北大基础医学生物化学课件 氨基酸代谢

氨基酸代谢第八章MetabolismofAminoAcids刘新文目的与要求1.熟记联合脱氨基作用的过程和意义2.表达尿素合成的部位和全过程3.熟记一碳单位的概念、来源、载体和功能4.结合α-酮酸去路解释生糖、生酮和生糖兼生酮氨基酸；联系糖代谢途径复述丙氨酸、天冬氨酸与谷氨酸如何氧化成水和CO2，如何异生为糖5.重要概念：必需氨基酸；蛋白质的互补作用；氨基酸库；联合脱氨基作用；一碳单位；食物蛋白质尿素体内合成氨基酸（非必需氨基酸）氨酮体

－酮酸氧化供能组织蛋白质葡萄糖其他含氮化合物（嘌呤、嘧啶等）胺类氨基酸代谢概况氨基酸代谢库第一节氨基酸代谢概况一、蛋白质的营养作用1、营养必需氨基酸(essentialaminoacid)：体内不能合成，必需由食物供给的氨基酸〔8种〕，包括：缬、亮、异亮〔支链〕，苯丙、色〔芳香族非极性〕，蛋〔含硫非极性〕，苏、赖。组氨酸、精氨酸半必需氨基酸：酪氨酸、半胱氨酸2、食物蛋白质的互补作用：营养价值较低的食物蛋白质合理搭配、混合食用，从而互补必需氨基酸的缺乏，提高营养价值。二.蛋白质的需要量氮平衡(nitrogenbalance)：摄入氮=排出氮，即氮的“收支〞平衡，反映正常成人的蛋白质代谢情况。三.蛋白质的消化：特异蛋白水解酶作用胃蛋白酶：色、苯丙、酪、蛋、亮胰蛋白酶：精、赖糜蛋白酶：苯丙、酪、色弹性蛋白酶：脂肪族氨基酸残基氨基肽酶：除脯氨酸外任何氨基酸残基〔氨基端〕羧基肽酶A：除精、赖、脯外氨基酸残基〔羧基端〕羧基肽酶B：精、赖〔羧基端〕四、氨基酸的吸收γ谷氨酰基循环：需谷胱甘肽五、蛋白质的腐败作用腐败作用(putrefaction)：未被吸收的氨基酸及未被消化的蛋白质在大肠菌中的代谢作用。4、嘌呤核苷酸循环〔肌、心〕参与的核苷酸：IMP、AMP、GTP(供能)二、α酮酸的代谢1、生成非必需氨基酸2、生糖或成脂生酮氨基酸：Leu、Lys(不能生成葡萄糖)生酮兼生糖氨基酸：phe、Tyr、Trp(芳香族)，Thr，Ile生糖氨基酸：其他的氨基酸三、氨的代谢1、氨的转运：丙氨酸-葡萄糖循环、谷氨酰氨-谷氨酸循环2、氨的去路：尿素循环〔鸟氨酸循环〕部位：线粒体、细胞液氨基酸类中间产物：鸟氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、精氨酸终产物：尿素关键酶：氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ〔位于线粒体中，其激活剂为：N-乙酰谷氨酸，缩写AGA〕、精氨琥珀酸合成酶〔限速酶〕尿素N的来源：NH3、Asp四、肝昏迷的机制血氨升高→NH3进入脑→脑将氨转化为Gln,使Glu量降低中→脑将α酮戊二酸转变为Glu，补充Glu，使α酮戊二酸的量降低→三羧酸循环不能正常进行→ATP生成下降→脑内供能缺乏→昏迷第三节个别氨基酸代谢

二、一碳单位(onecarbonunit)代谢1、概念：由氨基酸代谢生成的含有一个碳原子的化学基团，如甲基、亚甲基〔甲烯基〕、次甲基〔甲炔基〕、羟甲基、甲酰基、亚氨甲基。CO、CO2等分子不属于一碳单位2、载体：四氢叶酸〔FH4〕3、来源：Ser、Gly、His、Trp、Met4、一碳单位的利用：嘌呤和胸腺嘧啶合成的原料、活性甲基〔SAM〕合成的原料、联系氨基酸代谢和核苷酸代谢第一节蛋白质的营养作用一.蛋白质的生理功能

