简明生物化学原理 课件 第11章 氨基酸代谢

第11章氨基酸代谢

AminoAcidMetabolism简明生物化学原理本章主要内容氨基酸的生物合成蛋白质的生物降解氨基酸的分解蛋白质代谢的调节第一节

氨基酸的生物合成生物固氮还原性氨基酸作用氨基转移作用氨基酸相互转化作用氨基酸代谢与一碳单位一、生物固氮1、生物固N的化学本质2、固N酶3、固N条件生物固N的化学本质

3H26e-2NH3N2+

固N条件（1）电子供体：氧化底物（MH2）、丙酮酸、H2（2）ATP供能（3）厌氧环境（1）结构组成固N酶

（2）作用机理：N2还原剂铁蛋白钼铁蛋白铁蛋白：二聚体、含Fe和S，形成[Fe4S4]簇钼铁蛋白：四聚体（α2β2），含Mo、Fe和S固N酶

b、ATP酶活性：能催化ATP分解，从中获取能量推动电子向还原底物上转移。（3）特点：是一种多功能酶a、氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可催化N2O化合物等还原。二、还原性氨基化作用谷氨酸合成的主要途径是由L-谷氨酸脱氢酶（glutamatedehydrogenase，GDH）催化的α-酮戊二酸氨基化途径动物体内需要NADH或NADPH作为辅酶植物体内只能利用NADPH为辅酶二、还原性氨基化作用三、氨基转移作用由一种氨基酸将其分子上的氨基转移至其他α-酮酸上，形成另一种氨基酸。转氨酶催化磷酸吡哆醛为辅酶四、氨基酸的相互转化作用苏氨酸或丝氨酸可生成甘氨酸色氨酸或胱氨酸可生成丙氨酸谷氨酸可生成脯氨酸苯丙氨酸可生成酪氨酸蛋氨酸可生成半胱氨酸氨基酸的相互转化作用五、氨基代谢与一碳单位指一些氨基酸在代谢过程中，可分解生成含一个碳原子基团（CO2除外）。生物化学中将具有一个碳原子的基团称为“一碳单位”。-CH3甲基-CH2-甲烯基（亚甲基）-CH=甲炔基（次甲基）-CHO甲酰基-CH2OH羟甲基-CH=NH亚氨甲基一碳单位包括：一碳单位的载体四氢叶酸（FH4）

S-腺苷蛋氨酸VitB12

叶酸17

四氢叶酸的结构丝氨酸

FH4-N5,N10-CH2甘氨酸

FH4-N5,N10-CH2组氨酸

FH4-N5-CH=NH色氨酸

FH4-N10—CHO一碳单位的来源和互变一碳基团主要来源于色氨酸、甘氨酸、丝氨酸、组氨酸和蛋氨酸的代谢第二节

蛋白质的生物降解蛋白质分解的酶类外源蛋白质的消化与吸收体内蛋白质的降解一、蛋白质分解的酶类蛋白酶，内切酶肽酶，外切酶一、蛋白质分解的酶类蛋白酶，内切酶肽酶，外切酶二、外源蛋白质的消化与吸收蛋白质的消化氨基酸吸收1、蛋白质的消化蛋白质在胃中由胃蛋白酶消化以酶原形式由胃粘膜主细胞分泌酶原被盐酸激活，胃蛋白酶有自身激活作用最适pH为1.5～2.5酶特异性差，水解不完全，产物是多肽和少量（游离）氨基酸水解位点：芳香族氨基酸的羧基形成的肽键对乳中的酪蛋白有凝乳作用，乳液凝成乳块后延长其在胃中的停留时间而加强消化胃粘膜主细胞胃蛋白酶原分泌胃胃泌素分泌胃中壁细胞分泌盐酸胃蛋白酶激活刺激胃中的消化作用胃蛋白酶原的激活胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)最适pH为1.5～2.5活性？小肠中的消化作用——小肠是蛋白质消化的主要部位。（1）胰酶及其作用胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。胰蛋白酶Trypsin(Parenzyme)EC3.4.4.4，特异性最强的蛋白酶牛胰蛋白酶原有229个氨基酸组成，含6对二硫键从牛、羊、猪的胰脏提取的一种丝氨酸蛋白水解酶，消化酶，肽链内切酶在胰脏合成前体胰蛋白酶原，作为胰液成分分泌，受肠激酶、胰蛋白酶作用激活成为胰蛋白酶（有活性水解位点：Lys和Arg残基的羧基侧。活化糜蛋白酶原、羧肽酶原、磷脂酶原等前体。胰蛋白酶原的激活在肠激酶或自身催化下，酶原的N末端赖氨酸与异亮氨酸残基之间的肽键被水解，释放出来缬-天-天-天-天-赖6肽，生成有活性的胰蛋白酶。2、氨基酸的吸收消化道内的物质透过黏膜进入血液或淋巴的过程称为吸收，主要在小肠内进行。正常情况下，只有氨基酸和少量的二肽、三肽才能被吸收。γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用γ-谷氨酰基循环(γ-glutamylcycle)过程：谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成在小肠黏膜、肾小管及脑组织上三、体内蛋白质的降解（1）溶酶体途径（2）依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行意义：（1）清除异常蛋白；

