生物化学：第十章 蛋白质的降解和氨基酸代谢

1、蛋白质的降解和氨基酸代谢蛋白质的降解和氨基酸代谢 l一、蛋白质的营养作用一、蛋白质的营养作用 l二、蛋白质的消化吸收二、蛋白质的消化吸收 l三、氨基酸的一般代谢三、氨基酸的一般代谢 l四、氨基酸合成代谢概况四、氨基酸合成代谢概况 l五、氨基酸代谢缺陷症五、氨基酸代谢缺陷症 1 蛋白质的生理功能蛋白质的生理功能 * * 是组织细胞的构件物质，维持细胞组织是组织细胞的构件物质，维持细胞组织 的生长、更新和修补的生长、更新和修补 * * 参与多种重要的生理活动参与多种重要的生理活动( (如酶、激素如酶、激素) ) * * 氧化供能（氧化供能（17.9KJ/g 17.9KJ/g ） * * 可转化为糖

2、和脂肪等可转化为糖和脂肪等 * * 氨基酸是各种含氮化合物的原料氨基酸是各种含氮化合物的原料 l固氮生物：N2NH4+(氨盐) aa pr l植物、微生物：无机氮pr l高等动物： aapr l机体对蛋白质的摄入量等于排出量即为总 氮平衡 。 正氮平衡：摄入量排出量；(儿童、孕 妇、恢复期的病人） 负氮平衡：摄入量排出量.（饥饿、消 耗性疾病患者） 我国营养学会推荐成人最少需要量： 80克/日 蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值 取决于其含必需氨基酸数量及种类的多少取决于其含必需氨基酸数量及种类的多少 l必需氨基酸：必需氨基酸：人和动物不能合成，需从食物人和动物不能合成，需从食物 propro供

3、给。供给。 包括：包括： Lys(Lys(赖赖); Trp); Trp( (色色); Thr); Thr( (苏苏); Val(); Val(缬缬);); Met( Met(甲硫甲硫); Leu); Leu( (亮亮); Ile(); Ile(异亮异亮); Phe); Phe( (苯丙苯丙) ) l半必需氨基酸半必需氨基酸：人体可合成，但婴幼儿期合成速度不人体可合成，但婴幼儿期合成速度不 快，仍需食物供给。快，仍需食物供给。包括：包括： His(His(组组); Ary); Ary( (精精);); 非必需氨基酸非必需氨基酸: :人和动物机体能够自身合成的氨基酸人和动物机体能够自身合成的氨基酸

4、. . NH2 CH3 OCH3 OH NH2 O CH3 CH3 OH NH2 O CH3 CH3 OH NH2 CH3 OH O OH NH2 O S CH3 OH NH2 O NH2 OH NH2 O OH NH2 O N H OH ValLeuIle ThrMetLys PheTrp 20种氨基酸的名称及缩写代号 蛋白质的营养效价主要与氮素转化有关蛋白质的营养效价主要与氮素转化有关 （1）蛋白质消化率）蛋白质消化率 食物蛋白质在人体内消化率的高底，是评价食物食物蛋白质在人体内消化率的高底，是评价食物 蛋白质营养价值的一个重要方面蛋白质营养价值的一个重要方面 食物氮食物氮-(粪氮粪氮-粪

5、代谢氮粪代谢氮) 蛋白质消化率蛋白质消化率= 食物氮食物氮 氮的保留量氮的保留量 BV= 100% 氮的吸收量氮的吸收量 *蛋白质的互补作用：蛋白质的互补作用： 指营养价值较低的蛋白质混合食用，必需指营养价值较低的蛋白质混合食用，必需 氨基酸互相补充从而提高营养价值氨基酸互相补充从而提高营养价值 蛋白质的生理价值（蛋白质的生理价值（BV）：）：指食物蛋白的利用率指食物蛋白的利用率 （2）蛋白质的利用率蛋白质的利用率 蛋白来源蛋白来源 重量重量% 单食时单食时BV 混食时混食时BV 豆腐干豆腐干 42 65 77 面面 筋筋 58 67 小小 麦麦 39 67 小小 米米 13 57 89 牛牛

