生化11蛋白质降解.pptx

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1、1概述一、蛋白质是生物最重要的基本组成之一 氨基酸作为蛋白质的基本构成单位在体内新陈代谢中始终处于动态平衡中，即不断地合成与分解。1.体内氨基酸的来源 由食物或培养基中摄取；利用无机氮源(固氮作用)；蛋白质分解；利用糖、脂肪分解产物合成。第1页/共138页22.体内氨基酸的代谢去处 合成细胞蛋白质；分解成胺类、转变成其他含氮物质如嘌呤、嘧啶等其他重要非蛋白质含氮化合物；分解成酮酸和氨，转变成糖和脂肪；或进一步分解成CO2、水、铵盐、酰胺和尿素等。第2页/共138页3氨基酸库细胞内所有游离存在的氨基酸称为氨基酸库。细胞内所有游离存在的氨基酸称为氨基酸库。外源蛋白质消化吸收细胞内蛋白质分解 体内合

2、成氨基酸氨基酸代谢库-酮酸 脱氨基作用 脂氧化供能糖氨 尿素鸟氨酸循环合成 胺 类CO2脱羧基作用代谢转变其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶、激素、卟啉等)氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况第3页/共138页4非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸(20种)极性氨基酸极性氨基酸 8种种非极性氨基酸非极性氨基酸 7种种丙氨酸丙氨酸 Ala亮氨酸亮氨酸 leu异亮氨酸异亮氨酸 Ile苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe甲硫氨酸甲硫氨酸 Met脯氨酸脯氨酸 Pro缬氨酸缬氨酸 Val甘氨酸甘氨酸 Gly丝氨酸丝氨酸 Ser苏氨酸苏氨酸 Thr半胱氨酸半胱氨酸 Cys酪氨酸酪氨酸 Tyr色氨酸色氨酸 Trp天冬酰

3、氨天冬酰氨 Asn谷氨酰胺谷氨酰胺 Gln酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸中性氨基酸中性氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 Asp谷氨酸谷氨酸 Glu赖氨酸赖氨酸 Lys精氨酸精氨酸 Arg组氨酸组氨酸 His 氨基酸类别一览氨基酸类别一览第4页/共138页5第一节 蛋白质的降解1.溶酶体：无选择的降解蛋白质。2.ATP-依赖的蛋白质降解：泛肽，给选择降解的蛋白质加以标记。泛肽以高度保守、氨基酸序列极少变化而闻名(76个氨基酸)，人与酵母只有3个氨基酸残基不同。泛肽的主要作用：标记降解蛋白质。第5页/共138页6第6页/共138页7第7页/共138页8三位科学家发现，一种被称为泛素的多肽在需要能量

4、的蛋白质降解过程中扮演着重要角色。这种多肽由76个氨基酸组成，它最初是从小牛的胰脏中分离出来的。它就像标签一样，被贴上标签的蛋白质就会被运送到细胞内的“垃圾处理厂”(一种称为蛋白酶体的结构)，在那里被降解。第8页/共138页9E1:泛素活化酶E2:泛素结合酶E3:泛素蛋白质连接酶泛素与选择性降解泛素与选择性降解蛋白质的连接蛋白质的连接泛素泛素泛素宣布无用的蛋白质泛素宣布无用的蛋白质异肽键异肽键第9页/共138页10泛素活化酶泛素结合酶泛素结合酶泛素蛋白泛素蛋白质连接酶质连接酶宣布无用的蛋白质泛素泛素泛素泛素泛素泛素泛素泛素第10页/共138页113.蛋白质的消化与吸收蛋白质的消化与吸收蛋白质的

5、消化人和动物食用蛋白质后经多种蛋白酶水解成氨基酸被肠壁细胞吸收；某些特殊情况下，少量蛋白质也可能直接被吸收进入血液，可能引起食物蛋白过敏；微生物分泌蛋白酶到细胞外，将培养基中的蛋白质分解后吸收；土壤肥料中的蛋白质和动植物尸体中的有机氮化物被土壤微生物分解成氨基酸或简单氮化物后可被植物吸收。第11页/共138页12蛋白水解酶类肽链内切酶产生小肽。胃蛋白酶：水解由芳香族氨基酸(苯丙、酪)的-NH2形成的肽键；胰蛋白酶：水解由碱性氨基酸(赖、精)的-COOH形成的肽键;胰凝乳蛋白酶：水解由芳香族氨基酸的-COOH形成的肽键；肽链外切酶产生自由氨基酸。氨肽酶：水解靠近肽链N端的肽键；羧肽酶：水解靠近肽

