生物化学第八章氨基酸代谢.pptx

第八章第八章 氨基酸代谢氨基酸代谢 Metabolism of Amino Acids一、蛋白质的营养作用一、蛋白质的营养作用二、氨基酸的一般代谢二、氨基酸的一般代谢三、氨的代谢三、氨的代谢四、氨基酸的生物合成（自学）四、氨基酸的生物合成（自学）本章主要内容：本章主要内容：第一节、蛋白质的营养作用第一节、蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein 一、蛋白质的营养作用一、蛋白质的营养作用1、氮平衡、氮平衡(nitrogen balance)氮总平衡：摄入氮氮总平衡：摄入氮 =排出氮（正常成人）排出氮（正常成人）氮正平衡：摄入氮氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）排出氮（儿童、孕妇等）氮负平衡：摄入氮氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。2、生理需要量、生理需要量 3、蛋白质、蛋白质的营养价值的营养价值 *必需氨基酸必需氨基酸(essential amino acid)指指体体内内需需要要而而又又不不能能自自身身合合成成，必必须须由由食食物物供供给给的的氨氨基基酸酸，共共有有8种种：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。80克克/日日二、蛋白质的消化二、蛋白质的消化蛋白质蛋白质消化的生理消化的生理意义：意义：（1 1）由由大分子转变为小分子，便于吸收大分子转变为小分子，便于吸收。（2 2）消除消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（Phe.Trp）三、细胞内蛋白质的降解三、细胞内蛋白质的降解 溶酶体溶酶体途径途径:无无选择地降解选择地降解蛋白质蛋白质 泛泛肽途径：肽途径：给选择降解的蛋白质加以标记给选择降解的蛋白质加以标记不不依赖依赖ATP利用利用组织蛋白酶组织蛋白酶(cathepsin)降解降解外源性蛋白外源性蛋白、膜蛋白膜蛋白和和 长长寿命的寿命的细胞内蛋白细胞内蛋白1、溶酶体、溶酶体内降解过程内降解过程依赖依赖ATP降解降解异常蛋白异常蛋白和和短寿命蛋白短寿命蛋白2、依赖泛素、依赖泛素(ubiquitin)的降解过程的降解过程泛素泛素？*76个氨基酸的小分子蛋白个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)；*普遍普遍存在于真核生物而存在于真核生物而得名；得名；*一级结构一级结构高度高度保守。保守。泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程E1-S-E1-S-E1-SHE1-SHE2-S-E2-S-E1-SHE1-SHE2-SHE2-SHE2-SHE2-SHATP AMP+PPiATP AMP+PPiE3E3多多多多泛肽化蛋白泛肽化蛋白泛肽化蛋白泛肽化蛋白ATPATP26262626S S蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体20202020S S蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体ATPATP1 1 1 19S9S调节亚基调节亚基调节亚基调节亚基去折叠去折叠去折叠去折叠水解水解水解水解E1：泛肽激活酶：泛肽激活酶 E2：泛肽载体：泛肽载体蛋白蛋白 E3：泛肽：泛肽-蛋白质连接酶蛋白质连接酶（ubiquitin）General Metabolism of Amino Acids第二节、氨基酸的一般代谢第二节、氨基酸的一般代谢 氨基酸氨基酸 代谢库代谢库食物蛋白质食物蛋白质消化吸收消化吸收 组织组织蛋白质蛋白质分解分解 体内合成氨基酸体内合成氨基酸(非必需氨基酸非必需氨基酸)-酮酸酮酸 脱氨基作用脱氨基作用 酮 体氧化供能 糖胺胺 类类脱羧基作用脱羧基作用氨 尿素代谢转变代谢转变其它含氮化合物其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等嘌呤、嘧啶等)合成合成 氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况一、氨基酸的脱氨基作用一、氨基酸的脱氨基作用脱氨基脱氨基方式：方式：氧氧化脱氨基化脱氨基 转转氨基作用氨基作用 联合联合脱氨基脱氨基 非非氧化脱氨基氧化脱氨基 转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联（一）、氧化脱氨基作用（一）、氧化脱氨基作用 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3NAD(P)NAD(P)+NAD(P)H+HNAD(P)H+H+COOHCOOHCHCH2 2CHCH2 2C=OC=OCOOHCOOHCOOHCOOHCHCH2 2CHCH2 2CH NHCH NH2 2COOHCOOH*L-谷氨酸脱氢酶：谷氨酸脱氢酶：活性强，分布于肝、肾及脑组织活性强，分布于肝、肾及脑组织 辅酶辅酶为为NAD+或或NADP+专一性强，只作用于专一性强，只作用于谷氨酸谷氨酸-氨基酸氨基酸 氨基酸氧化酶（氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸酮酸 R-CH-COO-NH+3|R-C-COO-+NH3 O|H2O+O2H2O2*L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏，辅基为氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏，辅基为FMN）*D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少，辅基为氨基酸少，辅基为FAD）（二）、转氨基作用（二）、转氨基作用(transamination)(transamination)特点：特点：*没有没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基酸的比例。