,一、蛋白质的营养作用1、营养必需氨基酸(essentialaminoacid)：体内不能合成，必需由食物供给的氨基酸（8种），包括：缬、亮、异亮（支链），苯丙、色（芳香族非极性），蛋（含硫非极性），苏、赖。组氨酸、精氨酸半必需氨基酸：酪氨酸、半胱氨酸2、食物蛋白质的互补作用：营养价值较低的食物蛋白质合理搭配、混合食用，从而互补必需氨基酸的不足，提高营养价值。,二.蛋白质的需要量氮平衡(nitrogenbalance)：摄入氮=排出氮，即氮的“收支”平衡，反映正常成人的蛋白质代谢情况。三.蛋白质的消化：特异蛋白水解酶作用胃蛋白酶：色、苯丙、酪、蛋、亮胰蛋白酶：精、赖糜蛋白酶：苯丙、酪、色弹性蛋白酶：脂肪族氨基酸残基氨基肽酶：除脯氨酸外任何氨基酸残基（氨基端）羧基肽酶A：除精、赖、脯外氨基酸残基（羧基端）羧基肽酶B：精、赖（羧基端）,四、氨基酸的吸收谷氨酰基循环：需谷胱甘肽五、蛋白质的腐败作用腐败作用(putrefaction)：未被吸收的氨基酸及未被消化的蛋白质在大肠菌中的代谢作用。,第二节氨基酸的一般代谢一、主要的脱氨基作用1、氧化脱氨：L-Glu脱氢酶2、转氨基作用：转氨酶（其辅酶为磷酸吡哆醛/胺）3、联合脱氨基作用：转氨基作用L-Glu氧化脱氨联合方式：氨基酸与酮戊二酸的联合,4、嘌呤核苷酸循环（肌、心）参与的核苷酸：IMP、AMP、GTP(供能)二、酮酸的代谢1、生成非必需氨基酸2、生糖或成脂生酮氨基酸：Leu、Lys(不能生成葡萄糖)生酮兼生糖氨基酸：phe、Tyr、Trp(芳香族)，Thr，Ile生糖氨基酸：其他的氨基酸,三、氨的代谢1、氨的转运：丙氨酸-葡萄糖循环、谷氨酰氨-谷氨酸循环2、氨的去路：尿素循环（鸟氨酸循环）部位：线粒体、细胞液氨基酸类中间产物：鸟氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、精氨酸终产物：尿素,关键酶：氨基甲酰磷酸合成酶（位于线粒体中，其激活剂为：N-乙酰谷氨酸，缩写AGA）、精氨琥珀酸合成酶（限速酶）尿素N的来源：NH3、Asp四、肝昏迷的机制血氨升高NH3进入脑脑将氨转化为Gln,使Glu量降低中脑将酮戊二酸转变为Glu，补充Glu，使酮戊二酸的量降低三羧酸循环不能正常进行ATP生成下降脑内供能不足昏迷,第三节个别氨基酸代谢,一、脱羧作用脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛/胺）Glu氨基丁酸（GABA）抑制性神经递质His组胺血管舒张剂、胃酸刺激剂Trp5羟色胺.抑制性神经递质、血管收缩剂cys牛磺酸.结合胆汁酸组分orn多胺(腐胺、精脒、精胺).细胞生长调节剂,二、一碳单位(onecarbonunit)代谢1、概念：由氨基酸代谢生成的含有一个碳原子的化学基团，如甲基、亚甲基（甲烯基）、次甲基（甲炔基）、羟甲基、甲酰基、亚氨甲基。CO、CO2等分子不属于一碳单位2、载体：四氢叶酸（FH4）3、来源：Ser、Gly、His、Trp、Met4、一碳单位的利用：嘌呤和胸腺嘧啶合成的原料、活性甲基（SAM）合成的原料、联系氨基酸代谢和核苷酸代谢,三、Met、Gly、Tyr的代谢转变1、Met：肾上腺素、肌酸、肉毒碱、精胺、精脒、胆碱、cys，等活性甲基形式：S-腺苷甲硫氨酸（S-腺苷蛋氨酸，SAM）含有AMP组分MetCys活性硫酸：PAPS（磷酸腺苷磷酸硫酸）.以cys为原料2、Gly：嘌呤碱、血红素、肌酸、结合胆汁酸、谷胱甘肽、一碳单位，等,3、pheTyr：儿茶酚胺（肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺）、黑色素、甲状腺素白化病人体内缺少：酪氨酸酶苯丙酮尿症：体内缺少苯丙氨酸羟化酶，应控制phe的摄入,第一节蛋白质的营养作用,一.