6、链C端的肽键；二肽酶：水解一切二肽。第12页/共138页(苯丙氨酸苯丙氨酸,酪酪氨酸氨酸,色氨酸色氨酸)(脂肪族脂肪族)羧肽酶羧肽酶(苯丙氨酸苯丙氨酸,色氨酸色氨酸)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氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶胰胰蛋蛋白白酶酶弹弹性性蛋蛋白白酶酶胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶胃胃蛋蛋白白酶酶(精氨酸精氨酸,赖氨酸赖氨酸)第13页/共138页14胰糜蛋白酶原胰糜蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧基肽酶原羧基肽酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶原肠激酶肠激酶胰糜蛋白酶胰糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原羧基肽酶羧基肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶第14页/共138页蛋白质多肽胃蛋白酶更小的肽氨基酸血液

7、胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶氨肽酶羧肽酶胃小肠蛋白质的消化和吸收蛋白质的酶促水解弹性蛋白酶多肽寡肽二肽氨基酸蛋白质第15页/共138页16吸收需要特定的膜蛋白转运各类氨基酸需要特定的载体转运到细胞内 中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸及甘氨酸载体第16页/共138页17第二节 氨基酸的分解代谢 氨基酸的脱氨基作用 氨基酸的脱羧基作用 氨基酸代谢产物的去向 氨基酸与糖类和脂类物质最显著的区别含有-氨基，要彻底氧化，脱氨基非常重要。氨基酸分解代谢的共同途径第17页/共138页18一、氨基酸的脱氨基作用一、氨基酸的脱氨基作用转氨基作用转氨基作用氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作

8、用非氧化脱氨基作用联合脱氨基作用联合脱氨基作用第18页/共138页191.转氨基作用(氨基移换作用)转氨酶催化，-氨基酸和-酮酸之间氨基转移作用。R1-CH-COO-+NH3|R2-C-COO-O|-氨基酸氨基酸1-酮酸酮酸2 R1-C-COO-O|R2-CH-COO-+NH3|转氨酶转氨酶(辅酶：辅酶：磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛)-氨基酸氨基酸2-酮酸酮酸1第19页/共138页20要点：反应可逆。体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。第20页/共138页21-氨基酸氨基酸磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛

9、醛亚胺醛亚胺酮亚胺酮亚胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺-酮酸酮酸互变异构互变异构互变异构互变异构磷酸吡哆醛的作用机理转氨酶第21页/共138页22体内存在多种转氨酶，绝大多数转氨酶需要以-酮戊二酸或草酰乙酸(少部分的)作为氨基受体。转氨酶谷草转氨酶转氨基本质上没有真正脱氨。第22页/共138页23体内重要的转氨酶谷丙转氨酶(ALT或GPT)：肝中活性最高。谷草转氨酶(AST或GOT)：心肌中活性最高。第23页/共138页24肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液。(结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的)。

10、查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？临床意义第24页/共138页25转氨酶 催化转氨反应的酶很多，大多数转氨酶以-酮戊二酸为氨基受体，而对氨基供体无严格要求。动物和高等植物的转氨酶一般只催化L-氨基酸的转氨，某些细菌中也有可以催化D-和L-两种构型氨基酸转氨的转氨酶。第25页/共138页26葡萄糖丙氨酸循环葡萄糖丙氨酸循环肌肉内的转氨酶以丙酮酸作为氨基受体，转氨作用得到的产物是丙氨酸，再被送到肝脏，在肝脏通过转氨基作用又产生丙酮酸，通过糖异生形成葡萄糖，再回到肌肉，酵解产生丙酮酸，这一过程为葡萄糖-丙氨酸循环。是肌肉与肝之间氨的转运形式。意义：既使肌肉中的氨以无毒的丙氨酸形式运到肝，肝又为肌肉