1、维持细胞组织的生长、更新和修补3、氧化供能：17.19kJ〔4.1kCal〕/g蛋白质食物蛋白质的互补作用：营养价值较低的食物蛋白质合理搭配、混合食用，从而互补必需氨基酸的缺乏，提高蛋白质营养价值的作用。如：谷类蛋白质：赖氨酸少，色氨酸多豆类蛋白质：赖氨酸多，色氨酸少二.蛋白质的需要量2、氮平衡氮的总平衡：摄入氮=排出氮〔正常成人〕1、生理需要量成人：分解20g/日 最低需30-50g/日 我国营养学会推荐80g/日氮的负平衡：摄入氮<排出氮(饥饿、消耗性疾病)正氮平衡：摄入氮>排出氮(儿童、孕妇和恢复期病人)第二节.蛋白质的消化、吸收与腐败一.蛋白质的消化（一）.胃中的消化胃蛋白酶原（Pepsinogen）胃蛋白酶（Pepsin）（胃粘膜主细胞分泌）胃蛋白酶原〔MW40000〕糜蛋白酶（MW23500）图8-1一些蛋白水解酶原的激活

胃蛋白酶、HCl氨基末端胃蛋白酶（MW33000）胰蛋白酶原（MW24000）胰蛋白酶（MW23200）胰蛋白酶胰蛋白酶糜蛋白酶原（MW24000）SSSSS—SS--S--肠激酶（或胰蛋白酶）42aa〔二〕.小肠中的消化1.胰液中的蛋白酶及其作用内肽酶(endopeptidase)：胰蛋白酶(trypsin)糜蛋白酶(chymotrypsin)弹性蛋白酶(elastase)外肽酶(exopeptidase)羧基肽酶A(carboxypeptidaseA)羧基肽酶B(carboxypeptidaseB)氨基肽酶(aminopeptidase)

氨基肽酶内肽酶羧基肽酶H2N-CH-CO-NH-CH…NH-CH-CO-NH-CH-CO…NH-CH-CO-NH-CH-COOHR1R2R3R4R5R6

二肽酶

氨基酸+H2N-CH-CO-NH-CH-COOHRR

氨基酸表8.1蛋白水解酶作用的特异性

——————————————————————————酶特异性——————————————————————————胃蛋白酶R3=色、苯丙、酪、蛋、亮R4=任何氨基酸残基胰蛋白酶R3=精、赖R4=任何氨基酸残基糜蛋白酶R3=苯丙、酪、色R4=任何氨基酸残基弹性蛋白酶R3=脂肪族氨基酸残基R4=任何氨基酸残基氨基肽酶R1=任何氨基酸残基R2=除脯氨酸外任何氨基酸残基羧基肽酶AR5=任何氨基酸残基R6=除精、赖、脯外氨基酸残基羧基肽酶BR5=任何氨基酸残基R6=精、赖——————————————————————————R2等代表图8-2中所指氨基酸残基2.肠液中肠激酶的作用和小肠粘膜细胞的消化作用(1).肠激酶(enterokinase)对胰酶的激活(2).小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用胰蛋白酶原肠激酶胰蛋白酶糜蛋白酶原糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶（A及B）（A及B）二.氨基酸的吸收(一).氨基酸吸收的载体〔carrierprotein)中性氨基酸载体碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸和甘氨酸载体氨基酸Na+氨基酸Na+Na+氨基酸载体蛋白肠粘膜细胞ATP肠粘膜细胞氨基酸载体蛋白的作用外内钠泵〔二〕.γ谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用γ谷氨酰基循环(γ-glutamylcycleorMeistercycle)〔三〕.肽的吸收二肽或三肽转运体系r谷氨酰转肽酶AACOOH|CHNH2|(CH2)2COOH||C------N--CH||H|ORGSH半胱氨酰甘氨酸r谷氨酰半胱氨酸谷氨酸5羟脯氨酸AAATPADP+PiATPADP+Pi甘氨酸ADP+PiATP半胱氨酸r谷氨酰氨基酸细胞外细胞膜细胞内图8-3r谷氨酰循环三.蛋白质的腐败(putrefaction)肠道细菌对蛋白质及其消化产物的作用〔二〕.氨的生成:氨基酸脱氨、尿素分解第三节氨基酸的一般代谢

1-2%/总蛋白质/天被降解(degradation)蛋白质T1/2：人血浆蛋白质10天肝蛋白质1-8天结缔组织180天1.溶酶体外来蛋白质、膜蛋白、长寿命蛋白质2.胞浆异常蛋白质酶短寿命蛋白质降解泛素ATPMW：8.5x103