6、 肉肉 26 69 大大 豆豆 2 2 64 消化：消化： 在胃、主要在小肠进行。在胃、主要在小肠进行。 （一）胃内消化：一）胃内消化： 1、胃蛋白酶（、胃蛋白酶（pepsin): 胃蛋白酶元胃蛋白酶元胃酸胃酸( H+) 胃蛋白酶胃蛋白酶 自身激活作用自身激活作用 蛋白质蛋白质 小分子小分子肽肽肠道肠道 胃酶作用于：胃酶作用于：Phe(苯丙苯丙), Tyr(酪酪), Trp(色色).( 芳香族）芳香族） Glu(谷谷), Gln(谷氨酰胺谷氨酰胺).(酸性氨基酸酸性氨基酸)。 胃蛋白酶 1、来自胰腺的酶： 1）内肽酶：水解水解pro内部肽键内部肽键。 胰蛋白酶：Lys(赖)、Arg(精)羧基端

7、肽键；(碱性） 糜蛋白酶：Phe(苯丙)、Tyr(酪)、Trp(色)肽键； (芳香族） 弹性蛋白酶：Val(缬)、Leu(亮)、Ser(丝)、Ala(丙)肽键 （脂肪族） 羧肽酶：从C端水解； 羧肽酶A：水解中性aa为C端的肽键； 羧肽酶B：水解碱性aa为C端的肽键； 1）氨肽酶：从N端水解，形成二肽。 2）二肽酶：作用于二肽。 l寡肽的水解主要在小肠粘膜细胞进行。 肽 小肽 小肽 氨基酸 至此：球蛋白几乎完全分解； 纤维蛋白、角蛋白部分水解。 胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶 羧肽酶、氨肽酶 aa 肠黏膜细胞 血液循环肝脏 这是一需能需氧的主动运输过程。由肠黏 膜细胞上的需氧氨基酸载体来完成.

8、 不同氨基酸的吸收由不同的载体完成. 1)中性氨基酸载体 2)碱性氨基酸载体 3)酸性氨基酸载体 4)亚氨基酸及甘氨酸载体 氨基酸氨基酸 生物合成 分解代谢 蛋白质 脱氨脱氨-酮酸 脱羧 胺 （碳骨架） 三大代谢 能源 氨氨 基基 酸酸 代代 谢谢 概概 况况 氨基酸代谢库氨基酸代谢库 其它含氮化合物其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等嘌呤、嘧啶等) 体内合成氨基酸体内合成氨基酸 (非必需非必需aa) 组织蛋白质组织蛋白质 食物蛋白质食物蛋白质 a a-酮酸酮酸 胺类胺类 氨氨 酮体酮体 氧化供能氧化供能 糖糖 尿素尿素 脱氨基脱氨基 脱羧基脱羧基 代谢转变代谢转变 消化吸收消化吸收 合成合成 分解

9、分解 一、一、 氨基酸的脱氨基作用氨基酸的脱氨基作用 定义定义：指氨基酸指氨基酸在酶的作用下在酶的作用下脱去氨基生成相应脱去氨基生成相应 - -酮酸的过程。酮酸的过程。主要在肝、肾中进行主要在肝、肾中进行 脱氨基脱氨基方式方式 氧化脱氨氧化脱氨基基 非氧化脱氨非氧化脱氨 转氨基作用转氨基作用 联合脱氨基联合脱氨基 转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和氧化脱氨基偶联 转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联 （一）. 氧化脱氨基作用 定义：定义：a-AA在酶的作用下，氧化生成a-酮 酸，同时产生氨的过程。 n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

10、催化。 R-CH-COOH NH2 2H R-C-COOH + NH3 O H2O R-C-COOH NH 酶酶 nAA氧化酶的种类 （1） L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布 不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。 D-AA氧化酶：体内分布广泛，活力强,以FAD为辅基。 但体内D-AA不多。 （同时消耗氧并产生H2O2，不是主要的） （2） 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。 （主要的的氨基酸脱氨酶） 反应： 先脱氢再水解脱氨。先脱氢再水解脱氨。 L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶(L-glutamate d

