第9章-氨基酸代谢(林小聪)

第九章氨基酸代谢CatabolismofAminoAcid主要内容一、蛋白质的营养作用二、蛋白质的消化、吸收与腐败三、氨基酸的一般代谢四、氨的代谢五、个别氨基酸的代谢科学出版社案例版《生物化学》课件第一节蛋白质的营养作用NutritionalFunctionsofProtein科学出版社案例版《生物化学》课件一、蛋白质的生理功能1.组织细胞的构件物质，维持细胞组织的生长、发育、更新和修补；2.参与多种重要的生理活动(如酶、激素)；3.氧化供能，可占所需能量的18%；4.是各种含氮化合物的原料。科学出版社案例版《生物化学》课件体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡。

（一）氮平衡(nitrogenbalance)二、蛋白质的需要量和营养价值科学出版社案例版《生物化学》课件见于正常成人

1．氮总平衡=摄入氮排出氮蛋白质分解与合成处于平衡科学出版社案例版《生物化学》课件2．氮正平衡见于儿童、孕妇、病后恢复期。摄入氮排出氮蛋白质合成量多于分解量＞科学出版社案例版《生物化学》课件3．氮负平衡见于消耗性疾病患者，营养不良者摄入氮排出氮＜蛋白质分解量多于合成量科学出版社案例版《生物化学》课件（二）蛋白质的营养价值1.营养必需氨基酸(essentialaminoacids)体内需要而又不能自身合成或合成量少，不能满足需要必须由食物供应科学出版社案例版《生物化学》课件Val、“借种类：Ile、Leu、Phe、Met、Trp

、Thr、Lys一两本单色书来”Thr

、Val、IleLeu、Phe、Met、Trp

、Lys、“笨蛋来宿舍借凉椅”科学出版社案例版《生物化学》课件半必需氨基酸新生儿：

Tyr和Cys也是必需氨基酸Tyr和Cys体内可由Phe和Met合成科学出版社案例版《生物化学》课件非必需氨基酸

必需氨基酸与非必需氨基酸的区别体内可合成Question?科学出版社案例版《生物化学》课件2.蛋白质营养的评价必需氨基酸的含量、种类、比例评定标准：①食物蛋白质的含量；②蛋白质的消化率；③蛋白质的利用率。科学出版社案例版《生物化学》课件蛋白质的营养价值:含必需氨基酸数量及种类的多少氨基酸的组成、数量和比例与人体蛋白质

接近程度一般动物蛋白的营养价值高于植物蛋白科学出版社案例版《生物化学》课件（三）蛋白质的生理需要量(2)成人每日最低生理需要量

30~50g(3)我国营养学会推荐的成人每日需要量

80g(1)成人每天最低分解量

约为20g

蛋白质的互补作用几种营养价值较低的蛋白质混合食用，互相补充必需氨基酸的种类和数量，从而提高蛋白质在体内的利用率。科学出版社案例版《生物化学》课件Lys较少,Trp较多混合食用营养价值谷类:豆类:Lys较多,Trp较少科学出版社案例版《生物化学》课件第二节

蛋白质的消化、

吸收和腐败Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins科学出版社案例版《生物化学》课件一、

蛋白质的消化生理意义:1.使蛋白质由大分子转变为小分子；2.消除食物蛋白质的种属特异性或抗原性。科学出版社案例版《生物化学》课件基本过程食物蛋白质胨及多肽寡肽、氨基酸水解酶胃小肠水解酶小肠:主要部位胃:简单的消化科学出版社案例版《生物化学》课件主要的酶类：内肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶（水解蛋白质内部肽键）外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶（从肽键两端开始水解，每次水解一个氨基酸残基）根据水解肽键部位的不同分为两类：科学出版社案例版《生物化学》课件二、氨基酸的吸收1.吸收部位：2.吸收形式：3.吸收机制：主要在小肠氨基酸、寡肽、二肽主动转运、γ-谷氨酰基循环科学出版社案例版《生物化学》课件氨基酸吸收载体*中性氨基酸吸收载体（主要）*碱性氨基酸吸收载体*酸性氨基酸吸收载体*亚氨基酸吸收载体主要存在于肠粘膜细胞膜上，它能与氨基酸及Na+形成三联体，将氨基酸及Na+转运到细胞内，细胞内的Na+主要借钠泵排出到细胞外，并消耗ATP。科学出版社案例版《生物化学》课件

