生化13氨基酸代谢

1、第十三章第十三章氨基酸的代谢氨基酸的代谢Metabolism of Amino Acids氨基酸代谢库脱氨基作用脱羧基作用NH3 -酮酸酮体氧化供能糖尿素肝胺类CO2转变其他含氮化合物消化吸收分解合成食物蛋白质组织蛋白质 体内合成的非必需氨基酸氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况1、 外源蛋白质的消化与氨基酸的吸收外源蛋白质的消化与氨基酸的吸收 蛋白质在胃中的消化作用：胃蛋白酶的最适蛋白质在胃中的消化作用：胃蛋白酶的最适pH为为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。主要为多肽及少量氨基酸。 小肠是蛋白质消化的主要部位：胰蛋白酶、小肠是蛋白质

2、消化的主要部位：胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶(A、B)、氨、氨肽酶肽酶 氨基酸的吸收：主要在小肠氨基酸的吸收：主要在小肠 外源蛋白质的消化外源蛋白质的消化 氮平衡氮平衡摄入食物的含氮量与排泄物中含氮量之间摄入食物的含氮量与排泄物中含氮量之间的关系。的关系。氮总平衡：摄入氮氮总平衡：摄入氮 = = 排出氮（正常成人）排出氮（正常成人）正氮平衡：摄入氮正氮平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）排出氮（儿童、孕妇等）负氮平衡：摄入氮负氮平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）病患者）氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。氮平衡的意义

3、：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。 生理需要量生理需要量 成人每日最低蛋白质需要量为成人每日最低蛋白质需要量为303050g50g，我，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g80g。 蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类等蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类等必需氨基酸必需氨基酸指体内不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，指体内不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有共有9种：种：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp 和和 His。 2 2、真核细胞中蛋白质的降解有两条途径、真核

4、细胞中蛋白质的降解有两条途径 不依赖不依赖ATPATP 利用多种蛋白酶降解外源性蛋白、膜利用多种蛋白酶降解外源性蛋白、膜 蛋白和长寿命的细胞内蛋白蛋白和长寿命的细胞内蛋白u 依赖泛素依赖泛素(ubiquitin)(ubiquitin)的降解过程的降解过程u溶酶体内降解过程溶酶体内降解过程 依赖依赖ATP 降解无用短寿命蛋白降解无用短寿命蛋白l 泛素泛素 76个氨基酸的小分子蛋白个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守一级结构高度保守 泛素化泛素化(ubiquitination) 泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接泛素与选择性被降解

5、蛋白质形成共价连接蛋白酶体蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解对泛素化蛋白质的降解3、泛素介导的蛋白质降解过程、泛素介导的蛋白质降解过程l 降解过程降解过程泛素化过程泛素化过程E1：泛素活化酶：泛素活化酶E2：泛素结合酶：泛素结合酶E3：泛素蛋白连接酶：泛素蛋白连接酶泛素泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPi泛素泛素COS E1HS-E2HS-E1泛素泛素COS E2泛素泛素COS E1被降解被降解蛋白质蛋白质HS-E2泛素泛素COS E2泛素泛素CNH 被降解蛋白质被降解蛋白质OE3 E1E1：泛素活化：泛素活化酶酶E2E2：泛素结合酶：泛素结合酶E3E3：泛素蛋白连接

6、酶：泛素蛋白连接酶第一节第一节 氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢 一、氨基酸分解的基本反应一、氨基酸分解的基本反应1 1、氨基酸的脱氨基作用、氨基酸的脱氨基作用2 2脱酰胺基作用脱酰胺基作用3 3氨基酸的转氨基作用氨基酸的转氨基作用转氨酶的特点转氨酶的特点 催化可逆反应，平衡常数约催化可逆反应，平衡常数约1.01.0 辅酶为磷酸吡哆醛辅酶为磷酸吡哆醛 通常以通常以- - 酮戊二酸为氨基受体酮戊二酸为氨基受体 专一性强，种类多专一性强，种类多 l 转氨酶转氨酶 正常人各组织正常人各组织GOT及及GPT活性活性 (单位单位/克湿组克湿组织织)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

7、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1560007100肝骼肌骨骼肌990004800肾肾9100019000组织组织GOTGPT 胰腺胰腺脾脾肺肺血清血清280002000140001200100007002016l 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胺 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 转氨酶转氨酶4、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用（肌肉、脑）嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用（肌肉、脑