酸的比例。*大多数大多数氨基酸可参与转氨基作用，但氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸羟脯氨酸除外。除外。1、转、转氨基作用的机制氨基作用的机制*转氨酶转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 -酮酸酮酸 磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸 转氨酶转氨酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶谷草转氨酶(GOT)谷丙转氨酶（谷丙转氨酶（GPTGPT）和谷草转氨酶（）和谷草转氨酶（GOTGOT）*通过此种通过此种方式并未产生游离的氨方式并未产生游离的氨。2、转、转氨基作用的生理意义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，也是机体合成方式，也是机体合成非必需氨基酸非必需氨基酸的重要途径。的重要途径。（三）、联合脱氨基作用（三）、联合脱氨基作用 1、转、转氨基和氧化脱氨基偶氨基和氧化脱氨基偶联联2、转、转氨基和嘌呤核苷酸循环偶氨基和嘌呤核苷酸循环偶联：主要在联：主要在肌肉组织肌肉组织中中氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD+转氨酶转氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 *此此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成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非必需氨基酸的主要方式的主要方式。*主要主要在肝、肾组织进行。在肝、肾组织进行。1、转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸代琥珀酸代琥珀酸次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶-酮戊酮戊 二酸二酸氨氨基基酸酸 谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸 转氨酶 1草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸转氨酶 2腺苷酸脱氢酶H2ONH3延胡索酸延胡索酸腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)2、转氨基偶联嘌呤核苷酸循环、转氨基偶联嘌呤核苷酸循环二、氨基酸的脱羧基作用二、氨基酸的脱羧基作用 氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶氨基酸氨基酸胺类胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛脱羧脱羧基作用基作用(decarboxylation)（一）、一）、-氨基氨基丁酸，丁酸，(-aminobutyric acid,GABA)L-谷氨酸谷氨酸GABACO2L-谷氨酸脱酶谷氨酸脱酶 *GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。（二）、组胺（二）、组胺 (histamine)L-组氨酸组氨酸组胺组胺组氨酸脱羧酶组氨酸脱羧酶CO2*组胺组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。（三）、（三）、5-羟色胺羟色胺 (5-hydroxytryptamine,5-HT)色氨酸色氨酸5-羟色氨酸羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶色氨酸羟化酶5-5-羟色氨酸脱羧酶羟色氨酸脱羧酶CO2*5-HT在脑内作为神经递质，起抑制作用；在外周在脑内作为神经递质，起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。组织有收缩血管的作用。Metabolism of Ammonia第三节、氨第三节、氨 的的 代代 谢谢一、一、-酮酸的酮酸的代谢去向代谢去向1、经氨基化生成非必需氨基酸；、经氨基化生成非必需氨基酸；2、转变成糖及脂类；、转变成糖及脂类；3、氧化供能；、氧化供能；-酮酸在体内可通过酮酸在体内可通过TAC 和氧化磷酸化彻底氧化和氧化磷酸化彻底氧化为为H2O和和CO2，同时生成，同时生成ATP。二、氨的代谢二、氨的代谢 氨氨是机体正常代谢产物，具有是机体正常代谢产物，具有毒性；毒性；体内体内的氨主要在肝合成尿素的氨主要在肝合成尿素(urea)而而解毒；解毒；正常人正常人血氨浓度一般不超过血氨浓度一般不超过 0.6mol/L。