生物化学氨基酸代谢精选课件

1、 合成代谢DNA的复制，转录和翻译 遗传信息的传递与表达蛋白质的代谢 分解代谢氨基酸的分解代谢本章学习内容安排蛋白质的营养价值氨基酸的来源与去路氨基酸的体内分解代谢*(1)一般氨基酸的代谢*(2)个别氨基酸的代谢第十章 氨基酸代谢 第一节 蛋白质的营养一、蛋白质的生理功能 维持组织器官的生长、发育和修补作用 蛋白质特有的生理功能,是构成组织细胞的重要成分并参与组织细胞的更新和修补。 参与合成重要的含氮化合物*胺类、神经递质、激素、嘌呤、 嘧啶等氧化供能：4.1千卡(17.19千焦)/克其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关二、氮平衡（nitrogen balance) 机体每

2、日氮的摄入量与排出量维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡，反映了体内蛋白质的合成与分解代谢的总结果。1.氮总平衡 摄入氮排出氮 营养正常的成年人 2.氮正平衡 摄入氮排出氮 儿童，孕妇，恢复期病人 3.氮负平衡 摄入氮排出氮 营养不良，消耗性疾病患者生理需要量： 成人(60kg体重)在不进食蛋白质时，其尿中仍排出一定量的含氮终产物(53mg N/kg体重)，约相当于20g蛋白质。最低需要量：3050g日。不同性别、年龄、生理条件下，对蛋白质的需要量有所不同。三、蛋白质的营养价值 (physiological value )蛋白质的营养价值即蛋白质在体内的利用率，以氮的保留量与氮的吸收量的百

3、分率表示。 蛋白质的生理价值 100 氮的吸收量食入氮粪中氮氮的保留量食入氮粪中氮尿中氮氮的吸收量氮的保留量营养必需氨基酸(essential amino acid)指体内需要，但人体不能自身合成或合成量少，不能满足机体需求，必需由食物供给的氨基酸。 Lys赖、Trp色、Phe苯丙、Met蛋、Thr苏、Val缬、Leu亮、Ile异亮.营养非必需氨基酸(nonessential amino acid)体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸。含必需氨基酸种类多、数量足的蛋白质营养价值高。衡量蛋白质营养价值的必需氨基酸人体必需氨基酸有8种赖氨酸Lys色氨酸Trp 缬氨酸 Val 苯丙氨酸 Phe

4、苏氨酸 Thr 亮氨酸 Leu 异亮氨酸 Ile 甲硫氨酸 Met蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的含量必需氨基酸的种类必需氨基酸的比例，即具有与人体需求相符的氨基酸组成食物蛋白质的互补作用 几种营养价值低的蛋白质混合食用，互相补充必需氨基酸的种类和数量，从而提高蛋白质的营养价值，称为蛋白质的互补作用。 谷类：Lys少，Trp多； 豆类：Lys多，Trp少。第二节蛋白质的消化、吸收和腐败一、蛋白质的消化 机体不能直接利用外源性蛋白质修补或更新组织，必须经过消化过程，消除外源性蛋白质的抗原性。消化作用使食物蛋白质水解成小分子肽和氨基酸，便于机体吸收和利用。 蛋白质的消化是在胃肠道蛋白水解酶类催化

5、下进行。蛋白水解酶以酶原的形式分泌，在胃肠道内激活成为有活性的酶蛋白水解酶的催化活性具有特异性，对肽键的位置和形成肽键的氨基酸残基有一定的选择。如：内肽酶、外肽酶选择肽键位置 胃蛋白酶只能水解芳香族氨基酸的氨基和酸性氨基酸的羧基之间的肽键。蛋白质的消化过程食物蛋白质食物蛋白酶胃蛋白质胨眎胰蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶碱性a.aC端多肽芳香族a.aC端多肽脂肪族a.aC端多肽羧肽酶B羧肽酶A碱性a.a中性a.a寡肽寡 肽(36个氨基酸)氨基酸二肽二肽酶氨基酸二、肽和氨基酸的吸收肽和氨基酸的吸收主要在小肠进行，吸收的机理尚未完全阐明，目前认为肽和氨基酸的吸收方式包括以下两种：主动转运：通过肠粘膜细胞表

