华科同济医学院生物化学氨基酸代谢-2课件

氨基酸代谢

MetabolismofAminoAcids第七章CHAPTER7二、ThemetabolicpoolofaminoacidsconsistofexogenousandendogenousaminoacidsAminoacidsdigestedfromdietproteins(exogenousAA),degradedfromtissuesproteinsandsynthesizedfromnonessentialaminoacids(endogenousAA）distributeeverytissuesinourbodiestotakepartinmetablismandformmetabolicpoolofaminoacids(氨基酸代谢库).外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolicpool)。Overviewofmetabolismofaminoacids：SynthesisdecompositionPurine、pyrimidine、creatineetalnitrogen-containingcompoundMetabolicconversionAmines+CO2decarboxylationDeaminationDigestionAbsorptionOthernitro-containingcompoundsNonessentialAANH3CO2+H2OSugarorlipidsα-ketoacidsGlutamineUreaDietproteinsTissueproteinsBloodaminoacidsTissueaminoacids氨基酸代谢库脱羧基作用脱氨基作用氨基酸代谢概况：嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物消化吸收合成分解胺类尿素α-酮酸Metabolicpoolofaminoacids三、Transdeaminationisamaindeaminationpathwayoccurredinourbodies

Deamination(脱氨基作用)Theprocessofremovingaminogroupsfromα-aminoacidsandgeneratingthecorresponding

α-ketoacidsiscalled

deamination.

联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径指氨基酸脱去α-氨基生成相应α-酮酸的过程。在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。（一）Transaminations转氨基作用Allofthe20standardaminoacids(exceptlysine,prolinehydroxyprolineandthreonine)utilizeatransaminase.TransaminaseGlu a-Ketoglutarate+ +Pyruvate AlanineGlu a-Ketoglutarate+ +OxaloacetateAspartateAlanineTransaminaseALTGlutamic-OxaloaceticTransaminaseGOTGlutamic-PyruvicTransaminaseGPTAspartateTransaminaseASTTheacitvityofGPTandGOTinnormalhumantissuesTissues

GOT

GPT

Heart1560007100Livekeletalmuscle990004800Kidney

9100019000TissueGOT

GPT

PancreasSpleenLungSerum280002000140001200100007002016正常人各组织中GPT及GOT活性(单位/克湿组织)

**Theactivityofaminotransferasesinserumcanbeusedasoneofindexesfordiagnosisandprognosisofdiseases.

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。GOT(glutarmate-oxaloacetate

transaminase)=AST(Aspartate

transaminase)

GPT(glutarmate-pyruate

transaminase)=ALT

(Alanine

transaminase)

读懂这张化验单!SchiffbaseSchiffbaseisomerPhosphopyridoxalPhosphopyridoxamine（二）TheaminogroupofL-glutamateisremovedthroughdeaminationcatalyzedbyL-glutamatedehydrogenase

L-谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基L-glutamateNH3α-ketoglutaricacid;NAD(P)+NAD(P)H+H+H2OL-谷氨酸α-酮戊二酸定义：在酶的催化下，氨基酸脱氨基的同时伴有氧化的过程称为氧化脱氨基作用。Enzyme：

L-glutamatedehydrogenase催化酶：L-谷氨酸脱氢酶存在于肝、脑、肾中

Resideinliver、brainandkidneyCoenzyme:NAD+orNADP+Inhibitors:GTP、ATPActivators:GDP、ADP辅酶抑制剂激活剂

Combineddeamination

(联合脱氨基作用)Theprocessofcombiningtwotypesofdeaminationreactiontogentherandgeneratingα-ketoacidbyremovingthecorrespodingaminogroupoftheaminoacid.

Concept两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下α-氨基生成α-酮酸的过程。

Transaminationcoupledwithoxidative

deaminationAminoacids

Glutamate

α-keto-acidα-keto-acidsH2O+NAD+AminotransferaseNH3+NADH+H+L-glutamatedehydrogenaseThisisthemajorapproachnotonlyfordeaminationofaminoacidsbutalsoforthesynthesisofnon-essentialaminoacids.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。Sites:mainlyoccurinliver、kidneyandbrain.

