氨基酸代谢课件.ppt

1、第八章 蛋白质代谢,姬晓南 ,一细胞的构建成份： 肌体的生长、 组织蛋白质的更新、 创伤的修复。 二功能执行者：酶的催化作用、激素的信息传递、抗体的免疫性、转化成其他活性物质如 调节蛋白、胺类、神经递质、嘌呤、嘧啶等 三能源：17 .19 kJ/克蛋白质，次要作用,蛋白质的生理功能,氮平衡(nitrogen balance)： 机体摄入氮 机体排出氮,总氮平衡： 正氮平衡： 负氮平衡：,机体摄入氮 = 机体排出氮 机体摄入氮 机体排出氮 机体摄入氮 机体排出氮,总氮平衡的要求： 蛋白质最低需要量：30-50克/日 营养学会推荐量： 80克/日,必需氨基酸 (essential amino ac

2、id)： 机体不能合成的，必须由体外摄取的氨基酸。 Thr，Val，Trp，Lys， Phe，Met，Leu，Ile 口诀：笨蛋来宿舍，晾一晾鞋, 非必需氨基酸(non-essential amino acid)： 体内可以利用其他物质来合成的 氨基酸。 半必需氨基酸： 体内虽然能合成，但量不足以供体 内所需；或以必需氨基酸为原料。 His，Arg，Tyr，Cys,蛋白质的消化、吸收与腐败,食物,淀粉 脂肪 蛋白质,一. 蛋白质的消化,蛋白质的消化、吸收与腐败,蛋白水解酶原的激活过程：,pepsinogen,pepsin,trypsinogen,trypsin,chymotrypsinogen

3、,chymotrypsin,自身激活autocatalysis,自身激活autocatalysis,消化部位：胃、肠（为主） 1. 胃：胃蛋白酶（pepsin） 胃蛋白酶原 胃蛋白酶 + 6肽,（1） 最适 pH 1.5 2.5 （2）水解芳香族氨基酸及亮氨酸的羧基端 （3）凝乳作用 酪蛋白 副酪蛋白 Ca复合物,2. 肠： （1）胰液中蛋白酶消化 内肽酶：胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，弹性蛋白酶 外肽酶：羧基肽酶A、B 最适 pH 为 7.0 左右 均以酶原方式分泌，以一定方式激活 各有专一性,酶原激活：瀑布式 肠粘膜细胞,胆汁酸,肠激酶,胰蛋白酶原 胰蛋白酶,胰凝乳蛋白酶原 胰凝乳蛋白酶 弹性蛋

4、白酶原 弹性蛋白酶 羧基肽酶原A、B 羧基肽酶A、B,胰酶 蛋白质 氨基酸(1/3) + 寡肽(2/3),(2) 肠粘膜细胞的消化 刷状缘：寡肽酶 氨基肽酶 二肽酶 三肽酶,氨基酸入血,吸收 主要在小肠，是耗能的主动吸收 （1）氨基酸载体的转运 存在于小肠粘膜细胞、肾小管细胞、肌肉细胞等 形成氨基酸-载体-Na+三联复合物 （2）谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,未消化蛋白质 H R-C-COOH NH2 未吸收的消化产物,三 . 腐败（putrefaction）,细菌,蛋白质的一般代谢,体内蛋白质 氨基酸,蛋白质的降解： 溶酶体无选择的降解机制：外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白 ATP和

5、泛素依赖性的细胞质为基础的降解机制：异常蛋白和短寿命蛋白。 泛素(Ubiquitin )： 广泛存在于各真核生物中，是一个含 76 个氨基酸的小分子蛋白质，可与被降解蛋白质形成极大之复合物而完成其降解作用。,Ubiquitin: The Ubiquitin Cycle :,氨基酸的一般代谢,外源性氨基酸： 从食物吸收而来的氨基酸 内源性氨基酸： 组织蛋白质降解而来的氨基酸 氨基酸代谢库（metabolic pool）： 外源性氨基酸和内源性氨基酸的总称。这些氨基酸分布于体内各处，参与代谢。氨基酸代谢库以游离氨基酸重量计算。,肌肉氨基酸： 50 % 肝氨基酸： 10 % 肾氨基酸： 4 % 血浆

