7-2013级生化课件9氨基酸代谢8年制

1、1氨 基 酸 代 谢Metabolism of Amino Acids第 九 章2Amino Acid StructureRNase3Section1 Dietary Protein NutritionSection2 Digestion, Absorption and PutrefactionSection3 General pathway of Amino Acid CatabolismSection4 Metabolism of AmmoniaSection5 Metabolism of Individual Amino AcidsChapter 9 Metabolism of Amin

2、o Acids4第一节 蛋白质的营养作用（一）组织、细胞的主要成分，维持细胞、组织的生长、 更新和修补（细胞中含量最多的有机化合物）（二）参与多种重要的生理活动 （酶、多肽类激素、抗体、转运蛋白等）（三）氧化供能 1g蛋白质彻底氧化分解产生17.19kJ(4.1kcal)能量一、 蛋白质的生理功能Dietary Protein NutritionBiological Importances of Protein5二、蛋白质的需要量 （一） 氮平衡 Nitrogen Balance摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人）氮正平衡：摄入氮 排出

3、氮（儿童、孕妇等）氮负平衡：摄入氮 20hIle, GlnTyr, GluProLeu, Phe, Asp, LysArg 30min 10min 7min 3min 2min22泛素化方式降解蛋白质的病生理意义： 肿瘤形成 基因转录 细胞分裂周期 生物钟 炎症反应 胆固醇代谢23（三）蛋白质的转换Protein Turnover 细胞中蛋白质不断进行降解与再合成的过程 蛋白质T1/2：半寿期（Half-life） 人血浆蛋白质 10天 肝蛋白质 1-8天 结缔组织 180天24氨基酸代谢库Amino Acids Metabolic Pool 外源性氨基酸（食物蛋白质的消化、吸收）与内源性氨基

4、酸（机体蛋白质分解、体内合成）混在一起，分布于体内各处，共同参与分解代谢、转化代谢或蛋白质的合成，称氨基酸代谢库。氨基酸代谢库的分布（以游离氨基酸总量计算）肌肉 50% 肝 10% 肾 4%血浆 6%25氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收 组织蛋白质分解 体内合成氨基酸 (非必需氨基酸) -酮酸 脱氨基作用 酮 体氧化供能糖胺 类脱羧基作用氨 尿素代谢转变其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等) 合成 体内氨基酸代谢概况26NH3-酮酸胺氨基酸脱羧脱氨 氧化脱氨 转氨 联合脱氨RC = OCOOHRCH2NH2RCHNH2COOH尿素CO2氨基酸一般分解代谢途径27二、氨基酸的脱氨基作用 Deaminat

5、ion of Amino Acids 氧化脱氨基 oxidative deamination 转氨基 transamination 联合脱氨基 transdeamination 非氧化脱氨基 non-oxidative deamination28L-氨基酸氧化酶（分布少，活性低）D-氨基酸氧化酶（普遍存在，但D-氨基酸极少）L谷氨酸脱氢酶（分布广，活性高，特异性强）L谷氨酸脱氢酶：变构酶变构激活剂：ADP GDP变构抑制剂：ATP GTP（一）氧化脱氨基作用L谷氨酸H2O酮戊二酸 + NH3L谷氨酸脱氢酶NAD+NADH+H+29（二）转氨基作用 1.概念：由转氨酶催化某一氨基酸的-氨基转移到

6、另一种 酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸，原来的氨基酸则 转变成酮酸。 R1 |H-C-NH2 + | COOH R2 |H-C-NH2 | COOHR2|C=O|COOHR1|C=O +|COOH转氨酶transamination30 转氨酶具有特异性 体内最重要的转氨酶：谷丙转氨酶、谷草转氨酶 转氨酶的辅酶：磷酸吡哆醛（传递氨基） 大多数氨基酸参与转氨基作用，Lys、Pro、HP除外转氨基作用谷丙转氨酶 Glutamic Pyruvate Transaminase, GPT 丙氨酸转氨酶, Alanine Transaminase, ALT谷草转氨酶 Glutamic Oxaloacetic

7、 transaminase, GOT 天冬氨酸转氨酶, Aspartate Transaminase, AST31 谷氨酸 丙酮酸 酮戊二酸 丙氨酸 谷氨酸 草酰乙酸 酮戊二酸 天冬氨酸临床意义：正常情况下，血清中转氨酶活性很低 急性肝炎 血清GPT 心肌梗死 血清GOT 32磷酸吡哆醛转氨基的作用机制磷酸吡哆胺33（三）联合脱氨基作用类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用 嘌呤核苷酸循环 Purine Nucleotide CycleTransdeamination两种脱氨基方式联合，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸34 转氨基偶联氧化脱氨基作用此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基