6、面的氨基酸载体蛋白吸收ATP，需要消耗ATP。-谷氨酰基循环：肠粘膜细胞膜上的-谷氨酰转移酶分两阶段进行：GSH对氨基酸的转运、GSH的再生，共消耗3ATP/1氨基酸某些抗原、毒素蛋白可以少量未经消化直接吸收，这是导致过敏反应和食物中毒的原因。三、蛋白质及其消化产物在肠中的腐败作用 肠道中未被吸收的食物蛋白质及其水解产物氨基酸和/或小肽被肠道中的细菌消化利用，称为蛋白质的腐败作用。 腐败作用的大部分产物对人体有害，如：胺类、NH3、酚等。第2节 氨基酸的一般代谢 氨基酸的来源和去路a、组织蛋白食物蛋白c 、糖转氨基作用酮体乙酰CoATCAC脱氨基作用氨基氮(谷氨酰胺)转氨基作用氨基酸非蛋白含氮

7、化合物CO2尿素氨基酸的一般代谢脱羧基作用脱氨基作用个别氨基酸代谢CHCOOHNH3R一、氨基酸的脱氨基作用部位：体内大多数组织中方式：氧化脱氨基作用 转氨基作用 联合脱氨基作用 体内最重要的脱氨基方式 (一) 氧化脱氨基作用(Oxidative Deamination)氨基酸脱氨伴有氧化反应，称为氧化脱氨基作用。催化氧化脱氨基作用的酶有两类：氨基酸氧化酶和L-谷氨酸脱氢酶氨基酸 亚氨基酸 -酮酸 + NH32H酶+ H2O氨基酸氧化酶的作用L-氨基酸氧化酶分布广泛但活性不高，而D-氨基酸氧化酶体内含量很少，所以，这两种酶对于氨基酸的脱氨基的意义不大。L-谷氨酸脱氢酶的作用 广泛存在于肝、肾、

8、脑等组织 是不需氧脱氢酶特异性强，只催化L-谷氨酸氧化脱氨基，由此可见大多数氨基酸是通过其他方式脱氨基。(二) 转氨基作用 (transamination)转氨酶与转氨基作用在转氨酶(transaminase)的作用下，-氨基酸的-氨基和-酮酸(-keto acid)的酮基互相交换，生成相应的新的-氨基酸和-酮酸，这个过程称为转氨基作用。大多数氨基酸都可参与转氨基作用(Lys,Ser,Pro,HO-Pro除外)，是体内合成非必需氨基酸的重要途径。氨基酸转氨基反应-氨基酸 -酮酸新的-氨基酸 新的-酮酸转氨酶或氨基转移酶转氨酶有多种，在体内广泛分布，大多数转氨酶都需要-酮戊二酸作为氨基的受体不同

9、氨基酸的转氨基作用由不同的转氨酶催化比较重要的转氨酶有谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶(丙氨酸氨基转移酶, ALT)和谷草转氨酶(天冬氨酸氨基转移酶, AST) 广泛分布ALT在肝细胞中活性最高，AST在心肌细胞中活性最高。作用 Glupyruvate -ketoglutarate Ala (丙酮酸) (-酮戊二酸) Gluoxaloacetate -ketoglutarate Asp (草酰乙酸) (-酮戊二酸)ALTAST作用机制转氨基作用的意义转氨基作用是转氨酶催化的一类可逆反应，是体内多数氨基酸脱氨的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的主要途径。转氨酶特异性地分布在不同的组织器官，不同

10、组织器官转氨酶的活性差异很大。正常生理条件下，转氨酶主要分布在细胞内，血液循环中转氨酶的活性很低。当疾病引起细胞膜通透性增强时，如发生炎症时，原本存在于细胞内的转氨酶就可以穿出细胞，进入血液循环。并且由于转氨酶分布的组织器官特异性，测定血清中的转氨酶活性可以作为临床诊断和治疗的指标。 转氨基作用是机体的一种重要的脱氨基方式，但是，转氨基作用不能除去氨，只是用1分子新的氨基酸装载脱下来的氨基，最终氨并没有从排出体内，所以转氨基作用是一种不彻底的脱氨基方式。 氨的最终去除，是通过联合脱氨基作用实现的。联合脱氨基作用是体内氨基酸脱氨的主要方式。联合脱氨基作用是一种彻底的脱氨基方式。(三)联合脱氨基作

