氨基酸的代谢课件1

氨基酸的代謝

MetabolismofAminoAcids第一節

蛋白质的降解

活細胞內的組分一直在更新——蛋白質合成與降解的動態平衡蛋白質的存活時間——半壽期：蛋白質降解掉一半所用的時間意義：排除非正常蛋白；排除積累過多的酶/調節蛋白氮平衡(nitrogenbalance)攝入食物的含氮量與排泄物（尿與糞）中含氮量之間的關係。氮總平衡:

攝入氮=排出氮（正常成人）氮正平衡:

攝入氮>排出氮（兒童、孕婦等）氮負平衡:

攝入氮<排出氮（饑餓、消耗性疾病患者）蛋白質在體內的降解

細胞外途徑：胃和小腸中的消化細胞內途徑：酶一、外源蛋白質的消化與吸收蛋白質消化的生理意義由大分子轉變為小分子，便於吸收。消除種屬特異性和抗原性，防止過敏、毒性反應。小腸中的消化（蛋白質消化的主要部位）

蛋白質多肽碎片胃酸、胃蛋白酶消化過程胃中的消化作用多肽胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶羧基肽酶、氨基肽酶氨基酸

胰凝乳蛋白酶/糜蛋白酶（chymotrypsin）：芳香族氨基酸的羧基端(Phe，Tyr，Trp

，不於Pro相連)

胃蛋白酶（pepsin）：斷裂鍵的兩端均為疏水氨基酸(Leu-Val)氨基酸的吸收吸收部位：主要在小腸吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收機制：耗能的主動吸收過程二、組織蛋白質的胞內降解

溶酶體（lysosome）蛋白質降解途徑：無選擇的降解蛋白質，長半壽期蛋白依賴於ATP的泛素（ubiquitin）降解途徑：給選擇降解的蛋白質加以標記，再降解。短半壽期蛋白（真核細胞）

蛋白質泛素降解途徑泛素：76氨基酸，8.5Kd

，蛋白質降解的標籤蛋白質的泛素化：酶1：泛素活化酶（Ubiquitin-activatingenzyme）酶2：泛素攜帶蛋白（ubiquitin-carrierenzyme）酶3：泛素蛋白連接酶（ubiquitin-proteinligase）泛素化的靶蛋白由蛋白酶體（25條肽鏈）降解泛素活化酶泛素攜帶蛋白泛素蛋白連接酶泛素蛋白酶體泛素C端羧基與靶蛋白Lys的ε氨基形成異肽鍵泛素蛋白酶體途徑

26S蛋白酶體是一個巨大的多亞單位的蛋白酶複合體

第二節

氨基酸的分解代谢

氨基酸分解代謝概貌氨基甲醯磷酸胞內蛋白食物蛋白氨基酸碳骨架α-酮酸合成氨基酸、核苷酸、生物胺尿素迴圈TCA草醯乙酸三羧酸迴圈的天冬氨酸-精氨琥珀酸支路尿素（氮排泄產物）一、氨基酸分解的基本反應

1.氨基酸的脫氨基作用（通常為氧化脫氨）

氨基氧化酶：L-氨基酸氧化酶（低活性，分佈不廣）

D-氨基酸氧化酶（高活性，少）脫氨基作用主要在肝臟中進行L-谷氨酸脫氫酶（L-glutamatedehydrogenase）的作用存在於肝、腦、腎中脫氨活力最高輔酶為

NAD+或NADP+別構抑制劑：GTP、ATP別構啟動劑：GDP、ADP催化可逆反應：發酵產味精

L-谷氨酸脫氫酶（6亞基）L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2Oα-亞氨基戊二酸穀氨醯胺和天冬醯胺可脫醯胺基生成相應氨基酸絲氨酸和蘇氨酸的直接脫氨作用——氨基酸專一性脫水酶絲氨酸蘇氨酸α-酮丁酸2.氨基酸的轉氨基作用(transamination)

在轉氨酶(transaminase)催化下，α-氨基酸和α-酮酸中間氨基轉移的作用。體內多數氨基酸脫氨基的重要方式，機體合成非必需氨基酸的重要途徑。(Donoraminoacid)(Newketoacid)(Accepterketoacid)(Newaminoacid)2211轉氨酶的特點

