四川大學考研生化蛋和氨基酸

1、1 Part 1 Nutrition of Protein 一、一、Nitrogen Balance 正常成人體內pr分解代謝水平: 總400g，300g循環(huán)，100g消耗（產能排泄）,靠外源pr補充Site： 組織內250g，消化道150g成人分解pr的主體是內源蛋白的組織內分解（Tissue proteinase）Metabolism of Protein and amino acid2氨基酸 代謝庫Protein from foodSynthesis in vivoProtein in vivoResourceFate-KetoacidAmmonia UreaSubstance with

2、 nitrogenAmines CO2NH3EnergyKeto bodiesGlucose3 Effects： 1）分解Abnormal protein（變異、外來）, 起保護作用 2）自然衰老Cell，更新機制（Red cell, 120 day） 3）水解代謝活性高的proteins（H，E） 4）應急動用的供能機制 4 Nitrogen Balance 攝入氮量和排除氮量的關系攝入氮量和排除氮量的關系 All Nitrogen Balance 攝入氮量排除氮量攝入氮量排除氮量 Positive Nitrogen Balance 攝入氮量攝入氮量排除氮量排除氮量 Negative Nit

3、rogen Balance 攝入氮量攝入氮量OutIn 1mg%即中毒即中毒昏迷?；杳?。一、Metabolism of Ammonia 45水生動物：排水生動物：排Ammonium陸生（人和其它哺乳動物）：排陸生（人和其它哺乳動物）：排 Urea(尿素，脲尿素，脲)鳥類、爬行類：排鳥類、爬行類：排 Uric acid植物：不排放，以Asn、Gln形式回收利用，貯存。各種生物排各種生物排NH3方式方式：46 Aa經經脫氨脫氨作用和作用和胺胺的的分解分解產生；產生； 腸道細菌腸道細菌分解分解Aa產生；產生； 腎上皮細胞，由腎上皮細胞，由Gln分解而來。分解而來。 Resource of ammon

4、ia (Human and Animal) 47 1、Ala-Glc Cycle，氨運入肝臟氨運入肝臟 Aa + Pyruvate (Muscle) Ala 經血液經血液循環(huán)循環(huán) Liver,聯合脫氨聯合脫氨 Pyruvate Glc 血液循環(huán)血液循環(huán) Muscle Pyruvate 再次轉氨再次轉氨 糖異生糖異生NH3氨的轉運（氨的轉運（氨以氨以Ala 和和Gln 2種形式運輸）種形式運輸）48Ala-Glc cycleGlu -KGPyrAlaAlaAlaUreaNH3 -KGGluPyrGlcGlcGlc AANH3Blood| | | | | | | | | | | | | | | |

5、 | | | | | | |MusclePROTEINMUSCLELiver4950 2、Gln轉運氨轉運氨 Glu + NH3 Gln GlnGlutamine synthetase（Brain,muscle etc)GlutaminaseGlu + NH3(Blood cycle)(Liver, kidney）51谷氨酰胺的運氨作用谷氨酰胺的運氨作用CHNH2(CH2)2CHNH2COOHCOOH(CH2)2CHNH2COOHL-Glu(E)Gln(Q)NH3 + ATPADP + PiGln synthetaseGln合成酶合成酶( (Brain,muscle)H2ONH3谷氨酰酶谷氨酰

6、酶( (Liver,kidney) )Urea,ammonium salt etc臨床上用谷氨酸鹽臨床上用谷氨酸鹽降低血氨降低血氨52 53 Excretion of ammonium 氨的排泄氨的排泄 NH3可用于氨基酸和酰胺的合成以便儲存和利用，但也作為廢物排除體外，不同動物采取不同的排除形式。 人和其它哺乳動物以Urea形式排除體外，即所謂“ornithine cycle or Urea cycle”，由系列酶的催化完成。 54排氨生物排氨生物：NH3轉變成酰胺（轉變成酰胺（Gln），運到排泄部位后再分解。），運到排泄部位后再分解。（原生動物、線蟲和魚類原生動物、線蟲和魚類）以尿酸排出：