11、ehydro-(L-glutamate dehydro- genasegenase) )是一种不需氧脱氢酶，以是一种不需氧脱氢酶，以NADNAD+ +或或NADPNADP+ +为辅为辅 酶，生成的酶，生成的NADHNADH或或NADPHNADPH可进入呼吸链进行氧化磷可进入呼吸链进行氧化磷 酸化。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大。该酸化。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大。该 酶属于变构酶，其活性受酶属于变构酶，其活性受ATPATP，GTPGTP的抑制，受的抑制，受ADPADP， GDPGDP的激活。的激活。 存在于肝、脑、肾中存在于肝、脑、肾中 辅酶为辅酶为 NAD+ 或或NADP+ GT

12、P、ATP为其抑制剂为其抑制剂 GDP、ADP为其激活剂为其激活剂 催化酶：催化酶： L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 L-谷氨酸谷氨酸 NH3 -酮戊二酸酮戊二酸 NAD(P)+ NAD(P)H+H+ H2O NH2 CH (CH2)2 COOH COOH NH2 CH (CH2)2 COOH COOH NH C (CH2)2 COOH COOH NH C (CH2)2 COOH COOH O C (CH2)2 COOH COOH + O C (CH2)2 COOH COOH + CH2 - CONH2 CH2 - CHNH3+ COO- - +H2O CH2 - COO- CH2 - CH

13、NH3+ COO- - +NH3 谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶 CH2 - CONH2 CHNH3+ COO- - +H2O 天冬酰胺酶天冬酰胺酶 CH2 - COO- CHNH3+ COO- - +NH3 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 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） L-丝氨酸 CH2 COO- C-NH3+ =- CH3 COO- C=NH2+ - COOH CH2OH NH2-C-H - COOH CH3 C=O - 丝氨酸脱水酶丝氨酸脱水酶 +NH3 丙酮酸 -H2O +H2O

14、 -氨基丙烯酸亚氨基丙酸 （二）非氧化脱氨 例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA) （三三）转氨基作用）转氨基作用( (transamination) ) 1. 定义定义 在转氨酶在转氨酶( (transaminase)的作用下，某一氨的作用下，某一氨 基酸去掉基酸去掉-氨基生成相应的氨基生成相应的-酮酸，而另一种酮酸，而另一种- 酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。 2. 反应式反应式 大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、 脯氨酸、羟脯氨酸除外。脯氨酸、羟脯氨酸除外。 n体内较为重要的转氨酶有： 丙氨酸氨基

15、转移酶（alanine trans- aminase,ALT），又称为谷丙转氨酶 （GPT）。催化丙氨酸与-酮戊二酸之 间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶 在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可 引起血清中ALT活性明显升高。 ALT 丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸 3. 转氨酶转氨酶 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase,AST），又称为谷草转氨 酶（GOT）。催化天冬氨酸与-酮戊二 酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。 该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患 时，血清中AST活性明显升高。 AST 天冬氨酸 + -酮戊二酸 草酰乙酸 + 谷氨酸 正常人各组织正

16、常人各组织GOT及及GPT活性活性 (单位单位/克湿组织克湿组织) 血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和 预后的指标之一。预后的指标之一。 组织组织GOTGPT 心心156000 7100 肝肝骨骼肌骨骼肌990004800 肾肾9100019000 组织组织GOTGPT 胰腺胰腺 脾脾 肺肺 血清血清 28000 2000 14000 1200 10000700 2016 4. 转氨基作用的机制转氨基作用的机制 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛 氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 -酮酸酮酸 磷酸吡哆胺磷酸吡哆

17、胺 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 转氨酶转氨酶 转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨 基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸 的重要途径。的重要途径。 通过此种方式并未产生游离的氨。通过此种方式并未产生游离的氨。 5. 转氨基作用的生理转氨基作用的生理意义意义 （四）联合脱氨基作用（四）联合脱氨基作用 两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸 脱下脱下- -氨基生成氨基生成- -酮酸的过程。酮酸的过程。联合脱氨基联合脱氨基 作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主作用可在大多数组织细胞中进行，是

18、体内主 要的脱氨基的方式。要的脱氨基的方式。 2. 类型类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用 1. 定义定义 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环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基偶联氧化脱氨基作用 氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD+ 转氨酶转氨酶 NH3+NADH+H+ L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是 体内合成非必需氨基酸的主要方式。体内合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在肝、肾组织进行。主要在肝、肾组织进行。 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环转氨基偶

