基础生化-氨基酸代谢

1、第七章 氨基酸代谢,第一节 蛋白质的酶促降解,第二节 氨基酸的分解代谢,第三节 一些氨基酸的特殊代谢,第四节 氨的同化及氨基酸的生物合成,人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中,称为蛋白质周转。 成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降解。,第一节 蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,一、内源蛋白质的降解,二、机体对外源蛋白质的需要,三、氨基酸代谢库,四、氨基酸代谢概况,一、内源蛋白质的降解,（一）内源性蛋白质降解的特点 1、有一定选择性,2、细胞的营养状态,每天都有一定量的细胞内蛋白被降解： 被异常修饰的非正常蛋白、突变蛋白 需及时灭活的具调节活性的蛋白（如关键酶）,当aa丰富时，蛋

2、白降解加速 食物蛋白供应充足或过量 饥饿或糖尿病时无法获得充足的糖做燃料,（二）真核生物内源蛋白质降解 1. 不依赖ATP的降解途径：无选择性 在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。,慢性炎症：类风湿性关节炎,细胞如何有选择地降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能？,内源过期蛋白质,水解,氨基酸,？,泛肽识别并在溶酶体中水解,（二）真核生物内源蛋白质降解,2. 依赖ATP和泛素的降解途径： 在胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与。 泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。它的主要功能是标记需要分解掉的蛋白质

3、，使其被水解。它如同一位重要的质量监督员，通过它的严格把关，通常有30新合成的蛋白质没有通过质检而被销毁。,2004年，阿龙切哈诺沃、阿夫拉姆赫什科、欧文罗斯因发现了泛素调解的蛋白质降解过程而获得了诺贝尔化学奖。,该途径的异常与诸多疾病如遗传性疾病、炎症、自身免疫性疾病及肿瘤等有密切关系。,蛋白质降解的泛肽途径,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶体,20S蛋白酶体,ATP,19S调节亚基,去折叠,水解,E1：泛肽活化酶 E2：泛肽载体蛋白 E3：泛肽-蛋白质连接酶,（ubiquitin）,1.蛋白质的生理功能,组织细

4、胞重要的组成成分，维持组织、 细胞的生长，更新和修补组织,参与多种重要的生理活动(如酶、激素),氧化供能（17.9KJ/g 蛋白质）,可转化为糖和脂肪等,氨基酸为含氮化合物合成的提供氮源,二、 机体对外源蛋白质的需要,*总氮平衡：摄入氮=排出氮 即蛋白质分解与合成处于平衡，如健康的成人,*正氮平衡：摄入氮排出氮 即蛋白质合成量多于分解量，如儿童、孕妇,*负氮平衡：摄入氮排出氮 即蛋白质分解量多于合成量，如饥饿、消耗性疾病,食物摄入氮-(尿氮+粪氮),可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系,2.氮平衡,氮平衡是指氮的摄入量与排出量之间的平衡状态.,成人每日最低需要量: 3050g/d,我国营养学会

5、推荐的 成人每日需要量: 80g/d,在糖和脂肪等物质充分供应的条件下，为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白质的量，称为蛋白质的最低生理需要量。,蛋白质的最低生理需要量,取决于其含必需氨基酸种类及含量的多少,必需氨基酸：机体不能合成、必需从食物中摄取：苏、缬、异亮、亮、赖、色、苯丙、蛋氨酸,非必需氨基酸：体内可合成的氨基酸,半必需氨基酸：婴幼儿时期合成量不能满足需要 组氨酸和精氨酸,3.蛋白质的营养价值,氮的保留量 BV= 100% 氮的吸收量,蛋白质的互补作用,指营养价值较低的蛋白质若与必需氨基酸互相补充混合食用时则可大大提高营养价值。,蛋白质的生理价值（BV）：,指食物蛋白的利用率,蛋白质

6、营养价值的化学评分,蛋白来源 重量% 单食时BV 混食时BV 豆腐干 42 65 77 面 筋 58 67 小 麦 39 67 小 米 13 57 89 牛 肉 26 69 大 豆 2 2 64 ,混合食物蛋白质的互补作用,例如：大米缺乏Lys，大豆蛋白富含Lys、相对Trp不足，玉米Trp含量丰富。三者单独食用时，其蛋白质的生物价分别为57、57 、60 ，但当三者按20%：40%：40%的比例混合食用时，其蛋白质生物价可提高到73%，与肉相当。从而大大提高了蛋白质的利用率。,三、氨基酸代谢库,食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的和合成的非必需氨基酸（内源性氨基

