《生物化學(xué)》教學(xué)課件：07 氨基酸

1、氨 基 酸 代 謝Metabolism of Amino Acids,第 七 章,蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)作用Nutritional Function of Protein,第一節(jié),一、 蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的重要性,1. 維持細(xì)胞、組織的生長(zhǎng)、更新和修補(bǔ),2. 參與多種重要的生理活動(dòng),催化（酶）、免疫（抗原及抗體）、運(yùn)動(dòng)（肌肉）、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（載體）、凝血（凝血系統(tǒng)）等。,3. 氧化供能 人體每日18%能量由蛋白質(zhì)提供。,二、蛋白質(zhì)需要量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,1. 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

2、氮（兒童、孕婦等）,氮負(fù)平衡：攝入氮 排出氮（饑餓、消耗性疾病患者）,氮平衡的意義：可以反映體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的慨況。,2. 生理需要量,成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為3050g，我國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g。,3. 蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,其余12種氨基酸體內(nèi)可以合成，稱非必需氨基酸。,蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值(nutrition value),蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值取決于必需氨基酸的數(shù)量、種類(lèi)、量質(zhì)比。,蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用,指營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低的蛋白質(zhì)混合食用，其必需氨基酸可以互相補(bǔ)充而提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。,第二節(jié) 蛋白質(zhì)的消化、吸收和腐敗,Digestion, Absorption and Putrefactio

3、n of Proteins,一、 蛋白質(zhì)的消化,蛋白質(zhì)消化的生理意義,由大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?，便于吸收?消除種屬特異性和抗原性，防止過(guò)敏、毒性反應(yīng)。,消化過(guò)程,（一）胃中的消化作用,胃蛋白酶的最適pH為1.52.5，對(duì)蛋白質(zhì)肽鍵作用特異性差，產(chǎn)物主要為多肽及少量氨基酸。,（二）小腸中的消化 小腸是蛋白質(zhì)消化的主要部位。,內(nèi)肽酶(endopeptidase) 水解蛋白質(zhì)肽鏈內(nèi)部的一些肽鍵，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶。,外肽酶(exopeptidase) 自肽鏈的末段開(kāi)始每次水解一個(gè)氨基酸殘基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。,腸液中酶原的激活,可保護(hù)胰組織免受蛋白酶的自身消化作用。 保證酶

4、在其特定的部位和環(huán)境發(fā)揮催化作用。 酶原還可視為酶的貯存形式。,酶原激活的意義,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意圖,2. 小腸粘膜細(xì)胞對(duì)蛋白質(zhì)的消化作用,主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。,二、氨基酸的吸收,吸收部位：主要在小腸 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收機(jī)制：耗能的主動(dòng)吸收過(guò)程,（一）氨基酸吸收載體,載體蛋白與氨基酸、Na+組成三聯(lián)體，由ATP供能將氨基酸、Na+轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)，Na+再由鈉泵排出細(xì)胞。,載 體類(lèi)型,中性氨基酸載體 堿性氨基酸載體 酸性氨基酸載體 亞氨基酸與甘氨酸載體,（二）

5、-谷氨?；h(huán)對(duì)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)作用,-谷氨?；h(huán)(-glutamyl cycle)過(guò)程：,谷胱甘肽對(duì)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn) 谷胱甘肽再合成,半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly),細(xì)胞外,-谷 氨酰 基轉(zhuǎn) 移酶,細(xì)胞膜,谷胱甘肽 GSH,細(xì)胞內(nèi),-谷氨?；h(huán)過(guò)程,氨基酸,目 錄,利用腸粘膜細(xì)胞上的二肽或三肽的轉(zhuǎn)運(yùn)體系 此種轉(zhuǎn)運(yùn)也是耗能的主動(dòng)吸收過(guò)程 吸收作用在小腸近端較強(qiáng),（三）肽的吸收,三、 蛋白質(zhì)的腐敗作用,腸道細(xì)菌對(duì)未被消化和吸收的蛋白質(zhì)及其消化產(chǎn)物所起的作用,腐敗作用的產(chǎn)物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可產(chǎn)生少量的脂肪酸及維生素等可被機(jī)體利用的物質(zhì)。,蛋白質(zhì)的腐敗作用(putrefactio