7、以尿酸排出：將將NH3轉變?yōu)槿芙舛容^小的尿酸排出。通過消轉變?yōu)槿芙舛容^小的尿酸排出。通過消耗大量能量而保存體內水分。（耗大量能量而保存體內水分。（陸生爬蟲及鳥類陸生爬蟲及鳥類） ：經尿素循環(huán)（肝臟）將經尿素循環(huán)（肝臟）將NH3轉變?yōu)槟蛩囟呸D變?yōu)槟蛩囟懦?。（出。（哺乳動物哺乳動物）重新利用合成重新利用合成AA：合成酰胺：合成酰胺（高等植物中）（高等植物中）;嘧啶環(huán)的合成嘧啶環(huán)的合成（核酸代謝）（核酸代謝）1、氨的去路氨的去路：以尿素排出55氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶-I2ATP2ADP + Pi氨基甲酰磷酸合成酶II 2ATP2ADP + Pi尿素循環(huán)（尿素循環(huán)（Ornithine C

8、ycle，in liver）1、過程（、過程（Mit） a. 氨甲酰氨甲酰 合成合成CO2 + NH4+ + H2O NH2-CO HCO3- + Gln NH2-CO + Glu （Cytosol）b. 瓜氨酸瓜氨酸(Cit)合成合成NH2-CO +鳥氨酸（鳥氨酸（Orn） 瓜氨酸瓜氨酸 Orn轉氨甲?；皋D氨甲?；福∕it）CTP56 2. Process in cytosol 瓜氨酸出瓜氨酸出Mit精氨酰琥珀酸精氨酰琥珀酸 Arg + Fumarate 精氨酰琥珀酸合成酶精氨酰琥珀酸合成酶ATPAMP + PPi精氨酰琥珀酸裂合酶精氨酰琥珀酸裂合酶瓜氨酸瓜氨酸 + Asp 精氨酰琥珀酸

9、精氨酰琥珀酸MalateOAAAsp鳥氨酸Arg,H2ONH2-CO-NH2(Urea)57NH3 + CO2 + H2O氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸2ATP2ADP+ PiN-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸鳥氨酸鳥氨酸Pi瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸Urea鳥氨酸鳥氨酸H2OATPAMP+PPi天冬氨酸天冬氨酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸aa -酮酸酮酸線粒體胞液鳥氨酸循的全過程鳥氨酸循的全過程精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸58 Mit瓜氨酸瓜氨酸Arg鳥氨酸鳥氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸 Asp KG Glu Malate OAA Fumarat

10、e 氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 CO2NH4+ Cytosol尿素循環(huán)與檸檬酸循環(huán)的聯系尿素循環(huán)與檸檬酸循環(huán)的聯系Cycle59 小兒忌pr，喂-酮戊二酸及酮酸60 CO2 2NH3（其中（其中1分子來自于天冬氨酸分子來自于天冬氨酸*） 4ATP生理意義：生理意義：體內氨的主要去路體內氨的主要去路, , 解氨毒的重要途徑。解氨毒的重要途徑。總反應方程式：總反應方程式：Urea + 2ADP + AMP + 2Pi +PPi2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O限速酶：限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶6162進入方式進入方式 4 4進入方式進入方式 1 1進入方式進入方式 3

11、3進入方式進入方式 2 2進入方式進入方式 6 6進入方式進入方式 5 5氨基酸碳骨架進入氨基酸碳骨架進入TCA循環(huán)的途徑循環(huán)的途徑63 Phe、Trp、Tyr，5）即異賴3芳如Ala、Ser、Cys也可形成AcCoA OAA，生糖Aa和生酮Aa的界定并非嚴格64Glucogenic vs Ketogenic Amino Acids*Only Ketogenic (2)#Only Glucogenic (9)#6566 67 68S-adenosyl methionine is a key 1-carbon donor69 一碳基團的來源和轉變一碳基團的來源和轉變70 丙酮酸丙酮酸TCA CY

12、CLE甘氨酸代謝途徑甘氨酸代謝途徑 Gly Ser71 三、三、 Met ，CysH and Cys ATPPPi + PiCH3腺苷腺苷N5-CH3-FH4FH472 游離游離Cys極少，極少，CysH與與Cys的代謝基本相同的代謝基本相同 。Cys Pyruvate + NH3牛黃酸牛黃酸H2SO43-磷酸腺苷磷酸腺苷5磷酸硫酸磷酸硫酸 （活性硫酸根）Other Metabolism73 Phe Tyr尿黑酸尿黑酸尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶74Phenylketonuria (PKU) Disease Deficiency of Phe hydroxylase Occurs in 1:16,