7、酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolic pool)。,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),氨基酸代谢库,氨基酸代谢库,四、氨基酸代谢概况,合成,目 录,氨基酸的分解代谢概况,分解代谢概况,第二节 氨基酸的分解代谢,第二节 氨基酸的分解代谢,一、脱氨基作用,二、脱羧基作用,三、羟化作用,四、氨基酸分解产物的代谢,第二节 氨基酸的分解代谢,一、脱氨基作用,氧化脱氨基 非氧化脱氨基 脱酰胺作用 转氨基作用 联合脱氨基,氨基酸,氨,-酮酸,脱氨基作用是氨基酸的分解代谢的主要途径, 氧化脱氨基作用,1.定义：-AA在酶的作用下，

8、氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。,氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。,H2O,L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏， 辅基为FMN或FAD）,D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少， 辅基为FAD）,L-谷氨酸脱氢酶 （专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。,2.AA氧化酶的种类,氨基酸氧化酶只有Glu脱氢酶分布广、活性高，但肌肉缺乏 不是体内主要的脱氨基方式,+NAD(P)+H2O,谷氨酸 脱氢酶,ATP GTP NADH激活逆反应 ADP GDP促进正反应,体内（正）,体外（反）,L

9、-谷氨酸脱氢酶位于线粒体基质,NAD为受体，生成的NADH进入呼吸链产生ATP； NADP为受体，生成的NADPH作为生物合成的还原力,当氨被除去时，反应向右进行,还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。（在微生物中个别AA进行,但不普遍）, 非氧化脱氨,例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA),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。, 氨基酸的脱酰胺作用,（四）转氨基作用,(transaminase),反应可逆，既可参与分解又可参与合成,1定义：指在转氨酶催化下将-氨基酸的氨基转给另一个-酮酸，生成相应的酮酸和新的-氨基酸的过程。氨基从一种碳骨架转移到另一

10、种碳骨架的过程。,2.常见的转氨酶,1)GPT（谷丙） 2)GOT （谷草）,多数转氨酶定位于肝脏，受损、快要死亡的组织大量释放GPT、GOT进入血液，临床测定血清中酶活性作为诊断肝炎的指标之一。,1）.转氨基作用可以在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。除Lys，Pro，Thr外，均可参加转氨基作用。 2）.各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶，多数以Glu为氨基供体或-酮戊二酸为氨基受体。 3）.转氨酶种类多、分布广、活性高，但氨基酸没有真正脱掉氨基,3.转氨基作用(transamination)的要点：,最佳脱氨基的方式是？ 联合脱氨基=转氨基+氧化脱氨基 转氨酶

11、与Glu脱氢酶的联合脱氨基 肝、脑、肾 嘌呤核苷酸循环 肌肉、脑、肾,（五）联合脱氨基作用（75%通过此方式）,两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。,2. 类型, 转氨基偶联氧化脱氨基作用,1. 定义, 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环, 转氨基偶联氧化脱氨基作用,转氨酶,L-Glu脱氢酶,肌肉、肝、脑、肾中的嘌呤核苷酸循环, 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,二、氨基酸的脱羧基作用,氨基酸脱羧酶,氨基酸,胺类,RCH2NH2,+ CO2,磷酸吡哆醛,由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。,抑制性神经递质,合成牛磺胆酸,脑组织中含有较多牛

12、磺酸,牛磺酸,提高神经传导和视觉机能,5-羟色胺（5-HT）,5-羟色胺（5-HT）,主要讲Tyr代谢与黑色素形成问题,Tyr酶,聚合,黑色素,动物,植物,激素,生物碱,多巴醌,三、氨基酸的羟化作用,多巴胺,Tyr酶,多巴,多巴醌,加单氧酶（羟化酶、混合功能氧化酶）,四、氨基酸分解产物的代谢,（一）氨的转运,（二）氨的代谢转变,（三）尿素的生成,（四）AA碳骨架的去路,胺：可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。 CO2 ：呼出或参与羧化反应,氨中毒的可能机制I-肝性脑病（肝昏迷）,表现：语言、视力模糊、昏迷、死亡,氨中毒的可能机制 II,是肌肉与肝之间氨的转运形式。

13、 意义：既使肌肉中的氨以无毒的Ala形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。,（一）氨的转运,1.丙氨酸-葡萄糖循环,Ala,G,肌肉 蛋白质,氨基酸,NH3,谷氨酸,-酮戊 二酸,丙酮酸,EMP,肌肉,Ala,血液,Ala,G,-酮戊二酸,Glu,丙酮酸,NH3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,丙氨酸-葡萄糖循环,G,目 录,2.谷氨酰胺的运氨作用,主要是从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。Gln既是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输形式。,3、氨的转运,Gln合成酶,谷氨酰磷酸,Gln合成酶,以中性Gln形式转运,肝脏,四、氨基酸分解产物的代谢,（二）氨的代谢转变,排泄,1）排氨生物：NH3