6、氨基酸：1-6%， 氨基酸在体内 的运输形式,氨基酸代谢库,氨基酸的来源和去路：,氨基酸的一般代谢,一氨基酸的脱氨基作用 二 酮酸的代谢 三. 氨的去路,一氨基酸的脱氨基作用 存在于大多数组织中 有多种方式：转氨基 氧化脱氨基 联合脱氨基（为主）,（一）转氨基作用 一个氨基酸的氨基被转移到另一种酮基上，生成相应的酮酸和氨基酸。 由氨基转移酶（转氨酶）催化。,1. 转氨酶 体内存在多种转氨酶，以L-谷氨酸与酮酸的转氨酶最为重要。如：谷丙转氨酶（GPT，肝脏含量高）和谷草转氨酶（GOT,心脏含量高）,2.所有的转氨酶均有相同的辅基 和相同的作用机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,(二) L-谷氨酸氧化

7、脱氨基作用 部位：肝，肾，脑 方式：不需氧脱氢 酶： L-谷氨酸脱氢酶，此酶是别构酶，受能荷调节 反应： NH2 NH O CH-COOH C-COOH C-COOH + NH3 (CH2)2-COOH (CH2)2-COOH (CH2)2-COOH L-谷氨酸 酮戊二酸 意义：此反应使氨基酸氧化供能的速率受ATP/ADP、 GTP/GDP 的反馈调节,NAD+ NADH + H+,+H2O -H2O,(三) 联合脱氨基作用 1.转氨偶联氧化脱氨：肝、肾、脑中 氨基酸 酮戊二酸 NH3 + NADH+H+ 酮酸 谷氨酸 H2O + NAD+,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,特点：先转氨再脱氨，以酮戊

8、二酸为氨基受体。,2.转氨偶联AMP循环脱氨,转氨酶,GOT,二 酮酸( ketoacid)的代谢 O C-COOH R,经氨基化生成非必需氨基酸,生糖氨基酸：可在体内转变成葡萄糖的氨基酸 生酮氨基酸：可在体内转变成酮体的氨基酸 生糖兼生酮氨基酸：二者皆可转变的氨基酸 类别 氨基酸 生糖氨基酸 姑姑哺天姐，钢丝半斤煮蛋饼 生酮氨基酸 老赖和老梁 生糖兼生酮氨基酸 一本老色书,葡萄糖或糖原 甘油三酯 磷酸丙糖 a-磷酸甘油 脂肪酸 磷酸烯醇型丙酮酸 丙酮酸 乳酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 酮体 草酰乙酸 柠檬酸 延胡索酸 a酮戊二酸 谷氨酸 琥珀酸单酰CoA,糖,脂肪,丙氨酸 半胱氨酸 甘氨酸

9、 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸,亮氨酸 异亮氨酸 色氨酸,天冬氨酸 天冬酰胺,苯丙氨酸 酪氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸,亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,氨的代谢,一. 体内氨的来源,NH3,肠道重吸收,氨有毒性，正常血氨浓度0.60mol/L 体内氨的来源、转运、去路受到多种因素的调节，以保持血氨处于动态平衡,氨的代谢,体内各环节所产氨主要通过肝脏合成尿素而解毒。肝功能衰竭患者肝脏解毒功能降低，血氨升高，通过血脑屏障入脑，引起脑功能障碍，为肝性脑病的原因之 一。,二. 氨的转运 Ala-G循环 alanine