11、用转氨基作用和氧化脱氨基作用相偶联的脱氨方式称为联合脱氨基作用。联合脱氨基作用是肝、肾、脑组织氨基酸脱氨基的主要方式。包括两种方式:转氨基作用偶联氧化脱氨基作用转氨基作用偶联AMP循环脱氨基作用 嘌呤核苷酸循环 (purine nucleotide cycle)谷氨酸脱氢酶转氨酶转氨-脱氨作用在体内大多数组织都能够进行，是体内主要的脱氨基方式，也是合成非必需氨基酸的重要途径。由于氧化脱氨基作用主要是由L-谷氨酸脱氢酶催化进行，所以转氨-脱氨作用在L-谷氨酸脱氢酶活性高的肝、肾、脑等组织比较活跃。转氨-脱氨作用一般是先转氨，以酮戊二酸作为氨基受体生成谷氨酸，再由L-谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸脱氢、脱

12、氨。转氨-AMP循环是骨骼肌、心肌细胞氨基酸脱氨基作用的主要方式。在骨骼肌细胞和心肌细胞中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶的活性较高，故采用此方式脱氨基。转氨-AMP循环脱氨基作用的基本过程分三步进行：AST催化氨基酸转氨基给草酰乙酸，生成天冬氨酸。天冬氨酸和次黄嘌呤核苷酸(IMP)在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下缩合，生成腺苷酸代琥珀酸，然后裂解成AMP合延胡索酸。AMP在腺苷酸脱氨酶的催化下氧化脱氨，重新生成次黄嘌呤核苷酸。(四)非氧化脱氨作用微生物的某些氨基酸可以进行非氧化脱氨作用，生成NH3和-酮酸1.脱水脱氨2.脱硫化氢脱氨3.直接脱氨+ NH3RC=OCOOH-酮酸的代谢

13、氨的代谢转氨基作用NH2R C HCOOH二、 氨的代谢 正常人血氨0.60mol/L (0.1mg/100mL). 氨的来源和去路氨的运输：谷氨酰胺、丙氨酸-葡萄糖循环氨的最终代谢去路尿素循环体内氨的来源：体内氨基酸和胺类化合物分解产物肠道吸收的氨肾小管上皮细胞分泌的氨氨的去路：合成尿素，从肾脏排出体外(最终去路)生成谷氨酰胺，在血液中运输参与合成一些重要的含氮化合物以铵盐的形式从肾脏排出体外(一) 氨的转运Gln的运氨作用： 解氨毒，运输、储存氨Gln的生成： 在脑、肌肉组织中，NH3与Glu生成Gln。 谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶在脑和肌肉，反应平衡倾向谷氨酰胺的合成谷氨酸谷氨酰胺谷氨

14、酰胺合成酶在脑和肌肉，反应平衡倾向谷氨酰胺的合成Gln由血液运输到肝、肾，水解为Glu和NH3 在肾脏：谷氨酰胺谷氨酸谷氨酰胺酶谷氨酰胺的分解几乎是不可逆的，脱下来的NH4+来自酰胺基，而非-氨基脱下来的NH3与肾小管中的酸结合生成铵盐排出体外，对于调节机体酸碱平衡有重要作用。丙氨酸葡萄糖循环肌肉组织中的氨基酸在转氨酶的作用下将氨基转移给丙酮酸，生成丙氨酸。丙氨酸经血液循环进入肝脏，通过联合脱氨基作用将NH3释放出来，NH3经过鸟氨酸循环合成尿素，最终从体内排出。丙氨酸脱氨后重新生成丙酮酸，丙酮酸异生为葡萄糖，葡萄糖从血液循环运送到肌肉，在肌肉重新分解生成丙酮酸。经过丙氨酸-葡萄糖循环，肌肉组