13、000 live births in U.S. Seizures, mental retardation, brain damage Treatment: ? Screening of all newborns mandated in all statesCH2CCO2-OPheTyrTransaminationPhenylpyruvate(urine)7576Tryptophan Metabolism: Serotonin FormationNHCH2CHCO2-NH3+NHCH2CHCO2-NH3HO+NHCH2CH2NH2HOTryptophan(Trp)Indole ringTrphy

14、droxylaseO25-Hydroxy-tryptophanDecarboxylaseCO25-Hydroxy-Tryptamine (5-HT);(Serotonin) 77Serotonin Metabolism: MelatoninNHCH2CH2NHCOCH3H3CONHCH2CH2NH2HO2 StepsSerotoninMelatoninMelatonin: Formed principally in pineal gland Synthesis controlled by light, among other factors Induces skin lightening Su

15、ppresses ovarian卵巢function Possible use in sleep disorders（松果腺）（松果腺）78五、Metabolism of Other Aa （一）（一）Leu, Ile and Val （代謝途徑相似）（代謝途徑相似） Leu AcCoA + AcAcCoA Ile AcCoA + Propionyl CoA Val Propionyl CoA Succinyl CoA 79 （二） Catabolism of Thr Gly + 乙醛（轉化乙醛（轉化為為AcCoA） Thr (Liver、kidney and some microorgani

16、sm)-ketobutyrateButyrate + Propionate Propionyl CoA(Some microorganism) （三） Catabolism of His His Glu （四） Catabolism of Lys Lys Glu + AcAcCoA80 （五）Catabolism of Arg Arg Urea + Orn Orn Glu （六）Catabolism of Ala 、Glu and Asp Affter Oxidative Deamination and Transamination, Form Pyruvate, -ketoglutarate

17、 and OAA ? Another improtant rout of Glu is GAGA 支路：支路： Glu脫羧的脫羧的-aminobutyrate 是神經遞質和大腦細是神經遞質和大腦細胞能源物質。胞能源物質。81GABA FormationNH3+-O2CCH2CH2CHCO2-NH3+-O2CCH2CH2CH2GlutamateGamma-aminobutyrate(GABA)GABA is an important inhibitory neurotransmitterin the brainDrugs (e.g., benzodiazepines苯(并)二氮卓類,苯(并)二氮

18、卓類) that enhance the effects of GABA are useful in treating epilepsy GlutamatedecarboxylaseCO2（癲癇）（癲癇）82 Aa是很多物質的前體，如是很多物質的前體，如 H，V，CoE，生物堿，生物堿，卟啉，抗菌素，色素，神經遞質。卟啉，抗菌素，色素，神經遞質。 GSH 在在Aa轉運入轉運入Cell中中(已講已講)。同時，它是機體氧化。同時，它是機體氧化還原體系的重要成員。還原體系的重要成員。 肌酸肌酸 （脊椎動物脊椎動物貯能形式貯能形式） 肌酸肌酸在骨肌中含量較豐富，是脊椎動物貯在骨肌中含量較豐富，是脊椎動

19、物貯能的一種形式。能的一種形式。非脊椎非脊椎中則為中則為 Arg。 83 GABA( -NH2-丁酸丁酸) -氨基丁酸是抑制性神經遞質氨基丁酸是抑制性神經遞質 5-OH-Trp與與吲哚乙酸吲哚乙酸、組胺組胺 5OHTrp是一種血管收縮素，升壓是一種血管收縮素，升壓 Trp吲哚乙酸催熟（植物）吲哚乙酸催熟（植物） 組胺是一種血管舒張素，降壓。組胺是一種血管舒張素，降壓。 乙酰膽堿乙酰膽堿與與卵磷脂卵磷脂 由由Ser形成形成，Met提供甲基提供甲基 乙酰膽堿是興奮性神經遞質，膽堿經膽堿乙?；阴Ｄ憠A是興奮性神經遞質，膽堿經膽堿乙?；疎 催化而成乙酰膽堿催化而成乙酰膽堿. . 卵磷脂是生物膜重要組份

20、卵磷脂是生物膜重要組份84 卟啉卟啉卟啉是血色素，膽紅素，卟啉是血色素，膽紅素，Cyt，葉綠素等環(huán)的核心部分，它們的基本結構都是四吡咯，葉綠素等環(huán)的核心部分，它們的基本結構都是四吡咯環(huán)。合成吡咯環(huán)的是環(huán)。合成吡咯環(huán)的是Gly + 琥珀酰琥珀酰CoA膽色素原（吡咯環(huán)衍生物）膽色素原（吡咯環(huán)衍生物） Tyr與與黑色素黑色素、腎上腺素腎上腺素、多巴胺多巴胺 Cys與與牛黃酸牛黃酸 甲基苯丙胺甲基苯丙胺過份興奮過份興奮85Summarization 1、內源性和外源性蛋白質主要靠各種內源性和外源性蛋白質主要靠各種Proteases水解為水解為Aa. 合成合成New Protein； 產生許多重要生物分