10、-glucose cycle,肌肉 蛋白质 G 氨基酸 NH3 Pyr Glu KG Ala,G 尿素 NH3 Pyr Glu Ala KG,G,Ala,转氨酶,转氨酶,尿素循环,肌肉 血液 肝,空腹时， 肌肉输出： Ala 碳链来自G Glu 碳链来自KG、支链氨基酸,意义： （1） 以无毒的Ala 形式输出NH3 肝 尿素 （2） 肌肉中Ala 肝 糖，再为肌肉提供G （3） 饥饿时，肌肉以Ala、 Glu形式输出成糖物质,谷氨酰胺的运氨作用,部位：脑、肌肉 作用：将氨运至 肝、肾 酶：谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺酶 反应：不可逆，耗能 Glu Gln 血液 Gln Glu,NH3,NH3,脑

11、、肌肉,肝、肾,谷氨酰胺 氨的解毒形式 氨的运输形式 氨的储存形式 在脑中固定氨 天冬酰胺的合成原料,水生动物中过多的NH4+直接排泌出体外 鸟类和爬行动物体内NH4转变成尿酸解毒 大多数脊椎动物是通过鸟氨酸循环把NH4+转变成尿素而解毒 。 鸟氨酸循环由Hans Krebs和Kurt Henseleit在1932年提出，早于三羧酸循环被阐明5年，是第一个被发现的代谢通路。,1. 过程： 氨基甲酰磷酸的合成 瓜氨酸的合成 精氨酸的合成 精氨酸水解生成尿素,2. 组织定位： 肝为主，其他器官极微 线粒体和胞液,尿素循环：,1、氨基甲酰磷酸的合成,O CO2+NH3+H2O+2ATP NH2-C-

12、O P03 +2ADP+Pi （1） 氨基甲酰磷酸合成酶I N-乙酰谷氨酸,2、瓜氨酸的合成,NH2 C=O （ CH2）3 NH2 NH CH-NH2 + C-O （ CH2）3+Pi COOH O P03 CH-NH2 COOH 鸟氨酸 氨基甲酰磷酸 瓜氨酸 鸟氨酸氨基甲酰转移酶,NH2,（2）,3、精氨酸代琥珀酸的生成,NH2 NH2 COOH C=O COOH C= N C-H NH + H2N-C-H NH CH2 （CH2）3 CH2 （CH2）3 COOH CH-NH2 COOH CH-NH2 COOH COOH 瓜氨酸 天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸 （3）精氨酸代琥珀酸合成酶 （4

13、）精氨酸代琥珀酸裂解酶,（3）,（4）,4、精氨酸的生成,NH2 C NH COOH NH + CH （CH2）3 CH CH-NH2 HOOC COOH 精氨酸 延胡索酸 （4）精氨酸代琥珀酸裂解酶,（4）,5、精氨酸水解生成尿素,NH2 C NH NH2 NH2 NH2 （ CH2）3 （ CH2）3 + H2 O C=O + CH-NH2 CH-NH2 NH2 COOH COOH 精氨酸 尿素 鸟氨酸 （5）精氨酸酶,（5）,3. 总反应： NH2 2NH3 + CO2 + 3ATP +3H2O C=O +2ADP +AMP + 4Pi NH2,焦磷酸迅速水解，所以整个反应生成1分子尿素

14、消耗4个 高能磷酸键，尿素中的2个氮原子一个来自于天冬氨酸， 一个来自NH4+ ，生成的延胡索酸是将鸟氨酸循环和三 羧酸循环联系起来的重要成分。,氨的代谢调节,（1）关键酶： 氨基甲酰磷酸合成酶（CPS-） 位于线粒体 N-乙酰谷氨酸为活力必需， N-乙酰谷氨酸合成酶催化： 乙酰辅酶A + Glu N-乙酰谷氨酸 精氨酸激活此酶,（2）食物 蛋白质饮食可诱导 CPS-、OCT、ASA-S ，加速尿素合成 低蛋白质饮食可使尿素合成减慢 （3）其他代谢物 与其他代谢途径密切相关，受相关代谢物的影响,（4）氨的去路,尿素合成90% 生成谷氨酰胺 酮酸还原氨基化生成非必需氨基酸 生成嘌呤、嘧啶等其他含