19、联嘌呤核苷酸循环 苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸 代琥珀酸代琥珀酸 次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP) 腺苷酸代琥腺苷酸代琥 珀酸合成酶珀酸合成酶 -酮戊酮戊 二酸二酸 氨氨 基基 酸酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 转转 氨氨 酶酶 1 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 转转 氨氨 酶酶 2 此种方式主要在肌肉组织进行。此种方式主要在肌肉组织进行。 腺苷酸腺苷酸 脱氢酶脱氢酶 H2O NH3 延胡索酸延胡索酸 腺嘌呤腺嘌呤 核苷酸核苷酸 (AMP) 1、概念：、概念：aa在在aa脱羧酶作用下生成脱羧酶作用下生成CO2和和 一个相应一级胺类化合物的作用。一个相应一级胺类化合物的作用。 2、酶

20、：专一性强、酶：专一性强，且且只对只对L-氨基酸氨基酸起作用。起作用。 除组氨酸脱羧酶不需辅酶外，余均以除组氨酸脱羧酶不需辅酶外，余均以 吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸为辅酶。为辅酶。 谷氨酸-氨基丁酸：重要的神经介质，抑 制神经中枢； 组氨酸 组胺：有降压、刺激胃液分泌的作用 酪氨酸 酪胺：有升压作用 （一）（一）-氨基丁酸氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA) L- L-谷氨酸谷氨酸GABAGABA CO2 L- L- 谷氨酸脱酶谷氨酸脱酶 GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制 作用。作用。 （二）牛磺酸（二）牛磺酸( (taurine

21、) 牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。 L- L-半胱氨酸半胱氨酸磺酸丙氨酸磺酸丙氨酸 牛磺酸牛磺酸 磺酸丙氨酸脱羧酶磺酸丙氨酸脱羧酶 CO2 2 （三）组胺（三）组胺 (histamine) L-L-组氨酸组氨酸组胺组胺 组氨酸脱羧酶组氨酸脱羧酶 CO2 组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的 通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。 （四）（四）5-羟色胺羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT) 色氨酸色氨酸5-羟色氨酸羟色氨酸 5-HT 色氨酸羟化酶色氨酸羟化酶

22、5-5-羟色氨酸脱羧酶羟色氨酸脱羧酶 CO2 5-HT在脑内作为神经递质，起抑制作用；在脑内作为神经递质，起抑制作用； 在外周组织有收缩血管的作用。在外周组织有收缩血管的作用。 （五）多胺（五）多胺( (polyamines) ) 鸟氨酸鸟氨酸腐胺腐胺 S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸 (SAM ) 脱羧基脱羧基SAM 鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸脱羧酶 CO2 SAM脱羧酶脱羧酶 CO2 精脒精脒 (spermidine) 丙胺转移酶丙胺转移酶 5 5 - -甲基甲基- -硫硫- -腺苷腺苷 丙胺转移酶丙胺转移酶 精胺精胺 (spermine) 多胺是调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的多胺是调节细胞生长

23、的重要物质。在生长旺盛的 组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高， 其限速酶其限速酶鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。活性较强。 大多数胺类对动物有毒，去向： 1）随尿排出； 2）在胺氧化酶作用下可进一步氧化分解： 胺 醛 脂肪酸 其他含N活性化合物 CO2 H2O 新氨基酸 氨基酸分解 脱氨 脱羧 氨 -酮酸 胺 CO2 氨是机体正常代谢产物，具有毒性。氨是机体正常代谢产物，具有毒性。 体内的氨主要在肝合成尿素体内的氨主要在肝合成尿素( (urea)而解毒。而解毒。 正常人血氨浓度一般不超过正常人血氨浓度一般不超过 0.6mol/L。 1、氨的代谢

24、去路、氨的代谢去路 （一）血氨的来源与去路（一）血氨的来源与去路 1. 1. 氨的来源氨的来源 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源, , 胺类的分解也可以产生氨胺类的分解也可以产生氨 RCH2NH2RCHO + NH3 胺氧化酶胺氧化酶 肠道吸收的氨肠道吸收的氨 氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨 尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺 谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酸谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶 2. 氨的去路氨的去路