氨基酸进入组织细胞需钠的主动转运机制ADP+PiATPK+K+Na+Na+Na+氨基酸Na+氨基酸外肠粘膜细胞膜内Na+,K+-ATP酶氨基酸吸收载体科学出版社案例版《生物化学》课件

-谷氨酰基循环科学出版社案例版《生物化学》课件定义：肠道细菌对未被消化的蛋白质及未被吸收的消化产物进行的代谢过程三、蛋白质的腐败作用腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。科学出版社案例版《生物化学》课件（一）胺类的生成蛋白质

氨基酸胺类蛋白酶

脱羧基作用

组氨酸组胺

赖氨酸尸胺

色氨酸

色胺

酪氨酸酪胺

苯丙氨酸苯乙胺

-羟酪胺

-羟化

-羟化

苯乙醇胺科学出版社案例版《生物化学》课件

假神经递质

某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制，称假神经递质苯乙胺苯乙醇胺酪胺

β-羟酪胺科学出版社案例版《生物化学》课件科学出版社案例版《生物化学》课件（二）肠道氨的生成（肠道氨的两种主要来源）血氨扩散入血肠菌+

NH3*氨基酸脱氨基

氨基酸科学出版社案例版《生物化学》课件*尿素水解肠菌尿素酶CO2+2NH3扩散入血血氨血中尿素尿素扩散入肠腔氨的吸收主要在结肠，其受肠腔pH的影响，降低结肠的pH，可减少肠道氨的吸收（二）肠道氨的生成3

其它有害物质的生成(如苯酚、吲哚、硫化氢等）科学出版社案例版《生物化学》课件第三节

氨基酸的一般代谢GeneralMetabolismofAminoAcids科学出版社案例版《生物化学》课件食物蛋白消化吸收体内合成蛋白质合成其它含氮化合物氨基酸代谢库氨基酸代谢动态组织蛋白质分解分解科学出版社案例版《生物化学》课件酮体氧化供能糖胺类

-酮酸脱氨NH3H-C-NH2COOHRH-C=OCOOHR（生成尿素）脱羧+CO2科学出版社案例版《生物化学》课件蛋白质转换更新(proteinturnover)人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡蛋白质降低至原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示蛋白质的半寿期(half-life)成人每天约有体内总蛋白质的1％到2％被降解，其中主要是肌蛋白

一、体内蛋白质的转换更新科学出版社案例版《生物化学》课件真核生物中蛋白质的降解途径不依赖ATP利用组织蛋白酶降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白②依赖泛素的降解途径①溶酶体内蛋白质的降解途径依赖ATP降解异常蛋白和短寿命蛋白科学出版社案例版《生物化学》课件泛素76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守1.泛素化泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活2.蛋白酶体对泛素化的蛋白质进行降解泛素介导的蛋白质降解途径科学出版社案例版《生物化学》课件泛素蛋白质蛋白质泛素化ATP泛素活化酶泛素结合酶泛素蛋白连接酶泛素泛素泛素化蛋白质26S蛋白酶体进入降解肽片段科学出版社案例版《生物化学》课件TheNobelPrizeinChemistry2004(2004-10-6公布)"forthediscoveryofubiquitin-mediatedproteindegradation"

科学出版社案例版《生物化学》课件2004年Nobel化学奖解读泛素介导的蛋白降解的开创性研究的意义：它使人们可在分子水平上理解一些人体化学现象：细胞周期、细胞凋亡、肿瘤、DNA修复、人类基因转移和最新产生的人体蛋白质数量如何控制等。它可帮助人们解释人免疫系统的工作原理。目前，科学家不断发现和研究了与这一降解过程相关的细胞新功能。对进一步揭示生物的奥秘，以及探索一些疾病的发生机理和治疗手段具有重要意义。