76aa

蛋白质降解途径：氨基酸代谢库(metabolicpool)：体内所有游离氨基酸的总称肌肉50%肝脏10%肾脏4%血浆1-6%〔一〕.转氨基作用1.转氨酶与转氨基作用R1|H-C-NH2+|COOHR2|H-C-NH2|COOHR2|C=O|COOHR1|C=O+|COOH转氨酶氨基酸的脱氨基作用谷丙转氨酶：glutamicpyruvictransaminase(GPT)〔丙氨酸转氨酶alaninetransaminase,ALT)谷草转氨酶：glutamicoxaloacetictransaminase(GOT)(天冬氨酸转氨酶aspartatetransaminase,AST)

ＧＰＴ谷氨酸＋丙酮酸ａ－酮戊二酸＋丙氨酸

ＧＯＴ谷氨酸＋草酰乙酸ａ－酮戊二酸＋天冬氨酸

表８－２正常成人组织中GOT及GPT活性－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－组织ＧＯＴＧＰＴ〔单位／ｇ湿组织〕〔单位／ｇ湿组织〕－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－心1560007100骼肌990004800肾9100019000胰腺280002000脾140001200肺10000700血清2016－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－转氨酶的辅酶：维生素Ｂ６的磷酸酯2.转氨基作用的机理ＮO=CHCH2OPO3H2OHCH3H2N-CHCH2OPO3H2ＮOHCH3磷酸砒哆醛(二)L谷氨酸氧化脱氨基作用组织：肝、肾NH2NH|||CH-COOHC-COOH|NAD+NADH+H+|(CH2)2-COOH(CH2)2-COOH

L-谷氨酸+H2O-H2OO||C-COOH+NH3

|(CH2)2-COOH

a-酮戊二酸L-谷氨酸脱氢酶GTP，ATPGDP，ADP-+(三).嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用

组织：骨骼肌、心肌二.酮酸的代谢〔一〕.生成非必需氨基酸〔二〕.转变成糖和脂类〔三〕.氧化供能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苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸亮氨酸赖氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸图8-7氨基酸、糖及脂肪代谢的联系NH3第三节氨的代谢血氨：<0.1mg/dl(0.6mol/L)体内氨的来源与去路：+2.肠道吸收

碱性NH4

NH3

吸收

酸性++

肌肉GGG尿素蛋白质

糖分解

尿素循环氨基酸

丙酮酸

糖异生

NH3NH3

谷氨酸丙酮酸谷氨酸

转氨酶a-酮戊丙氨酸丙氨酸丙氨酸a-酮戊二酸二酸肌肉血液肝脏图8-8丙氨酸-葡萄糖循环COOHCONH2||（CH2）2NH3+ATPADP+Pi（CH2）2|谷氨酰胺合成酶|CHNH2CHNH2|

谷氨酰胺酶|COOHNH3H2OCOOHL-谷氨酸谷氨酰胺脑，肌肉肝，肾三.尿素的生成〔一〕.合成部位：肝脏〔二〕.合成机理:鸟氨酸循环NH2NH2||C=OC=NH||NH2NHNH|||〔CH2〕3〔CH2〕3〔CH2〕3|||CH-NH2CH-NH2CH-NH2|||COOHCOOHCOOH鸟氨酸瓜氨酸精氨酸〔三〕.合成过程鸟氨酸瓜氨酸精氨酸尿素+H2O-H2O+-NH2

-H2O+NH3+CO2

图8-9尿素生成的鸟氨酸循环

O

氨基甲酰磷酸合成酶I

||

CO2+NH3

H2N-C-O-P+H2O+2ATP

N-乙酰谷氨酸，Mg2+

+2ADP+Pi

氨基甲酰磷酸

COOH|CH3C-NH-CH|||O〔CH2〕2|COOHN-乙酰谷氨酸〔AGA〕1.氨基甲酰磷酸的合成部位：线粒体氨基甲酰磷酸合成酶IcarbamoylphosphatesynthetaseI,CPS-I

鸟氨酸氨基甲酰转移酶瓜氨酸尿素(线粒体)氨基甲酰磷酸

天冬氨酸氨基甲酰转移酶

氨甲酰天冬氨酸嘧啶(胞液)

NH2|C=O|NH2NH||〔CH2〕3+NH2鸟氨酸氨基〔CH2〕3||甲酰转移酶|CH-NH2C=OCH-NH2+H3PO4|||COOHO-PCOOH鸟氨酸氨基甲酰磷酸瓜氨酸2.瓜氨酸的合成部位：线粒体3.精氨酸的合成部位：胞液