14、转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类） 2）以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类） 3）以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）,水生生物直接扩散脱氨（NH3）,哺乳、两栖动物排尿素,各种生物根据安全、价廉的原则排氨,直接排氨，不消耗能量；排氨形式越复杂、越耗能,？,体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,？,体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。,鸟类、爬虫排尿酸,均来自转氨,不溶于水 毒性很小 需更多能量,为什么这类生物如

15、此排氨？,水循环太慢，保留水分同时不中毒，付出高能量代价。,高等植物，以Gln/Asn形式储存氨，不排氨。,1.排泄 2.重新利用合成非必需AA： 3.合成酰胺（高等植物中Asn，动物Gln） 4.嘧啶环的合成（核酸代谢）,（二）氨的代谢转变,（三）尿素的生成（P513）,体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素。 合成尿素的主要器官是肝，但在肾及脑中也可少量合成。 尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithine cycle)的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在于胞液和线粒体中。,（1）氨基甲酰磷酸的合成 此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoyl phosphate

16、synthetase - , CPS-）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。,1.尿素生成的鸟氨酸循环,在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithine carbamoyl trans-ferase, OCT）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。,(2) 瓜氨酸的合成,Urea Biosynthesis -2,（2）瓜氨酸的合成,(Carbamoyl phosphate),(Ornithine),(Citrulline),Urea Biosynthesis -3,（3）精氨酸的合成（胞质）,(Citrulline),(Asp),(Argin

17、inosuccinate),(Argininosuccinate),(Arginine),(Fumarate),限速酶,Urea Biosynthesis -4,（4）精氨酸水解生成尿素,(Arginine),(Urea),(Ornithine),鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,尿素生成的要点 亚细胞定位：线粒体与细胞质 限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶 耗能过程：4ATP/urea N与C来源：氨基酸脱氨和CO2 其意义：解除氨毒害,生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的AA,生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的AA,生成TCA代谢物的AA,（四）AA碳骨架的去路（P517）,（四）AA碳骨架的去路（AA脱氨

18、基的意义）,生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。凡能生成丙酮酸、TCA代谢物的AA。 生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。凡能生成乙酰乙酸或乙酰CoA的AA，有Leu和Lys。 生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。有Ile、Phe、Tyr、Trp、Thr。,第三节 一些氨基酸的特殊代谢,一、一碳单位代谢,二、 含硫氨基酸代谢,三、 芳香族氨基酸代谢,四、 支链氨基酸代谢,一、一碳单位代谢,（一）一碳单位的概念,（二） FH4是一碳单位的载体,FH4的生成,不能游离存在，与四氢叶酸（FH4）结合转运,一碳单位种类与存在形式,（三）一碳单位的生成及互变,一碳单位来源和去路,

19、甘氨酸、组氨酸、丝氨酸、色氨酸、甲硫氨酸,被四氢叶酸（FH4）结合携带,一碳单位,用于嘌呤和嘧啶碱的合成,来源,去路,载体,（四）一碳单位代谢的生理意义,是联系氨基酸代谢与核苷酸代谢的枢纽 一碳单位为嘌呤及嘧啶合成提供原料 一碳单位代谢障碍可造成某些疾病， 如巨幼红细胞性贫血等,二、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸（？）,半胱氨酸,（一）甲硫氨酸的代谢,1. 甲硫氨酸与转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基转移酶,RH,RHCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM为体内甲基的直接供体 体内有50多种物质由它提供甲基（肌

20、酸、肉毒碱、胆碱、肾上腺素） 甲基化是体内重要的代谢反应,甲基化的生理意义： 1.基因表达调控的重要机制 例如：甲胎蛋白（AFP)的表达调控 胎儿-AFP表达，出生后很快就停止表达 正常成人血清中无法检测到AFP。 AFP是肝癌标志物，和肝癌变有关系 2.转录因子，细胞周期因子等的甲基化可以调节细胞周期和基因表达 3.一些化合物的解毒需要经过甲基化的过程。如砷化合物等。,2、甲硫氨酸循环,胆碱、肌酸、肾上腺素等,合酶,甲基转移酶,SAH,3、甲硫氨酸循环的生理意义,为体内甲基化反应提供甲基 使四氢叶酸得到再生,三、芳香族氨基酸的代谢,芳香族氨基酸,Phe,Tyr,Trp,（一）苯丙氨酸羟化为酪