6、n),（一）胺類(lèi)(amines)的生成,假神經(jīng)遞質(zhì)(false neurotransmitter),某些物質(zhì)結(jié)構(gòu)與神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，可取代正常神經(jīng)遞質(zhì)從而影響腦功能，稱假神經(jīng)遞質(zhì)。,假神經(jīng)遞質(zhì)（false neurotransmitter）,-羥酪胺和苯乙醇胺結(jié)構(gòu)類(lèi)似兒茶酚胺，它們可取代兒茶酚胺與腦細(xì)胞結(jié)合，但不能傳遞神經(jīng)沖動(dòng)，使大腦發(fā)生異常抑制。 肝昏迷機(jī)制之一,（二） 氨的生成,降低腸道pH，NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4+以胺鹽形式排出，可減少氨的吸收，這是酸性灌腸的依據(jù)。,（三）其它有害物質(zhì)的生成,第三節(jié)氨基酸的一般代謝,General Metabolism of Amino Acids,一、概

7、述,蛋白質(zhì)的半壽期(half-life),蛋白質(zhì)降低其原濃度一半所需要的時(shí)間，用t1/2表示,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換(protein turnover),真核生物中蛋白質(zhì)的降解有兩條途徑,不依賴ATP 利用組織蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和長(zhǎng)壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白, 依賴泛素(ubiquitin)的降解過(guò)程, 溶酶體內(nèi)降解過(guò)程,依賴ATP 降解異常蛋白和短壽命蛋白,泛素,76個(gè)氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名（不存在于細(xì)菌） 一級(jí)結(jié)構(gòu)高度保守,泛素化過(guò)程,E1：泛素活化酶,E2：泛素?cái)y帶蛋白,E3：泛素蛋白連接酶,以色列科學(xué)家阿龍切哈諾沃(Aaron Ciecha

8、nover)、阿夫拉姆赫什科(Avram Hershko)和美國(guó)科學(xué)家歐文羅斯(Irwin Rose)因發(fā)現(xiàn)泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解被授予2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).泛素具有標(biāo)記待降解蛋白質(zhì)的作用，被泛素標(biāo)記的蛋白質(zhì)在蛋白酶體中被降解。泛素控制的蛋白質(zhì)降解具有重要的生理意義,它不僅能夠清除錯(cuò)誤蛋白質(zhì),對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)周期、DNA復(fù)制以及染色體結(jié)構(gòu)都有重要的調(diào)控作用。,如基因表達(dá)、細(xì)胞增殖、炎癥反應(yīng)、誘發(fā)癌瘤（促進(jìn)抑癌蛋白P53降解）,體內(nèi)蛋白質(zhì)降解參與多種生理、病理調(diào)節(jié)作用,氨基酸代謝庫(kù)(metabolic pool),食物蛋白經(jīng)消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）與體內(nèi)組織蛋白降解產(chǎn)生的氨基酸（內(nèi)源性氨基酸）

9、混在一起，分布于體內(nèi)各處參與代謝，稱為氨基酸代謝庫(kù)。,氨基酸代謝庫(kù),氨基酸代謝概況,目 錄,二、 氨基酸的脫氨基作用,定義 指氨基酸脫去氨基生成相應(yīng)-酮酸的過(guò)程。,脫氨基方式,氧化脫氨基 轉(zhuǎn)氨基作用 聯(lián)合脫氨基 非氧化脫氨基,（一）轉(zhuǎn)氨基作用(transamination),1. 定義 在轉(zhuǎn)氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相應(yīng)的-酮酸，而另一種-酮酸得到此氨基生成相應(yīng)的氨基酸的過(guò)程。,2. 反應(yīng)式,大多數(shù)氨基酸可參與轉(zhuǎn)氨基作用，但賴氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸除外。,幾種特殊氨基酸,脯氨酸 （亞氨基酸）,3. 轉(zhuǎn)氨酶,正常人各組織GOT及GPT活性 (單位/克濕組織

