氨基酸代谢Metabolism of Amino Acids - 生物化学与分.ppt

1、“成熟细胞可以被重新编程为多功能的干细胞(即诱导多功能干细胞)”,氨基酸代谢 Metabolism of Amino Acids,Chapter 7,Jianjun Xie, MD, PhD,Department of Biochemistry and Molecular Biology, Medical College of Shantou University,Review,Proteins are macromolecules composed of amino acids linked together through peptide bonds. Major elements: C

2、(5055%), H (7%), O (1920%), N (1319%), S (4%); Trace elements: P, Fe, Cu, Zn, I, Amino acid (AA) is the basic building blocks of proteins. About 300 AAs in nature, but only 20 AAs are used for protein synthesis in biological systems.,AAs are grouped as (1) non-polar, hydrophobic; (2) polar, neutral;

3、 (3) basic; and (4) acidic AAs.,Non-polar, hydrophobic: Gly (甘氨酸), Ala (丙氨酸), Val (缬氨酸), Leu (亮氨酸), Ile (异亮氨酸), Phe (苯丙氨酸), Pro (脯氨酸) Polar, neutral: Trp (色氨酸), Ser (丝氨酸), Tyr (酪氨酸), Cys (半胱氨酸), Met (甲硫氨酸), Asn (天冬酰胺), Gln (谷氨酰胺), Thr (苏氨酸) Basic: Lys (赖氨酸), Arg (精氨酸), His (组氨酸) Acidic: Asp (天冬氨酸),

4、Glu(谷氨酸),The higher order structure of a protein is the product of its primary, secondary, tertiary, and quaternary structure.,Clinical association,Sickle cell anemia,Mad cow disease,Alzheimers disease,Huntingtons disease,主 要 内 容,蛋白质的营养作用 蛋白质的消化、吸收与腐败 氨基酸的一般代谢 氨的代谢 个别氨基酸的代谢,第一节,蛋白质的营养作用Nutritional F

5、unction of Protein,一、 蛋白质营养的重要性,1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补:最重要的功能。,2. 参与多种重要的生理活动:生命活动的物质基础。,3. 氧化供能 人体每日18%能量由蛋白质提供。每克蛋白质在体内氧化分解可释放17.19kJ的能量。仅为次要功能，可由脂肪和糖类代替。 人体的三大营养物质：葡萄糖、脂肪、蛋白质，主要的供能物质是葡萄糖，其次是脂肪，最后才会启用蛋白质。三大营养物质可以通过三羧酸循环等相互转换。,二、蛋白质需要量和营养价值,1. 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。可以间接反映体内蛋

6、白质合成以及分解代谢的状况。,2. 蛋白质的生理需要量,成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,3. 蛋白质的营养价值,其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。精氨酸和组氨酸能在人体合成，但量不大，有时需从食物中摄取，故称营养半必需氨基酸。,记忆必需氨基酸的小提示，携来一两本淡色书, 蛋白质的营养价值(nutrition value)：食物蛋白质在体内的利用率。,蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。含必需氨基酸种类多、数量足的蛋白质，其营养价值就高，如动物蛋白质等。, 蛋白质的互补作用,指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需

7、氨基酸可以互相补充而提高营养价值。,Legumes(豆类) poor in Trp（色）, but rich in Lys; Cereals (谷类) poor in Lys（赖）, but rich in Trp Protein deficiencykwashiorkor (蛋白质营养不良综合征), generalized edema and liver enlargement, abdomen bulged.,Suggestion: the combined-action of protein in diet,第二节蛋白质的消化、吸收和腐败,Digestion, Absorption an

8、d Putrefaction of Proteins,一、外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收,（一）蛋白质在胃和肠道被消化被成氨基酸和寡肽,蛋白质消化的生理意义,由大分子转变为小分子，便于吸收。 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。,食物中的变应原成分是复杂的，目前对食物变应原的提取、检出和纯化仅限于少数几种常见的食品，如牛奶、鸡蛋、鱼类、花生、豆类、坚果类、肉类和小麦等，这些食物的变应原性已通过特异性皮试、特异性IgE检测和食物激发试验等所证实，并发现食物变应原是一种水溶性糖蛋白，其分子量通常小于70kd。近年来证实某些水果如桃子中的变应原成分与花粉相似，是一种类脂转移蛋白（li

9、pid-transfer proteins）。 经过细菌类、真菌类、加热和消化酶等因素的影响，食物变应原可有一定改变，如储藏时间过长、细菌真菌的污染常可使食物的变应原性增强，而加热和消化酶往往可使变应原性减弱。但也有许多食品变应原在受到剧烈的物理或化学作用后其变应原性的变化仍然不大。,1. 蛋白质胃中被不完全消化,胃蛋白酶原由主细胞分泌，可被壁细胞分泌的胃酸激活成胃蛋白酶。 自身激活作用。 胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，多水解由芳香族氨基酸及甲硫氨酸、亮氨酸等形成的肽键。产物主要为多肽及少量氨基酸。 凝乳作用：酪蛋白与钙离子形成乳凝块。,消化过程,（Due to