蛋白质的生理功能1、维持细胞组织的生长、更新和修补,2、参与多种重要的生理活动酶、多肽激素、抗体、调节蛋白、肌肉收缩、血液凝固、胺类神经递质等,3、氧化供能：17.19kJ（4.1kCal）/g蛋白质,食物蛋白质的互补作用：营养价值较低的食物蛋白质合理搭配、混合食用，从而互补必需氨基酸的不足，提高蛋白质营养价值的作用。如：谷类蛋白质：赖氨酸少，色氨酸多豆类蛋白质：赖氨酸多，色氨酸少,二.蛋白质的需要量,2、氮平衡,氮的总平衡：摄入氮=排出氮（正常成人）,1、生理需要量成人：分解20g/日最低需30-50g/日我国营养学会推荐80g/日,氮的负平衡：摄入氮排出氮(儿童、孕妇和恢复期病人),第二节.蛋白质的消化、吸收与腐败一.蛋白质的消化,胃蛋白酶原（MW40000）,（二）.小肠中的消化1.胰液中的蛋白酶及其作用内肽酶(endopeptidase)：胰蛋白酶(trypsin)糜蛋白酶(chymotrypsin)弹性蛋白酶(elastase)外肽酶(exopeptidase)羧基肽酶A(carboxypeptidaseA)羧基肽酶B(carboxypeptidaseB)氨基肽酶(aminopeptidase),表8.1蛋白水解酶作用的特异性酶特异性胃蛋白酶R3=色、苯丙、酪、蛋、亮R4=任何氨基酸残基胰蛋白酶R3=精、赖R4=任何氨基酸残基糜蛋白酶R3=苯丙、酪、色R4=任何氨基酸残基弹性蛋白酶R3=脂肪族氨基酸残基R4=任何氨基酸残基氨基肽酶R1=任何氨基酸残基R2=除脯氨酸外任何氨基酸残基羧基肽酶AR5=任何氨基酸残基R6=除精、赖、脯外氨基酸残基羧基肽酶BR5=任何氨基酸残基R6=精、赖R2等代表图8-2中所指氨基酸残基,2.肠液中肠激酶的作用和小肠粘膜细胞的消化作用(1).肠激酶(enterokinase)对胰酶的激活,(2).小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,二.氨基酸的吸收(一).氨基酸吸收的载体（carrierprotein),（二）.谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用谷氨酰基循环(-glutamylcycleorMeistercycle)（三）.肽的吸收二肽或三肽转运体系,三.蛋白质的腐败(putrefaction)肠道细菌对蛋白质及其消化产物的作用,（二）.氨的生成:氨基酸脱氨、尿素分解,（三）.其他有害物质的生成:苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢,第三节氨基酸的一般代谢,1-2%/总蛋白质/天被降解(degradation),蛋白质T1/2：人血浆蛋白质10天肝蛋白质1-8天结缔组织180天,蛋白质降解途径：,氨基酸代谢库(metabolicpool)：体内所有游离氨基酸的总称,肌肉50%肝脏10%肾脏4%血浆1-6%,（一）.转氨基作用1.转氨酶与转氨基作用,R1|H-C-NH2+|COOH,R2|H-C-NH2|COOH,R2|C=O|COOH,R1|C=O+|COOH,转氨酶,氨基酸的脱氨基作用,谷丙转氨酶：glutamicpyruvictransaminase(GPT)（丙氨酸转氨酶alaninetransaminase,ALT)谷草转氨酶：glutamicoxaloacetictransaminase(GOT)(天冬氨酸转氨酶aspartatetransaminase,AST),谷氨酸丙酮酸酮戊二酸丙氨酸谷氨酸草酰乙酸酮戊二酸天冬氨酸,表正常成人组织中GOT及GPT活性组织（单位湿组织）（单位湿组织）心1560007100骼肌990004800肾9100019000胰腺280002000脾140001200肺10000700血清2016,转氨酶的辅酶：维生素的磷酸酯,2.