生化课件07 氨基酸代谢

1、第七章Metabolism of Amino Acids张晓伟北京大学医学部生化与分子生物学系 第一节 氨基酸代谢概况Introduction 氨基酸的来源与去路 食物蛋白质的需要量及营养作用 蛋白质的消化、吸收与 组织蛋白质的降解尿素氨基酸代谢的来源与去路酮体氨食物蛋白质-酮酸氧化供能糖胺 类代谢转变其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)(非必需氨基酸) 必需氨基酸(essential amino acid)：体内需要但不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，包括：Val、Ile、Phe、Met、Leu、Trp、Thr、Lys （携一本淡亮色书来）。氨基酸

2、代谢库一、食物蛋白质的需要量及营养作用1、生理需要量（成人）： 分解量: 最低需量:20g/日30-50g/日 推荐量(我国营养学会): 80g/日2、氮平衡（蛋白质的平均含氮量为16%） 氮的总平衡（正常成人） ：摄入氮=排出氮 正氮平衡(儿童/孕妇/恢复期病人) ：摄入氮排出氮 氮的负平衡(饥饿/消耗性疾病) ：摄入氮排出氮3、食物蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率。衡量指标：食物蛋白质营养价值高低取决于其AA的数量及蛋白组成与人体蛋白质的接近程度和所含必需氨基酸(essential amino acid)的种类和数量。主要取决于食物蛋白质的“质”v 食物蛋白质的

3、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 酸的不足，提高蛋白质营养价值的作用。举例谷类蛋白质：赖氨酸少，色氨酸多豆类蛋白质：赖氨酸多，色氨酸少二、蛋白质的消化、吸收与1、 蛋白质的消化 由大分子转变为小分子，便于吸收 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应 消化过程自胃中开始，在小肠中完成。（1）胃中的消化作用胃酸、胃蛋白酶胃蛋白酶原(pepsinogen)胃蛋白酶+ 多肽碎片(pepsin) 胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，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。 胃蛋白酶对乳汁中的酪蛋白有凝乳作用，使之在胃停留时间长，利于充分消化，对乳儿

4、较重要。（2）小肠中的消化：蛋白质消化的主要部位 胰酶及其作用: 胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。 内肽酶(endopeptidase): 水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。 外肽酶(exopeptidase): 自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。 小肠粘膜细胞的消化作用：主要是寡肽酶的作用， 如氨基肽酶及二肽酶等。胃蛋白酶、HCl氨基末端胃蛋白酶原（MW 40000）42 aa胃蛋白酶（MW 33000）肠激酶（或胰蛋白酶）胰蛋白酶原（MW 24000）胰蛋白酶（MW 23200）胰蛋白酶

5、胰蛋白酶S-S-S S糜蛋白酶原（MW 24000）SSSS糜蛋白酶（MW 23500）一些蛋白水解酶原的激活肠激酶(enterokinase)对胰酶的激活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（A及B）羧肽酶（A及B） 可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。 保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。 酶原还可视为酶的贮存形式。氨基肽酶内肽酶羧基肽酶二肽酶氨基酸+ 蛋白水解酶作用示意图氨基酸2、氨基酸的吸收 吸收部位：主要在小肠 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收机制：耗能的主动吸收过程（1） 氨基酸吸收的载体（carrier protein) 载体蛋白与氨基

6、酸、Na+组成三联体。ATP供能将 氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。中性氨基酸载体碱性氨基酸载体载体类型酸性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体内外肠粘膜细胞氨基酸氨基酸氨基酸Na+载体蛋白Na+Na+钠泵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ATP肠粘膜细胞氨基酸载体蛋白的作用（2）谷氨酰基循环(-glutamyl cycle/Meister cycle) 谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成（3）肽的吸收：二肽/三肽转运体系v 利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系v 此种转运也是耗能的主动吸收过程v 吸收作用在小肠近端较强3、蛋白质的(putrefa

7、ction)v 肠道细菌对蛋白质及其消化产物的作用v作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。（1）胺类(amines)的生成蛋白酶组氨酸色氨酸酪氨酸赖氨酸脱羧基作用组胺色胺酪胺尸胺蛋白质胺类氨基酸 假神经递质(false neurotransmitter)某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。 -羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动， 使大脑发生异常抑制。（2）氨的生成: 氨基酸脱氨、尿素分解肠道细菌脱氨基作用未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素尿素酶 降低

8、肠道pH，NH3转变为NH4+以氨盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。氨(ammonia)（3）其他有害物质的生成:苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢酪氨酸半胱氨酸色氨酸苯酚硫化氢吲哚三、组织蛋白质的降解 1-2%/总蛋白质/天被降解(degradation) 蛋白质的半寿期(half-life)：蛋白质降低其原浓度 一半所需要的时间，用t1/2表示 人血浆蛋白质t1/2 肝蛋白质t1/2 结缔组织t1/210天1-8天180天 真核生物中蛋白质的降解有两条途径 溶酶体内降解过程 不依赖ATP 利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白 依赖泛素(ub