25、 在肝内合成尿素，这是最主要的去路在肝内合成尿素，这是最主要的去路 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺合成谷氨酰胺 谷氨酸谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶 ATPADP+Pi 生成尿酸生成尿酸 肾小管泌氨肾小管泌氨 分泌的分泌的NH3在酸性条件下生成在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。随尿排出。 （二）氨的转运（二）氨的转运 1. 丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环(alanine-glucose cycle) 生理意义生理意义 肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。 肝为肌肉提供葡

26、萄糖。肝为肌肉提供葡萄糖。 丙丙 氨氨 酸酸 葡葡 萄萄 糖糖 肌肉肌肉 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 NH3 谷氨酸谷氨酸 -酮戊酮戊 二酸二酸 丙酮酸丙酮酸 糖酵解途径糖酵解途径 肌肉肌肉 丙丙 氨氨 酸酸 血液血液 丙氨酸丙氨酸 葡萄糖葡萄糖 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸丙酮酸丙酮酸 NH3 尿素尿素 尿素循环尿素循环糖糖 异异 生生 肝肝 丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环 葡葡 萄萄 糖糖 反应过程反应过程 2. 谷氨酰胺的谷氨酰胺的运输和贮存运输和贮存作用作用 反应过程反应过程 谷氨酸谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATP ADP+Pi 谷氨酰胺

27、酶谷氨酰胺酶 在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾 后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。 生理意义生理意义 谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储 存及运输形式。存及运输形式。 （三）尿素的生成（三）尿素的生成 1.1.生成部位生成部位 主要在主要在肝细胞肝细胞的线粒体及胞液中。的线粒体及胞液中。 2.2.生成过程生成过程 尿素生成的过程由尿素生成的过程由Hans Krebs 和和Kurt Henseleit 提出，称为提出，称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环 ( (orinithine cycle)，

28、又称，又称尿素循环尿素循环( (urea cycle) 或或Krebs- Henseleit循环循环。 鸟鸟 氨氨 酸酸 循循 环环 2ADP+Pi CO2 + NH3 + H2O 氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 2ATP N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 Pi 鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 精氨酸精氨酸 延胡索酸延胡索酸 氨基酸氨基酸 草酰乙酸草酰乙酸 苹果酸苹果酸 -酮戊酮戊 二酸二酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 精氨酸代精氨酸代 琥珀酸琥珀酸 瓜氨酸瓜氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 ATP AMP + PPi 鸟氨酸鸟氨酸 尿素尿素 线粒体线粒体 胞胞 液液 （1） 氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸的合成 CO2 + NH

29、3 + H2O + 2ATP 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 （N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸，Mg2+） C O H2NO PO32-+ 2ADP + Pi 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 反应在线粒体中进行反应在线粒体中进行 反应由氨基甲酰磷酸合成酶反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。催化。 N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子分子 ATP。 N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸(AGA) COOH CH3C-NH-CH (CH2)2 COOH O COOH CH3C-NH-CH (CH2)2 COOH

30、O （2) 瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成 鸟氨酸氨甲酰基转移酶鸟氨酸氨甲酰基转移酶 H3PO4 + 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 NH2 (CH2)3 CH COOH NH2 鸟鸟氨氨酸酸 NH2 (CH2)3 CH COOH NH2 鸟鸟氨氨酸酸 NH2 C O O PO32- NH2 C O O PO32- NH CH COOH NH2 NH2 CO 瓜瓜氨氨酸酸 (CH2)3 反应在线粒体中进行，反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。瓜氨酸生成后进入胞液。 (3) 精氨酸的合成精氨酸的合成 反应在反应在胞液胞液中进行。中进行。 精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶 ATPAMP+PPiH

31、2O Mg2+ + 天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸 NH CH COOH NH2 NH2 CO 瓜瓜氨氨酸酸 (CH2)3 COOH C HH2N CH2 COOH NH (CH2)3 CH COOH NH2 NH2 CN COOH CH CH2 COOH 精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸 精氨酸代琥精氨酸代琥 珀酸裂解酶珀酸裂解酶 精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸 COOH CH CH HOOC + NH (CH2)3 CH COOH NH2 NH2 CNH NH (CH2)3 CH COOH NH2 NH2 CN COOH CH CH2 COOH NH (CH2)3 CH COOH