（一）、血氨的来源（一）、血氨的来源 氨基酸脱氨基作用氨基酸脱氨基作用 肠道吸收的氨肠道吸收的氨 肾小管上皮细胞分泌的氨肾小管上皮细胞分泌的氨 RCH2NH2RCHO +NH3胺氧化酶胺氧化酶 谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸 +NH3谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶（二）、血氨的去路（二）、血氨的去路 在肝内合成尿素在肝内合成尿素 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺合成谷氨酰胺 肾小管泌氨：肾小管泌氨：分泌的分泌的NH3酸性条件下生成酸性条件下生成NH4+，随尿排出。，随尿排出。谷氨酸谷氨酸 +NH3谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi（三）、氨的转运（三）、氨的转运1、丙氨酸、丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环(alanine-glucose cycle)*生理意义：生理意义：肌肉肌肉中氨以中氨以无毒的丙氨酸无毒的丙氨酸形式运输到形式运输到肝；肝；。肝肝为肌肉提供葡萄糖。为肌肉提供葡萄糖。*反应过程：反应过程：丙丙氨氨酸酸葡葡萄萄糖糖 肌肉肌肉蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸NH3谷氨酸谷氨酸-酮戊酮戊 二酸二酸丙酮酸丙酮酸糖酵解途径丙丙氨氨酸酸丙氨酸丙氨酸葡萄糖葡萄糖-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸丙酮酸丙酮酸NH3尿素尿素尿素循环糖异生丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环葡葡萄萄糖糖肌肉肌肉 血液血液 肝肝2、谷氨酰胺的运氨作用、谷氨酰胺的运氨作用 *反应过程：反应过程：谷氨酸谷氨酸 +NH3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。谷氨酸，从而进行解毒。*生理意义：生理意义：谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。（四）、尿素的生成（四）、尿素的生成1、生成部位：、生成部位：主要主要在肝细胞的在肝细胞的线粒体线粒体及及胞液胞液中。中。尿素的生成过程由尿素的生成过程由Hans Krebs 和和Kurt Henseleit 提出，称为提出，称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称，又称尿素尿素循环循环(urea cycle)或或Krebs-Henseleit循环循环。2、生成过程、生成过程鸟鸟氨氨酸酸循循环环2ADP+PiCO2+NH3+H2O氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸Pi鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸氨基酸氨基酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸-酮戊酮戊 二酸二酸谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸精氨酸代精氨酸代 琥珀酸琥珀酸瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素线粒体胞 液*原料原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自来自Asp；*过程过程：先在线粒体中进行，再在胞液中：先在线粒体中进行，再在胞液中进行；进行；*耗能耗能：3 个个ATP，4 个高能磷酸键。个高能磷酸键。3、反应小结、反应小结（五）、（五）、高氨血症和氨中毒高氨血症和氨中毒 *血血氨浓度升高称高氨血症氨浓度升高称高氨血症(hyperammonemia)，常见于，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。血症。*高高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒氨中毒 (ammonia poisoning)，也称，也称肝昏迷肝昏迷。TCA 脑脑供供能能不不足足-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺NH3NH3 脑内脑内 -酮戊二酸酮戊二酸氨中毒的可能机制（肝昏迷）氨中毒的可能机制（肝昏迷）三、一碳单位的代谢三、一碳单位的代谢*定义：定义：某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为子的基团，称为一碳单位一碳单位(one carbon unit)。*种类：种类：-CH=NH 亚氨亚氨甲基甲基H-CO-甲酰基甲酰基-CH2OH 甲醇基甲醇基-CH=次甲基次甲基-CH2-亚甲基亚甲基-CH3 甲基甲基（一）、（一）、四氢叶酸四氢叶酸是一碳单位的载体是一碳单位的载体5*FH4携带一碳单位的携带一碳单位的形式：形式：N5CH3FH4N5、N10=CHFH4如：如：（二）一碳单位的生理功能（二）一碳单位的生理功能*作为作为合成嘌呤和嘧啶的原料合成嘌呤和嘧啶的原料*把把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来氨基酸代谢和核酸代谢联系起来本章内容结束，谢谢！本章内容结束，谢谢！