9、iquitin)的降解过程 依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白n 泛素： 76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守n 泛素介导的蛋白质降解过程1. 泛素化(ubiquitination) 泛素选择性与降解蛋白质形成共价连接，使其激活2. 蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解异常蛋白质短寿命蛋白质酶泛素ATP降解MW：8.5 x 10376 aaOCOCAMP+PPiATP+HS-E1O-S-E1OCOCHS-E2HS-E1S-E1S-E2被降解蛋白质E2OCHS-E2OCSNH被降解蛋白质E3E1：泛素活化酶E2：泛素携带蛋白E3：泛

10、素蛋白连接酶泛素化过程泛素泛素泛素泛素泛素泛素症、病理调节过程反应、诱发癌氨基酸代谢库(metabolic pool)体内所有游离氨基酸的总称。即食物蛋白经消化吸收的氨基酸(外源性氨基酸)与体内组织蛋白降解产生的氨基酸(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。肌肉50%肾脏4% 肝脏10% 血浆1-6%小结氨尿素食物蛋白质酮体a酮酸组织蛋白质氧化供能体内非必需氨基酸合成葡萄糖其他含氮化合物（嘌呤、嘧啶等）胺类氨基酸的来源与去路氨基酸代谢库1、营养必需氨基酸(essential amino acid) ：体内不能合成，必需由食物供给的氨基酸，包括：缬、异亮、苯丙、蛋、亮

11、、色、苏、赖。2、氮平衡(nitrogen balance)：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。3、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不足，提高营养价值。4、氨基酸的吸收：主动吸收谷氨酰基循环：需谷胱甘肽5、蛋白质的作用作用(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。6、组织蛋白质的降解溶酶体内降解：不依赖ATP依赖泛素的降解过程：依赖ATP，泛素介导 第二节 氨基酸的一般代谢General Metabolism of Amino Acids氨基酸的脱氨基作用a酮酸

12、的代谢氨的代谢一、氨基酸的脱氨基作用1、转氨基作用R1|H-C-NH2|COOHR2| C=O| COOHR1| C=O| COOHR2|H-C-NH2|COOH转氨酶+谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)谷氨酸酸酮戊二酸丙氨酸谷氨酸草酰乙酸酮戊二酸天冬氨酸谷丙转氨酶：glutamic pyruvic transaminase(GPT)（丙氨酸转氨酶 alanine transaminase, ALT)谷草转氨酶：glutamic oxaloacetic transaminase(GOT) (天冬氨酸转氨酶 aspartate transaminase, AST)正常人各组织GOT及GPT

13、活性 (单位/克湿组织) 血清转氨酶活性可作为疾病诊断和预后的指标之一组织GOTGPT组织GOTGPT心1560007100骼肌990004800肾9100019000胰腺280002000脾140001200肺10000700血清2016转氨酶的辅酶：维生素的磷酸酯氨基酸磷酸吡哆醛谷氨酸转氨酶-酮酸-酮戊二酸磷酸吡哆胺转氨酶的作用机理CH2OPO3H2磷酸砒哆醛O=CHOHCH3CH2OPO3H2H2N-CH 磷酸砒哆胺OHCH3 转氨基作用的生理意义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的重要途径。 通过此种方式并未产生游离的氨。

14、2、 L-谷氨酸氧化脱氨基作用NH2|CH-COOH|(CH2) 2-COOHNH|C-COOH|(CH2) 2-COOH组织：肝、脑、肾NAD+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶-L-谷氨酸+ H2O-H2OO|C-COOH|+ NH3(CH2) 2-COOHa-酮戊二酸GDP，ADPGTP，ATP3、联合脱氨基作用 转氨基偶联氧化脱氨基作用 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环（1）转氨基偶联氧化脱氨基作用NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶H2O+NAD+-酮戊二酸氨基酸转氨酶-酮酸谷氨酸 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。 主要在肝、肾组织进行。（2） 转氨基偶

15、联嘌呤核苷酸循环n 组织：骨骼肌、心肌二、 a酮酸的代谢 生成非必需氨基酸 转变成糖和脂类 氧化供能氨基酸生糖及生酮性质的分类-类别氨基酸-生糖氨基酸甘、丝、缬、精、半胱、脯、羟脯、丙、组、谷、谷氨酰胺、天冬、天冬酰胺、蛋生酮氨基酸亮、赖生糖兼生酮氨基酸异亮、苯丙、酪、苏、色-丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸CO2CO2异亮氨酸蛋氨酸丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸缬氨酸琥珀酰CoA谷氨酸-酮戊二酸延胡索酸T A C天冬氨酸天冬酰胺柠檬酸草酰乙酸亮氨酸 赖氨酸酪氨酸 色氨酸苯丙氨酸酮体乙酰乙酰CoA乙酰CoA异亮氨酸亮氨酸 色氨酸酸PEP脂肪酸-磷酸甘油磷酸丙糖氨基酸、