转氨基作用的机理,O=CH,CH2OPO3H2,OHCH3,H2N-CH,CH2OPO3H2,OHCH3,磷酸砒哆醛,磷酸砒哆胺,(二)L谷氨酸氧化脱氨基作用组织：肝、肾,(三).嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用组织：骨骼肌、心肌,二.酮酸的代谢（一）.生成非必需氨基酸（二）.转变成糖和脂类（三）.氧化供能,表8-3氨基酸生糖及生酮性质的分类-类别氨基酸-生糖氨基酸甘、丝、缬、精、半胱、脯、羟脯、丙、组、谷、谷氨酰胺、天冬、天冬酰胺、蛋生酮氨基酸亮、赖生糖兼生酮氨基酸异亮、苯丙、酪、苏、色-,葡萄糖或糖原甘油三酯磷酸丙糖a-磷酸甘油脂肪酸磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸乳酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA酮体草酰乙酸柠檬酸延胡索酸a酮戊二酸谷氨酸琥珀酸单酰CoA,糖,脂肪,丙氨酸半胱氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸,亮氨酸异亮氨酸色氨酸,天冬氨酸天冬酰胺,苯丙氨酸酪氨酸,异亮氨酸甲硫氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸,精氨酸谷氨酰胺组氨酸脯氨酸,亮氨酸赖氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸,图8-7氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,NH3,氨基酸脱氨基作用肠道蛋白质的腐败谷氨酰胺（肾）,尿素合成谷氨酰胺合成核苷酸、非必需氨基酸NH4尿,第三节氨的代谢血氨：0.1mg/dl(0.6mol/L),体内氨的来源与去路：,+,一.体内氨的来源1.氨基酸脱氨基以及胺、嘌呤、嘧啶的分解胺氧化酶RCH2NH2RCHO+NH3,2.肠道吸收碱性NH4NH3吸收酸性,+,3.肾脏产生肾小管H+NH4尿谷氨酰胺谷氨酸+NH3OH-血,+,二.氨的转运氨在血液中的运输形式：丙氨酸和谷氨酰胺（一）.丙氨酸-葡萄糖循环意义：使肌肉的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝,（二）.谷氨酰胺的运氨形式,谷氨酰胺：氨的解毒产物，氨的贮存和运输形式,三.尿素的生成（一）.合成部位：肝脏,（二）.合成机理:鸟氨酸循环,NH2NH2|C=OC=NH|NH2NHNH|（CH2）3（CH2）3（CH2）3|CH-NH2CH-NH2CH-NH2|COOHCOOHCOOH鸟氨酸瓜氨酸精氨酸,（三）.合成过程,O氨基甲酰磷酸合成酶I|CO2+NH3H2N-C-O-P+H2O+2ATPN-乙酰谷氨酸，Mg2+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸,COOH|CH3C-NH-CH|O（CH2）2|COOH,N-乙酰谷氨酸（AGA）,1.