科学出版社案例版《生物化学》课件二、

氨基酸的脱氨基作用方式:转氨基作用氧化脱氨基联合脱氨基非氧化脱氨基转氨基和氧化脱氨基偶联嘌呤核苷酸循环R-CH-COOHNH2

R-C-COOHO

酶+NH3科学出版社案例版《生物化学》课件转氨酶++R1CCOOHO（一）转氨基作用科学出版社案例版《生物化学》课件转氨基作用机制

+磷酸吡哆醛–H2O+H2OSchiff’s碱氨基酸科学出版社案例版《生物化学》课件磷酸吡哆胺–H2O+H2O分子重排Schiff’s碱异构体

-酮酸+科学出版社案例版《生物化学》课件转氨基作用特点*只有氨基的转移，没有氨的生成*催化的反应可逆*其辅酶都是磷酸吡哆醛科学出版社案例版《生物化学》课件转氨基作用的生理意义接受氨基的主要酮酸有：

体内合成非必需氨基酸的重要途径*丙酮酸*-酮戊二酸*草酰乙酸科学出版社案例版《生物化学》课件体内重要的转氨酶*丙氨酸氨基转移酶（ALT）旧称谷丙转氨酶（GPT）ALT谷氨酸+

丙酮酸

-酮戊二酸

+

丙氨酸*天冬氨酸氨基转移酶（AST）旧称谷草转氨酶(GOT)AST谷氨酸+

草酰乙酸

-酮戊二酸+天冬氨酸科学出版社案例版《生物化学》课件正常人各组织AST及ALT活性(单位/克湿组织)ASTALTASTALT科学出版社案例版《生物化学》课件（二）

氧化脱氨基作用酶的种类:氨基酸氧化酶L-谷氨酸脱氢酶R-CH-COOHNH2

2H

R-C-COOH+NH3

OH2OR-C-COOHNH

酶科学出版社案例版《生物化学》课件1.氨基酸氧化酶(aminoacidoxidase)

属黄酶类，以FAD或FMN为辅基。该酶有L型和D型两种NH2

OR-CH-COOHR-C-COOH+NH3

+H2O2O2氨基酸氧化酶科学出版社案例版《生物化学》课件+H2O_H2O+

NH3

-酮戊二酸L-谷氨酸L-谷氨酸脱氢酶

NAD+NADH+H+2.L-谷氨酸脱氢酶科学出版社案例版《生物化学》课件

活性强，分布于肝、肾及脑组织

为变构酶，受ATP、ADP等调节，辅酶为NAD+或NADP+

专一性强，只作用于L-谷氨酸，催化的反应可逆L-谷氨酸脱氢酶特点:科学出版社案例版《生物化学》课件（三）联合脱氨基作用1.类型（1）转氨基与谷氨酸氧化脱氨基作用联合（2）嘌呤核苷酸循环科学出版社案例版《生物化学》课件转氨酶

-酮戊二酸+

NAD+L-谷氨酸脱氢酶+NADH+H+氨基酸

-酮酸L-谷氨酸（1）转氨基与谷氨酸氧化脱氨基作用的联合科学出版社案例版《生物化学》课件特点：生理意义:

有NH3生成，反应过程可逆氨基酸脱氨基的主要方式体内合成非必需氨基酸的主要途径肝、肾等组织主要脱氨途径科学出版社案例版《生物化学》课件（2）嘌呤核苷酸循环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α-酮戊二酸氨基酸谷氨酸α-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)科学出版社案例版《生物化学》课件三、

-酮酸的代谢1.经氨基化生成非必需氨基酸2.转变为糖及脂类生糖氨基酸：Gly、Ser、Ala……等生酮氨基酸：Leu、Lys生酮兼生糖氨基酸：Ile、Phe、Tyr、Thr、Trp科学出版社案例版《生物化学》课件3.经三羧酸循环氧化供能α-酮酸在体内可通过TAC和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。科学出版社案例版《生物化学》课件草酰乙酸TAC琥珀酰CoA

-酮戊二酸延胡索酸Phe、TyrMet、Thr、Ser、Val、IleAspLeu、Trp、IleAla、Gly、

Ser、Cys、Thr、Trp糖丙酮酸乙酰CoA磷酸丙糖脂肪酸脂肪甘油Leu、Lys、Phe、Tyr、TrpGluArg、His、Pro乙酰乙酰CoA酮体科学出版社案例版《生物化学》课件第四节氨的代谢MetabolismofAmmonia科学出版社案例版《生物化学》课件正常人血氨浓度≤60μmol/L血氨氨基酸、胺分解肠道吸收肾脏产生合成尿素合成谷氨酰胺合成含氮化合物铵盐一、体内氨的来源去路科学出版社案例版《生物化学》课件

