氨基酸代谢

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 acid)： 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,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-glucose cycle,肌肉蛋白质 G 氨基酸 NH3 Pyr Glu KG Ala,G 尿素 NH3Pyr GluAla 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GGlu 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、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-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）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： NH22NH3 + 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 RCH-NH2 + OHC-Py HC-N=CH-Py H2C=N=CH-Py COOH COOH,RCHNH2 + 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： 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、 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