七章基酸代谢

1、第七章第七章氨基酸代谢氨基酸代谢amino acid metabolismthe biochemistry and molecular biology department of cmu第一节第一节蛋白质的营养作用蛋白质的营养作用nutritional function of proteins一、蛋白质的主要功能一、蛋白质的主要功能维持组织细胞的生长、更新和修补；维持组织细胞的生长、更新和修补；参与催化、运输和代谢调节；参与催化、运输和代谢调节；提供能源。提供能源。二、氮平衡（二、氮平衡（nitrogen balance）氮平衡氮平衡状态状态进、出氮进、出氮情况情况常见人群常见人群氮的总氮的总

2、平衡平衡摄入氮摄入氮= =排出氮排出氮健康成年人健康成年人氮的正氮的正平衡平衡摄入氮摄入氮排出氮排出氮儿童、青春期青少年、孕妇及儿童、青春期青少年、孕妇及恢复期病人恢复期病人氮的负氮的负平衡平衡摄入氮摄入氮排出氮排出氮长期饥饿、消耗性疾病患者长期饥饿、消耗性疾病患者三、必需氨基酸三、必需氨基酸人体营养需要，而又不能自身合成，必须人体营养需要，而又不能自身合成，必须由食物供应的氨基酸。共由食物供应的氨基酸。共8种：种：val、ile、 leu、 phe、met、trp、thr、lys。蛋白质的互补作用蛋白质的互补作用混合食用营养价值较低的蛋白质，则混合食用营养价值较低的蛋白质，则必需氨基酸可以互

3、相补充，从而提高营养必需氨基酸可以互相补充，从而提高营养价值。价值。第二节第二节蛋白质的消化、吸收与腐败蛋白质的消化、吸收与腐败digestion, absorption and putrefaction of proteins一、蛋白质的消化一、蛋白质的消化 胃蛋白酶胃蛋白酶 胰液中的蛋白酶：对肽键有一定的专一性胰液中的蛋白酶：对肽键有一定的专一性 内肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶内肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶 外肽酶：羧基肽酶外肽酶：羧基肽酶a和羧基肽酶和羧基肽酶b 小肠粘膜细胞中的氨基肽酶和二肽酶。小肠粘膜细胞中的氨基肽酶和二肽酶。胰蛋白酶胰蛋白酶胰糜蛋白酶原胰糜蛋白酶原弹

4、性蛋白酶弹性蛋白酶羧基肽酶原羧基肽酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶原肠激酶肠激酶胰糜蛋白酶胰糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原羧基肽酶羧基肽酶三、蛋白质的腐败作用三、蛋白质的腐败作用 肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的分解作用，称为腐败作用物所起的分解作用，称为腐败作用（putrefaction）。）。 主要产物：主要产物：nh3、胺类和一些有害物质。、胺类和一些有害物质。二、氨基酸的吸收二、氨基酸的吸收第三节第三节氨基酸的一般代谢氨基酸的一般代谢general metabolism of amino acid 蛋白质降解蛋白质降解 不依赖不依赖atp的过程的

5、过程 依赖依赖atp和泛素的过程和泛素的过程 泛素：是一种参与蛋白质降解的小分子蛋泛素：是一种参与蛋白质降解的小分子蛋白质。白质。氨基酸代谢库氨基酸代谢库 食物蛋白质经消化吸收产生的氨基酸（外食物蛋白质经消化吸收产生的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解生成源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解生成的氨基酸以及其它物质经代谢转变而来的的氨基酸以及其它物质经代谢转变而来的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库（库（metabolic pool）。）。 氨基酸的来源和去路氨基酸的来源和去路

