7-2013級(jí)生化課件9氨基酸代謝8年制

1、1氨 基 酸 代 謝Metabolism of Amino Acids第 九 章2Amino Acid StructureRNase3Section1 Dietary Protein NutritionSection2 Digestion, Absorption and PutrefactionSection3 General pathway of Amino Acid CatabolismSection4 Metabolism of AmmoniaSection5 Metabolism of Individual Amino AcidsChapter 9 Metabolism of Amin

2、o Acids4第一節(jié) 蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)作用（一）組織、細(xì)胞的主要成分，維持細(xì)胞、組織的生長(zhǎng)、 更新和修補(bǔ)（細(xì)胞中含量最多的有機(jī)化合物）（二）參與多種重要的生理活動(dòng) （酶、多肽類激素、抗體、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等）（三）氧化供能 1g蛋白質(zhì)徹底氧化分解產(chǎn)生17.19kJ(4.1kcal)能量一、 蛋白質(zhì)的生理功能Dietary Protein NutritionBiological Importances of Protein5二、蛋白質(zhì)的需要量 （一） 氮平衡 Nitrogen Balance攝入食物的含氮量與排泄物（尿與糞）中含氮量之間的關(guān)系。氮總平衡：攝入氮 = 排出氮（正常成人）氮正平衡：攝入氮 排出

3、氮（兒童、孕婦等）氮負(fù)平衡：攝入氮 20hIle, GlnTyr, GluProLeu, Phe, Asp, LysArg 30min 10min 7min 3min 2min22泛素化方式降解蛋白質(zhì)的病生理意義： 腫瘤形成 基因轉(zhuǎn)錄 細(xì)胞分裂周期 生物鐘 炎癥反應(yīng) 膽固醇代謝23（三）蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)換Protein Turnover 細(xì)胞中蛋白質(zhì)不斷進(jìn)行降解與再合成的過(guò)程 蛋白質(zhì)T1/2：半壽期（Half-life） 人血漿蛋白質(zhì) 10天 肝蛋白質(zhì) 1-8天 結(jié)締組織 180天24氨基酸代謝庫(kù)Amino Acids Metabolic Pool 外源性氨基酸（食物蛋白質(zhì)的消化、吸收）與內(nèi)源性氨基

4、酸（機(jī)體蛋白質(zhì)分解、體內(nèi)合成）混在一起，分布于體內(nèi)各處，共同參與分解代謝、轉(zhuǎn)化代謝或蛋白質(zhì)的合成，稱氨基酸代謝庫(kù)。氨基酸代謝庫(kù)的分布（以游離氨基酸總量計(jì)算）肌肉 50% 肝 10% 腎 4%血漿 6%25氨基酸代謝庫(kù)食物蛋白質(zhì)消化吸收 組織蛋白質(zhì)分解 體內(nèi)合成氨基酸 (非必需氨基酸) -酮酸 脫氨基作用 酮 體氧化供能糖胺 類脫羧基作用氨 尿素代謝轉(zhuǎn)變其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等) 合成 體內(nèi)氨基酸代謝概況26NH3-酮酸胺氨基酸脫羧脫氨 氧化脫氨 轉(zhuǎn)氨 聯(lián)合脫氨RC = OCOOHRCH2NH2RCHNH2COOH尿素CO2氨基酸一般分解代謝途徑27二、氨基酸的脫氨基作用 Deaminat

5、ion of Amino Acids 氧化脫氨基 oxidative deamination 轉(zhuǎn)氨基 transamination 聯(lián)合脫氨基 transdeamination 非氧化脫氨基 non-oxidative deamination28L-氨基酸氧化酶（分布少，活性低）D-氨基酸氧化酶（普遍存在，但D-氨基酸極少）L谷氨酸脫氫酶（分布廣，活性高，特異性強(qiáng)）L谷氨酸脫氫酶：變構(gòu)酶變構(gòu)激活劑：ADP GDP變構(gòu)抑制劑：ATP GTP（一）氧化脫氨基作用L谷氨酸H2O酮戊二酸 + NH3L谷氨酸脫氫酶NAD+NADH+H+29（二）轉(zhuǎn)氨基作用 1.概念：由轉(zhuǎn)氨酶催化某一氨基酸的-氨基轉(zhuǎn)移到