16、糖及脂肪代谢的联系脂肪甘油三酯葡萄糖或糖原糖小结一、主要的脱氨基作用1、氧化脱氨：L-Glu脱氢酶2、转氨基作用：转氨酶（其辅酶为磷酸吡哆醛/胺）3、联合脱氨基作用：转氨基作用L-Glu氧化脱氨（肝、肾）转氨基作用嘌呤核苷酸循环（骨骼肌、心肌）二、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、Thr、Ile生糖氨基酸：其它氨基酸三、氨的代谢 0.1 mg/dl (0.6 mmol/L) 血氨：氨基酸脱氨基作用尿素合成谷氨酰胺肠道蛋白质的合成核苷酸、非必需氨基酸+4谷氨酰胺（肾）NH尿体内氨的来源与去路NH31、

17、血氨的来源（1）氨基酸脱氨基（主要来源） 以及胺、嘌呤、嘧啶的分解胺氧化酶RCH2NH2RCHO+NH3（2）肠道吸收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碱性NH+NH吸收43酸性（3） 肾脏产生+H+NH4肾小管尿谷氨酸 + NH3谷氨酰胺OH-血谷氨酰胺酶+NH3谷氨酸谷氨酰胺2、 氨的转运 氨在血液中的运输形式：丙氨酸和谷氨酰胺 意义：使氨以无毒的形式运输到肝（1）丙氨酸-葡萄糖循环（2）Gln-Glu循环COOH|（CH2）2|CHNH2|COOHCONH2|（CH2）2|CHNH2|COOH脑，肌肉NH3+ATPADP + Pi谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺酶N

18、H3H2O肝，肾L-谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺：氨的解毒产物，氨的贮存和运输形式2、血氨的去路 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 合成谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺谷氨酸 +NH3ATPADP+Pi 肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。3、尿素的生成 合成部位：肝脏NH2|C=O + 2ADP + AMP + 4 Pi| NH22NH3 + CO2 +3ATP + 3H2O尿素合成总反应+NH3+ CO2尿素-H2O-H2O+H2O+ NH3尿素生成的鸟氨酸循环精氨酸瓜氨酸鸟氨酸NH2|C=O| NH|（CH2）3|CH-NH2|COOHNH

19、2|C=NH| NH|（CH2）3|CH-NH2|COOHNH2|（CH2）3|CH-NH2|COOH鸟氨酸瓜氨酸精氨酸（1） 氨基甲酰磷酸的合成 反应在线粒体中进行CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）OC+ 2ADP + PiO PO32-H2N氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸合成酶Icarbamoyl phosphate synthetase I, CPS-ICOOH| CH3C-NH-CH| O|（CH2）2|COOHN-乙酰谷氨酸（AGA）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)（

20、2） 瓜氨酸的合成部位：线粒体| NH|NH2|（CH2）3|CH-NH2|COOH+（CH2）3|CH-NH2|COOH鸟氨酸氨基甲酰转移酶+ H3PO4| O-P鸟氨酸氨基甲酰磷酸瓜氨酸NH2|C=ONH2|C=O（3） 精氨酸的合成 部位：胞液NH2COOHCCNHCOOHNHCHNH2+精氨酸代琥珀酸合成酶CH2NH(CH )COOH2 3(CH )Mg2+2 3CH2CHNHATPH OAMP+PPi CHNH2COOH22COOHCOOH瓜氨酸精氨酸代琥珀酸天冬氨酸NH2CO（4） 尿素生成部位：胞液NH2|(CH2)3|CH-NH2|COOH| (CH2)3|NH2|C=O| NH2精氨酸酶CH-NH2|COOH+ H2O+精氨酸尿素鸟氨酸NH2|C=NH| NH 鸟 氨 酸 循 环 CO2 + NH3 + H2O2ATP2ADP+PiN-乙酰谷氨酸 线粒体 氨基甲酰磷酸Pi瓜氨酸鸟氨酸瓜氨酸ATP氨基酸-酮戊二酸AMP + PPi天冬氨酸鸟氨酸精氨酸代琥珀酸谷氨酸草酰乙酸尿素-酮酸精氨酸延胡索酸 胞液苹果酸（4）尿素生成的调节高蛋白膳食低蛋白膳食合成合成食物蛋白质的影响CPS-的调节：AGA、精氨酸为其激活剂激活乙酰