（2）细胞对代谢进行调控方式a.不依赖ATP的溶酶体途径，没有选择性，主要降解细胞通过胞吞作用摄取的外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。b.在饥饿的细胞，溶酶体会引入一种选择机制，选择性的降解含有五肽Lys-Phe-Glu-Arg-Gln或与其密切相关序列的胞内蛋白，为必不可少的代谢过程提供必需的营养物质。有组织特异性。（1）溶酶体途径（半衰期长的蛋白质）（2）依赖ATP的泛素途径在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白（调节蛋白）此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。（选择性降解）泛素是一种8.5KD（76AA残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个AA残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。2004年6日瑞典皇家科学院宣布，2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。泛素化过程E1：泛素活化酶E2：泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPi泛素COS

E1HS-E2HS-E1泛素COSE2泛素COSE1被降解蛋白质HS-E2泛素COSE2泛素CNH

被降解蛋白质OE3第三节

氨基酸的分解氨基酸的脱氨基作用氨基酸的转氨基作用氨基酸的联合脱氨基作用氨基酸的脱羧基作用氨基酸碳骨架的氧化途径氨的转运和排泄尿素的形成——尿素循环氨基酸失去氨基的作用称为脱氨基作用，分为氧化脱氨基作用（动、植物）非氧化脱氨基作用（微生物）一、氨基酸的脱氨基作用1、氧化脱氨基作用2、非氧化脱氨基作用3、氨基酸的脱酰胺基作用1、氧化脱氨基作用由L（或D）-氨基酸氧化酶、谷氨酸脱氢酶催化。酶催化下氧化生成a-酮酸，耗氧并产生氨。反应分两个步骤进行：第一步脱氢

第二步加水和脱氨

L、D-氨基酸氧化酶属黄素酶，辅酶为FAD，FMN。在氧参与下，它催化氨基酸氧化脱氨生成α-酮酸、NH3和H2O2

L-氨基酸氧化酶：在体内分布不广，活性不高，对脱氨基作用不重要。D-氨基酸氧化酶：在体内分布广，活性较高但体内相应底物极少，对脱氨基作用意义不大。L-谷氨酸脱氢酶存在于肝、脑、肾中线粒体基质脊椎动物，6个相同亚基不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。酶活性高，分布广泛，作用较大。别构调节酶，活性受ATP，GTP，NADH的抑制，受ADP，GDP的激活。维护氨的低浓度。L-谷氨酸脱氢酶NAD(P)+NAD(P)HH2ONH4+L-谷氨酸α-亚氨基戊二酸α-酮戊二酸L-Glu脱氢酶L-谷氨酸脱氢酶在动、植、微生物体内都有。L-谷氨酸脱氢酶是目前发现的能使氨基酸脱去氨基的活力最强的酶在体内，谷氨酸脱氢酶催化可逆反应。一般情况下偏向于谷氨酸的合成，因为高浓度氨对机体有害。但当谷氨酸浓度高而NH3浓度低时，则有利于脱氨和α-酮戊二酸的生成。氨基酸的非氧化脱氨基作用主要在某些微生物中常见，如还原脱氨水解脱氨脱水脱氨脱硫化氢脱氨直接脱氨2、非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用脱氨基作用酶产物其他还原脱氨氢化酶脂肪酸、氨严格无氧水解脱氨水解酶羟酸、氨脱水脱氨脱水酶（PLP）酮酸、氨Ser、Thr脱硫化氢脱氨脱硫氰基酶酮酸、氨、H2SCys直接脱氨天冬氨酸酶延胡索酸、氨Asp水解脱氨：还原脱氨：直接脱氨：延胡索酸羟酸RCH2-COOH+NH3脂肪酸H脱硫化氢脱氨：脱水脱氨：天冬酰胺和谷氨酰胺的脱酰胺基也可视为脱氨的一种类型。这是酰胺酶（amidase）催化的水解脱酰胺作用。3、氨基酸的脱酰胺基作用脱酰胺基作用CH2-CONH2CH2-CH+NH3COO---+H2OCH2-COO-CH2-CH+NH3COO---+NH3谷氨酰胺酶CH2-CONH2CH+NH3COO---+H2O天冬酰胺酶CH2-COO-CH+NH3COO---+NH3上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。1、什么是转氨基作用2、转氨基反应式3、转氨酶（氨基转移酶）的特点4、转氨酶举例及其应用5、转氨酶的辅酶及其作用机制6、转氨基作用的生理意义二、氨基酸的转氨基作用1、什么是转氨基作用