6、另一種 酮酸的酮基上，生成相應(yīng)的氨基酸，原來(lái)的氨基酸則 轉(zhuǎn)變成酮酸。 R1 |H-C-NH2 + | COOH R2 |H-C-NH2 | COOHR2|C=O|COOHR1|C=O +|COOH轉(zhuǎn)氨酶transamination30 轉(zhuǎn)氨酶具有特異性 體內(nèi)最重要的轉(zhuǎn)氨酶：谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶 轉(zhuǎn)氨酶的輔酶：磷酸吡哆醛（傳遞氨基） 大多數(shù)氨基酸參與轉(zhuǎn)氨基作用，Lys、Pro、HP除外轉(zhuǎn)氨基作用谷丙轉(zhuǎn)氨酶 Glutamic Pyruvate Transaminase, GPT 丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶, Alanine Transaminase, ALT谷草轉(zhuǎn)氨酶 Glutamic Oxaloacetic

7、 transaminase, GOT 天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶, Aspartate Transaminase, AST31 谷氨酸 丙酮酸 酮戊二酸 丙氨酸 谷氨酸 草酰乙酸 酮戊二酸 天冬氨酸臨床意義：正常情況下，血清中轉(zhuǎn)氨酶活性很低 急性肝炎 血清GPT 心肌梗死 血清GOT 32磷酸吡哆醛轉(zhuǎn)氨基的作用機(jī)制磷酸吡哆胺33（三）聯(lián)合脫氨基作用類型 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用 嘌呤核苷酸循環(huán) Purine Nucleotide CycleTransdeamination兩種脫氨基方式聯(lián)合，使氨基酸脫下-氨基生成-酮酸34 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式，也是體內(nèi)合成非必需氨基

8、酸的主要方式（全程可逆）主要在肝、腎組織進(jìn)行35 嘌呤核苷酸循環(huán) （骨骼肌、心?。┨O果酸 腺苷酸代琥珀酸次黃嘌呤 核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶-酮戊 二酸氨基酸 谷氨酸-酮酸 轉(zhuǎn)氨酶 1草酰乙酸天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶 2腺苷酸脫氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)36（四）非氧化脫氨基作用Non-oxidative deamination 還原脫氨基 水解脫氨基 脫水脫氨基 脫巰基脫氨基 氧化還原脫氨基 解氨酶催化的脫氨基37（二）氧化供能 -酮酸可通過(guò)TAC及生物氧化體系徹底氧化成 CO2和水，同時(shí)釋放能量（供能物質(zhì)）三、 -酮酸的代謝（一）經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸（三）轉(zhuǎn)變成糖

9、和脂類生糖氨基酸：在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成糖的氨基酸glucogenic amino acid生酮氨基酸：在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸ketogenic amino acid生糖兼生酮氨基酸glucogenic and ketogenic amino acidFates of -Keto Acids38 氨基酸按生糖及生酮性質(zhì)的分類- 類別 氨基酸- 生糖氨基酸 甘、絲、纈、精、半胱、脯、羥脯、丙、 （14種） 天冬、谷、谷氨酰胺、天冬酰胺、組、蛋 生酮氨基酸 亮、賴 （2種） 生糖兼生酮氨基酸 異亮、色、蘇、苯丙、酪 （5種）-記憶：一兩色素本來(lái)老39琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-酮戊二酸檸檬酸乙酰C

10、oA丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸絲氨酸蘇氨酸色氨酸甘氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸 蛋氨酸絲氨酸 蘇氨酸 纈氨酸酮體亮氨酸 賴氨酸酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 谷氨酸精氨酸 谷氨酰胺組氨酸 脯氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代謝的聯(lián)系T A C40NH3 氨基酸脫氨基作用 腸道蛋白質(zhì)的腐敗 谷氨酰胺（腎小管上皮細(xì)胞）正常人血氨： 1 mg/L (0.6 mol/L)體內(nèi)氨的來(lái)源與去路：第四節(jié) 氨的代謝尿素合成谷氨酰胺其它含氮化合物+NH4尿Metabolism of Ammonia41 腎小管