催化可逆反應，平衡常數約1.0

輔酶為磷酸吡哆醛通常以α-酮戊二酸為氨基受體專一性強，種類多不催化產生NH3轉氨基作用的機制氨基酸

磷酸吡哆醛α-酮酸

磷酸吡哆胺谷氨酸α-酮戊二酸轉氨酶

正常人各組織GOT及GPT活性(單位/克濕組織)血清轉氨酶活性，臨床上可作為疾病診斷和預後的指標之一。重要轉氨酶：GPT：丙氨酸氨基轉移酶（穀丙轉氨酶）GOP：天門冬氨酸氨基轉移酶（穀草轉氨酶）穀丙轉氨酶（GPT/ALT）GluPyruvateα-Ketoglutarate

(α-KG)AlaGPT穀草轉氨酶GOT氨基酸

谷氨酸

α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+轉氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脫氫酶聯合脫氨基作用（transdeamination）：轉氨基作用和脫氨基作用偶聯在一起的脫氨方式。3.氨基酸的聯合脫氨基作用

α-KG谷氨酸轉氨酶L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶為中心的聯合脫氨

轉氨基偶聯嘌呤核苷酸迴圈蘋果酸

腺苷酸代琥珀酸次黃嘌呤核苷酸

(IMP)α-酮戊二酸氨基酸

谷氨酸α-酮酸轉氨酶1草醯乙酸天冬氨酸轉氨酶

2主要在肌肉、肝、腦組織進行。腺苷酸脫氫酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶GTPGDP+Pi回補TCA迴圈4.氨基酸的脫羧基作用氨基酸脫羧酶氨基酸胺類RCH2NH2+

CO2磷酸吡哆醛二、氨的排泄氨是機體正常代謝產物，具有毒性。血氨濃度增高可引起大腦功能障礙。體內的氨主要在肝合成尿素而解毒。正常人血氨濃度一般不超過0.6μmol/L。血氨的來源與去路

血氨的來源①

氨基酸脫氨基作用產生的氨是血氨主要來源,

胺類的分解也可以產生氨RCH2NH2RCHO+NH3胺氧化酶②

腸道吸收的氨氨基酸在腸道細菌作用下產生的氨尿素經腸道細菌尿素酶水解產生的氨③腎小管上皮細胞分泌的氨主要來自穀氨醯胺

穀氨醯胺谷氨酸+NH3穀氨醯胺酶血氨的去路①在肝內合成尿素，這是最主要的去路②合成非必需氨基酸及其它含氮化合物③合成穀氨醯胺

谷氨酸+NH3穀氨醯胺

穀氨醯胺合成酶ATPADP+Pi④腎小管泌氨分泌的NH3在酸性條件下生成NH4+，隨尿排出。反應過程谷氨酸+NH3穀氨醯胺穀氨醯胺合成酶ATPADP+Pi穀氨醯胺酶在腦、肌肉合成穀氨醯胺（中性無毒、易透過細胞膜），經血運輸到肝和腎後再分解為氨和谷氨酸，從而進行解毒。生理意義穀氨醯胺是氨的解毒產物，也是氨的儲存及運輸形式，還可為其他合成反應供氨基。

氨的轉運——肝外組織→肝臟

（1）穀氨醯胺的運氨作用

（2）以丙氨酸形式轉運——丙氨酸-葡萄糖迴圈(alanine-glucosecycle)

生理意義①肌肉中氨以無毒的丙氨酸形式運輸到肝。②避免乳酸/丙酮酸在肌肉中堆積③肝為肌肉提供葡萄糖。丙氨酸葡萄糖其他氨基酸α-酮酸丙酮酸糖酵解途徑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尿素尿素迴圈糖異生肝丙氨酸-葡萄糖迴圈葡萄糖轉氨酶GPT2.尿素的合成——尿素迴圈哺乳動物氨的排泄形式生成部位主要在肝細胞的線粒體及胞液中。生成過程鳥氨酸迴圈(orinithinecycle)，又稱尿素迴圈

(ureacycle)。尿素迴圈概貌尿素迴圈的發現HansKrebs&Kunt

Henseleit

懸浮肝臟切片之緩衝液+鳥氨酸/瓜氨酸/精氨酸→加快尿素合成精氨酸+水（精氨酸酶）→鳥氨酸+尿素鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸結構關係

CO2+NH3+H2O+2ATP氨甲醯磷酸合成酶Ⅰ（調節酶）（N-乙醯谷氨酸*）COH2NO

~

PO32-+2ADP+2Pi氨甲醯磷酸（1）氨甲醯磷酸的合成反應線上粒體中進行，尿素第一個氮原子的獲取*N-乙醯谷氨酸為氨甲醯磷酸合成酶Ⅰ啟動劑鳥氨酸轉氨甲醯酶H3PO4+氨甲醯磷酸（2）瓜氨酸的合成反應線上粒體中進行，瓜氨酸生成後進入胞液。