8、） 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨+ H2OL-谷氨酸脱氢酶+ NH3-氨基酸 -酮戊二酸L-谷氨酸转氨酶 -酮酸NAD+H2N CHRCOOHCRCOOHONADH + H+CCH2CH2CCOOHOOHOH2N CHCH2H2CCCOOHOOH以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨反应可逆。反应可逆。此种方式是氨基酸脱氨基的主要方式。此种方式是氨基酸脱氨基的主要方式。L-L-谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为NAD+NAD+或或NADP+NADP+。此酶分布广泛，但以肝、肾、脑中活性较强。此酶分布广泛，但

9、以肝、肾、脑中活性较强。此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。-氨基酸 -酮戊 二酸谷氨酸转氨酶 -酮酸草酰乙酸Asp苹果酸延胡索酸腺苷酸代 琥珀酸IMPAMPNH3H2OAST腺苷酸 脱氨酶转氨酶与腺苷酸脱氨酶的联合脱氨基作用（肌肉、转氨酶与腺苷酸脱氨酶的联合脱氨基作用（肌肉、脑）脑）5 5、氨基酸的脱羧基作用、氨基酸的脱羧基作用 R CH COOHNH2CO2RCH2NH2氨基酸胺氨基酸脱羧酶 氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。RCH2NH2胺RCHO醛胺氧化酶RCOOH酸醛氧化酶 胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭

10、胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭活。活。二氨的排泄二氨的排泄 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排出体内的氨主要在肝合成尿素排出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 0.6mol/L GlnGlu谷氨酰胺酶H2ONH3CHNH2COOHCH2CH2COOHCHNH2COOHCH2CH2CONH2Gln合成酶（脑、肌肉）NH3 + ATPADP + Pi（肝、肾）1 1、氨的转运、氨的转运（1 1）以谷氨酰胺的形式转运）以谷氨酰胺的形式转运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

11、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-葡萄糖循葡萄糖循环环葡葡萄萄糖糖（2 2）以丙氨酸的形式转运）以丙氨酸的形式转运2 2、尿素的合成、尿素的合成尿素循环途径尿素循环途径（鸟氨酸循环）（鸟氨酸循环）尿素NH3 + CO2H2ONH3鸟氨酸瓜氨酸精氨酸H2OH2O精氨酸酶线粒体胞液 鸟氨酸循环的详细步骤鸟氨酸循环的详细步骤H2O鸟氨酸瓜氨酸+氨甲酰磷酸 合成酶-I2ATP2ADP + PiH2NC OOP氨甲酰磷酸鸟氨酸氨甲酰

12、 转移酶PiNH2CNHO(CH2)3CHNH2COOH胞液NH3+CO2NH2(CH2)3CHNH2COOH线粒体内的反应步骤线粒体内的反应步骤（1）. 氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成 CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨甲酰基磷酸合成酶氨甲酰基磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸）乙酰谷氨酸）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨甲酰基磷酸氨甲酰基磷酸(2). (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)3CHCOOHNH2鸟鸟氨氨酸酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟鸟氨氨酸酸NH2CO

13、OPO32-NH2COOPO32-NHCHCOOHNH2NH2CO瓜瓜氨氨酸酸(CH2)3 两步反应均不可逆；两步反应均不可逆； 氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶-(carbamoyl phos-phate synthetase，CPS-)为变构酶，为变构酶，N-乙酰谷氨酸（乙酰谷氨酸（N-AGA）为此酶的变构激）为此酶的变构激活剂；活剂； 此阶段消耗此阶段消耗2个个ATP；尿素H2O鸟氨酸瓜氨酸精氨酸酶精氨酸代琥珀酸合成酶AMP + PPiNH2CNHO(CH2)3CHNH2COOHATP+AspNH2CNHN(CH2)3CHNH2COOHCHCOOHCH2COOH精氨酸代 琥珀酸精氨酸代琥

14、珀酸裂解酶CHCOOHCHCOOH延胡索酸NH2CNHNH(CH2)3CHNH2COOHArgNH2(CH2)3CHNH2COOHNH2CNH2O入线粒体循环使用(3) 精氨琥珀酸的合成精氨琥珀酸的合成反应在胞液中进行反应在胞液中进行(3) 精氨琥珀酸的合成精氨琥珀酸的合成反应在胞液中进行反应在胞液中进行 精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸天冬氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜瓜氨氨酸酸(CH2)3COOHCHH2NCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸精氨

15、酸代琥精氨酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶精氨琥珀酸精氨琥珀酸COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH（4）精氨琥珀酸的裂解（5） 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 3、尿素循环小结、尿素循环小结 尿素合成的部位尿素合成的部位u 合成合成1分子尿素消耗分子尿素消耗 ？个高能磷酸键，从体内清？个高能磷酸键，从体内清 u 除除 ？分子氨和？分子氨和 ？分子？分子CO