一种氨基酸的氨基经转氨酶催化转移给α-酮酸的作用，称为转氨基作用，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。（二）氨基酸的转氨基作用

2、转氨基反应式用15N标记的氨基酸进行示踪实验证明，大多数氨基酸可参与转氨基作用，但甘氨酸、苏氨酸、赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。（1）存在于一切动物组织，心肌、脑、肝、肾、睾丸组织中含量较高，细胞质和线粒体都可转氨，但反应并无氨真正脱出；（2）大多数转氨酶需要α-酮戊二酸为氨基受体，对另一个底物无严格专一性（甘氨酸、苏氨酸、赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸无法转氨）；（3）一般只催化L-氨基酸和α-酮戊二酸的转氨（枯草芽孢杆菌的转氨酶可催化D-氨基酸转氨）；3、转氨酶（氨基转移酶）的特点（4）催化反应可逆（平衡常数近于1），反应方向取决于4种反应物浓度。也是体内合成非必需氨基酸的重要途径；（5）体内有多种转氨酶，具有特异性：催化不同氨基酸的转氨基作用，具有专一性α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸作为氨基接受体的转氨酶体系常见谷氨酸与α-酮酸的转氨酶最为重要，如：丙氨酸转氨酶（GPT或ALT）天冬氨酸转氨酶（GOT或AST）（6）转氨酶的辅酶——磷酸吡哆醛（VitB6磷酸酯）。3、转氨酶（氨基转移酶）的特点4、转氨酶举例及其应用谷丙转氨酶（GPT，ALT）肝功能损害最敏感的检测指标谷草转氨酶（GOT，AST）

心肌梗塞诊断的指标之一

CH3

H-C-NH2+

COOH

COOH

（CH2）2

C=O

COOH丙氨酸α-酮戊二酸

CH3

C=O

+

COOH

COOH

（CH2）2

H-C-NH2

COOH丙酮酸谷氨酸ALTGPT

COOH

CH2

+H-C-NH2

COOH

COOH

（CH2）2

C=O

COOHAST天冬氨酸

COOH

CH2

+C=O

COOH

COOH

（CH2）2

H-C-NH2

COOH谷氨酸α-酮戊二酸GOT草酰乙酸5、转氨酶的辅酶及其作用机制

转氨的一半反应：无S时，PLP醛基与转氨酶活性部位Lys侧链ε-氨基形成共价希夫碱式连接。S进入，α-氨基酸取代活性部位Lys侧链ε-氨基，形成新的希夫碱式连接。分子重排形成其异构体，水解亚胺键生成α-酮酸和PMP。转氨的另一半反应：上述逆行乒乓机制磷酸吡哆醛作为氨基传递体转氨酶催化的转氨基作用是可逆反应，不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是体内合成非必需基酸的主要途径。6、转氨基作用的生理意义1、什么是联合脱氨基作用2、联合脱氨基作用有两种不同形式三、联合脱氨基作用1、什么是联合脱氨基作用回顾知识点L-氨基酸氧化酶底物多，但分布不广，活性弱；L-谷氨酸脱氢酶分布广，活性较强，但底物专一；D-氨基酸氧化酶分布广，活性强，但底物少；转氨酶分布广，活性强，但只能转移氨基，不脱氨；哪条路径能够彻底脱氨基？你能想到什么？1、什么是联合脱氨基作用能否联用？L-谷氨酸脱氢酶分布广，活性较强，但底物专一；转氨酶分布广，活性强，但只能转移氨基，不脱氨；又称间接脱氨，α-氨基酸先与α-酮戊二酸起转氨基作用，形成Glu，再脱氨。生物体采用转氨作用和氧化脱氨作用联合进行的方法，即可迅速地使各种不同的氨基酸脱掉氨基，叫联合脱氨基作用。①以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用②以嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用2、联合脱氨基作用有两种不同形式以α-酮戊二酸为氨基受体，生成α-酮酸和Glu，再经谷氨酸脱氢酶催化，生成α-酮戊二酸，同时释出氨气。反应：主要在肝、肾组织①以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用特点：(1)偶联顺序：对多数氨基酸的脱氨作用，一般