精氨琥珀酸合成酶ATPAMP+PPi+天冬氨酸精氨琥珀酸（3）精氨琥珀酸的合成反應在胞液中進行，尿素第二個氮原子的獲取。精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨琥珀酸（4）精氨琥珀酸的裂解精氨琥珀酸酶尿素鳥氨酸精氨酸（5）尿素的形成

H2O鳥氨酸迴圈2ADP+PiCO2+NH3

+H2O氨甲醯磷酸2ATPPi鳥氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草醯乙酸蘋果酸α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸精氨琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi線粒體胞液鳥氨酸尿素H2O3.尿素迴圈小結原料：2分子氨，一個來自於游離氨，另一個來自天冬氨酸。部位：2步線粒體中進行，3步在胞液中進行。耗能：3個ATP，4個高能磷酸鍵，1個CO2總反應：

NH3++CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O→

尿素+延胡索酸+2ADP+AMP+4Pi尿素—檸檬酸雙迴圈（Krebsbicycle）

延胡索酸蘋果酸檸檬酸迴圈的天冬氨酸-精氨琥珀酸旁路精氨酸鳥氨酸瓜氨酸氨甲醯磷酸精氨琥珀酸天冬氨酸谷氨酸α-酮戊二酸草醯乙酸天冬氨酸-精氨琥珀酸旁路4.尿素迴圈的調節

食物蛋白質的影響：高蛋白飲食或嚴重饑餓（肌肉蛋白分解供能），迴圈加速；低蛋白高碳水化合物飲食，尿素循降低

關鍵酶的調節：N-乙醯谷氨酸是氨甲醯磷酸合成酶I的別構啟動劑。（精氨酸的間接作用）N-乙醯谷氨酸的合成與作用N-乙醯谷氨酸N-乙醯谷氨酸合酶精氨酸氨甲醯磷酸合成酶I5.高氨血症和氨中毒尿素迴圈是氨排泄的主要途徑血氨濃度升高（0.6μmol/L）稱高氨血症(hyperammonemia)，常見於肝功能嚴重損傷時，尿素合成酶的遺傳缺陷也可導致高氨血症。高氨血症時可引起腦功能障礙，稱氨中毒

(ammoniapoisoning)。TAC↓

腦供能不足α-酮戊二酸谷氨酸穀氨醯胺NH3，NADHNH3，ATP

腦內α-酮戊二酸↓氨中毒的可能機制干擾腦組織能量代謝降低三羧酸迴圈影響神經介質γ-氨基丁酸合成三、氨基酸碳架的氧化酮酸的代謝去路：經氨基化生成非必需氨基酸轉變成糖及脂類氧化供能（人體產生能量的10-15%）1.生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸：能生成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀醯CoA、延胡索酸、草醯乙酸的氨基酸生酮氨基酸：生成乙醯CoA、乙醯乙醯CoA的氨基酸→酮體甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、羥脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、穀氨醯胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬醯胺、脯氨酸、半胱氨酸類別氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸生糖兼生酮氨基酸異亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸氨基酸生糖及生酮性質的分類甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、羥脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、穀氨醯胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬醯胺、脯氨酸、半胱氨酸類別氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸生糖兼生酮氨基酸甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、蘇氨酸、羥脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、穀氨醯胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬醯胺、脯氨酸、半胱氨酸類別氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸生糖兼生酮氨基酸類別氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、賴氨酸生糖兼生酮氨基酸氨基酸生糖及生酮性質的分類標準氨基酸進入三羧酸迴圈的入口2.個別氨基酸的氧化途徑

生成乙醯CoA的氨基酸生成乙醯乙醯CoA的氨基酸生成α-酮戊二酸的氨基酸生成琥珀醯CoA的氨基酸生成草醯乙酸的氨基酸3.氨基酸衍生的其他重要物質

1）一碳單位(onecarbonunit)某些氨基酸代謝過程中產生的“只含有一個碳原子的基團，稱為一碳單位”。種類：甲基-CH3;羥甲基-CH2OH;