主要在肝、肾和脑组织进行。

转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨酶L-谷氨酸脱氢酶

谷氨酸α-酮戊二酸(三)Conjugationoftransaminationwithpurine

nucleotidecycleinheartandskeletonmuscles

氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基

NH3H2OAdenylatedeaminaseNNNNHNHCCOOHCH2HOOCR-5`-P

Adenyl-succinateNNNHNR-5`-PO

Inosine-mono-phosphate(IMP)Adenyl-SuccinatesynthetaseMalateFumarateNNNNR-5`-PNH2

AMP-ketoglutarateAAGlutamate-keto-acidOxaloacetateAspartateTransaminase2Transaminase1次黄嘌呤核苷酸(IMP)延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸腺苷酸代琥珀酸腺苷酸脱氨酶腺苷酸代琥珀酸合成酶转氨酶1转氨酶2草酰乙酸谷氨酸α-酮酸天冬氨酸（四）TheaminogroupsofaminoacidscanberemovedbyoxidativedeaminaseAminoacidKetoacidAminoacidoxidase氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基三、Thecarbonskeletonsofaminoacidscanbeconvertedordecomposed.

-ketoacidsgeneratedbydeaminationofaminoacidshavethreemainmetabolicfates:（一）α-ketoacidscanbeoxidizedcompletelytoprovideenergy.α-酮酸可彻底氧化分解并提供能量

（二）Thenon-essentialaminoacidscanbegeneratedfromα-ketoacidsbyreamination

α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸（三）α-ketoacidscanbeconvertedintocarbonhydratesandlipids.α-酮酸可转变成糖及脂类化合物氨基酸碳链骨架可进行转换或分解生糖、生酮、生糖兼生酮氨基酸：生酮+生糖兼生酮=“一两色素本来老”（异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、酪氨酸），其中生酮氨基酸为“亮赖”；除了这7个氨基酸外，其余均为生糖氨基酸。琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸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蛋氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸酮体亮氨酸赖氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系TAC∴亮氨酸是生酮A.A。亮氨酸一系列代谢乙酰辅酶A或乙酰乙酰CoA酮体或脂肪∴苯丙氨酸、酪氨酸是生糖兼生酮A.A。苯丙氨酸酪氨酸延胡索酸葡萄糖乙酰乙酸酮体氧化产生能量供能效率脂肪糖蛋白质蛋白质脂肪糖利用先后氨是机体正常代谢产物，具有毒性正常人血氨浓度一般不超过60μmol/L体内有一系列清除氨的机制，使氨的来源与去路之间保持动态平衡三部分内容：氨的来源、转运、去路

一、Therearethreemainpathwaysforthegenerationoftoxicammoniainvivo（一）Ammoniacanbegeneratedfromthedeaminationofaminoacidsandthedecompositionofamines

氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨

RCH2NH2RCHO+NH3AmineoxidaseThemainsourceofammoniainhumanbodyisfromdeaminationofaminoacids.

体内有毒性的氨有三个重要来源氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。（二）Ammoniacanbegeneratedbyenterobacteriathroughputrefication

肠道细菌腐败作用产生氨Ammoniaisgeneratedfromaminoacidsandproteinsviaputrefication

蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨Ureacanbehydrolyzedintoammoniabyureaseofenterobacteria尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨肠道

pH<6NH3+H+NH4+，而减少氨的吸收临床上对高血氨病人采用弱酸性透析液作结肠透析就是为了减少氨的吸收，促进氨的排泄

（三）Theammoniasecretedbyrenaltubularepithelialcellsmainlycomesfromglutamine肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺GlutamineGlutamate+NH3GlutaminaseH2O谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺酶二、Ammoniacanbetransportedintheformofalanineandglutamineinblood（一）Ammoniacanbetransportedfrommuscletissuetotheliverviaalanine-glucosecycle

Physiologicalsignificance生理意义肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。Ammoniainmuscletissueistransportedtoliverinthenontoxicformofalanine.Liverprovidesglucoseforthemuscle.