21、氨酸,苯丙酮酸尿症,对中枢神经系统有毒性,智力发育障碍,（PKU）,临床主要表现为智能低下，惊厥发作和色素减少。,隐性遗传,二碘酪氨酸,（二）酪氨酸转变为甲状腺素,酪氨酸,一碘酪氨酸,二碘酪氨酸,碘化,促进物质代谢、机体生长发育,甲状腺素缺乏，引起呆小症,（三）酪氨酸转变为黑色素（黑色素细胞）,先天性缺乏,白化病,黑色素合成障碍,酪氨酸酶,限速酶,皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色，瞳孔淡红，虹膜淡灰或淡红，半透明视网膜缺乏色素。,白化病,（四）酪氨酸转变为儿茶酚胺,（DOPA）,（DA）,（NE）,（E）,人体脑內需要多巴胺來指挥肌肉的活动；缺乏足夠的多巴胺就产生各种活动障碍。当多巴胺的分泌減少8

22、0%時，帕金森病的症狀就会出现,（五）酪氨酸的氧化分解,酪氨酸的代谢,一、氨同化 二、氨基酸的生物合成,第四节 氨的同化及氨基酸的生物合成,一、氨的同化,生物体将无机态的氨转化为含氮有机化合物的过程（N素亦称生命元素） （二）生物体N的来源 食物来源的N（食物中的蛋白质和氨基酸）：人和动物的N源 生物固N（某些微生物和藻类通过体内固氮酶系的作用将分子氮转变成氨的过程，1862年发现）,（一）定义,3. 硝酸还原生成（植物体中的N源）,氨同化的途径 谷AA的形成途径 氨甲酰磷酸形成途径,硝酸还原酶,NO2-,亚硝酸还原酶,NH3,AA,Pr,其它含N化合物,3. 硝酸还原生成（植物体中的N源）,

23、NO3-,1） 谷AA脱氢酶（细菌）,-酮戊二酸 （TCA循环产生的）,1. 谷AA合成途径,（三）氨同化的途径,谷氨酰胺(贮存了氨）可做为NH3的供体将其转移,2）谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）,+2H,2,谷AA合酶,+,2. 氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物）,原料：NH3 CO2 ATP,1） 氨甲酰激酶,NH3 + CO2 + ATP,Mg2+,氨甲酰磷酸,2 ） 氨甲酰磷酸合成酶,NH3 + CO2 + 2ATP,Mg2+,辅因子,在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨来的。,不同生物合成氨基酸的能力不同:高等植物和部分微生物如大肠杆菌可合成全部所需氨基酸

24、 （一）必需氨基酸 凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。 人的必需氨基酸：Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp (His、 Arg),二、氨基酸的合成,主要通过转氨基作用,许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主要的是Glu，其被称为氨基的“转换站”，先转变成Glu再合成其它AA。,有C架（ -酮酸）,有AA提供氨基,氨基酸的合成,1)氨基酸生物合成的分族情况,（ 1）谷氨酸族 -酮戊二酸 Glu、Gln、Pro、Arg （2）天冬氨酸族 草酰乙酸 Asp、Asn、Lys、Thr、Ile、Met （3）丙氨酸族 丙酮酸 Ala、Val、Leu （

25、4）丝氨酸族 甘油酸-3-磷酸 Ser、Gly、Cys （5）磷酸烯醇式丙酮酸衍生型 磷酸核糖 His 磷酸赤藓糖+PEP Phe、Tyr、Trp,（二）20种氨基酸的生物合成概况,2)二十种氨基酸的生物合成概况,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙氨酸族,丝氨酸族,磷酸烯醇式丙酮酸衍生型,包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu),共同碳架：EMP中的丙酮酸,-,COOH,CH3,CHNH2,-,-,谷丙转氨酶,+,+,丙酮酸,谷AA,丙AA,-酮戊二酸,1. 丙氨酸族氨基酸的合成,(GPT),2丙酮酸,-酮异戊酸,缩合,CO2,转氨基,缬氨酸,-酮异己酸,亮氨酸,转氨基,-,CH3,C=O,COO-,-,-,CH2,-,CH3,CH3-CH,-,C=O,COOH,-,-,CH3-CH,-酮异戊酸,丙氨酸族其它氨基酸的合成,包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys),甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸,2. 丝氨酸族氨基酸的合成,丝AA+乙酰-CoA O-乙酰丝AA+CoA,O-乙酰丝AA+硫化物 半胱氨酸+乙酸,三种氨基酸的关系,乙醛酸,甘AA,丝AA,半胱AA,3-磷酸甘油酸,转乙酰基酶,提供硫氢基团,半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）,包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、苏(Thr)、甲硫(Met