16、2 u 尿素尿素柠檬酸双循环（柠檬酸双循环（Krebs bicycle）u 尿素合成的总反应式尿素合成的总反应式Krebs bicycle 尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离的（或游离的NH3），另一个来自），另一个来自Asp； 每合成每合成1分子尿素需消耗分子尿素需消耗4个个P； 循环中消耗的循环中消耗的Asp可通过延胡索酸转变为可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他-氨基酸获得氨基而再生；氨基酸获得氨基而再生； 精氨酸代琥珀酸合成酶（精氨酸代琥珀酸合成酶（ASS）为尿素合）为尿素合成的限速酶。成的限

17、速酶。 高蛋白饮食或严重饥饿时，尿素循环速度高蛋白饮食或严重饥饿时，尿素循环速度增加，增加， 低蛋白高碳水化合物饮食后尿素循环水平低蛋白高碳水化合物饮食后尿素循环水平降低降低l N乙酰谷氨酸是氨甲酰磷酸合成酶乙酰谷氨酸是氨甲酰磷酸合成酶I的别构激活剂的别构激活剂u 调节：调节：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NH3NH3 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三氨基酸碳架的氧化三氨基酸碳架的氧化生糖氨基酸：能生成丙酮酸、生糖氨基酸：能生成丙酮酸、- 酮戊二酸、酮戊二酸、琥珀酰琥珀酰CoA、 延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸延胡索

18、酸、草酰乙酸的氨基酸生酮氨基酸：生成乙酰生酮氨基酸：生成乙酰CoA、乙酰乙酸的氨、乙酰乙酸的氨基酸基酸甘甘氨氨酸酸、丝丝氨氨酸酸、缬缬氨氨酸酸、组组氨氨酸酸、精精氨氨酸酸、羟羟脯脯氨氨酸酸、丙丙氨氨酸酸、谷谷氨氨酸酸、谷谷氨氨酰酰胺胺、蛋蛋氨氨酸酸、天天冬冬氨氨酸酸、天天冬冬酰酰胺胺、脯脯氨氨酸酸、半半胱胱氨氨酸酸类类别别氨氨 基基 酸酸生生糖糖氨氨基基酸酸生生酮酮氨氨基基酸酸亮亮氨氨酸酸、赖赖氨氨酸酸生生糖糖兼兼生生酮酮氨氨基基酸酸异异亮亮氨氨酸酸、苯苯丙丙氨氨酸酸、酪酪氨氨酸酸、苏苏氨氨酸酸、色色氨氨酸酸氨氨基基酸酸生生糖糖及及生生酮酮性性质质的的分分类类甘甘氨氨酸酸、丝丝氨氨酸酸、缬缬氨

19、氨酸酸、组组氨氨酸酸、精精氨氨酸酸、羟羟脯脯氨氨酸酸、丙丙氨氨酸酸、谷谷氨氨酸酸、谷谷氨氨酰酰胺胺、蛋蛋氨氨酸酸、天天冬冬氨氨酸酸、天天冬冬酰酰胺胺、脯脯氨氨酸酸、半半胱胱氨氨酸酸类类别别氨氨 基基 酸酸生生糖糖氨氨基基酸酸生生酮酮氨氨基基酸酸亮亮氨氨酸酸、赖赖氨氨酸酸生生糖糖兼兼生生酮酮氨氨基基酸酸异异亮亮氨氨酸酸、苯苯丙丙氨氨酸酸、酪酪氨氨酸酸、苏苏氨氨酸酸、色色氨氨酸酸甘甘氨氨酸酸、丝丝氨氨酸酸、缬缬氨氨酸酸、组组氨氨酸酸、精精氨氨酸酸、羟羟脯脯氨氨酸酸、丙丙氨氨酸酸、谷谷氨氨酸酸、谷谷氨氨酰酰胺胺、蛋蛋氨氨酸酸、天天冬冬氨氨酸酸、天天冬冬酰酰胺胺、脯脯氨氨酸酸、半半胱胱氨氨酸酸类类别别