11、H+ NH4 尿 谷氨酰胺 谷氨酸 + NH3 OH- 血（血氨的來(lái)源）+一、 體內(nèi)氨的來(lái)源 Origins of Ammonia1. 氨基酸脫氨基（主要來(lái)源）2. 腎小管上皮細(xì)胞分泌肝硬化患者不宜使用堿性利尿藥+ OHNH4 NH3 吸收 H3. 腸道吸收（蛋白質(zhì)腐敗、尿素分解）高血氨病人采用弱酸性透析液作結(jié)腸透析禁用堿性肥皂水灌腸42二、氨的轉(zhuǎn)運(yùn)血氨運(yùn)輸形式：丙氨酸和谷氨酰胺Transportation of Ammonia（一）葡萄糖-丙氨酸循環(huán) Glucose-Alanine Cycle 意義（1）使肌肉的氨以無(wú)毒的丙氨酸形式運(yùn)輸?shù)礁?（2）肝臟為肌肉提供葡萄糖，用以生成丙酮酸4344

12、肝，腎（二）谷氨酰胺的運(yùn)氨作用 COOH CONH2 | |（CH2）2 NH3 +ATP ADP + Pi （CH2）2 | 谷氨酰胺合成酶 | CHNH2 CHNH2 | 谷氨酰胺酶 | COOH NH3 H2O COOH L-谷氨酸 谷氨酰胺腦，肌肉45 谷氨酰胺既是氨的解毒產(chǎn)物，也是氨的儲(chǔ)存及運(yùn)輸形式 氨中毒患者可口服或輸入谷氨酸鹽，以降低氨的濃度 谷氨酰胺可以提供酰胺基使天冬氨酸轉(zhuǎn)變成天冬酰胺天冬酰胺酶治療白血病 白血病細(xì)胞不能合成天冬酰胺Asn + H2O Asp + NH3Asparaginase46（一）合成部位：肝臟三、尿素的生成 Urea BiosynthesisNH2C

13、= ONH2實(shí)驗(yàn)犬肝切除，血、尿中尿素AA血氨犬腎切除血氨正常，血尿素犬肝、腎切除血氨 ，血尿素47（二）合成機(jī)理： 鳥氨酸循環(huán) Ornithine Cycle (尿素循環(huán)、Krebs- Henseleit循環(huán)） 1932年 Hans Krebs & Kurt HenseleitHans KrebsUrea cycle （1932） TAC cycle （1937）Nobel Prize （1953）48鳥氨酸瓜氨酸精氨酸NH3、CO2H2OH2ONH3H2O尿素精氨酸酶2NH 3 CO 2 尿素 H2OATP49 NH2 NH2 | | C=O C=NH | | NH2 NH NH | |

14、|（CH2）3 （CH2）3 （CH2）3 | | | CH-NH2 CH-NH2 CH-NH2 | | | COOH COOH COOH鳥氨酸 瓜氨酸 精氨酸 50N-乙酰谷氨酸（AGA）：CPSI的變構(gòu)激活劑1、氨基甲酰磷酸的合成 （線粒體）氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-I）：變構(gòu)酶（三）鳥氨酸循環(huán)的詳細(xì)步驟CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸51氨基甲酰磷酸2、瓜氨酸的合成（線粒體）瓜氨酸鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶H3PO4+NHCHCOOHNH2NH2CO(CH2)3NH2(CH2

15、)3CHCOOHNH2NH2(CH2)3CHCOOHNH2鳥氨酸鳥氨酸523、精氨酸的合成（胞液）瓜氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸延胡索酸53天冬氨酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸 精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+NHCHCOOHNH2NH2CO(CH2)354精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH55 NH2 | C=N

16、H | NH NH2 | |(CH2)3 NH2 (CH2)3 | 精氨酸酶 | | CH-NH2 + H2O C=O + CH-NH2 | | | COOH NH2 COOH精氨酸 尿素 鳥氨酸4、精氨酸水解生成尿素（胞液）56鳥氨酸循環(huán)2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鳥氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸蘋果酸 -酮戊 二酸 谷氨酸-酮酸精氨酸代 琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP + PPi鳥氨酸尿素線粒體 胞 液57 1、合成尿素的主要器官：肝臟； 2、兩個(gè)氮原子的來(lái)源：NH3、天冬氨酸； 3、反應(yīng)場(chǎng)所：先在線粒體后在胞液； 4、限速酶