8、酸的主要方式（全程可逆）主要在肝、肾组织进行35 嘌呤核苷酸循环 （骨骼肌、心肌）苹果酸 腺苷酸代琥珀酸次黄嘌呤 核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶-酮戊 二酸氨基酸 谷氨酸-酮酸 转氨酶 1草酰乙酸天冬氨酸转氨酶 2腺苷酸脱氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)36（四）非氧化脱氨基作用Non-oxidative deamination 还原脱氨基 水解脱氨基 脱水脱氨基 脱巯基脱氨基 氧化还原脱氨基 解氨酶催化的脱氨基37（二）氧化供能 -酮酸可通过TAC及生物氧化体系彻底氧化成 CO2和水，同时释放能量（供能物质）三、 -酮酸的代谢（一）经氨基化生成非必需氨基酸（三）转变成糖

9、和脂类生糖氨基酸：在体内可转变成糖的氨基酸glucogenic amino acid生酮氨基酸：在体内可转变成酮体的氨基酸ketogenic amino acid生糖兼生酮氨基酸glucogenic and ketogenic amino acidFates of -Keto Acids38 氨基酸按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、 （14种） 天冬、谷、谷氨酰胺、天冬酰胺、组、蛋 生酮氨基酸 亮、赖 （2种） 生糖兼生酮氨基酸 异亮、色、苏、苯丙、酪 （5种）-记忆：一两色素本来老39琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-酮戊二酸柠檬酸乙酰C

10、oA丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸甘氨酸异亮氨酸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 蛋氨酸丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸酮体亮氨酸 赖氨酸酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 谷氨酸精氨酸 谷氨酰胺组氨酸 脯氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C40NH3 氨基酸脱氨基作用 肠道蛋白质的腐败 谷氨酰胺（肾小管上皮细胞）正常人血氨： 1 mg/L (0.6 mol/L)体内氨的来源与去路：第四节 氨的代谢尿素合成谷氨酰胺其它含氮化合物+NH4尿Metabolism of Ammonia41 肾小管

11、H+ NH4 尿 谷氨酰胺 谷氨酸 + NH3 OH- 血（血氨的来源）+一、 体内氨的来源 Origins of Ammonia1. 氨基酸脱氨基（主要来源）2. 肾小管上皮细胞分泌肝硬化患者不宜使用碱性利尿药+ OHNH4 NH3 吸收 H3. 肠道吸收（蛋白质腐败、尿素分解）高血氨病人采用弱酸性透析液作结肠透析禁用碱性肥皂水灌肠42二、氨的转运血氨运输形式：丙氨酸和谷氨酰胺Transportation of Ammonia（一）葡萄糖-丙氨酸循环 Glucose-Alanine Cycle 意义（1）使肌肉的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝 （2）肝脏为肌肉提供葡萄糖，用以生成丙酮酸4344

12、肝，肾（二）谷氨酰胺的运氨作用 COOH CONH2 | |（CH2）2 NH3 +ATP ADP + Pi （CH2）2 | 谷氨酰胺合成酶 | CHNH2 CHNH2 | 谷氨酰胺酶 | COOH NH3 H2O COOH L-谷氨酸 谷氨酰胺脑，肌肉45 谷氨酰胺既是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式 氨中毒患者可口服或输入谷氨酸盐，以降低氨的浓度 谷氨酰胺可以提供酰胺基使天冬氨酸转变成天冬酰胺天冬酰胺酶治疗白血病 白血病细胞不能合成天冬酰胺Asn + H2O Asp + NH3Asparaginase46（一）合成部位：肝脏三、尿素的生成 Urea BiosynthesisNH2C

13、= ONH2实验犬肝切除，血、尿中尿素AA血氨犬肾切除血氨正常，血尿素犬肝、肾切除血氨 ，血尿素47（二）合成机理： 鸟氨酸循环 Ornithine Cycle (尿素循环、Krebs- Henseleit循环） 1932年 Hans Krebs & Kurt HenseleitHans KrebsUrea cycle （1932） TAC cycle （1937）Nobel Prize （1953）48鸟氨酸瓜氨酸精氨酸NH3、CO2H2OH2ONH3H2O尿素精氨酸酶2NH 3 CO 2 尿素 H2OATP49 NH2 NH2 | | C=O C=NH | | NH2 NH NH | |