15、织中的氨以无毒性的丙氨酸为载体运输到肝脏，不断地从体内清除出去。体内的氨以无毒性的丙氨酸和谷氨酰胺的形式在血液中运输，到肝脏合成尿素，到肾脏生成铵盐，将NH3最终从体内清除。(二) 尿素的生成 肝脏是尿素合成的主要器官 鸟氨酸循环(ornithine cycle)学说： 1932年，由Hans Krebs与Kurt Henseleit提出，故又称为Krebs循环，也叫尿素循环。一次鸟氨酸循环生成1尿素，清除2NH3，消耗3ATP尿素的生成是体内氨代谢的主要途径，是蛋白质分解代谢的最主要的无毒性终产物。H2N-C-NH2O尿素鸟氨酸循环尿素生成的过程A. 氨基甲酰磷酸的合成由氨基甲酰磷酸合成酶I

16、 (CPS-I) 催化，N-乙酰谷氨酸 (AGA) 为变构激活剂氨甲酰磷酸合成酶I氨甲酰磷酸谷氨酸乙酰CoAN乙酰谷氨酸合成酶N乙酰谷氨酸B. 瓜氨酸的生成 由鸟氨酸氨基甲酰转移酶催化鸟氨酸瓜氨酸氨基甲酰磷酸C. Arg的合成 由精氨酸代琥珀酸合成酶(限速酶)催化：瓜氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸由精氨酸代琥珀酸裂解酶催化：精氨酸代琥珀酸精氨酸苹果酸D. Arg水解生成尿素 由精氨酸酶催化精氨酸尿素鸟氨酸三、 -酮酸的代谢 (一) 经氨基化生成非必需氨基酸 (二) 转变为糖或脂类生糖氨基酸：大多数氨基酸生酮氨基酸：Leu、Lys生糖兼生酮氨基酸：Ile、Phe、Tyr、Thr、Trp Leu Ly

17、sPhe TrpTyr乙酰乙酰CoA乙酰CoAIle LeuTrp丙酮酸Ala CysGly SerTyrTCACAsn AspArg GluHis ProGlu-酮戊二酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸Ile MetThr ValPhe Tyr(三) 氧化供能通过TCAC四、氨基酸的脱羧基作用(一) 羧基的代谢 - CO2NH2R-CH-COOHR-CH2-NH2氨基酸脱羧酶(磷酸吡哆醛)R-CH2-NH2 + O2 + H2O胺氧化酶R-CHO + NH3+H2O2R-CHO醛氧化酶R-COOH氧化分解CO2 + H2O + ATP(二) 几种重要的胺类物质 氨基丁酸(-amino butyri

18、c acid,GABA) 产生 作用： GABA为抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。COOH(CH2)CH-NH2COOHCOOH(CH2)2CH-NH2L-Glu脱羧酶GABA+ CO2牛磺酸 (taurine)产生 作用 是结合胆汁酸的组分CH2SHCHNH2COOHL-CysOCH2SO3HCHNH2COOH脱羧酶CH2SO3HCHNH2- CO2磺酸丙氨酸牛磺酸组胺(histamine)生成作用 主要存在于肥大细胞。 (1) 为强烈的血管舒张剂，能增加毛细血管的通透性。(2) 刺激胃蛋白酶和胃酸的分泌。HC=C-CH2CHCOOHHNN=CHNH2HC=C-CH2CH2NH2HN=

19、NCHL-组氨酸组胺组氨酸脱羧酶- CO25-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)生成作用 分布广泛(1) 脑内：抑制性神经递质 (2) 外周组织 (胃肠、血小板、乳腺)：收缩血管精脒、精胺的生成生成鸟氨酸 腐胺 亚精胺 精胺作用 促进核酸和蛋白质的合成，是细胞生长、增殖必需的胺类化合物。第3节 个别氨基酸的代谢一碳基团的代谢芳香族氨基酸的代谢谷胱甘肽的代谢一、一碳单位的代谢一碳基团(one carbon unit) 指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，包括甲基(-CH3)、亚甲基(-CH2-)、次甲基(-CH=)、甲酰基(-CHO)和亚胺甲基(-CH=NH)等。CO2不属于一碳基团(二) 一碳基团的载体四氢叶酸(FH4或THFA) FH4为一碳基团的载体，即一碳单位代谢的辅酶。一碳基团一般结合在FH4的N5、N10位上。 蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如肾上腺素、胆碱、肌酸和核酸等的甲基供体。甲基供体的活性形式为S-腺苷蛋氨酸(SAM)，体内最