17、：氨基甲酰磷酸合成酶I； 5、耗能：合成1分子尿素需要3分子ATP； 6、意義：解除氨毒。尿素生成的特點(diǎn)：58（四）尿素合成的調(diào)節(jié)1.食物的影響 高蛋白質(zhì)膳食，尿素合成2.氨基甲酰磷酸合成酶I對(duì)尿素合成的影響 精氨酸3.其他物質(zhì)對(duì)尿素合成的調(diào)節(jié) 鳥氨酸循環(huán)中間產(chǎn)物與其它物質(zhì)代謝聯(lián)系 乙酰CoA + Glu 乙酰谷氨酸（AGA）乙酰谷氨酸合成酶59氨的其它代謝途徑 COOH CONH2 | |（CH2）2 NH3 +ATP ADP + Pi （CH2）2 | 谷氨酰胺合成酶 | CHNH2 CHNH2 | 谷氨酰胺酶 | COOH NH3 H2O COOH L-谷氨酸 谷氨酰胺NH3-酮戊二酸G

18、lu轉(zhuǎn)氨非必需氨基酸60（五）高氨血癥和氨中毒正常血氨濃度： 1 mg/L (0.6 mol/L)TAC 腦供能不足-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3 腦內(nèi) -酮戊二酸氨中毒的可能機(jī)制61第五節(jié) 個(gè)別氨基酸的代謝 Metabolism of Individual Amino Acids一、氨基酸的脫羧基作用（生成胺）Decarboxylation of Amino Acids酶：氨基酸脫羧酶 輔酶：磷酸吡哆醛氨基酸脫羧酶胺胺氧化酶醛醛氧化酶酸很多胺具有重要的生理功能Decarboxylase62（一）-氨基丁酸（-aminobutyric acid, GABA） 抑制性神經(jīng)遞質(zhì) COOH |

19、 (CH2)2 COOH | L-谷氨酸脫羧酶 | CH-NH2 (CH2)2 | CO2 | COOH CH2NH2 L- 谷氨酸 -氨基丁酸腦、腎組織中L-谷氨酸脫羧酶活性高63CH2SH CH2SO3H| 3O | 磺酸丙氨酸脫羧酶 CH2SO3HCH-NH2 CH-NH2 | | CO2 CH2NH2COOH COOH L-半胱氨酸 磺酸丙氨酸 ?；撬幔ǘ┡；撬?(Taurine) 結(jié)合膽汁酸的組成成分 64 組氨酸脫羧酶 HC=C-CH2CHCOOH HC=C-CH2CH2NH2 | | | CO2 | | HN N NH2 HN N C C H H L-組氨酸 組胺 （三）組胺：

20、 Histamine強(qiáng)烈的血管舒張劑刺激胃酸、胃蛋白酶分泌65（四）5羥色胺（5-hydroxytryptamine, 5HT）腦：抑制性神經(jīng)遞質(zhì)外周：收縮血管色氨酸5-羥色氨酸5-HT色氨酸羥化酶5-羥色氨酸脫羧酶CO266（五）多胺 Polyamine 某些氨基酸脫羧可產(chǎn)生多胺類物質(zhì)鳥氨酸脫羧腐胺精脒精胺精脒精胺調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)的重要物質(zhì)，生長(zhǎng)旺盛的組織含量高。臨床意義觀察癌癥病人病情及輔助診斷癌癥的生化指標(biāo)之一6768體內(nèi)的一碳單位有： 甲基(-CH3), 甲烯基(-CH2-), 甲炔基(-CH=), 甲酰基(-CHO), 亞氨甲基(-CH=NH)等二、一碳單位的代謝某些氨基酸在分解代謝過(guò)程

21、中所產(chǎn)生的含有一個(gè)碳原子的基團(tuán)Metabolism of One Carbon Unit一碳單位（ One Carbon Unit）69 二氫葉酸還原酶 二氫葉酸還原酶葉酸 二氫葉酸 四氫葉酸 NADPH NADP + NADPH NADP + + H+ + H + 5一碳單位通常結(jié)合于N5、N10上（一）一碳單位的載體四氫葉酸 Tetrahydrofolic Acid，F(xiàn)H4170 FH4攜帶一碳單位的形式N5CH3FH4N5-甲基四氫葉酸N5、N10CH2FH4N5，N10-甲烯四氫葉酸N5、N10=CHFH4N5，N10-甲炔四氫葉酸N10CHOFH4N10-甲酰四氫葉酸N5CH=NHF