6、氨基酸代谢库脱氨基作用脱羧基作用nh3 -酮酸酮体氧化供能糖尿素肝胺类co2转变其他含氮化合物消化吸收分解合成食物蛋白质组织蛋白质 体内合成的非必需氨基酸一、氨基酸的脱氨基作用一、氨基酸的脱氨基作用 转氨基转氨基 氧化脱氨基氧化脱氨基 联合脱氨基联合脱氨基 非氧化脱氨基非氧化脱氨基（一）转氨基作用（一）转氨基作用（transamination） 在转氨酶的作用下，在转氨酶的作用下， -氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到 -酮酮酸的酸的 -碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成酸则转变成 -酮酸。酮酸。 chnh2r1coohcr2coohocr1c

7、oohochnh2r2cooh+转氨酶 要点：要点：反应可逆。反应可逆。体内除体内除lys、pro和羟脯氨酸外，大多数和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。氨基酸都可进行转氨基作用。转氨酶均以转氨酶均以磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡为辅酶。磷酸吡哆醛是哆醛是vb6的衍生物。反应中起传递氨的衍生物。反应中起传递氨基的作用。基的作用。 转氨基作用机制转氨基作用机制体内重要的转氨酶体内重要的转氨酶丙氨酸氨基转移酶（丙氨酸氨基转移酶（alanine amino-transferase, alt或或glutamic pyruvic transaminase, gpt）：）：肝肝中活性最高中活

8、性最高天冬氨酸氨基转移酶（天冬氨酸氨基转移酶（aspartate amino-transferase, ast或或glutamic oxalo-acetic transaminase, got）：）：心肌心肌中活性最高中活性最高临床意义临床意义 ala-酮戊二酸-酮戊二酸丙酮酸glualt草酰乙酸aspgluast（二）（二）l-谷氨酸氧化脱氨基作用谷氨酸氧化脱氨基作用 nad +l-谷氨酸脱氢酶nadh+h +atp、gtpadp、gdp -酮戊二酸l-谷氨酸cch2ch2ccoohoohochnh2ch2ch2ccoohoohcch2ch2ccoohoohnh+h2o-h2o+ nh3(n

9、adp+) (nadph+h +)要点：要点：反应可逆。反应可逆。l-谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为nad+或或nadp+。此酶分布广泛，但以肝、肾、脑中活性较强。此酶分布广泛，但以肝、肾、脑中活性较强。此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。 （三）联合脱氨基作用（三）联合脱氨基作用 在在转氨酶转氨酶和和谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶的联合作用下，的联合作用下，使各种氨基酸使各种氨基酸脱下氨基脱下氨基的过程。它是体内的过程。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。其逆反应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

10、氨基酸的途径。也是体内生成非必需氨基酸的途径。+ h2ol-谷氨酸脱氢酶+ nh3-氨基酸 -酮戊二酸l-谷氨酸转氨酶 -酮酸nad+h2n chrcoohcrcoohonadh + h+cch2ch2ccoohoohoh2n chch2h2cccoohoohala + -酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸丙酮酸 + gluglu + nad+ + h2o -酮戊二酸酮戊二酸+ nadh + nh4+ ala + nad+ + h2o丙酮酸丙酮酸 + nadh + nh4+（四）嘌呤核苷酸循环（四）嘌呤核苷酸循环 肌肉中的脱氨基反应肌肉中的脱氨基反应 是一种特殊的联合脱氨基作用是一种特殊的联合脱氨基作用

11、-氨基酸 -酮戊 二酸谷氨酸转氨酶 -酮酸草酰乙酸asp苹果酸延胡索酸腺苷酸代 琥珀酸impampnh3h2oast腺苷酸 脱氨酶嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环二、二、 - -酮酸的代谢酮酸的代谢 氨基酸 -酮酸nh3合成非必需氨基酸转变成糖和脂肪氧化供能脱掉氨基后的脱掉氨基后的 - -酮酸可转变成：酮酸可转变成： -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰 coa延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰coa乙酰乙酰乙酰乙酰 coa三羧酸循环中间产物三羧酸循环中间产物pep葡萄糖葡萄糖脂肪酸脂肪酸酮体酮体 生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。 生酮氨基酸