肝为肌肉提供葡萄糖。氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式转运通过丙氨酸-葡萄糖循环氨从肌肉运往肝MuscleproteinsAminoacidsGlutarmateα-ketoglutarate1.Alanine-glucosecycleAlanineGlucoseNH3PyruvateMuscleAlanineBloodAlanineGlucoseα-ketoglutarateGlutarmatePyruvateNH3UreaUreacycleGlyconeogenesisLiverAlanine-glucosecycleGlucoseGlycolyticpathway丙氨酸-葡萄糖循环丙氨酸丙氨酸丙氨酸α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酸尿素循环糖异生糖酵解途径尿素α-酮戊二酸丙酮酸（二）Ammoniaistransportedfrombrainandmuscletothekidneyorliverintheformofglutamine通过谷氨酰胺氨从脑和肌肉等组织运往肝或肾

ReactionGlutamineisadetoxificationproductofammonia，andalsoaformofthestorageandtransportationofammonia.谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。

Glutamate+NH3GlutamineGlutaminesynthetaseATPADP+PiGlutaminase+

H2OPhysiologicalsignificance谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺酶谷氨酰胺的生成不仅是解氨毒的重要方式，也是氨的运输和贮存形式。谷氨酰胺主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运输氨，在肾脏，谷氨酰胺受谷氨酰胺酶作用水解，释出氨与肾小管中的酸结合生成铵盐由尿排出，这对调节机体的酸碱平衡有重要作用；谷氨酰胺可参与体内嘌呤、嘧啶和非必需氨基酸的合成。谷氨酰胺的去路合成嘌呤、嘧啶合成非必需氨基酸形成铵盐三、ThemainfateofammoniaistobeconvertedintoureainliverThefatesofammoniainourbodies：Synthesisofureainliveristhemainfateofammonia

SecretionofammoniabyrenaltubuleThesecretedNH3canbeconvertedintoNH4+underacidiccondition，andexcretedwithurea.SynthesisofnonessentialaminoacidsandothernitrogencontainingcompoundsSynthesisofglutamine氨在肝合成尿素是氨的主要去路体内氨的去路有在肝内合成尿素，这是最主要的去路；合成非必需氨基酸及其它含氮化合物；

Glutamate+NH3GlutamineGlutaminesynthetaseATPADP+Pi合成谷氨酰胺。谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺谷氨酸肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。氨的来源和去路NH4+UricacidUrea（一）Krebsproposedthetheorythattheureawassynthesizedviaorinithinecycle

TheprocessofureagenerationdiscoveredbyHansKrebsandKurtHenseleitiscalledornithinecycle(鸟氨酸循环)，andalsocalledureacycle(尿素循环)orKrebs-Henseleitcycle.Krebs提出尿素是通过鸟氨酸循环合成的学说尿素生成的过程由HansKrebs和KurtHenseleit提出，称为鸟氨酸循环(orinithinecycle)，又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit循环。尿素的生成

NH3在肝中合成尿素；占排氮总量80—90%；肝在NH3解毒上非常重要，体内NH3来源与去路保持平衡，血NH3浓度低、稳定。

生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中。肝是尿素合成的主要器官实验：

1）肝切除，BUN含量↓2）切肾、保肝，尿素可合成、不能排出，血尿素↑3）肝肾同时切除，BUN低水平，血氨↑4）临床：急性肝坏死，——血中不含BUN，而氨基酸含量多。说明尿素是在肝脏合成，由肾脏排出体外。鸟氨酸循环(ornithinecycle)

指氨与二氧化碳通过鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸生成尿素的过程。

1932年Krebs等人利用大鼠肝切片作体外实验，发现在供能的条件下，可由CO2和氨合成尿素。若在反应体系中加入少量的精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸可加速尿素的合成，而这种氨基酸的含量并不减少。为此，Krebs等人提出了鸟氨酸循环(ornithinecycle)学说。

生成过程1、CarbomoylphosphateisgeneratedfromthecondensationofNH3、CO2andATPReactionoccursinmitochondria（二）Thedetailedstepsofthesynthesisofureainliverviaorinithinecycle肝中鸟氨酸循环合成尿素的详细步骤NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行

CO2+NH3+H2O+2ATPCarbomoylphosphatesynthetaseⅠ（N-acetylglutamate，Mg2+）COH2NO

~

PO32-+2ADP+PiCarbomoylphosphate氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）氨基甲酰磷酸ThereactioniscatalyzedbycarbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ(氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ).反应由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)催化。N-acetylglutamateisanactivator，consuming2ATP.