10、),血清轉(zhuǎn)氨酶活性，臨床上可作為疾病診斷和預(yù)后的指標(biāo)之一。,4. 轉(zhuǎn)氨基作用的機(jī)制,轉(zhuǎn)氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛（B6）,目 錄,轉(zhuǎn)氨基作用不僅是體內(nèi)多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式，也是機(jī)體合成非必需氨基酸的重要途徑。,通過(guò)此種方式并未產(chǎn)生游離的氨。,5. 轉(zhuǎn)氨基作用的生理意義,（二）L-谷氨酸氧化脫氨基作用,存在于肝、腦、腎中 輔酶為 NAD+ 或NADP+ GTP、ATP為其抑制劑 GDP、ADP為其激活劑,催化酶： L-谷氨酸脫氫酶,L-谷氨酸,NH3,-酮戊二酸,NAD(P)+,NAD(P)H+H+,H2O,（三）聯(lián)合脫氨基作用,兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，使氨基酸脫下-氨基生成-酮酸的過(guò)程。,

11、2. 類(lèi)型, 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用,1. 定義, 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán), 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用,H2O+NAD+,轉(zhuǎn)氨酶,此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式，也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在肝、腎組織進(jìn)行。, 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán),蘋(píng)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,此種方式主要在肌肉組織進(jìn)行。,三、-酮酸的代謝,（一）經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸,（二）轉(zhuǎn)變成糖及脂類(lèi),（三）氧化供能,-酮酸在體內(nèi)可通過(guò)TAC 和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2，同時(shí)生成ATP。,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,檸檬酸,乙酰C

12、oA,丙酮酸,PEP,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,酮體,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代謝的聯(lián)系,T A C,目 錄,第四節(jié)氨 的 代 謝,Metabolism of Ammonia,氨是機(jī)體正常代謝產(chǎn)物，具有毒性。 體內(nèi)的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。 正常人血氨濃度一般不超過(guò) 0.6mol/L。,一、血氨的來(lái)源與去路,1. 血氨的來(lái)源, 氨基酸脫氨基作用產(chǎn)生的氨是血氨主要來(lái)源, 胺類(lèi)的分解也可以產(chǎn)生氨, 腸道吸收的氨, 腎小管上皮細(xì)胞分泌的氨主要來(lái)自谷氨酰胺,2. 血氨的去路, 在肝內(nèi)合成尿素，這是最主要的去路, 合成非必需氨基

13、酸及其它含氮化合物, 合成谷氨酰胺, 腎小管泌氨,分泌的NH3在酸性條件下生成NH4+，隨尿排出。,二、氨的轉(zhuǎn)運(yùn),1. 丙氨酸-葡萄糖循環(huán)(alanine-glucose cycle),反應(yīng)過(guò)程,丙 氨 酸,葡 萄 糖,肌肉 蛋白質(zhì),氨基酸,NH3,谷氨酸,-酮戊 二酸,丙酮酸,糖酵解途徑,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3,尿素,尿素循環(huán),糖異生,肝,丙氨酸-葡萄糖循環(huán),葡萄糖,目 錄,Glucose-alanine cycle 葡萄糖-丙氨酸循環(huán),2. 谷氨酰胺的運(yùn)氨作用,反應(yīng)過(guò)程,在腦、肌肉合成谷氨酰胺，運(yùn)輸?shù)礁魏湍I后再分解為氨和谷氨酸，從而進(jìn)行解毒。

14、,臨床應(yīng)用天冬酰胺酶治療白血病,機(jī)體細(xì)胞能夠合成足量的天冬酷胺以供蛋白質(zhì)合成的需要，但白血病細(xì)胞卻不能或很少能合成天東酰胺，必須靠血液從其他器官運(yùn)輸而來(lái)為了減少血中天冬酷胺治療白血病，臨床上應(yīng)用： A.谷氨酰胺酶. B.谷氨酰胺合成酶. C.天冬酰胺酶. D.天冬氨酸氨基甲酸轉(zhuǎn)移酶,(主要是肌肉),各組織細(xì)胞,脫氨,NH3,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,谷氨酰胺,血液,肝臟,脫氨，轉(zhuǎn)化為排泄形式,氨的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑,三、尿素的生成,（一）生成部位 主要在肝細(xì)胞的線粒體及胞液中。,（二）生成過(guò)程,尿素生成的過(guò)程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，稱為鳥(niǎo)氨酸循環(huán)(