NH2NH2COOH|||C=OC==N—CH|||NHCOOHNHCH2||||（CH2)2H2N-C-H（CH2)2COOH||精氨酸代瑚珀酸合成酶

|CH-NH2+CH2CH-NH2||ATPMg2+ADP+PPi|COOHCOOHCOOH瓜氨酸天冬氨酸

精氨酸代琥珀酸NH2|C=NHCOOH||NHCH|||

精氨酸代瑚珀酸裂解酶

(CH2)2CH||CH-NH2+HOOC|COOH延胡索酸精氨酸

NH2|C=NH|NHNH2||(CH2)3NH2(CH2)3|

精氨酸酶

||CH-NH2+H2OC=O+CH-NH2

|||COOHNH2COOH精氨酸尿素鸟氨酸4.尿素生成部位：胞液

NH2|2NH3+CO2+3ATP+3H2OC=O+2ADP+AMP+4Pi|NH2尿素合成总反响：〔四〕.尿素合成的调节1.食物的影响

表8-4正常人肝尿素合成酶的相对活性------------------------------------------------------------------------------酶相对活性------------------------------------------------------------------------------氨基甲酰磷酸合成酶4.5鸟氨酸氨基甲酰转移酶163.0精氨酸代琥珀酸合成酶1.0精氨酸代琥珀酸裂解酶3.3精氨酸酶149.0------------------------------------------------------------------------------2.氨基甲酰磷酸合成酶I对尿素合成的影响乙酰CoA谷氨酸N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸合成酶精氨酸激活氨基甲酰磷酸合成酶I变构激活〔五〕.高氨血症和氨中毒正常血氨浓度：<0.1mg/dl(0.6mol/L)肝功损伤尿素合成血氨脑a酮戊二酸（与氨生成谷氨酸）肝昏迷脑功能ATP生成三羧酸循环第五节个别氨基酸的代谢一.氨基酸的脱羧基作用酶：氨基酸脱羧酶辅酶：磷酸吡哆醛COOH|(CH2)2COOH|L-谷氨酸脱羧酶|CH-NH2(CH2)2|CO2

|

COOHCH2NH2

L-谷氨酸γ-氨基丁酸〔一〕.γ-氨基丁酸γ-氨基丁酸:γ-aminobutyricacid,GABA

抑制性神经递质CH2SHCH2SO3H|3[O]|磺酸丙氨酸脱羧酶CH2SO3HCH-NH2CH-NH2|||

CO2

CH2NH2COOHCOOHL-半胱氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸〔二〕.牛磺酸牛磺酸：胆汁酸的组成成分

组氨酸脱羧酶HC=C-CH2CHCOOHHC=C-CH2CH2NH2|||CO2

||HNNNH2HNNCCHHL-组氨酸组胺组胺：血管舒张剂色氨酸NH2|色氨酸5羟色氨酸CH3COOH

L-蛋氨酸||S--(CH2)2—CHNH2

腺苷转移酶ATPPPi+Pi腺苷-S+-CH3COOH||(CH2)2

(S腺苷蛋氨酸)H2N-(CH2)3-CHNH2|(L-鸟氨酸)HOOC-CHNH2鸟氨酸脱羧酶CO2

S腺苷蛋氨酸脱羧酶

CO2H2N-(CH2)3-CH2NH2

腐胺腺苷-S+-CH3|S-腺苷-3-甲硫基丙胺

丙胺转移酶(CH2)2-CH2NH2腺苷-S-CH3H2N-(CH2)4-NH-(CH2)3-NH2

精脒腺苷-S+-CH3|(CH2)2-CH2NH2

S-腺苷-3-甲硫基丙胺H2N-(CH2)3-NH-(CH2)4-NH-(CH2)3-NH2腺苷-S-CH3

精胺腐胺精脒精胺多胺：促进细胞增殖限速酶二.一碳单位的代谢〔一〕定义：某些氨基酸代谢过程中所产生的含有一个碳原子基团的总称.包括：甲基(-CH3),甲烯基(-CH2-),甲炔基(-CH=),甲酰基(-CHO),亚氨甲基(-CH=NH)等〔二〕.载体四氢叶酸是携带一碳单位的载体

二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶叶酸二氢叶酸四氢叶酸NADPHNADP+NADPHNADP++H++H+