12、：在体内能转变成酮体的氨基生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。有酸。有leu和和lys。 生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。有变成酮体的氨基酸。有ile、phe、tyr、trp、thr。第四节第四节氨氨 的的 代代 谢谢metabolism of ammonia氨的来源去路氨的来源去路血氨氨基酸脱氨基肠道吸收氨肾脏泌氨合成尿素合成gln合成氨基酸及其它含氮物一、体内氨的来源一、体内氨的来源1. 氨基酸脱氨基作用：是主要来源。还有少氨基酸脱氨基作用：是主要来源。还有少量胺的氧化。量胺的氧化。2. 肠道吸收的氨：肠道吸收的氨：4g/日日蛋

13、白质的腐败作用蛋白质的腐败作用肠道尿素的水解肠道尿素的水解尿素肠菌尿素酶2nh3 + co2h2o 肠道对氨的吸收与肠道肠道对氨的吸收与肠道ph有关：有关：nh4+nh3h+oh- -排出入血3. 肾小管上皮细胞泌氨肾小管上皮细胞泌氨 glnglu谷氨酰胺酶h2onh3碱酸入血nh4+随尿排出chnh2coohch2ch2coohchnh2coohch2ch2conh2二、氨的转运二、氨的转运 氨是有毒物质，血中的氨是有毒物质，血中的nh3主要是以无主要是以无毒的毒的ala及及gln两种形式运输的。两种形式运输的。 是是肌肉与肝肌肉与肝之间氨的转运形式。之间氨的转运形式。 意义：既使肌肉中的氨

14、以无毒的意义：既使肌肉中的氨以无毒的ala形式运到肝，形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。+ h2onadh + h+ nh3氨基酸-酮戊 二酸谷氨酸-酮酸nad+丙酮酸alaalaalag丙酮酸gg-酮戊 二酸谷氨酸尿素肌肉血液肝（一）丙氨酸（一）丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环（二）谷氨酰胺的运氨作用（二）谷氨酰胺的运氨作用 主要是从主要是从脑、肌肉脑、肌肉等组织向等组织向肝或肾肝或肾运氨。运氨。glnglu谷氨酰胺酶h2onh3chnh2coohch2ch2coohchnh2coohch2ch2conh2gln合成酶（脑、肌肉）nh3 + atpa

15、dp + pi（肝、肾） gln即是氨的一种解毒形式，也是氨的储存即是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输形式。和运输形式。glngluh2onh3chnh2coohch2ch2coohchnh2coohch2ch2conh2chnh2coohch2coohasp+atp amp + ppichnh2coohch2conh2asn+天冬酰胺酶三、尿素的生成三、尿素的生成 是体内解除氨毒的主要方式。也是体内氨是体内解除氨毒的主要方式。也是体内氨的最主要去路。的最主要去路。 鸟氨酸循环鸟氨酸循环又叫尿素循环或又叫尿素循环或krebs-henseleit循环循环 部位部位：肝细胞的线粒体和胞液：肝细

16、胞的线粒体和胞液实验根据如下：实验根据如下：大鼠肝切片与大鼠肝切片与nh4+保温数小时，保温数小时，nh4+，尿素尿素；加入鸟氨酸、瓜氨酸和加入鸟氨酸、瓜氨酸和arg后，尿素后，尿素；上述三种氨基酸结构上彼此相关；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。早已证实肝中有精氨酸酶。 尿素nh3 + co2h2onh3鸟氨酸瓜氨酸精氨酸h2oh2o精氨酸酶线粒体胞液鸟氨酸循环的详细步骤鸟氨酸循环的详细步骤h2o鸟氨酸瓜氨酸+氨甲酰磷酸 合成酶-i2atp2adp + pih2nc oop氨甲酰磷酸鸟氨酸氨甲酰 转移酶pinh2cnho(ch2)3chnh2cooh胞液nh3+co2nh