N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。N-acetylglutamate(AGA)N-乙酰谷氨酸2、Theformationofcitrullineisfromcarbomoylphosphateandornithine(鸟氨酸氨基甲酰转移酶)H3PO4+氨基甲酰磷酸OrnithineCarbomoylphosphateCitrullineOrnithinecarbamyltransferase氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸氨基甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸Thereactioniscatalyzedbyornithine

carbamoyl

transferase,(OCT鸟氨酸氨基甲酰转移酶)，OCTusuallyformscomplexwithCPS-Ⅰ.

反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine

carbamoyl

transferase,OCT)催化，OCT常与CPS-Ⅰ构成复合体。Thereactionoccursinmitochondria，andthenthecitrullinegeneratedentersthecytoplasm.

反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。3、Citrullinereactswithaspartatetoformargininosuccinicacid

Thereactionoccursincytoplasm.

ArgiininosuccinicacidsynthetaseATPAMP+PPiH2OMg2++AspartateArgininosuccinicacidNHCHCOOHNH2NH2COCitrulline(CH2)3瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸反应在胞液中进行。瓜氨酸精氨酸代琥珀酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸合成酶ArginineFumarate精氨酸代琥珀酸裂解酶Argininosuccinate4、CleavageofargininosuccinateformsarginineandfumarateThereactionoccursincytoplasm.Argininosuccinatelyase精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸反应在胞液中进行。精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸5、HydrolyzationofargininereleasesureaandregeneratesornithineThereactionoccursincytoplasm精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸反应在胞液中进行。(尿素)(鸟氨酸)(精氨酸)H2OArginaseArginineUreaOrnithine(精氨酸酶)(精氨酸)2ADP+PiCO2+NH3+H2OCarbamonylphosphate2ATPPiOrnithineL-CitrullineL-ArginineFumarateArgininosuccinateL-CitrullineL-AspartateATPAMP+PPiOrnithineUreaMitochondriaCytoplasm①

Sites：Mitochondriaandcytoplasminliver

Ureacycle1.Carbamoylphosphatesynthetase2.Ornithine-carbamoyl

tranferase3.Argininosuccinatesynthetase4.Argininosuccinatelyase5.Argininase鸟氨酸循环精氨酸代琥珀酸瓜氨酸精氨酸(精氨酸酶)(鸟氨酸)(鸟氨酸)瓜氨酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸合成酶(鸟氨酸氨基甲酰转移酶)精氨酸代琥珀酸合酶延胡索酸Summary：Materials：2moleculesofammonia，onefromfreeammonia,theotherfromglutamate.Process：Theonithinecyclereactionsoccurfirstinmitochondriaandthenincytoplasm.

过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞液中进行。Energyconsumption：3ATP，

4high-energyphosphatebond.

耗能：3个ATP，4个高能磷酸键。原料：尿素分子中的两个N原子，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。尿素循环的运转必须有6种酶的参与：①首先，在线粒体内，氨与C02在氨甲酰磷酸合成酶-I（CPS-I）和变构激活因子N-乙酰谷氨酸的作用下形成氨甲酰磷酸；②氨甲酰磷酸在鸟氨酸氨甲酰基转移酶（OTC）的作用下与鸟氨酸缩合成瓜氨酸，然后通过线粒体膜进人细胞浆；③在细胞浆中，瓜氨酸和天冬氨酸经由精氨酰琥珀酸合成酶（AS）的作用形成精氨酰琥珀酸；④精氨酰琥珀酸由精氨酰琥珀酸裂解酶（AL）分解成为精氨酸和延胡索酸；⑤然后，精氨酸酶（ARG）将精氨酸分解成鸟氨酸和无毒尿素，前者又被转化为瓜氨酸，后者由肾排出；⑥尿素循环所需的N-乙酰谷氨酸（NAG）系由谷氨酸和乙酰辅酶A经过N-乙酰谷氨酸合成酶（NAGS）催化而成。

以上任一酶的缺陷都会造成尿素循环障碍、血氨增高。除OTC缺陷为X连锁显性遗传外，其他各酶的缺陷均属常染色体隐性遗传。1、High-proteindietpromotesthesynthesisofurea.高蛋白质膳食促进尿素合成2、AGAactivatesCPS-Ⅰtoinitiatethesynthesisofurea.AGA激活CPS-Ⅰ启动尿素合成3、Activationofar