肝功能严重障碍的病人，不宜使用碱性利尿药。Why???Question:科学出版社案例版《生物化学》课件二、氨的转运1.丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucosecycle)2.谷氨酰胺的运氨作用科学出版社案例版《生物化学》课件丙氨酸葡萄糖肌肉蛋白质氨基酸转氨基谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解途径肌肉丙氨酸血液丙氨酸葡萄糖α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖科学出版社案例版《生物化学》课件生理意义：①将氨以无毒的丙氨酸形式运输。②肝为肌肉提供葡萄糖以生成丙氨酸。科学出版社案例版《生物化学》课件2.谷氨酰胺的运氨作用

谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶生理意义：谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。

科学出版社案例版《生物化学》课件谷氨酰胺谷氨酸AspAsnH2ONH3天冬酰胺酶白血病细胞临床应用科学出版社案例版《生物化学》课件三、尿素的合成1.合成的部位：肝脏线粒体及胞液中2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O科学出版社案例版《生物化学》课件2.合成过程称为鸟氨酸循环又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit循环科学出版社案例版《生物化学》课件CO2

+

NH3

+H2O氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-І）N-乙酰谷氨酸Mg2+2ATP2ADP+Pi(1)氨基甲酰磷酸的合成（反应部位：线粒体）氨基甲酰磷酸~PO32-N-乙酰谷氨酸是CPS-I的变构激活剂科学出版社案例版《生物化学》课件(2)瓜氨酸的合成鸟氨酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶+

H3PO4瓜氨酸反应部位：线粒体

+

氨基甲酰磷酸~PO32-科学出版社案例版《生物化学》课件(3)精氨酸的合成（反应部位：胞液）瓜氨酸+可由转氨基作用提供天冬氨酸精氨酸代琥珀酸合成酶,Mg2+ATPAMP+PPi精氨酸代琥珀酸科学出版社案例版《生物化学》课件(3)精氨酸的合成精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸+延胡索酸精氨酸代琥珀酸科学出版社案例版《生物化学》课件(4)尿素的生成 精氨酸酶

鸟氨酸+尿素+H2O精氨酸科学出版社案例版《生物化学》课件NH3+CO2

+H2O氨基甲酰磷酸精氨酸代琥珀酸2ATP2ADP+PiCPS-I鸟氨酸Pi瓜氨酸瓜氨酸尿素鸟氨酸H2OATPAMP+PPi天冬氨酸精氨酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸谷氨酸

-酮戊二酸aa

-酮酸线粒体胞液鸟氨酸循环的全过程科学出版社案例版《生物化学》课件反应小结:原料：

1分子CO2，2分子氨。耗能：3个ATP，4个高能磷酸键。场所：线粒体、胞液。科学出版社案例版《生物化学》课件3.尿素合成的调节(1)食物蛋白的影响(3)限速酶（精氨酸代琥珀酸合成酶）的调节(2)CPS-I的调节科学出版社案例版《生物化学》课件4.高血氨症与肝昏迷（案例9-1）血氨参考值：≤

60mol/L引发原因：

肝功能严重损伤，尿素合成酶的遗传缺陷。科学出版社案例版《生物化学》课件肝昏迷的可能机制

TAC↓

脑供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3脑内α-酮戊二酸↓科学出版社案例版《生物化学》课件（1）限制蛋白进食量（2）给肠道抑菌药物（3）服用谷氨酸（4）服用精氨酸、鸟氨酸降低血氨的措施？Question:科学出版社案例版《生物化学》课件第五节

