氨基酸代谢一~RF6c2760TMP.pptx

1、蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢本章着重讨论蛋白质在机体内的降解以及氨基酸的代谢途径。1一、蛋白质降解二、脱氨基作用三、转氨基作用四、联合脱氨作用五、脱羧作用六、氨的去路尿素循环七、个别氨基酸代谢 2 学习目的与要求： 通过本章的学习使学生掌握 1.蛋白质的营养作用， 2.氨基酸代谢的一般方式， 3.氨基酸分解产物在生物体的去路 4.三大物质的代谢关系。 3重点： 1.氨基酸的脱氨基作用的方式， 2.尿素的生成， 3.酮酸的彻底分解和转化， 4.三大物质的代谢关系。难点： 1.联合脱氨 2.尿素的生成。4 蛋白质的营养作用1.氮平衡氮平衡: 摄入氮量与排出氮量的关系总氮平衡: 摄入氮量 = 排出氮

2、量正氮平衡: 摄入氮量 排出氮量负氮平衡: 摄入氮量 IleValPheTrpThr2. 碱性氨基酸载体此类载体可转运Lys,Arg，转运速率为中性氨基酸转运速率的10%3. 酸性氨基酸载体此类载体可转运Asp,Glu,转运速率与碱性氨基酸载体差不多4.亚氨基酸及甘氨酸载体此类载体可转运Pro,Hyp,Gly，转运速率最低18氨基酸的分解与转化一、氨基酸代谢概况三、氨基酸的脱羧基作用四、氨基酸分解产物的转化二、氨基酸的脱氨基作用19血液中的氨基酸食物消化吸收组织蛋白分解非蛋白物转化合成组织蛋白氧化分解转变为糖和脂肪合成其他含氮物氨基酸的来源与去路20氨基酸代谢图21哺乳动物氨基酸分解图22氨基

3、酸分解的共同途径23氨基酸的分解代谢部位：肝脏氨基酸的功能 合成蛋白质；能量代谢；含氮化合物的前体分解步骤（3步P303）和代谢途径24分解步骤脱氨作用氨与天冬氨酸的氮原子结合，生成尿素氨基酸的碳骨架转化为代谢中间体25氨基酸代谢概况食物蛋白质氨基酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物TCA鸟氨酸循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤SO4 2 -生物固氮硝酸还原（次生物质代谢）CO2胺26脱氨（基）作用（Deamination） 脱氨作用是氨基酸失去氨基的作用。氨基酸的脱氨基作用由氨基酸氧化酶催化。包括：氧化脱氨：动、植物中普

4、遍存在；非氧化脱氨：微生物中，不普遍。 动物的脱氨主要发生在肝脏中。27氨基酸的脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用1、氧化脱氨基作用 2、转氨基作用3、联合脱氨基作用28氧化脱氨基作用 氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。 AA oxidase 2AA+O22Ketoacid+2NH3 29氧化脱氨基作用大部分的氧化脱氨基作用发生于谷氨酸的氧化脱氨基作用（此反应中-酮戊二 酸具有接受脱下的氨基的优势），在谷氨酸脱氢酶作用下产生氨。3031氧化脱氨基作用主要有以下两种类型： -氨基酸 氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-CO

5、O-+NH3 O|H2O+O2H2O2 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+ H2O-酮戊二 酸+ NH3NAD（P）+NAD（P）H氨基酸脱氢酶（不需氧）氨基酸氧化酶（需氧）32氧化脱氨 由氨基酸氧化酶催化，酶是一种黄素蛋白1L-aa oxidase，分布不广、活力低，一类以FAD为辅基、另一类以FMN为辅基（人和动物）。对Gly; L-Ser, L-Thr; L-Glu, L-Asp; Lys, Arg, Ornithine无作用。2D-aa oxidase，以FAD为辅基，分布广，但作用不大。3氧化专一aa的酶。33氧化专一氨基酸的酶Gly Oxidase：Gly+1/2O2Glyoxylate+N