22、H4N5-亞氨甲基四氫葉酸71Ser Trp His Gly（二）一碳單位的來(lái)源施 舍 一 根 竹 竿絲 色 組 甘72（三）一碳單位的相互轉(zhuǎn)變 氧化還原反應(yīng)N10-甲酰四氫葉酸N5 N10 -甲炔四氫葉酸N5 N10 -甲烯四氫葉酸N5-甲基四氫葉酸N5-亞氨甲基四氫葉酸H+ H2O NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+NH3- NH373（四）一碳單位的生理功能 臨床1、葉酸缺乏巨幼紅細(xì)胞性貧血 影響核苷酸的合成2、氨甲喋呤 抑制四氫葉酸的合成，抗癌藥物 參與合成嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸（聯(lián)系氨基酸代謝與核苷酸代謝）74三、含硫氨基酸的代謝 蛋氨酸胱氨酸半胱氨酸胱氨酸蛋氨酸半

23、胱氨酸 含硫氨基酸Metabolism of Sulfur-containing Amino Acids75（一）蛋氨酸的代謝（甲硫氨酸）SAM轉(zhuǎn)甲基后S腺苷同型半胱氨酸脫腺苷同型半胱氨酸1.蛋氨酸與轉(zhuǎn)甲基作用 蛋氨酸 + ATPS腺苷蛋氨酸（SAM）SAM（活性蛋氨酸）：體內(nèi)最重要的甲基供體腺苷轉(zhuǎn)移酶S-adenosylmethionineHomocysteine76S HCH2CH2CHNH2COOHS HCH2CHNH2COOHS 腺苷CH2CH2CHNH2COOHCH3+SCH2CH2CHNH2COOHCH3 蛋氨酸SAM同型半胱氨酸半胱氨酸77SAM轉(zhuǎn)甲基作用78由SAM參加的一些轉(zhuǎn)

24、甲基作用甲基接受體甲基化產(chǎn)物去甲腎上腺素胍乙酸磷脂酰乙醇胺-氨基丁酸RNADNA蛋白質(zhì)腎上腺素肌酸磷脂酰膽堿肉堿甲基化的RNA甲基化的DNA甲基化的蛋白質(zhì)79蛋氨酸S-腺苷同型 半胱氨酸S-腺苷蛋氨酸同型半胱氨酸FH4N5CH3FH4N5CH3FH4 轉(zhuǎn)甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiRH-CH32、蛋氨酸循環(huán) Methionine Cycle80維生素B12缺乏時(shí)，四氫葉酸再生受到影響，體內(nèi)游離四氫葉酸減少，一碳單位代謝障礙，核酸合成抑制，從而產(chǎn)生巨幼紅細(xì)胞性貧血。N5甲基四氫葉酸轉(zhuǎn)甲基酶的輔酶是維生素B12 高同型半胱氨酸易導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化臨床 巨幼紅細(xì)胞性貧血由N5

25、-CH3-FH4提供甲基合成蛋氨酸，由此生成的SAM為體內(nèi)的甲基化反應(yīng)提供甲基。生理意義813、肌酸的合成肌酸和磷酸肌酸是能量?jī)?chǔ)存、利用的重要化合物肝是合成肌酸的主要器官肌酸以甘氨酸為骨架，由精氨酸提供脒基， SAM提供甲基而合成肌酸在肌酸激酶的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峒∷峒∷岷土姿峒∷岽x的終產(chǎn)物為肌酸酐Biosynthesis of Creatine8283肌酸激酶 Creatine Kinase，CKMM型 （骨骼?。㎝B型 （心肌）BB型 （腦）肌酸酐 Creatinine 肌酸和磷酸肌酸的代謝終產(chǎn)物由腎臟排泄腎功能受損，血肌酸酐升高84 CH2SH CH2-S-S-CH2 | -2H | |2 CHNH2 CHNH2 CHNH2 | +2H | | COOH COOH COOH半胱氨酸 胱氨酸1. 半胱氨酸與胱氨酸可相互轉(zhuǎn)變（二） 半胱氨酸與胱氨酸的代謝二硫鍵（SS）對(duì)維持蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)起重要作用85PAPS是體內(nèi)硫酸基的供體2. 硫酸根的代謝 含硫氨基酸氧化分解可產(chǎn)生硫酸根 半胱氨酸是體內(nèi)硫酸根的主要來(lái)源 硫酸根被ATP活化成活性硫酸根