32、NH2 NH2 CN COOH CH CH2 COOH (4) 精氨酸水解生成尿素精氨酸水解生成尿素 反应在胞液中进行反应在胞液中进行 尿素尿素鸟氨酸鸟氨酸 精氨酸精氨酸 H2O A、有利于生物体的自身保护； B、防止过量氨氨积累于血液而引起神经中毒。 尿素循环与尿素循环与TCA的关系的关系 3.3.反应小结反应小结 原料：原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个分子氨，一个来自于游离氨，另一个 来自天冬氨酸。来自天冬氨酸。 过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。 耗能：耗能：3 个个ATP，4 个高能磷酸键。个高能磷酸键。 4.4.尿素生成的调节尿

33、素生成的调节 (1） 食物蛋白质的影响食物蛋白质的影响 高蛋白膳食高蛋白膳食 合成合成 低蛋白膳食低蛋白膳食 合成合成 （2）氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶的调节：的调节： N-乙酰谷氨乙酰谷氨 酸酸、精氨酸为其激活剂、精氨酸为其激活剂 （3） 尿素生成酶系的调节：尿素生成酶系的调节： 酶酶相对活性相对活性 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶 精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶 精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶 精氨酸酶精氨酸酶 4.5 163.0 1.0 3.3 149.0 正常成人肝尿素合成酶的相对活性正常成人肝尿素合成酶的相

34、对活性 酶酶相对活性相对活性 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶 精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶 精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶 精氨酸酶精氨酸酶 4.5 163.0 1.0 3.3 149.0 正常成人肝尿素合成酶的相对活性正常成人肝尿素合成酶的相对活性 5.5.高氨血症和氨中毒高氨血症和氨中毒 血氨浓度升高称血氨浓度升高称高氨血症高氨血症 ( ( hyperammonemia) )， 常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺 陷也可导致高氨血症陷也可导致高氨血症。 高氨血症时可引起脑

35、功能障碍，称高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒氨中毒 ( (ammonia poisoning) )。 TCA 脑供能不足 脑供能不足 - -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺 NH3 NH3 脑内脑内 - -酮戊二酸酮戊二酸 氨中毒的可能机制氨中毒的可能机制 Gln（谷酰胺）和Asn（天冬酰胺）在许多合成 （如蛋白质合成）代谢中起的作用： A、氨基供体； B、体内解毒方式； C、氨以酰胺形式储存，在脑、肝、肌肉等组织。 肾谷酰胺酶将Gln分解成Glu和氨，氨随尿排出。 3 嘧啶环的合成： lAA分解产生5种产物进入TCA循环，进行 彻底的氧化分解。 五种产物为：乙酰CoA、 a-

36、酮戊二酸、琥 珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸 l再合成AA a a-酮酸的代谢酮酸的代谢 转变成糖和脂肪 生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰 乙酸和a-酮戊二酸的AA。 （Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val） 凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的AA均 能通过乙酰CoA转变成脂肪。 转变成酮体 生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、-丁酸的AA （Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中） 氨基酸的三种类型 生糖 氨基酸 生糖生酮 氨基酸 生酮 氨基酸 丙 羟脯 异亮 亮 精 蛋 苯丙 天冬 脯 酪 天冬酰胺 丝

37、 色 胱半胱 苏 赖 谷 缬 谷氨酰胺 甘 组 生酮生酮+生糖兼生酮生糖兼生酮=“一两色本来老一两色本来老” 异柠檬酸异柠檬酸 柠檬酸柠檬酸 延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 CoASH 三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环 乙酰乙酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA 乙酰乙酰乙酰乙酰CoA 苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸 色氨酸色氨酸 丙氨酸丙氨酸 苏氨酸苏氨酸 甘氨酸甘氨酸 丝氨酸丝氨酸 半胱氨酸半胱氨酸 丙酮酸丙酮酸 精氨酸精氨酸 组氨酸组氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 脯氨酸脯氨酸 谷氨酸谷氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 甲硫氨酸甲硫氨