6、H3Asp Oxidase：Asp+1/2O2Oxaloacetate+NH334L-谷氨酸脱氢酶（L-Glu Dehydrogenase：L-Glu dHE）L-Glu+NAD(P)+ -ketoglutarate+NH3+NAD(P)H+H+味精生产发酵菌的L-Glu dHE活力非常高，利用糖代谢的中间产物-ketoglutarate发酵生产味精，NADPH来自于异柠檬酸脱氢。 35L-Glu dHE36L-Glu dHE的反应及调节37葡萄糖-丙氨酸循环与常规的转氨作用相反，存在肌肉氨基转移酶。把丙酮酸作为-酮酸底物，产物为丙氨酸，产物进入血液，运送到肝脏，在肝脏经转氨基作用，产生丙酮酸

7、，进行糖异生，葡萄糖回到肌肉中，以酵解的方法产生丙酮酸，即葡萄糖-丙氨酸循环。38葡萄糖-丙氨酸循环39Ala-Glc循环40转氨基作用（Transamination） -氨基酸1 R1-CH-COO- NH+3 |-酮酸1 R1-C-COO- O| R2-C-COO- O|-酮酸2 R2-CH-COO- NH+3 |-氨基酸2转氨酶 在转氨酶（Transaminase）的催化下， -氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。4142酶均以磷酸吡哆醛为辅基。Lys, Arg, Thr,

8、 Pro不能通过转氨酶转氨。 GPTGlu+PyAla+-ketoglutaric acid GOTGlu+oxaloacetateAsp+-ketoglutaric acid43磷酸吡哆醛的作用机理44谷氨酰胺的生成和利用+NH2+H2OATP ADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2+2H谷氨酸合成酶45联合脱氨基作用（United Deamination） （1）概念转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式。 氨基酸脱氨通过转氨作用和L-Glu dHE催化的Glu氧化脱氨作用联合完成。弥补L-aa oxidase分布少、活力低的缺陷。广泛存在，但并不是所有组织细胞的主要脱氨方式。46（

9、2）类型a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联47通过转氨和脱氢酶联合脱氨（United Deamination)除心肌和骨骼肌外的器官内的主要脱氨方式48转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H20+NAD+NH3+NADH-酮酸-氨基酸-酮戊二酸L-谷氨酸49通过核苷酸联合脱氨作用（United Deamination） 嘌呤核苷酸循环的联合脱氨作用，次黄嘌呤核苷一磷酸(IMP)与Asp形成腺苷酸代琥珀酸(adenylosuccinate)，再经裂合酶分解AMP和延胡索酸，AMP水解产生游离NH3和IMP。骨骼肌、心肌、肝脏及脑中主要的

10、脱氨方式。50转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联AMPIMPAMP代琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸AspGlua-酮戊二酸a-酮酸氨基酸GOT合成酶裂解酶H2ONH3NAD+NADH+H+NH351-氨基酸-酮酸-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸52通过腺苷酸联合脱氨53脱酰胺作用54氨基的代谢55非氧化脱氨基作用（自学）（1）直接脱氨基作用（2）还原脱氨基作用（3）水解脱氨基作用（4）脱水脱氨基作用（5）氧化还原脱氨基作用562.脱水脱氨： （动物及微生物） 3.脱硫化氢脱氨（动物及微生物） ASP 延胡索酸 + NH3 COOH CHNH2 CH2OH C

11、OOH CNH2 CH2 COOH C=NH2 CH3 COOH C=O CH3NH3+脱水酶H2OH2O COOH CHNH2 CH2SH+ COOH CNH2 CH2 COOH C=NH2 CH3 COOH C=O CH3NH3脱硫酶H2SH2O1.直接脱氨（微生物）574.水解脱氨（微生物） COOH CHNH2HOCHCH3 COOH CH2 CH3 COOH CH2 CH2CH3NH3CO2H2O+5.还原脱氨（微生物） COOH CHNH2 R COOH CH2 R+NH32H58氨基酸的脱羧基作用Decarboxylation） 1、概念 氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的