14、|（CH2）3 （CH2）3 （CH2）3 | | | CH-NH2 CH-NH2 CH-NH2 | | | COOH COOH COOH鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸 50N-乙酰谷氨酸（AGA）：CPSI的变构激活剂1、氨基甲酰磷酸的合成 （线粒体）氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-I）：变构酶（三）鸟氨酸循环的详细步骤CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸51氨基甲酰磷酸2、瓜氨酸的合成（线粒体）瓜氨酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+NHCHCOOHNH2NH2CO(CH2)3NH2(CH2

15、)3CHCOOHNH2NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸鸟氨酸523、精氨酸的合成（胞液）瓜氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸延胡索酸53天冬氨酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸 精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+NHCHCOOHNH2NH2CO(CH2)354精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH55 NH2 | C=N

16、H | NH NH2 | |(CH2)3 NH2 (CH2)3 | 精氨酸酶 | | CH-NH2 + H2O C=O + CH-NH2 | | | COOH NH2 COOH精氨酸 尿素 鸟氨酸4、精氨酸水解生成尿素（胞液）56鸟氨酸循环2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鸟氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸苹果酸 -酮戊 二酸 谷氨酸-酮酸精氨酸代 琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP + PPi鸟氨酸尿素线粒体 胞 液57 1、合成尿素的主要器官：肝脏； 2、两个氮原子的来源：NH3、天冬氨酸； 3、反应场所：先在线粒体后在胞液； 4、限速酶

17、：氨基甲酰磷酸合成酶I； 5、耗能：合成1分子尿素需要3分子ATP； 6、意义：解除氨毒。尿素生成的特点：58（四）尿素合成的调节1.食物的影响 高蛋白质膳食，尿素合成2.氨基甲酰磷酸合成酶I对尿素合成的影响 精氨酸3.其他物质对尿素合成的调节 鸟氨酸循环中间产物与其它物质代谢联系 乙酰CoA + Glu 乙酰谷氨酸（AGA）乙酰谷氨酸合成酶59氨的其它代谢途径 COOH CONH2 | |（CH2）2 NH3 +ATP ADP + Pi （CH2）2 | 谷氨酰胺合成酶 | CHNH2 CHNH2 | 谷氨酰胺酶 | COOH NH3 H2O COOH L-谷氨酸 谷氨酰胺NH3-酮戊二酸G

18、lu转氨非必需氨基酸60（五）高氨血症和氨中毒正常血氨浓度： 1 mg/L (0.6 mol/L)TAC 脑供能不足-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3 脑内 -酮戊二酸氨中毒的可能机制61第五节 个别氨基酸的代谢 Metabolism of Individual Amino Acids一、氨基酸的脱羧基作用（生成胺）Decarboxylation of Amino Acids酶：氨基酸脱羧酶 辅酶：磷酸吡哆醛氨基酸脱羧酶胺胺氧化酶醛醛氧化酶酸很多胺具有重要的生理功能Decarboxylase62（一）-氨基丁酸（-aminobutyric acid, GABA） 抑制性神经递质 COOH |

19、 (CH2)2 COOH | L-谷氨酸脱羧酶 | CH-NH2 (CH2)2 | CO2 | COOH CH2NH2 L- 谷氨酸 -氨基丁酸脑、肾组织中L-谷氨酸脱羧酶活性高63CH2SH CH2SO3H| 3O | 磺酸丙氨酸脱羧酶 CH2SO3HCH-NH2 CH-NH2 | | CO2 CH2NH2COOH COOH L-半胱氨酸 磺酸丙氨酸 牛磺酸（二）牛磺酸 (Taurine) 结合胆汁酸的组成成分 64 组氨酸脱羧酶 HC=C-CH2CHCOOH HC=C-CH2CH2NH2 | | | CO2 | | HN N NH2 HN N C C H H L-组氨酸 组胺 （三）组胺：

20、 Histamine强烈的血管舒张剂刺激胃酸、胃蛋白酶分泌65（四）5羟色胺（5-hydroxytryptamine, 5HT）脑：抑制性神经递质外周：收缩血管色氨酸5-羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶5-羟色氨酸脱羧酶CO266（五）多胺 Polyamine 某些氨基酸脱羧可产生多胺类物质鸟氨酸脱羧腐胺精脒精胺精脒精胺调节细胞生长的重要物质，生长旺盛的组织含量高。临床意义观察癌症病人病情及辅助诊断癌症的生化指标之一6768体内的一碳单位有： 甲基(-CH3), 甲烯基(-CH2-), 甲炔基(-CH=), 甲酰基(-CHO), 亚氨甲基(-CH=NH)等二、一碳单位的代谢某些氨基酸在分解代谢过程