38、酸 缬氨酸缬氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 谷氨酰胺谷氨酰胺 由氨基酸合成其他含氮化合物 一碳单位 1.1.概念：概念： 氨基酸在分解过程中产生的含一个碳原子的氨基酸在分解过程中产生的含一个碳原子的 基团（不包括基团（不包括COCO2 2）。）。 2.2.种类：种类： 甲基（甲基（-CH-CH3 3） 亚甲基（亚甲基（-CH-CH2 2- - 甲烯基）甲烯基） 次甲革（次甲革（=CH- =CH- 甲炔基）甲炔基） 甲酰基（甲酰基（-CHO-CHO） 亚氨甲基（亚氨甲基（-CH=NH-CH=NH） 3.3.特点：特点： 不能游离存在，一般以四氢叶酸为载体参与反应不能游离存

39、在，一般以四氢叶酸为载体参与反应 章首 四氢叶酸（FH4 ） 的结构与合成 蝶呤+对氨基苯甲酸+L-谷氨酸 二氢叶酸 四氢叶酸 二氢叶酸合成酶 二氢叶酸还原酶 章首 章首节首 参与参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。等的合成。 将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。 一碳单位代谢障碍会影响一碳单位代谢障碍会影响DNADNA、蛋白质、蛋白质的合成，的合成， 引起巨幼红细胞性贫血。引起巨幼红细胞性贫血。 磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响一碳单位代谢一碳单位代谢 及核苷酸合成及核苷酸合成而发挥药理作用。而发挥药理作用。 参与

40、许多物质的参与许多物质的甲基化甲基化过程。过程。 章首节首 l氨同化 l氨基酸的合成 四 氨的同化及氨基酸的生物合成 一、氨的同化 定义：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） v生物体N的来源 1.食物来源的N（食物中的蛋白质和氨基 酸）：人和动物的N源 2.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） 生物固N机制的研究历史： 1862-1962：完整的细胞水平（分离 固氮微生物） 1960-1966：无细胞水平（发现固N需 要铁氧还蛋白等 作电子传递体，需要 ATP等） 1966-目前：分子水平（固N 酶纯化，

41、组分I为钼铁蛋白；组分II为铁蛋白， 1992年测定其空间结构） 氨同化的途径 谷AA的形成途径 氨甲酰磷酸形成途径 硝酸还原酶硝酸还原酶 NO2- 亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶 NH3 AA Pr 其它含其它含N化合物化合物 3. 硝酸还原生成（植物体中的N源） NO3- 1.谷AA脱氢酶（细菌） NH3 谷谷AA 其它其它AA CH2 - COOH CH2 - C=O COOH - CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - +NH3 +NADH+NAD+ +H2O -酮戊二酸 （TCA循环产生的） 此反应要求有较高浓度的此反应要求有较高浓度的NHNH3 3， ， 足以使光合磷

42、酸化解偶联，所以足以使光合磷酸化解偶联，所以 它不可能是无机氨转为有机氮的它不可能是无机氨转为有机氮的 主要途径主要途径 谷AA合成途径 CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - CH2 - CONH2 CH2 - CHNH2 COOH - +NH3 +ATP+ADP +Pi+H2O 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） CH2 - CONH2 CH2 - CHNH2 COOH - CH2 - COOH CH2 - C=O COOH - +2H CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - 2 谷AA合酶 +

43、 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+ O H2N- C -OPO3H2 + ADP = 2 氨甲酰磷酸合成酶 NH3 + CO2 + 2ATP Mg2+ O H2N-C-OPO3H2 + 2ADP+Pi 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。 利用体内代谢的氨 v主要通过转氨基作用 AA-R1 -酮酸酮酸R1 转氨酶 AA-R2 -酮酸酮酸R2 v许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主 要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换站”， 先转变成Glu再合成其它AA。 二、氨基酸的合成

44、有C架（ -酮酸） 有AA提供氨基 (最主要为谷AA，领头AA) 氨基酸的合成 包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu) 共同碳架：EMP中的丙酮酸 COOH CH3 C=O - CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - - COOH CH3 CHNH2 - - CH2 - COOH CH2 - C=O COOH - - 谷丙转氨酶 + + 丙酮酸 谷AA 丙AA -酮戊二酸 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 CO

45、OH - - 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 CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - COOH CHO - + COOH CH2NH2 - CH2 - COOH CH2 - C=O COOH - - + -酮戊二酸 甘AA 谷AA 乙醛酸 丝氨酸族氨基酸的合成 COOH CH2NH2 - COOH CH2OH CHNH2 - +NH3+CO2 +2H+ + 2e-2 H2O 丝AA 甘AA 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