12、一级胺类化合物的作用。 脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。作用专一性很高，一般一种氨基酸只有一种脱羧酶，且只对L-型氨基酸起作用，只有His脱羧酶不需要辅酶。59 3、 生理意义： 生理效应。如: -氨基丁酸中枢神经抑制,神经系统的能量来源,组胺降低血压,扩张血管, 5-羟色胺 -血管收缩,血压升高. 生物合成的前体。如:-丙氨酸,色胺 4、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）直接脱羧 胺羟化脱羧 羟胺 2、类型:60氨基酸的脱羧作用如: 谷氨酸 -氨基丁酸 + CO2 组氨酸 组胺 + CO2 色氨酸 5-羟色胺 + CO261脱羧作用62胺的分解代谢多数胺类物质有毒体内有胺氧化酶胺胺氧化酶醛氨脂肪

13、酸尿素氨基酸63氨基酸分解产物的转化1、氨的代谢转变2、氨基酸碳骨架的代谢途径64氨的代谢转变（1）重新生成氨基酸（2）谷氨酰胺和天冬酰氨的生成（3）尿素的生成尿素循环（4）合成其他含N物质65谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)66谷丙转氨酶主要存在于肝脏 谷草转氨酶则存在于心脏及其它的组织67谷氨酸的重新生成L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+ H2O-酮戊二 酸+ NH3NAD（P）+NAD（P）H68 主要是通过Gln，多数动物细胞有Gln synthetase，催化 NH3+Glu+ATPGln+ADP+Pi。Gln运送到肝脏，谷氨酰胺酶（glutaminase）催化其

14、裂解，释放NH4+。 氨的转运69氨的转运肌肉中利用Ala将氨运送到肝脏，即Glc-Ala Cycle，循环中氨在Glu dHE作用下转变为Glu，进一步在GPT的作用下把氨转移给Py生成Ala，Ala随血液运送到肝脏，在肝脏GPT作用下转回到Py和Glu。肌肉中Py由糖酵解提供，肝脏中多余的Py可异生为Glc。 70谷氨酰胺在血液中转移氨71氨的排泄1. 排氨，氨经Gln运送到排泄部位（如鱼鳃），Gln酶裂解出游离氨借助扩散运动排出体外，鱼类,原生动物,水生动物。2.排尿素尿素（鸟氨酸）循环，人类、哺乳动物。3.排尿酸，爬虫类和鸟类以尿酸作为氨的主要排泄形式（灵长类、鸟类和陆生爬虫类嘌呤代谢

15、的产物也是尿酸）。4.自然界还有许多其他排氨方式，蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄方式；许多鱼类以氧化三甲胺排氮；高等植物则以Gln和Asn的形式把氨基氮储存于体内。72氨的去路尿素循环（鸟氨酸循环） Hans Krebs, Kurt Henseleit1932发现，氨基酸代谢产生的氨在肝脏中代谢为尿素解毒，必须有精氨酸酶Arginase水解精氨酸为尿素而实现在肝脏中解除氨的毒性，被称为尿素循环鸟氨酸循环或Krebs-Henseleit Cycle73氨进入尿素循环的反应74尿素循环简图75Enzymes: 1: carbamoyl phosphate synthetase-I (CPS-I) 2

16、: ornithine transcarbamoylase (OTC) 3: argininosuccinate synthetase 4: argininosuccinase 5: arginase76尿 素 的 生 成a、概念b、总反应和过程 在排尿动物体内由NH3合成 尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环。NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2+ AMP +PPi+延胡索酸尿素循环部分发生在线粒体，部分发生在细胞溶胶77鸟氨酸循环氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基