N5-甲基四氢叶酸〔N5-CH3-FH4〕105N5，N10-甲烯四氢叶酸〔N5，N10-CH2-FH4〕N5，N10-甲炔四氢叶酸〔N5，N10-CH-FH4〕N10-甲酰四氢叶酸〔N10-CHO-FH4〕N5-亚氨甲基四氢叶酸〔N5-CH=NH-FH4〕〔三〕.来源:丝氨酸甘氨酸组氨酸色氨酸CH2OH|丝氨酸羟甲基转移酶CHNH2+FH4N5,N10-CH2-FH4+CH2NH2|-H2O|COOHCOOH丝氨酸甘氨酸CH2NH2|甘氨酸裂解酶系COOH+FH4CO2+NH3+N5,N10-CH2-FH4NAD+NADH+H+甘氨酸

10色氨酸甲酸+犬尿氨酸合成酶10组氨酸亚氨甲酰谷氨酸谷氨酸亚氨甲基转移酶N5N10-CHO-FH4N10甲酰四氢叶酸N5,N10=CH-FH4N5,N10甲炔四氢叶酸N5,N10-CH2-FH4N5,N10甲烯四氢叶酸N5-CH3-FH4N5甲基四氢叶酸+NH3N5-CH=NH-FH4-NH3

N5亚氨甲基四氢叶酸

NADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+

H+H2O不可逆〔四〕.一碳单位的相互转变〔五〕.生理功能嘌呤、嘧啶合成的原料三.含硫氨基酸的代谢蛋氨酸半胱氨酸胱氨酸〔一〕.蛋氨酸的代谢1.蛋氨酸与转甲基作用蛋氨酸+ATPS腺苷蛋氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)SAM

是体内最重要的甲基供体2.蛋氨酸循环methioninecycle同型半胱氨酸由N5-CH3-FH4提供甲基而合成蛋氨酸，由N5甲基四氢叶酸转甲基酶催化，辅酶是维生素B12蛋氨酸同型半胱氨酸S腺苷同型半胱氨酸S腺苷蛋氨酸ATPPPi+PiFH4N5-CH3-FH4〔VitB12〕N5-CH3-FH4转甲基酶腺苷H2ORHR-CH3图8-11蛋氨酸循环临床意义：维生素B12缺乏时，四氢叶酸再生受到影响，体内游离四氢叶酸减少，一碳单位代谢障碍，核酸合成抑制，而产生巨幼红细胞性贫血。COOH|CHNH2|CH2|CH2|SHOH|CH2|CHNH2|COOHCOOH|CHNH2|CH2|CH2|S|CH2|CHNH2|COONCOOH|CHNH2|CH2|CH2|OHSH|CH2|CHNH2|COOHCOOH|C=O|CH2|CH3琥珀酰-CoATAC同型半胱氨酸丝氨酸胱硫醚同型丝氨酸半胱氨酸酮丁酸3.半胱氨酸的生成4.肌酸的合成

磷酸肌酸是能量的贮存形式NH2NH2HN=C|NHNH2C=NH|CH2NH2脒基转移酶||〔CH2〕3+|〔CH2〕3+NH|COON||CHNH2CHNH2CH2|||COOHCOOHCOOH

NHへPNH2HN=C肌酸激酶HN=CN-CH3N-CH3|ADPATP|CH2CH2||COOHCOOH

HN=C—NH||H3C--NC=OCH2

精氨酸甘氨酸

鸟氨酸胍乙酸S腺苷蛋氨酸甲基转移酶S腺苷同型半胱氨酸磷酸肌酸肌酸H2O+PiH2O图8-12肌酸代谢肌酸酐肌酸激酶creatinekinaseorcreatinephosphokinase,CPK：同工酶:M亚基〔肌型〕；B亚基〔脑型〕MM型：骨骼肌MB型：心肌〔心肌堵塞时增高〕BB型：脑代谢终产物：肌酸酐〔肌肉〕肾功障碍时，血肌酸酐浓度升高

CH2SHCH2--S--S--CH2|-2H||2CHNH2CHNH2CHNH2|+2H||COOHCOOHCOOH半胱氨酸胱氨酸〔二〕半胱氨酸与胱氨酸的代谢1.半胱氨酸与胱氨酸的互变2.硫酸根的代谢活性硫酸根：3’磷酸腺苷5’磷酸硫酸〔3’-phospho-adenosine-5’-phosphosulfate,PAPS)PAPS是体内硫酸基的供体如：类固醇激素，硫酸角质素，硫酸软骨素的代谢-PPi+ATPATP+SO2-AMP-SO-3-PO3H2-AMP-SO-+ADP

腺苷5’磷酸硫酸

PAPSO||