21、中所产生的含有一个碳原子的基团Metabolism of One Carbon Unit一碳单位（ One Carbon Unit）69 二氢叶酸还原酶 二氢叶酸还原酶叶酸 二氢叶酸 四氢叶酸 NADPH NADP + NADPH NADP + + H+ + H + 5一碳单位通常结合于N5、N10上（一）一碳单位的载体四氢叶酸 Tetrahydrofolic Acid，FH4170 FH4携带一碳单位的形式N5CH3FH4N5-甲基四氢叶酸N5、N10CH2FH4N5，N10-甲烯四氢叶酸N5、N10=CHFH4N5，N10-甲炔四氢叶酸N10CHOFH4N10-甲酰四氢叶酸N5CH=NHF

22、H4N5-亚氨甲基四氢叶酸71Ser Trp His Gly（二）一碳单位的来源施 舍 一 根 竹 竿丝 色 组 甘72（三）一碳单位的相互转变 氧化还原反应N10-甲酰四氢叶酸N5 N10 -甲炔四氢叶酸N5 N10 -甲烯四氢叶酸N5-甲基四氢叶酸N5-亚氨甲基四氢叶酸H+ H2O NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+NH3- NH373（四）一碳单位的生理功能 临床1、叶酸缺乏巨幼红细胞性贫血 影响核苷酸的合成2、氨甲喋呤 抑制四氢叶酸的合成，抗癌药物 参与合成嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸（联系氨基酸代谢与核苷酸代谢）74三、含硫氨基酸的代谢 蛋氨酸胱氨酸半胱氨酸胱氨酸蛋氨酸半

23、胱氨酸 含硫氨基酸Metabolism of Sulfur-containing Amino Acids75（一）蛋氨酸的代谢（甲硫氨酸）SAM转甲基后S腺苷同型半胱氨酸脱腺苷同型半胱氨酸1.蛋氨酸与转甲基作用 蛋氨酸 + ATPS腺苷蛋氨酸（SAM）SAM（活性蛋氨酸）：体内最重要的甲基供体腺苷转移酶S-adenosylmethionineHomocysteine76S HCH2CH2CHNH2COOHS HCH2CHNH2COOHS 腺苷CH2CH2CHNH2COOHCH3+SCH2CH2CHNH2COOHCH3 蛋氨酸SAM同型半胱氨酸半胱氨酸77SAM转甲基作用78由SAM参加的一些转

24、甲基作用甲基接受体甲基化产物去甲肾上腺素胍乙酸磷脂酰乙醇胺-氨基丁酸RNADNA蛋白质肾上腺素肌酸磷脂酰胆碱肉碱甲基化的RNA甲基化的DNA甲基化的蛋白质79蛋氨酸S-腺苷同型 半胱氨酸S-腺苷蛋氨酸同型半胱氨酸FH4N5CH3FH4N5CH3FH4 转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiRH-CH32、蛋氨酸循环 Methionine Cycle80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，从而产生巨幼红细胞性贫血。N5甲基四氢叶酸转甲基酶的辅酶是维生素B12 高同型半胱氨酸易导致动脉粥样硬化临床 巨幼红细胞性贫血由N5

25、-CH3-FH4提供甲基合成蛋氨酸，由此生成的SAM为体内的甲基化反应提供甲基。生理意义813、肌酸的合成肌酸和磷酸肌酸是能量储存、利用的重要化合物肝是合成肌酸的主要器官肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基， SAM提供甲基而合成肌酸在肌酸激酶的作用下，转变为磷酸肌酸肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐Biosynthesis of Creatine8283肌酸激酶 Creatine Kinase，CKMM型 （骨骼肌）MB型 （心肌）BB型 （脑）肌酸酐 Creatinine 肌酸和磷酸肌酸的代谢终产物由肾脏排泄肾功能受损，血肌酸酐升高84 CH2SH CH2-S-S-CH2 | -2H | |2 CHNH2 CHNH2 CHNH2 | +2H | | COOH COOH COOH半胱氨酸 胱氨酸1. 半胱氨酸与胱氨酸可相互转变（二） 半胱氨酸与胱氨酸的代谢二硫键（SS）对维持蛋白质的高级结构起重要作用85PAPS是体内硫酸基的供体2. 硫酸根的代谢 含硫氨基酸氧化分解可产生硫酸根 半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源 硫酸根被ATP活化成活性硫酸根