亞甲基–CH2–；亞氨甲基–CH=NH；

甲醯基–HCO-；氨甲醯基–COHNH來源：Gly

、His、Ser、Thr等功能：參與嘌呤、嘧啶的合成；參與各種生物活性物質的甲基化修飾等載體：四氫葉酸（tetrahydrofolate,THF，曾用FH4）四氫葉酸的結構2-氨基-羥-6-甲基蝶呤對氨基苯甲酸谷氨酸5，6，7，8-四氫葉酸THF攜帶一碳單位的形式

（一碳單位通常是結合在THF分子的N5、N10位上）N5—CH3—FH4N5、N10—CH2—FH4N5、N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH4腺苷轉移酶PPi+Pi+甲硫氨酸ATPS-腺苷甲硫氨酸(S-腺苷Met，SAM)甲基供體S-腺苷甲硫氨酸甲基轉移酶RHR—CH3腺苷SAMS-腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM為體內甲基的直接供體

H2O甲硫氨酸S-腺苷同型半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸THFN5—CH3—THFN5—CH3—THF

轉甲基酶(VitB12)H2O腺苷RATPPPi+PiR-CH3甲硫氨酸迴圈——THF可通過SAM轉移一碳單位

2）由氨基酸衍生的生物活性物質

L-谷氨酸GABACO2L-谷氨酸脫羧酶①γ-氨基丁酸

(γ-aminobutyricacid,GABA)

谷氨酸具有興奮作用

GABA是抑制性神經遞質，對中樞神經有抑制作用。驚厥和妊娠嘔吐的病人常常使用維生素B6治療，→提高腦組織內谷氨酸脫羧酶活性，→GABA↑，增強中樞抑制作用。2②組胺(histamine)

組胺是強烈的血管舒張劑→血壓下降增加毛細血管的通透性→局部水腫刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌過敏反應→變質魚類組胺中毒③5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)

在腦內作為神經遞質，興奮交感神經元，抑制付交感神經元；在外周組織有收縮血管的作用。

④芳香族氨基酸的代謝芳香族氨基酸

苯丙氨酸

酪氨酸

色氨酸苯丙氨酸和酪氨酸的代謝苯丙氨酸+O2酪氨酸+H2O苯丙氨酸羥化酶四氫生物蝶呤二氫生物蝶呤NADPH+H+NADP+苯丙氨酸/酪氨酸代謝異常導致多種疾病

苯酮酸尿症(phenylkeronuria,PKU)苯丙氨酸羥化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常轉變為酪氨酸，苯丙氨酸經轉氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，並從尿中排出的一種遺傳代謝病。苯丙酮酸的堆積對中樞神經系統有毒性，→伴發智力發育障礙。早期控制飲食苯丙氨酸含量，有利智力發育。酪氨酸可轉化成兒茶酚胺（catecholamine）類物質——神經介質羥化帕金森病↓精神分裂↑酪氨酸轉化成黑色素（melanin）酪氨酸酶缺乏，黑色素合成障礙，可導致白化病（albinism）。酪氨酸的分解代謝體內代謝尿黑酸的尿黑酸氧化酶先天缺陷時，尿黑酸分解受阻，可出現尿黑酸症。——大量尿黑酸排入尿中，經空氣氧化為相應的對醌，後者可聚合為黑色物。+NO+O2NADPH+H+NADP+一氧化氮合酶（NOS）精氨酸瓜氨酸一氧化氮⑤精氨酸產生NONO通過血管內皮細胞發生作用乙醯膽鹼→內皮細胞Ca2+↑，啟動NOS→NONO擴散至血管平滑肌細胞，啟動GC→cGMP↑→蛋白激酶活化→胞內Ca2+外流→血管舒張。第三節

氨基酸的生物合成一、氨基酸的生物合成必需氨基酸(essentialaminoacid)

人體不能合成，必須從食物中獲取。Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp、His、Arg（小動物）——機體不能自己合成，必需自外界獲得的氨基酸非必需氨基酸人體自身可以合成的氨基酸氨基酸生物合成途徑的共性起始材料：非CO2，NH3起始的從頭合成起始於：三羧酸迴圈（TCA），糖酵解（EMP），磷酸戊糖途徑中間代謝物氨基酸合成概述檸檬酸迴圈α-酮戊二酸草醯乙酸谷氨酸天冬氨酸脯氨酸精氨酸穀氨醯胺天冬醯胺甲硫氨酸蘇氨酸賴氨酸（天冬氨酸族）（谷氨酸族）糖酵解丙酮酸絲氨酸半胱氨酸甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸甘油-3-磷酸（絲氨酸族）（丙酮酸族）糖酵解苯丙氨