21、子的前體，如產生許多重要生物分子的前體，如H，pu, py, V 分解成其它代謝產物排除體外分解成其它代謝產物排除體外 2、Free Aa進進Cell有有 2 ways: Positive transform主動轉運 r-Glutamyl cycle，ATP、GSH參加參加 863、Aa入細胞后，入細胞后，脫羧脫羧（ R-CH2-NH2 + CO2 ）; 脫氨脫氨（Keto acid 和和Glu的轉氨的轉氨最重要。方式：轉氨氧化脫氨和嘌呤核苷酸循環(huán)最重要。方式：轉氨氧化脫氨和嘌呤核苷酸循環(huán))。轉氨酶（轉氨酶（PLP）和）和NDA/NADP參加。參加。 4、氨的轉運形式為氨的轉運形式為Gln。

22、5、Urea通過尿素循環(huán)形成，直接前體為通過尿素循環(huán)形成，直接前體為Arg，Asp和和ATP等參加。等參加。 6、生糖生糖Aa(非必須氨基酸非必須氨基酸)，2種生酮種生酮Aa (Leu, Lys? ), 生糖兼生酮生糖兼生酮Aa (異賴異賴3芳芳) 7、 Aa的碳骨架以的碳骨架以6 pathways enter TCA Cycle87 Ala, Ser, Cys, Gly, Thr Pyruvate AcCoA Asp and Asn OAA Gln, His, Pro, Arg Glu -ketoglutarate Succinyl CoA AcCoA Phe ,Leu,Tyr,Lys,Tr

23、p AcAcCoA AcCoA Tyr, Phe Fumarate Met, Ile, Val88Part 6 Anabolism of AA8990一一氨的同化氨的同化 定義：定義：生物體將無機態(tài)的氨轉化為生物體將無機態(tài)的氨轉化為含氮有機含氮有機化合物化合物的過程（的過程（N素亦稱生命元素）素亦稱生命元素） 生物體生物體N的來源的來源 食物來源的食物來源的N（食物中的蛋白質和氨基酸）：（食物中的蛋白質和氨基酸）：人和動物的人和動物的N源源 生物固生物固N（某些微生物和藻類通過體內固氮酶（某些微生物和藻類通過體內固氮酶系的作用將分子氮轉變成系的作用將分子氮轉變成氨氨的過程，的過程，1862年年

24、發(fā)現）發(fā)現） 91 生物固生物固N機制的研究歷史：機制的研究歷史： 1862-1962：完整的細胞水平（分離固氮微：完整的細胞水平（分離固氮微生物）生物） 1960-1966：無細胞水平（發(fā)現固：無細胞水平（發(fā)現固N需要鐵需要鐵氧還蛋白等氧還蛋白等 作電子傳遞體，需要作電子傳遞體，需要ATP等）等） 1966-目前：分子水平（目前：分子水平（Nitragenase固固N酶純化，組分酶純化，組分I為鉬鐵蛋白；組分為鉬鐵蛋白；組分II為鐵蛋白，為鐵蛋白，1992年測定其空間結構）年測定其空間結構） 92硝酸還原生成（植物體中的硝酸還原生成（植物體中的N源）源）NO3-氨同化的途徑氨同化的途徑 Gl

25、u的形成途徑的形成途徑 氨甲酰磷酸形成途徑氨甲酰磷酸形成途徑硝酸還原酶硝酸還原酶NO2-亞硝酸還原酶亞硝酸還原酶NH3AAPro其它含其它含N 化合物化合物931、Glu合成途徑合成途徑Glu DHase（細菌）NH3 Glu other AACH2-COOHCH2-C=OCOOH-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-+NH3 +NADH+NAD+ +H2O -KG（From TCA cycle) 此反應要求有較高濃度的NH3，足以使光合磷酸化解偶聯，不可能是無機氨轉為有機氮的主要途徑94 谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途徑）CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-CONH