17、2(ch2)3chnh2cooh1. 线粒体内的反应步骤线粒体内的反应步骤 两步反应均两步反应均不可逆不可逆； 氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶-(carbamoyl phos-phate synthetase，cps-)为变构酶，为变构酶，n-乙酰谷氨酸（乙酰谷氨酸（n-aga）为此酶的变构激）为此酶的变构激活剂；活剂； 此阶段此阶段消耗消耗2个个atp；2. 胞液内反应步骤胞液内反应步骤尿素h2o鸟氨酸瓜氨酸精氨酸酶精氨酸代琥珀酸合成酶amp + ppinh2cnho(ch2)3chnh2coohatp+aspnh2cnhn(ch2)3chnh2coohchcoohch2cooh精氨酸代

18、琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶chcoohchcooh延胡索酸nh2cnhnh(ch2)3chnh2coohargnh2(ch2)3chnh2coohnh2cnh2o入线粒体循环使用总反应式：总反应式： nh3+co2+3atp+asp+2h2o尿素尿素+2adp+2pi+amp+ppi+延胡索酸延胡索酸 鸟氨酸循环要点鸟氨酸循环要点尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离的（或游离的nh3），另一个来自），另一个来自asp；每合成每合成1分子尿素需消耗分子尿素需消耗4个个p；循环中消耗的循环中消耗的asp可通过延胡索酸转变为可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过

19、转氨基作用，从其他草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他 -氨基酸获得氨基而再生；氨基酸获得氨基而再生；精氨酸代琥珀酸合成酶（精氨酸代琥珀酸合成酶（ass）为尿素合）为尿素合成的限速酶。成的限速酶。高血氨症和氨中毒高血氨症和氨中毒 高血氨症高血氨症 肝昏迷的氨中毒学说肝昏迷的氨中毒学说第五节第五节个别氨基酸代谢个别氨基酸代谢metabolism of specific amino acid一、氨基酸的脱羧基作用一、氨基酸的脱羧基作用 氨基酸脱羧酶的辅酶是氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。磷酸吡哆醛。r ch coohnh2co2rch2nh2氨基酸胺氨基酸脱羧酶 胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭

20、胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭活。活。rch2nh2胺rcho醛胺氧化酶rcooh酸醛氧化酶 由由glu脱羧生成。脱羧生成。coohch2ch2ch2nh2（一）（一） -氨基丁酸（氨基丁酸（gaba）（二）牛磺酸（二）牛磺酸 由由cys氧化后再脱羧而生成。氧化后再脱羧而生成。so3hch2ch2nh2（三）组胺（三）组胺 由由his脱羧生成。脱羧生成。nnhch2ch2nh2（四）（四）5-羟色胺（羟色胺（5-ht） 由由trp羟化后脱羧而成。羟化后脱羧而成。nhhoch2ch2nh2（五）多胺（五）多胺 是由鸟氨酸和是由鸟氨酸和met参与生成的。参与生成的。nh2(ch2)3ch n

21、h2coohnh2(ch2)4nh2co2samco2nh2(ch2)3nh(ch2)4nh2nh2(ch2)3nh(ch2)4nh(ch2)3nh2腐胺鸟氨酸丙胺转移酶ch3-s-腺苷精胺同前精脒鸟氨酸脱羧酶二、一碳单位的代谢二、一碳单位的代谢 某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为一个碳原子的基团，称为一碳单位一碳单位（one carbon unit）。）。 一碳单位不能游离存在，常与一碳单位不能游离存在，常与fh4结合而转结合而转运和参加代谢。运和参加代谢。 体内的一碳单位有：体内的一碳单位有：甲基甲基 (-ch3)、甲烯基、甲烯基