11、提供生成丙酮酸的葡萄糖。第26页/共138页27实质：将肌肉中有毒的氨转化为无毒的丙氨酸运输到肝脏。在肝脏中，氨可转变成尿素，从尿液中排出。第27页/共138页28转氨基作用生理意义转氨基与转氨基与氧化脱氨基作用联合，是体内多数氨是体内多数氨基酸脱氨基的主要方式；基酸脱氨基的主要方式；是机体合成非必需氨基酸的重要途径；是机体合成非必需氨基酸的重要途径；是联系糖代谢与蛋白质代谢的桥梁。是联系糖代谢与蛋白质代谢的桥梁。转氨基作用特点：转氨基作用特点：只有氨基的转移，没有氨的生成。只有氨基的转移，没有氨的生成。第28页/共138页292.氧化脱氨基作用 氨基酸氧化脱氢的同时，脱去氨基释放出游离的氨，

12、生成相应的-酮酸。催化氧化脱氨的酶有两类：氨基酸氧化酶、氨基酸脱氢酶。-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谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+H2O -酮戊二酮戊二酮戊二酮戊二酸酸酸酸 +NH3NAD(P)NAD(P)+NAD(P)HNAD(P)HL-谷氨酸脱氢酶氨第29页/共138页30p氨基酸氧化酶：黄素蛋白，是需氧脱氢酶类，以FAD或FMN为辅基，催化脱下的氢直接与氧结合，生成H2O2。uL-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶NH3氨第30页/共138页31p氨基酸脱氢酶：不需氧脱氢酶，以N

13、AD或NADP为受氢体，脱下的氢不直接交给氧，而是经电子传递链产生H2O和ATP。u其中最重要的是L-谷氨酸脱氢酶。L-谷氨酸脱氢酶分布广，活性强。NH3氨第31页/共138页32 L-氨基酸氧化酶 脱下的氢传给氧形成过氧化氢，没有ATP产生，产生的过氧化氢通过过氧化氢酶分解成水和氧以解毒。此类酶活力低，不是主要的氧化脱氨基酶类。L-谷氨酸脱氢酶 普遍存在，活力高，专一性强，催化谷氨酸脱氢形成-酮戊二酸，是氧化脱氨的主要途径；脱下的氢通过呼吸链传递可产生2.5个ATP。第32页/共138页33有毒！有毒！L-谷氨酸脱氢酶NAD+H2O NADH+H+NH3-酮戊二酸-谷氨酸谷氨酸谷氨酸氧化脱氨

14、氧化脱氨第33页/共138页34若外环境氨大量进入细胞，或细胞内氨大量积累三羧酸循环-酮戊二酸氨中毒原理氨中毒原理-酮戊二酸大量转化NADPH大量消耗三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官(如神经、大脑)功能障碍。表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。NH3+-酮戊二酸+NADPH+H+谷氨酸+NADP+H2O第34页/共138页353.非氧化脱氨基作用 指除氧化脱氨基作用以外的一些脱氨基方式。主要有六种方式。还原脱氨基作用直接脱氨基作用 第35页/共138页36脱水脱氨基作用脱巯基脱氨基作用 第36页/共138页37氧化-还原脱氨基作用脱酰胺基作用(在动植物、微生物中都存在)第37页/共

15、138页38由转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行脱氨基的作用。a.转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联 b.转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联4.联合脱氨基作用意义是氨基酸脱氨基的最主要方式；是氨基酸脱氨基的最主要方式；也是体内合成非必需氨基酸的最主要方式。也是体内合成非必需氨基酸的最主要方式。第38页/共138页39转氨酶转氨酶L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶H H2 2O+NADO+NAD+NHNH3 3+NADH+NADH-酮酸酮酸-氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸L-谷氨酸谷氨酸(肝、肾、脑)转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联第39页/共138页40-氨基酸氨基酸-酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨

16、酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸腺苷酰琥珀酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸腺苷酸腺苷酸次黄苷酸次黄苷酸转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要以嘌呤核苷酸脱氨基为主。裂解酶第40页/共138页41二、氨基酸的脱羧基作用脱羧酶，辅基磷酸吡哆醛。第41页/共138页42 氨基酸 磷酸吡哆醛 醛亚胺 一级胺 磷酸吡哆醛第42页/共138页43一些重要的氨基酸脱羧基反应一些重要的氨基酸脱羧基反应谷氨酸 -氨基丁酸(GABA)：主要存在于大脑中。脱羧酶+CO2谷氨酸-氨基丁酸对中枢神经系统有普遍的抑制作用，是一种神经系统的主要抑制性递质。第43页/共138页44(GAB