26、2CH2-CHNH2COOH-+NH3 +ATP+ADP +Pi+H2O NH3其CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-C=OCOOH-+2HCH2-COOHCH2-CHNH2COOH-2 總反應: NH3 +ATP + -酮戊二酸+2H 谷AA+ADP+H2O+Pi Glu合成酶合成酶952、氨甲酰磷酸合成途徑氨甲酰磷酸合成途徑（微生物和動物）（微生物和動物） 原料：NH3 CO2 ATP 氨甲酰激酶NH3 + CO2 + ATPMg2+ O H2N-C-OPO3H2 + ADP=氨甲酰磷酸合成酶NH3 + CO2 + 2ATPMg2+ O H2N-C-OPO

27、3H2 + 2ADP+Pi利用體內代謝的氨利用體內代謝的氨96二、氨基酸的合成二、氨基酸的合成v 主要通過轉氨基作用主要通過轉氨基作用AA-R1-酮酸酮酸R1轉氨酶AA-R2-酮酸R2v 許多氨基酸可以作為氨基的供體，其中最許多氨基酸可以作為氨基的供體，其中最主要的是谷氨酸，其被稱為氨基的主要的是谷氨酸，其被稱為氨基的“轉換轉換站站”，先，先 Glu 其它其它AA。v 氨基酸的合成有C架（ -酮酸）AA提供氨基(最主要為Glu，領頭AA)97包括：包括：Ala、Val、Leu1、丙氨酸族氨基酸的合丙氨酸族氨基酸的合成成 共同碳架：EMP中的Pyruvate COOH CH3 C=O-CH2-C

28、OOH CH2-CHNH2COOH- - COOH CH3 CHNH2-CH2-COOH CH2-C=OCOOH- -GPT+98 丙氨酸族其它氨基酸的合成2 Pyruvate-酮異戊酸 縮合CO2轉氨基Val-酮異己酸 Leu轉氨基-CH3C=OCOO-CH2-CH3CH3-CH-C=OCOOH- -CH3-CH-酮異戊酸 992、絲氨酸族氨基酸的合成絲氨酸族氨基酸的合成 包括：包括：Ser、Gly、CysGly碳架：光呼吸乙醇酸途徑中的乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH- COOH CHO-+ COOH CH2NH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH- -+-KG Gl

29、y Glu 乙醛酸 100 COOH CH2NH2- COOH CH2OH CHNH2-+NH3+CO2 +2H+ + 2e-2H2O Ser Gly 碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸 Ser還有其它合成途徑101COOH HO-CHCH2O-P-COOH C=OCH2O-P-COOH CHNH2CH2O-P- COOH CH2OH CHNH2-COOH HO-CHCH2OH-COOH C=OCH2OH-H2O Pi磷酸酶轉氨基氧化H2O Pi轉氨磷酸化途徑非磷酸化途徑3-磷酸甘油酸3-磷酸羥基丙酮酸3-磷酸絲氨酸甘油酸3-羥基丙酮酸Ser102 半胱氨酸的合成途徑（植物或微生物中）Ser +乙

30、酰-CoA O-乙酰-Ser + CoA O-乙酰-Ser + 硫化物 Cys +乙酸 乙醛酸GlySerCys3-磷酸甘油酸轉乙?；柑峁┝驓浠鶊F提供硫氫基團103半胱氨酸的合成途徑（動物中） L-高半胱氨酸高半胱氨酸 + + Ser胱硫醚胱硫醚L-CysH2OH2O1043、天冬氨酸族氨基酸的合成天冬氨酸族氨基酸的合成包括：包括：Asp、Asn、Lys、Thr、Met、Ile共同碳架：TCA中的OAACH2-COO-C=OCOO-CH2-COO-CH2-CH+NH3COO-CH2-COO-CH+NH3COO-CH2-COO-CH2-C=OCOO-+轉氨天冬酰胺合酶Mg2+Mg2+ Asp + NH3 + ATPAsn + H2O + AMP + PPi Asp + Gln + ATP Asn + Glu + AMP + PPi（植,細菌） （動）105CH2-COOHCHNH2COOH- 天冬氨酸族其它氨基酸的合成天冬氨酸族其它氨基酸的合成ATPADPAsp kinaseCH2-C-O-P=OCHNH2COOH-O=OHOHNADPH+H+NADP+Asp kinase天冬氨酰磷酸CH2-CHOCHNH2COOH-天冬氨酸半醛L-高絲氨酸MetThr Ile（4個C來自Asp,2個C來自丙酮酸）,-二氨基庚二酸LysCO2Asp106 幾種氨基酸的關系 OAALys Th