先转氨基然后再氧化脱氨。(2)转氨基作用的氨基受体是α-酮戊二酸，只有它接受氨基才能生成Glu，后者在谷氨酸脱氢酶催化下氧化脱氨。(3)反应主要在肝、肾、脑组织中进行。意义：该联合脱氨基作用全程可逆，是体内氨基酸脱氨基的最重要方式，其逆过程又是体内合成非必需氨基酸的主要途径。骨骼肌、心肌组织（肝、脑）中Glu脱氢酶活性很低，腺苷酸脱氨酶的活性较高，采用此方式脱氨基。②以嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用腺苷酸脱氨酶②以嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用

部位：骨骼肌和心肌（肝和脑）转氨酶1GOT裂合酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶特点及意义：腺苷酸脱氨酶在肌组织中活性较强，此反应主要在肌肉组织（肝、脑）进行，据此可使肌肉组织中氨基酸得以脱去氨基。脑组织中约50%的氨是通过此过程产生的。四、氨基酸脱羧基作用氨基酸脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具重要生理功能。一种氨基酸脱羧酶一般只对一种L-型氨基酸或其衍生物起脱羧作用，专一性高。除组氨酸脱羧酶不需任何辅酶外，其余各氨基酸脱羧酶皆需磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛氨基酸脱羧酶可使氨基酸脱羧产生一级胺反应可以下式代表COOH|(CH2)2COOH|L-谷氨酸脱羧酶|CH-NH2(CH2)2|CO2|COOHCH2NH2L-谷氨酸

γ-氨基丁酸

γ-氨基丁酸γ-氨基丁酸：γ-aminobutyricacid,GABA抑制性神经递质，酶在脑、肾组织中活性较高具镇静、催眠、抗惊厥、降血压的生理作用组胺

组氨酸脱羧酶HC=C-CH2CHCOOHHC=C-CH2CH2NH2|||CO2||HNNNH2HNNCCHHL-组氨酸组胺组胺：血管舒张剂，降低血压，胃酸刺激剂Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)色氨酸5-羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶5-羟色氨酸脱羧酶CO25-HT在脑内作为神经递质，起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。氨基酸脱羧基产物氨基酸脱羧基产物专一性脱羧酶生理功能赖氨酸尸胺微尸臭的主要味道之一，是尿液与精液的特殊气味的部分原因酪氨酸酪胺微、动收缩子宫、收缩末梢神经及升高血压精氨酸鲱精胺微由水解酶的催化可形成腐肉胺鸟氨酸腐胺微超级臭，剧毒，在胃肠道黏膜上皮细胞迁移、增殖和分化中发挥作用。谷氨酸γ-氨基丁酸微、动抑制性神经递质，镇静、催眠、抗惊厥、降血压组氨酸组胺动血管舒张剂，降低血压，胃酸刺激剂半胱氨酸牛磺酸动保护视网膜、心肌，促进脂类吸收5-羟色氨酸5-羟色胺动抑制性神经递质，抗抑郁，增强记忆力五、氨基酸碳骨架的氧化途径20种氨基酸分解途径各异，都集中形成5（7）种产物进入TCA循环，最后氧化成CO2和H2O。乙酰CoAα-酮戊二酸琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸丙酮酸乙酰乙酰CoA79六、氨的转运和排泄1、氨的排泄2、氨的转运血氨氨基酸脱氨肠道吸收肾小管分泌合成尿素合成合成氨基酸等含氮化合物铵盐生成排出合成谷氨酰胺血氨的来源与去路①排氨动物（水生如鱼类），以Gln形式运送至排泄部位，经谷氨酰胺酶作用产生氨，扩散排除。②排尿素动物（陆栖高等动物和两栖类），肝脏中进行尿素循环(ureacycle)，形成尿素排除。③排尿酸动物（如陆生爬虫类和鸟类）——尿酸的形成。1、氨的排泄1、氨的排泄④蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄形式；⑤有的鱼类以氧化三甲胺作为排氮形式；⑥高等植物将氨基氮以Gln和Asn形式储存体内。2、氨的转运体内氨的转运有两种形式（1）谷氨酰胺是氨运输的主要形式（2）丙氨酸-葡萄糖循环（1）谷氨酰胺是氨运输的主要形式谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺酶生理意义Gln从脑和肌肉向肝和肾转运氨Gln中性无毒，容易透过细胞膜，主要运输方式Gln既是氨的解毒产物，又是氨的储存和运输形式是血液中含量最高的氨基酸（8.3mg/dL）对氨中毒病人可用谷氨酸盐降低血氨浓度L-谷氨酸（血液）谷氨酰胺（肝脏、肾脏）L-谷氨酸谷氨酰胺NH3H2O尿素（肝）铵盐（肾）少部分NH3+ATPADP+PiL-谷氨酸谷氨酰胺（脑组织、肌肉组织）谷氨酰胺的运氨作用（2）丙氨酸-葡萄糖循环（alanine-glucosecycle）生理意义肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到