10、lack of protein splitting enzymes, no digestion of protein takes place in the mouth.）,What causes stomach ulcer?,Stomach Ulcer 间接作用。基因5端调控序列甲基化后与核内甲基化CG序列结合蛋白(methyl CG-binding protein)结合,阻止了转录因子与基因形成转录复合物; DNA去甲基化为基因的表达创造了一个良好的染色质环境。DNA去甲基化常与DNase I高敏感区同时出现,后者为基因活化的标志。,具有转录活性的DNA,在甲基化后与MBD (methyl-

11、binding domain )蛋白如MBD2、MeCP2结合, 而该蛋白上连着的组蛋白脱乙酰基酶(HDAC1和2)使组蛋白脱乙酰化,导致染色质结构变化,转录抑制。,甲基化与肿瘤 抑癌基因的高甲基化和癌基因的去甲基化！,（2）甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基：,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。肌酸激酶在心肌、骨骼肌和脑组织中含量丰富。 肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐,随尿排出。,+,目 录,肌酸的代谢,（1） 半胱氨酸与胱氨酸的互变,2半胱氨酸有多种代谢途

12、径,二硫键：维持蛋白空间构象。 巯基酶：活性与半胱氨酸的巯基直接相关；如琥珀酸脱氢酶等。 重金属等毒物可与酶分子的巯基结合而抑制酶的活性；如：有机磷中毒等。 还原型谷胱甘肽保护酶分子上的巯基。,半胱氨酸可生成牛磺酸：,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成份之一。参与脂类的消化。,含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。,PAPS为活性硫酸， 是体内硫酸基的供体,半胱氨酸生成活性硫酸根：, 半胱氨酸与谷氨酸及甘氨酸合成谷胱甘肽：,还原型谷胱甘肽（GSH）有保护酶分子上巯基及抗氧化作用。,GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,GSH与GSSG（氧化型）间的转换,谷胱甘肽的生理

13、功用： 解毒作用：与毒物或药物结合，消除其毒性作用； 参与氧化还原反应：作为重要的还原剂，参与体内多种氧化还原反应； 保护巯基酶的活性：使巯基酶的活性基团-SH维持还原状态； 维持红细胞膜结构的稳定：消除氧化剂对红细胞膜结构的破坏作用。,（二）苯丙氨酸、酪氨酸与色氨酸代谢途径不同,1苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别,苯丙氨酸经羟化转变为酪氨酸：,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。 苯丙氨酸羟化酶主要存在于肝组织。,苯丙酮酸尿症(phenyl keronuria, PKU),体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代

14、谢病。,体内苯丙酮酸堆积使脑发育障碍，患者智力低下。治疗原则为早期发现，低苯丙氨酸膳食。,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。, 酪氨酸可彻底氧化分解或转变为儿茶酚胺和黑色素, 酪氨酸经尿黑酸转变成乙酰乙酸和延胡索酸：, 酪氨酸可转变为儿茶酚胺和黑色素,帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。 在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。 人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。,白化病(albinism)是一种较常见的皮肤及其附属器官黑色素缺乏所引起的疾病，由于先天性缺乏酪氨酸酶，或酪氨酸

15、酶功能减退，黑色素合成发生障碍所导致的遗传性白斑病。这类病人通常是全身皮肤、毛发、眼睛缺乏黑色素，因此表现为眼睛视网膜无色素，虹膜和瞳孔呈现淡粉色，怕光，看东西时总是眯着眼睛。皮肤、眉毛、头发及其他体毛都呈白色或白里带黄。人们将这类病人俗称为“羊白头”。白化病属于家族遗传性疾病，为常染色体隐性遗传，常发生于近亲结婚的人群中。, 苯丙氨酸和酪氨酸脱羧羟化产生假性神经递质,两种氨基酸在脑内脱羧羟化产生假性神经递质苯乙醇胺及-羟酪胺(鱆胺)，假性神经递质产量增多可能与肝昏迷的发生有关。,酪氨酸参与甲状腺激素合成：,2色氨酸分解可生成乙酰乙酰CoA,色氨酸,5-羟色胺,一碳单位,丙酮酸 + 乙酰乙酰C

16、oA,维生素 PP,（三）支链氨基酸分解包括转氨、脱羧和彻底氧化3阶段,支链氨基酸,缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸,氨基酸的重要含氮衍生物,+ NO,+ O2,NADPH+H+ NADP+,一氧化氮合酶 （NOS）,精氨酸,瓜氨酸,一氧化氮,一氧化氮的一些来源和一些效应,一氧化氮的 一些来源,体内天然物质 药物 Ca耗竭 抽烟 火 其它可燃物质,:N=O:,臭氧耗竭和地球变暖 自由基的相互作用 许多生理效应（有益的和有害的） 血压 记忆力 中风 糖尿病 食管炎 抗菌素 血小板凝集 关节炎 炎症 心绞痛 心脏收缩 阴茎勃起 基因调节等,一些效应,一氧化氮 带独立电子的自由基,.,.,NO与细胞信号转导