17、酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基质线粒体胞液NH2-C-NH2O尿素78氨甲酰磷酸的合成79氨甲基磷酸合成酶催化的反应碳磷酸酐氨甲酸氨甲酰磷酸80氨甲酰磷酸合成酶缺失的补救81瓜氨酸的合成82精氨琥珀酸的合成83精氨酸的生成84精氨酸裂解生成尿素85尿素循环与三羧酸循环86尿素循环与三羧酸循环的连接87肝昏迷（Hepatic coma）肝脏病变不能解除AA代谢产生的氨的毒性，一般通过在脑中与Glu形成Gln实现解毒，Glu用于解毒，须消耗TCA的中间产物-酮戊二酸而导致TCA中间产物的流失，阻滞TCA的进行，影响脑中能量代谢，

18、造成昏迷肝昏迷。88氨基酸碳骨架的代谢途径 人体10-15%的能量来自于氨基酸的氧化分解，氨基酸的碳架以5种产物形式进入TCA（分别为Py or Acetyl CoA, -Ketoglutaric acid, Succinyl CoA, Fumarate, Oxaloacetate）彻底氧化为H2O和CO2、还可以糖元异生或生酮。 89氨基酸碳骨架的代谢途径（1）再氨基化生成氨基酸（2）转变成糖或脂肪生糖氨基酸和生酮氨基酸（3）氧化成CO2和H2O90氨基酸进入三羧酸循环图91氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸磷酸烯醇式酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰

19、乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸异亮氨酸亮氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸葡萄糖柠檬酸9293形成乙酰CoA的途径氨基酸丙酮酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰CoA（1）（2）94形成乙酰CoA的氨基酸丙氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸半胱氨酸95AA 分解为乙酰辅酶A96AA转变为Py97苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 延胡索酸 乙酰辅酶A 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸 乙酰乙酰CoA到乙酰CoA（2）98AA变为-酮戊二酸99100延胡索酸途径苯丙氨酸酪氨酸草酰乙酸途径天冬氨酸天冬酰胺101氨基酸碳骨架的降解小结20种主要氨基酸形

20、成7种分子 丙酮酸 乙酰辅酶A 乙酰乙酰辅酶A 琥珀酰辅酶A 延胡索酸 草酰乙酸 -酮戊二酸102氨基酸分解分类生糖氨基酸（Glycogenic AA） 分解产物为糖代谢的中间物，如Py, Oxaloacetate, -Ketoglutaric acid, Fumarate 等。15AAs。生酮氨基酸（Ketogenic AA） 分解产物为Acetyl CoA, 或Acetoacetate。Leu。生糖生酮氨基酸，Ile, Lys, Phe, Tyr。103生酮生糖氨基酸104丙氨酸丝氨酸半胱氨酸甘氨酸苏氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺甲硫氨酸异亮氨酸缬氨酸丙酮酸琥珀酰辅酶A105亮氨酸 乙酰乙酰辅酶

21、A 乙酰辅酶A酪氨酸苯丙氨酸乙酰乙酰辅酶A延胡索酸106 氨基酸衍生的重要物质氨基酸与一碳单位氨基酸与生物活性物质107一碳单位 某些氨基酸在代谢过程中产生含一个碳原子的基团，经过转移参与生物合成反应，这种含一个碳原子的基团被称为一碳单位C1 Unit 或One Carbon Unit。一碳单位生成和转移的代谢为一碳代谢。108一碳基团一碳基团转移酶的辅酶：FH4一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名109叶酸和 四氢叶酸（THF,FH4）叶酸110一碳单位类别生物体的一碳单位有： 甲基-CH3，methyl、甲烯基-CH2，methylene、甲炔基-CH=，methenyl、甲酰基-CHO，f