氨基甲酰磷酸的合成部位：线粒体,氨基甲酰磷酸合成酶IcarbamoylphosphatesynthetaseI,CPS-I,鸟氨酸氨基甲酰转移酶瓜氨酸尿素(线粒体)氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨基甲酰转移酶氨甲酰天冬氨酸嘧啶(胞液),NH2|C=O|NH2NH|（CH2）3+NH2鸟氨酸氨基（CH2）3|甲酰转移酶|CH-NH2C=OCH-NH2+H3PO4|COOHO-PCOOH鸟氨酸氨基甲酰磷酸瓜氨酸,2.瓜氨酸的合成部位：线粒体,3.精氨酸的合成部位：胞液,NH2|C=NH|NHNH2|(CH2)3NH2(CH2)3|精氨酸酶|CH-NH2+H2OC=O+CH-NH2|COOHNH2COOH精氨酸尿素鸟氨酸,4.尿素生成部位：胞液,尿素合成总反应：,（四）.尿素合成的调节1.食物的影响,表8-4正常人肝尿素合成酶的相对活性-酶相对活性-氨基甲酰磷酸合成酶4.5鸟氨酸氨基甲酰转移酶163.0精氨酸代琥珀酸合成酶1.0精氨酸代琥珀酸裂解酶3.3精氨酸酶149.0-,2.氨基甲酰磷酸合成酶I对尿素合成的影响,乙酰CoA谷氨酸,N-乙酰谷氨酸,乙酰谷氨酸合成酶,精氨酸,激活,氨基甲酰磷酸合成酶I,变构激活,3.其他物质对尿素合成的调节物质代谢相互联系的影响氨代谢的其他途径可影响尿素的合成：如谷氨酰胺和谷氨酸的生成,（五）.高氨血症和氨中毒正常血氨浓度：0.1mg/dl(0.6mol/L),第五节个别氨基酸的代谢一.氨基酸的脱羧基作用酶：氨基酸脱羧酶辅酶：磷酸吡哆醛,COOH|(CH2)2COOH|L-谷氨酸脱羧酶|CH-NH2(CH2)2|CO2|COOHCH2NH2L-谷氨酸-氨基丁酸,（一）.-氨基丁酸,-氨基丁酸:-aminobutyricacid,GABA抑制性神经递质,CH2SHCH2SO3H|3O|磺酸丙氨酸脱羧酶CH2SO3HCH-NH2CH-NH2|CO2CH2NH2COOHCOOHL-半胱氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸,（二）.牛磺酸,牛磺酸：胆汁酸的组成成分,（三）.组胺,色氨酸,NH2|,色氨酸,5羟色氨酸,5羟色胺,（四）.5羟色胺,5羟色胺：抑制性神经递质；收缩血管作用,（五）.多胺,二.一碳单位的代谢（一）定义：某些氨基酸代谢过程中所产生的含有一个碳原子基团的总称.包括：甲基(-CH3),甲烯基(-CH2-),甲炔基(-CH=),甲酰基(-CHO),亚氨甲基(-CH=NH)等,（二）.载体四氢叶酸是携带一碳单位的载体,N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3-FH4）,10,5,N5，N10-甲烯四氢叶酸（N5，N10-CH2-FH4）,N5，N10-甲炔四氢叶酸（N5，N10-CH-FH4）,N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHO-FH4）,N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NH-FH4）,（三）.来源:丝氨酸甘氨酸组氨酸色氨酸,10,色氨酸,甲酸,+犬尿氨酸,合成酶,10,组氨酸,亚氨甲酰谷氨酸,谷氨酸,亚氨甲基转移酶,N5,N10-CHO-FH4N10甲酰四氢叶酸,N5,N10=CH-FH4N5,N10甲炔四氢叶酸,N5,N10-CH2-FH4N5,N10甲烯四氢叶酸,N5-CH3-FH4N5甲基四氢叶酸,+NH3N5-CH=NH-FH4-NH3N5亚氨甲基四氢叶酸,NADPH+H+NADP+,NADH+H+NAD+,H+H2O,不可逆,（四）.一碳单位的相互转变,（五）.生理功能嘌呤、嘧啶合成的原料,三.含硫氨基酸的代谢蛋氨酸半胱氨酸胱氨酸,（一）.蛋氨酸的代谢1.