20、氨氨 基基 酸酸生生糖糖氨氨基基酸酸生生酮酮氨氨基基酸酸亮亮氨氨酸酸、赖赖氨氨酸酸生生糖糖兼兼生生酮酮氨氨基基酸酸异异亮亮氨氨酸酸、苯苯丙丙氨氨酸酸、酪酪氨氨酸酸、苏苏氨氨酸酸、色色氨氨酸酸类类别别氨氨 基基 酸酸生生糖糖氨氨基基酸酸生生酮酮氨氨基基酸酸亮亮氨氨酸酸、赖赖氨氨酸酸生生糖糖兼兼生生酮酮氨氨基基酸酸异异亮亮氨氨酸酸、苯苯丙丙氨氨酸酸、酪酪氨氨酸酸、苏苏氨氨酸酸、色色氨氨酸酸氨氨基基酸酸生生糖糖及及生生酮酮性性质质的的分分类类四、氨基酸衍生的其它重要物质四、氨基酸衍生的其它重要物质1、氨基酸与一碳单位（含有一个碳原子的基、氨基酸与一碳单位（含有一个碳原子的基团）团） 种类种类 ：甲基

21、：甲基 -CH3 ; 羟甲基羟甲基 -CH2OH; 亚甲基亚甲基 CH2 ；亚氨甲基；亚氨甲基 CH=NH 甲酰基甲酰基 HCO- ; 氨甲酰基氨甲酰基 COHNH 来源：来源： Gly 、His、 Ser、 Thr 等等功能：参与嘌呤、嘧啶的合成；参与各种生功能：参与嘌呤、嘧啶的合成；参与各种生物活物活 性物质的甲基化修饰等性物质的甲基化修饰等 一碳单位的载体：四氢叶酸（一碳单位的载体：四氢叶酸（FH4）一碳单位的载体一碳单位的载体 四氢叶酸四氢叶酸NHHNNNH2NCH2HN12345678910OHCONHHCCOOHCH2CH2COOHNADPH(H+)NADP+NADPH(H+)NA

22、DP+叶酸二氢叶酸四氢叶酸二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶种类种类 ：甲基：甲基 -CH3 ; 羟甲基羟甲基 -CH2OH;亚甲基亚甲基 CH2 ；亚氨甲基亚氨甲基 CH=NH 甲酰基甲酰基 HCO- ; 氨甲酰基氨甲酰基 COHNH 来源：来源： Gly 、His、 Ser、 Thr 等等HOCH2CHCOOHNH2H2OCH2FH4FH4Ser丝氨酸羟甲基 转移酶N5，N10+ GlyCH2COOHH2NCH2FH4FH4GlyNAD+NADH+H+甘氨酸裂解酶N5，N10+ CO2 + NH3NNHCH2CHCOOHNH2HOOCCHNHCH2CHCH2COOHHNHisFH4GluN5CH

23、=NHFH4亚氨甲基谷氨酸亚氨甲基转移酶TrpHCOOHN10CHO FH4N10CHOFH4FH4+ATP犬尿氨酸甲酸合成酶ADP+PiH2OCH2FH4N5CH=NH FH4N10CHOFH4CH FH4NH3NH3H2ONADPH+H+NAPD+NADH+H+NAD+N5CH3FH4N5,N10N5,N10一碳单位的相互转变一碳单位的相互转变1. S 腺苷甲硫氨酸的生成腺苷甲硫氨酸的生成腺苷转移酶腺苷转移酶PPi+Pi+甲硫氨酸甲硫氨酸ATPS腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)甲基转移酶甲基转移酶RHRHCH3腺苷腺苷SAMS腺苷同型腺苷同型半胱氨酸半胱氨酸同型半胱氨酸同型半胱氨酸 SA

24、M SAM甲基的直接供体甲基的直接供体甲硫氨酸甲硫氨酸S-S-腺苷同型腺苷同型 半胱氨酸半胱氨酸S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸同型半胱氨酸FH4CH3 - N5FH4 CH3-N5FH4 转甲基酶转甲基酶H2O腺苷腺苷RHATPPPi+PiRH-CH3l - -氨基丁酸（氨基丁酸（GABA)GABA)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。2、氨基酸衍生的生物活性物质、氨基酸衍生的生物活性物质l 组胺组胺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

25、刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。l 5-羟色胺羟色胺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。 l 儿茶酚胺（肾上腺素）合成儿茶酚胺（肾上腺素）合成l 帕金森病帕金森病(Parkinson disease)(Parkinson disease)患者多巴胺患者多巴胺 生成减少。生成减少。l 在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。催化合成黑色素。l 人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病。肤、毛发等发白，称为白化病。+ NO+ O2COOHCHNH2(CH2)3NHCNHNH2NADPH+H+ NADP+ COOHCHNH2(CH2)3NHCONH2一氧化氮合酶一氧化氮合酶（NOS）精氨酸精氨酸瓜氨酸瓜氨酸一氧化氮一氧化氮l 一氧化氮