22、ormyl、亚氨甲基-CH=NH，formimino等。111一碳单位类别112-CH=NH 亚氨甲基H-CO- 甲酰基-CH2OH 甲醇基-CH= 次甲基-CH2- 亚甲基-CH3 甲基113一碳转移反应中重要的酶辅助因子114一碳基团的来源与转变S-腺苷蛋氨酸N5-CH2-FH4N5 N10 - CH2-FH4N5， N10 = CH-FH4 N10 -CHO-FH4N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶环水化酶 丝氨酸 组氨酸苷氨酸参与 甲基化反应为胸腺嘧啶合成提供甲基参与嘌呤合成FH4FH4FH4 HCOOHH2ONAD+NDAH+H+NAD+

23、NDAH+H+H+参与嘌呤合成115一碳单位与氨基酸的代谢密切相关参与嘌呤和嘧啶以及S-腺苷甲硫氨酸的合成许多带有甲基的化合物有重要的生物学功能。116甘氨酸与一碳单位117118甘氨酸提供“活性”一碳119Thr,Ser与一碳单位120组氨酸与一碳单位121Met与一碳单位122活化甲基循环中Met和SAM合成123一碳单位与生物合成一碳单位还参与嘌呤和胸腺嘧啶的合成124四氢叶酸一碳单位的转变125四氢叶酸126四氢叶酸的活性部位127四氢叶酸与一碳单位128Met生成 SAM129甲基FH4与Met130Ser-Gly与甲基131甲基循环132氨基酸代谢缺陷症氨基酸代谢中缺乏某一种酶，都

24、可能引起疾患，这种疾病称为代谢缺陷症。由于某种酶的缺乏，致使该酶的作用物在血中或尿中大量出现。这种代谢缺陷属于分子疾病。其病因和DNA分子突变有关，多是先天性的，又称为先天性遗传代谢病。133这类先天性代谢缺陷症，大部分发生在婴儿时期，常在幼年就导致死亡，发病的症状表现有智力迟钝、发育不良、周期性呕吐、沉睡、搐溺、共济失调、昏迷等。目前已发现的氨基酸代谢病已达30多种。 134氨基酸代谢缺陷症（尿黑酸症）尿黑酸症（alcaptonuria）：是酪氨酸代谢中缺乏尿黑酸酶引起的代谢遗传病。这种病人的尿中含有尿黑酸，在碱性条件下暴露于氧气中，氧化并聚合为类似于黑色素的物质，从而使尿成黑色。135尿黑

25、酸尿症是常染色体隐性遗传病，由于先天性尿黑酸氧化酶缺乏，因而由酪氨酸分解而来的尿黑酸不能进一步分解为乙酰乙酸，致使过多的尿黑酸由尿排出，并在空气中氧化为黑色。136酪氨酸可在酪氨酸转氨酶的催化下,生成对羟苯丙酮酸,再生成尿黑酸后,进一步转变成乙酰乙酸和延胡索酸,二者分别参加糖代谢和脂代谢.如果缺乏尿黑酸氧化酶,尿黑酸不能氧化而自尿中排出,使尿液呈黑色,故称尿黑酸症,这也是先天性代谢缺陷症但预后好,不影响寿命.137苯酮尿症（phenylketonuria） 由于苯丙氨酸羟化酶缺乏引起苯丙酮酸堆积的代谢遗传病。缺乏苯丙氨酸羟化酶，苯丙氨酸只能靠转氨生成苯丙酮酸，病人尿中排出大量苯丙酮酸。苯丙酮酸堆积对神经有毒害，智力发育出现障碍。患者若在儿童时期限制吃含有苯丙氨酸的饮食，可以防止发生智力迟钝。138苯丙酮症的苯丙氨酸代谢139槭糖尿症(maple syrup urine)名称的来源并不是由于尿中有槭排出，而是患者的尿有类似槭糖的气味。患者血浆及尿中出现大量支链氨基酸(缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸)及其相应酮酸，因此又称为支链酮尿症。患者出生后约一周末出现症状，喂食困难、呕吐、昏睡等，出现广泛的大脑损伤，一般在周岁末死亡。14