15、orinithine cycle)，又稱尿素循環(huán)(urea cycle)或Krebs- Henseleit循環(huán)。,1. 氨基甲酰磷酸的合成,反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行,反應(yīng)由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。 N-乙酰谷氨酸為其激活劑，反應(yīng)消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),注意：CPS-參與嘧啶核苷酸的從頭合成,2. 瓜氨酸的合成,鳥(niǎo)氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,由鳥(niǎo)氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常與CPS-構(gòu)成復(fù)合體。,反應(yīng)在線粒

16、體中進(jìn)行，瓜氨酸生成后進(jìn)入胞液。,3. 精氨酸的合成,反應(yīng)在胞液中進(jìn)行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,4. 精氨酸水解生成尿素,反應(yīng)在胞液中進(jìn)行,尿素,鳥(niǎo)氨酸,精氨酸,鳥(niǎo)氨酸循環(huán),線粒體,胞 液,目 錄,（三）反應(yīng)小結(jié),原料：2 分子氨，一個(gè)來(lái)自于游離氨，另一個(gè)來(lái)自天冬氨酸。 過(guò)程：先在線粒體中進(jìn)行，再在胞液中進(jìn)行。 耗能：3 個(gè)ATP，4 個(gè)高能磷酸鍵。,為了記住這些內(nèi)容，可歸納為下表，記憶為2、3、4個(gè)，就可將尿素循環(huán)的知識(shí)點(diǎn)一網(wǎng)打盡！ 2個(gè)部位: 肝臟線粒體（該圖左上方所示）+胞液 2個(gè)關(guān)鍵酶: 氨基甲酰磷酸合成酶、精氨酸代琥珀酸

17、合成酶 2個(gè)N: 尿素分子中2個(gè)N1個(gè)來(lái)自NH3、1個(gè)來(lái)自天冬氨酸 3個(gè)重要產(chǎn)物: 鳥(niǎo)氨酸、瓜氨酸、精氨酸 3個(gè)ATP 4個(gè)高能磷酸鍵: 尿素合成是個(gè)耗能過(guò)程，每合成1分子尿素消耗4個(gè)高能磷酸鍵,（四）尿素生成的調(diào)節(jié),1. 食物蛋白質(zhì)的影響,高蛋白膳食 合成,低蛋白膳食 合成,2. CPS-的調(diào)節(jié)：AGA、精氨酸為其激活劑,3. 尿素生成酶系的調(diào)節(jié)：,（五）高氨血癥和氨中毒,血氨濃度升高稱高氨血癥 ( hyperammonemia)，常見(jiàn)于肝功能?chē)?yán)重?fù)p傷時(shí)，尿素合成酶的遺傳缺陷也可導(dǎo)致高氨血癥。,高氨血癥時(shí)可引起腦功能障礙，稱氨中毒(ammonia poisoning)。,TAC ,腦供能不足

18、,腦內(nèi) -酮戊二酸,氨中毒的可能機(jī)制,其他機(jī)制：假性神經(jīng)遞質(zhì)學(xué)說(shuō)、腦水腫學(xué)說(shuō),第五節(jié) 個(gè)別氨基酸的代謝,Metabolism of Individual Amino Acids,一、氨基酸脫羧基作用,脫羧基作用(decarboxylation),（一）-氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA),GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，對(duì)中樞神經(jīng)有抑制作用。,（二）?；撬?taurine),?；撬崾墙Y(jié)合膽汁酸的組成成分。,（三）組胺 (histamine),組胺是強(qiáng)烈的血管舒張劑，可增加毛細(xì)血管的通透性，還可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,（四）5-羥色胺 (5-hydroxytryptam