个别氨基酸的代谢MetabolismofIndividualAminoAcids科学出版社案例版《生物化学》课件

一、氨基酸脱羧基作用胺类RCH2NH2+

CO2氨基酸脱羧酶磷酸吡哆醛氨基酸H-C-NH2COOHR科学出版社案例版《生物化学》课件L-谷氨酸脱羧酶–CO2GABAL-谷氨酸（一）

-氨基丁酸科学出版社案例版《生物化学》课件

-氨基丁酸（GABA）：

一种重要的抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。科学出版社案例版《生物化学》课件（二）牛磺酸磺酸丙氨酸脱羧酶–CO2功能：结合胆汁酸的重要组成成分抑制性神经递质维持血液、免疫和生殖促进婴儿生长、发育L-半胱氨酸牛磺酸磺酸丙氨酸3（O）科学出版社案例版《生物化学》课件–CO2组氨酸脱羧酶功能：*扩张血管、降低血压*刺激胃酸分泌组胺L-组氨酸（三）组胺科学出版社案例版《生物化学》课件（四）5-羟色胺（5-HT）功能：

*脑中的5-HT是一种抑制性神经递质*外周组织的5-HT有收缩血管的作用色氨酸–CO25-HT羟化、

脱羧酶5-HT科学出版社案例版《生物化学》课件（五）多胺*腐胺*精脒（亚精胺）*精胺定义：分子中含有2个以上氨基的胺类物质功能：*调节细胞增长，促进细胞增殖*血尿中多胺的水平可作为癌瘤病的辅助诊断及观察病情变化的指标科学出版社案例版《生物化学》课件鸟氨酸腐胺鸟氨酸脱羧酶蛋氨酸

ATPS-腺苷蛋氨酸PPi+PiS-腺苷3-甲硫基丙胺CO2腺苷-S-CH3精脒丙胺转移酶精脒精胺丙胺转移酶科学出版社案例版《生物化学》课件二、一碳单位的代谢氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团。（一）一碳单位的概念甲基

-CH3亚甲基

-CH2-次甲基

-CH=甲酰基

-CHO亚氨甲基

-CH=NH羟甲基-CH2OH科学出版社案例版《生物化学》课件（二）一碳单位的来源1.甘氨酸与一碳单位的产生+CO2+NH3N5,N10-CH2-FH4N5,N10-亚甲基四氢叶酸NAD+NADH+H++FH4甘氨酸甘氨酸裂解酶科学出版社案例版《生物化学》课件+FH4

组氨酸N5-CH=NH-FH4N5-亚氨甲基四氢叶酸

N5-CHOFH4N5-甲酰四氢叶酸2.组氨酸与一碳单位的产生+FH4亚氨甲基

转移酶科学出版社案例版《生物化学》课件N5,N10-CH2-FH4N5,N10-亚甲基四氢叶酸–H2O+FH4丝氨酸3.丝氨酸与一碳单位的产生丝氨酸羟甲基

转移酶科学出版社案例版《生物化学》课件4.色氨酸与一碳单位的产生HCOOH+FH4甲酸ATPADP+PiN10-CHO-FH4N10-甲酰四氢叶酸N10-甲酰四氢叶酸合成酶色氨酸科学出版社案例版《生物化学》课件（三）一碳单位的互相转变N10—CHO—FH4N5,N10=CH—FH4N5,N10—CH2—FH4N5—CH3—FH4N5—CH=NH—FH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3科学出版社案例版《生物化学》课件（四）一碳单位的生理功用*参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。*一碳单位代谢障碍会引起巨幼红细胞性贫血。*磺胺类药及氨甲喋呤等是通过干扰细菌及恶性肿瘤细胞的叶酸、四氢叶酸合成，进一步影响一碳单位代谢及核苷酸合成而发挥药理作用。*参与许多物质的甲基化过程。科学出版社案例版《生物化学》课件三、含硫氨基酸的代谢胱氨酸蛋氨酸半胱氨酸

含硫氨基酸科学出版社案例版《生物化学》课件1.甲硫氨酸的代谢

（1）甲硫氨酸与转甲基作用+ATP甲硫氨酸腺苷转移酶–PPi+PiS-腺苷甲硫氨酸

(SAM)科学出版社案例版《生物化学》课件甲基转移酶RHRH—CH3腺苷SAMS—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸科学出版社案例版《生物化学》课件甲基受体甲基化产物甲基受体甲基化产物———————————————————————————去甲肾上腺素肾上腺素RNA甲基化的RNA

胍乙酸肌酸DNA甲基化的DNA磷脂酰乙醇胺磷脂酰胆碱蛋白质甲基化的蛋白质———————————————————————