15、氮化合物,高氨血症和氨中毒 正常血氨浓度： 0.1 mg/dl (0.6 mol/L),个别氨基酸的代谢,一、氨基酸的脱羧基作用 二、一碳单位的代谢 三、含硫氨基酸的代谢 四、芳香族氨基酸的代谢,一、氨基酸的脱羧基作用,R R R CH-NH2 + OHC-Py HC-N=CH-Py H2C=N=CH-Py COOH COOH,R CHNH2 + OHC-Py 胺,H2O,酶：氨基酸脱羧酶 辅酶：磷酸吡哆醛 作用：产生一些特殊的生理物质 去路：由肝内胺氧化酶氧化，醛酸 举例：,CO2,1. 氨基丁酸（aminobutyric acid，GABA） Glu GABA,CO2,部位：脑、肾 酶：

16、谷氨酸脱羧酶 功能：中枢抑制性神经递质，抗颠痫 代谢：转氨生成琥珀酸半醛,2. 组胺 (histamine) His 组胺,部位：肥大细胞、肺、肝、肾、肌肉、胃粘膜 酶： 组氨酸脱羧酶 功能：舒血管，增加毛细血管的通透性，与过 敏反应有关， 促进胃液分泌 代谢：二胺氧化酶氧化，甲基化，乙酰化等,CO2,3.5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT） 色氨酸 5-羟色氨酸 5-HT,部位：脑、肾、肝等各组织 酶： 色氨酸羟化酶、5-羟色氨酸脱羧酶 功能：脑中：抑制性神经递质 外周组织：收缩血管 代谢：单胺氧化酶,CO2,4. 多胺 (polyamines) Orn、Met精脒

17、、 精胺 （spermidine） （spermine）,部位： 肝、生长旺盛的组织（如肿瘤） 关键酶：尿氨酸脱羧酶 （ornithine decarboxylase，ODC） 功能： 调节细胞生长，促进核酸及蛋白质合成,二、一碳单位的代谢,一碳单位：某些氨基酸分解代谢过程中产生的含有一个碳原子 的基团。均与FH4结合而转运，是体内甲基供体。 四氢叶酸：tetrahydrofolic acid，FH4 H N N H2N-C C CH2 H O H COOH N C CHCH2 N C N CH CH2 CH2 COOH C N OH H 一碳单位代谢的辅酶,一碳单位的种类,一碳单位的来源（色

18、煮钢丝） Ser + FH4 N5N10-CH2-FH4 + Gly Gly + FH4 N5N10-CH2-FH4 + CO2 +NH3 His + FH4 N5-CH=NH-FH4 + Glu Trp HCOOH + 犬尿氨酸 N10-CHO-FH4,FH4,生理意义： 提供甲基，生成SAM 提供甲基，嘌呤的C2、C8及 dTMP 中的甲基 氨基酸代谢与核苷酸代谢的联系点,一碳单位与抗菌、抗肿瘤： 细菌：存在着二氢叶酸合成酶，催化： 对氨基苯甲酸 + 二氢蝶呤 + Glu FH2,磺胺药，竞争性抑制二氢叶酸合成酶,肿瘤细胞：二氢叶酸还原酶，催化： 酸 二氢叶酸 四氢叶酸 氨甲蝶呤，竞争性抑制二氢叶酸还原酶,结果： FH2 FH4 核苷酸合成 核酸合成 细菌繁殖抑制 肿瘤生长抑制,含硫氨基酸的代谢 (一) 甲硫氨酸的代谢 1.转甲基作用 2.甲硫氨酸循环 3.肌酸的合成 (二) 半胱氨酸的代谢 1.半胱氨酸与胱氨酸的互变 2.活性硫酸根的代谢 3.谷胱甘肽的合成,甲硫氨酸的代谢,SAM参与的一些转甲基作用,SAM是体内最重要的甲基直接供