19、ine, 5-HT),5-HT在腦內(nèi)作為神經(jīng)遞質(zhì)，起抑制作用；在外周組織有收縮血管的作用。,（五）多胺(polyamines),鳥(niǎo)氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM ),脫羧基SAM,鳥(niǎo)氨酸脫羧酶,CO2,SAM脫羧酶,CO2,精脒 (spermidine),丙胺轉(zhuǎn)移酶,5-甲基-硫-腺苷,精胺 (spermine),多胺是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)的重要物質(zhì)。在生長(zhǎng)旺盛的組織（如胚胎、再生肝、腫瘤組織）含量較高，其限速酶鳥(niǎo)氨酸脫羧酶活性較強(qiáng)。多胺含量是臨床腫瘤觀測(cè)指標(biāo)之一。,二、一碳單位的代謝,定義,（一）概述,某些氨基酸代謝過(guò)程中產(chǎn)生的只含有一個(gè)碳原子的基團(tuán)，稱為一碳單位(one carbon un

20、it)。,種類(lèi),甲基 (methyl),-CH3,甲烯基 (methylene),-CH2-,甲炔基 (methenyl),-CH=,甲?；?(formyl),-CHO,亞胺甲基 (formimino),-CH=NH,（二）四氫葉酸是一碳單位的載體,FH4的生成,FH4攜帶一碳單位的形式,（一碳單位通常是結(jié)合在FH4分子的N5、N10位上）,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,一碳單位主要來(lái)源于氨基酸代謝,（三）一碳單位與氨基酸代謝,（四）一碳單位的互相轉(zhuǎn)變,N10CHOFH4,N5, N10=CHFH4,N5, N1

21、0CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H+,H2O,NADPH+H+,NADP+,NADH+H+,NAD+,NH3,（五）一碳單位的生理功能,作為合成嘌呤和嘧啶的原料 把氨基酸代謝和核酸代謝聯(lián)系起來(lái),葉酸與VB12的重要作用,巨幼紅細(xì)胞貧血（惡性貧血） 原始紅細(xì)胞 早、中、晚幼紅細(xì)胞 網(wǎng)織 紅細(xì)胞 成熟紅細(xì)胞 VB12缺乏引起巨幼紅細(xì)胞性貧血的機(jī)理 VB12缺乏N5-CH3-FH4的甲基不能轉(zhuǎn)移 甲硫氨酸生成 FH4再生游離FH4含量 轉(zhuǎn)運(yùn)其他OCU 核酸合成障礙細(xì)胞分裂障礙巨幼紅細(xì)胞性貧血,(-),磺胺藥競(jìng)爭(zhēng)性抑制機(jī)理,三、含硫氨基酸的代謝,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,（一

22、）甲硫氨酸的代謝,1. 甲硫氨酸與轉(zhuǎn)甲基作用,腺苷轉(zhuǎn)移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基轉(zhuǎn)移酶,RH,RHCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM為體內(nèi)甲基的直接供體,2. 甲硫氨酸循環(huán)(methionine cycle),甲硫氨酸,S-腺苷同型 半胱氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,同型半胱氨酸,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 轉(zhuǎn)甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,Summary of methionine cycle,甲基來(lái)源：N5-CH3-FH4（體內(nèi)能利用N5-CH3-FH4的唯一反應(yīng)） N5-CH3-FH4 轉(zhuǎn)甲基酶（甲硫氨酸合成酶）輔酶為Vit B12, 參與甲基化反應(yīng) 實(shí)際上甲硫氨酸在體內(nèi)不能合成，必須由食物供給 SAM的作用：體內(nèi)最重要的甲基供體(活性甲基)。約有50多種物質(zhì)需要SAM提供甲基，生成甲基化合物,如腎上腺素、肌酸、肉毒堿等，具有廣泛的生理意義。 意義：將其他來(lái)源的一碳單位（N5-CH3-FH4）轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚约谆?，廣泛參與體內(nèi)的甲基化反應(yīng)