蛋氨酸与转甲基作用,蛋氨酸+ATPS腺苷蛋氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)SAM是体内最重要的甲基供体,表8-5由SAM参加的一些转甲基作用-甲基接受体甲基化产物-去甲肾上腺素肾上腺素胍乙酸肌酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰胆碱氨基丁酸肉毒碱RNA甲基化RNADNA甲基化DNA蛋白质甲基化蛋白质尼克酰胺N-甲基尼克酰胺-,2.蛋氨酸循环methioninecycle,同型半胱氨酸由N5-CH3-FH4提供甲基而合成蛋氨酸，由N5甲基四氢叶酸转甲基酶催化，辅酶是维生素B12,蛋氨酸,同型半胱氨酸,S腺苷同型半胱氨酸,S腺苷蛋氨酸,ATP,PPi+Pi,FH4,N5-CH3-FH4,（VitB12）N5-CH3-FH4转甲基酶,腺苷,H2O,RH,R-CH3,图8-11蛋氨酸循环,临床意义：维生素B12缺乏时，四氢叶酸再生受到影响，体内游离四氢叶酸减少，一碳单位代谢障碍，核酸合成抑制，而产生巨幼红细胞性贫血。,3.半胱氨酸的生成,4.肌酸的合成磷酸肌酸是能量的贮存形式,NH2NH2HN=C|NHNH2C=NH|CH2NH2脒基转移酶|（CH2）3+|（CH2）3+NH|COON|CHNH2CHNH2CH2|COOHCOOHCOOH,NHPNH2HN=C肌酸激酶HN=CN-CH3N-CH3|ADPATP|CH2CH2|COOHCOOH,HN=CNH|H3C-NC=OCH2,精氨酸甘氨酸,鸟氨酸胍乙酸,S腺苷蛋氨酸,甲基转移酶,S腺苷同型半胱氨酸,磷酸肌酸,肌酸,H2O+Pi,H2O,图8-12肌酸代谢,肌酸酐,肌酸激酶creatinekinaseorcreatinephosphokinase,CPK：同工酶:M亚基（肌型）；B亚基（脑型）MM型：骨骼肌MB型：心肌（心肌梗塞时增高）BB型：脑,代谢终产物：肌酸酐（肌肉）肾功障碍时，血肌酸酐浓度升高,CH2SHCH2-S-S-CH2|-2H|2CHNH2CHNH2CHNH2|+2H|COOHCOOHCOOH,半胱氨酸胱氨酸,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢1.半胱氨酸与胱氨酸的互变,2.硫酸根的代谢活性硫酸根：3磷酸腺苷5磷酸硫酸（3-phospho-adenosine-5-phosphosulfate,PAPS)PAPS是体内硫酸基的供体如：类固醇激素，硫酸角质素，硫酸软骨素的代谢,-PPi+ATPATP+SO2-AMP-SO-3-PO3H2-AMP-SO-+ADP腺苷5磷酸硫酸PAPS,O|-O3S-O-POCH2腺嘌呤|OHH2O3POOH,4,3,3,3磷酸腺苷5磷酸硫酸（PAPS）的结构,（三）谷胱甘肽(glutathione)的生成和功能生成：见r谷氨酰循环,2H+2H,谷胱甘肽过氧化物酶,形式：2G-SHG-S-S-G还原型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽,功能：保护酶和蛋白质的巯基不被氧化，从而维护其功能2G-SH+2MetHbG-S-S-G+2Hb+2H2O高铁血红蛋白血红蛋白2G-SH+H2O2G-S-S-G+2H2O,四.芳香族氨基酸的代谢,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,1.儿茶酚胺与黑色素的合成儿茶酚胺：多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素,CH2NH2CH2NHCH3|S腺苷蛋氨酸S