17、,鸟苷酸环化酶,磷酸二酯酶,血管收缩,第六节营养非必需氨基酸的合成,Formation of Nutritionally Nonessential Amino Acids,（一）-酮戊二酸还原氨化生成谷氨酸,谷氨酸脱氢酶,H2O,NH4+, 酮戊二酸,L谷氨酸,（二）谷氨酸在谷氨酰胺合成酶催化下合成谷氨酰胺,谷氨酸合成酶,L谷氨酰胺,L谷氨酸,NH4+,MgATP,MgADP Pi,NH3+,NH3+,（三）丙酮酸和草酰乙酸通过转氨基作用生成丙氨酸和天冬氨酸,丙酮酸,转氨酶,丙氨酸,谷氨酸或天冬氨酸, 酮戊二酸 或草酰乙酸,（四）天冬氨酸在天冬酰胺合成酶催化下形成天冬酰胺,L天冬酰胺,L天冬氨

18、酸,天冬酰胺合成酶,NH3+,NH3+,Gln,Glu,MgATP,MgAMP PPi,（五）丝氨酸从糖酵解的中间产物D-3-磷酸甘油酸形成,（六）甘氨酸在哺乳动物中 有几条合成途径,（七）脯氨酸是从谷氨酸形成的,L谷氨酸,L脯氨酸,L谷氨酸 半缩醛,2吡咯5羧酸,H2O,NADH H+,NADH H+,NAD,NAD,H2O,NH3,NH2,NH,H3N,（八）半胱氨酸可由甲硫氨酸和丝氨酸合成,甲硫氨酸首先转变为同型半胱氨酸,（九）苯丙氨酸在苯丙氨酸羟化酶催化下形成酪氨酸,四氢生物蝶呤,二氢生物蝶呤,L 苯丙氨酸,L 酪氨酸,NADP,NADPH H,酶 II,酶 I,O2,H2O,CH2

19、CH COO-,CH2 CH COO-,NH3+,NH3+,HO,（十）组氨酸和精氨酸是营养性半必需氨基酸,组氨酸和精氨酸虽能在人体内合成，但合成量不多，长期缺乏也能造成负氮平衡，可以将这两种氨基酸视为营养半必需氨基酸（nutritionally semi-essential amino acid）。,Thank You!,选择题练习 氨基酸代谢,1. 体内氨基酸脱氨基的主要方式是( ),A 转氨基 B 联合脱氨基 C 氧化脱氨基 D 非氧化脱氨基 E 脱水脱氨基,2. 体内氨的主要代谢去路是( ),A 合成尿素 B 生成谷氨酰胺 C 合成非必需氨基酸 D 渗入肠道 E 肾泌氨排出,3. 关于

20、胃蛋白酶,不正确的是( ),A 以酶原的方式分泌 B 由胃粘膜主细胞产生 C 可由盐酸激活 D 属于外肽酶 E 具凝乳作用,4. 关于一碳单位代谢描述错误的是( ),A 一碳单位不能游离存在 B 四氢叶酸是一碳单位代谢辅酶 C N5-CH3-FH4是直接的甲基供体 D 组氨酸代谢可产生亚氨甲基 E 甘氨酸代谢克产生甲烯基,5. 氨基酸脱羧的产物是( ),A 氨和二氧化碳 B 胺和二氧化碳 C -酮酸和胺 D -酮酸和氨 E 草酰乙酸和氨,6. 哪种物质缺乏会引起白化病?,A 苯丙氨酸羟化酶 B 酪氨酸转氨酶 C 酪氨酸酶 D 酪氨酸脱羧酶 E 酪氨酸羟化酶,7. 血氨升高的主要原因是( ),A

21、 体内氨基酸分解增加 B 食物蛋白质摄入过多 C 肠道氨吸收增加 D 肝功能障碍 E 肾功能障碍,8. 氨基酸彻底分解的产物是( ),A 胺,二氧化碳 B 二氧化碳,水,尿素 C 尿酸 D 氨,二氧化碳 E 肌酸酐,肌酸,9. 甲基的直接提供体是( ),A S-腺苷甲硫氨酸 B 甲硫氨酸 C 同型半胱氨酸 D 胆碱 E N5-CH3-FH4,10. 哪种酶先天缺乏可产生尿黑酸尿症?,A 酪氨酸酶 B 尿黑酸氧化酶 C 酪氨酸转氨酶 D 酪氨酸羟化酶 E 苯丙氨酸羟化酶,11. Which one is glucogenic and ketogenic amino acid? ( ),A Gly B Ser C Cys D Ile E Asp,12. The ALT most active tissue is ( ),A blood serum B cardiac mu