22、 (-ch2-)、甲炔基、甲炔基 (=ch-)、甲酰基、甲酰基 (-cho) 和亚氨甲基和亚氨甲基 (-ch=nh)。（一）一碳单位与四氢叶酸（一）一碳单位与四氢叶酸 四氢叶酸（四氢叶酸（fh4）是一碳单位的）是一碳单位的载体载体，可看，可看作是一碳单位代谢的作是一碳单位代谢的辅酶辅酶。其功能部位是。其功能部位是n5和和n10。 四氢叶酸（四氢叶酸（fh4）nadph(h+)nadp+nadph(h+)nadp+叶酸二氢叶酸四氢叶酸二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶nhhnnnh2nch2hn12345678910ohconhhccoohch2ch2cooh（二）一碳单位与氨基酸代谢（二）一碳单位与

23、氨基酸代谢 一碳单位主要来源于一碳单位主要来源于ser、gly、his、trp的分解代谢。的分解代谢。hoch2chcoohnh2h2och2fh4fh4ser丝氨酸羟甲基 转移酶n5，n10+ gly ch2coohh2nch2fh4fh4glynad+nadh+h+甘氨酸裂解酶n5，n10+ co2 + nh3trphcoohn10cho fh4n10chofh4fh4+atp犬尿氨酸甲酸合成酶adp+pinnhch2chcoohnh2hoocchnhch2chch2coohhnhisfh4glun5ch=nhfh4亚氨甲基谷氨酸亚氨甲基转移酶（三）一碳单位的相互转变（三）一碳单位的相互转

24、变 h2och2fh4n5ch=nh fh4n10chofh4ch fh4nh3nh3h2onadph+h+napd+nadh+h+nad+n5ch3fh4n5,n10n5,n10（四）一碳单位的生理功用（四）一碳单位的生理功用 主要是合成嘌呤和嘧啶的原料。主要是合成嘌呤和嘧啶的原料。 为体内的甲基化反应间接提供甲基。为体内的甲基化反应间接提供甲基。 叶酸缺乏叶酸缺乏 磺胺药及抗代谢药磺胺药及抗代谢药三、含硫氨基酸代谢三、含硫氨基酸代谢 met循环循环 cys的代谢的代谢（一）（一）met的代谢的代谢met循环循环nh2chch2sch3（ ）cooh2 adenosyl transferas

25、eatpppi+pinh2chch2sch3（ ）cooh2rhrch3methyl transferasenh2chch2sh（ ）cooh2 s-adenosyl homocysteineh2onh2chch2sh（ ）cooh2homocysteinen5-ch3fh4fh4met synthasevb12（ ）asamameta nnnnoohohch2sch2ch3ch2chcooh3nnh2s-adenosylmethionine (sam) sam为活性蛋氨酸，为活性蛋氨酸，sam中的甲基为活中的甲基为活性甲基。性甲基。sam是体内最重要的甲基供体。是体内最重要的甲基供体。n5-

26、ch3-fh4是甲基的间接供体。是甲基的间接供体。转甲基酶的辅酶为转甲基酶的辅酶为vit b12。肌酸的合成肌酸的合成 合成原料：合成原料：arg、gly、sam 合成部位：主要在肝合成部位：主要在肝nch2coohch3cnh2hnsamarggly（二）（二）cys的代谢的代谢 cys是硫酸根的主要来源。是硫酸根的主要来源。hsch2ch coohnh2nh3丙酮酸h2soh2so4随尿排出papsso42-atpppiamp so3-atpadp3-po3h2amp so3- 腺苷-5 -磷酸硫酸3-磷酸腺苷-5 -磷酸硫酸(paps)cyspaps的生理功能：的生理功能： 是体内硫酸根的供体。是体内硫酸根的供体。 四、芳香族氨基酸的代谢四、芳香族氨基酸的代谢 芳香族氨基酸包括：芳香族氨基酸包括：phe、tyr、trp。主要在肝脏分解代谢。主要在肝脏分解代谢。（一）（一）phe的代谢的代谢ch2ch coohnh2nadp +nadph+h +ch2ch coohnh2hoo2h2o苯丙氨酸 羟化酶四氢生物 蝶