17、A)脱羧酶组氨酸+CO2组胺(降血压)组氨酸 组胺：血管舒张剂，具有扩张血管降低血压功效；促进胃液分泌；动物性食物腐败产生大量组胺。第44页/共138页45酪氨酸 酪胺：使血压升高。脱羧酶酪氨酸+CO2酪胺(升血压)第45页/共138页46肉类蛋白质腐败：鸟氨酸 腐胺，赖氨酸 尸胺脱羧酶赖氨酸尸胺+CO2脱羧酶+CO2鸟氨酸腐胺 大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。第46页/共138页47氨基酸的脱氨、脱羧基作用 某些细菌和酵母的氨基酸可脱氨同时脱羧的方式进行分解代谢，生成少一个碳原子的伯醇、NH3和CO2。如：异亮氨酸生成活性戊醇亮氨酸生成异戊醇缬氨酸生成异丁醇第47页

18、/共138页48三、三、氨的命运氨的命运排氨动物：某些水生或海洋动物，如原生动物和线虫以及鱼类、水生两栖类等。排尿酸动物：鸟类和陆生的爬行动物。排尿素动物：绝大多数陆生动物。高等植物：以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。第48页/共138页49氨、尿素及尿酸的结构氨 尿酸 尿素第49页/共138页50氨的转运主要是通过谷氨酰胺的形式。谷氨酰胺由血液运送到肝脏，肝细胞的谷氨酰胺酶又将其分解为谷氨酸和氨。谷氨酰胺合成酶NH3+谷氨酸+ATP 谷氨酰胺+ADP+Pi 第50页/共138页51谷氨酰胺的合成酶酶谷氨酰-5-磷酸(与酶相结合)谷氨酸谷氨酰胺第51页/共138页(主要是肌肉)各组织细胞

19、脱氨NHNH3 3谷氨酸-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸丙酮酸丙丙氨氨酸酸谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺血血液液肝脏脱氨，转脱氨，转化为化为排泄排泄形式形式肌肉剧烈运动丙酮酸NH3丙丙氨氨酸酸糖异生糖原糖原脱氨酵解蛋白质分解产能第52页/共138页53尿素的生成 1932德国学者Hans Krebs提出尿素循环或鸟氨酸循环。动物形成尿素后排出体外，解毒；植物与微生物形成尿素，贮存氨；总反应式：总反应式：NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2 +2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸延胡索酸第53页/共138页54Krebs最早提出的最早提出的尿素循环尿素循环第5

20、4页/共138页55氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸1胞液线粒体NHNH2 2-C-NH-C-NH2 2OO尿素尿素-酮戊酮戊二酸二酸-酮戊二酸酮戊二酸2345尿素循环全图2ATP+HCO3-+NH3 H2N-C-OPO32-+2ADP+PiO-酮戊酮戊二酸二酸第55页/共138页56氨基甲酰磷酸的合成(线粒体中)HCO3-+NH3+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

21、酸具体步骤第一个N原子第56页/共138页57氨甲酰磷酸合成机理羰基磷酸碳酸氢根离子氨基甲酸酯氨甲酰磷酸ATP第57页/共138页58瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成(线粒体中线粒体中)鸟氨酸转氨甲酰酶H3PO4+氨基甲酰磷酸胞液胞液第58页/共138页59谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸延胡索酸天冬氨酸1胞液NHNH2 2-C-NH-C-NH2 2OO尿素-酮戊二酸23452ATP+HCO3-+NH3 H2N-C-OPO32-+2ADP+PiO瓜氨酸瓜氨酸线粒体第59页/共138页60两步反应均不可逆；氨甲酰磷酸合成酶-I(CPS-I)为变构酶，N-乙酰谷氨酸(N

22、-AGA)为此酶的变构激活剂；此阶段消耗2个ATP；N-乙酰谷氨酸(AGA)第60页/共138页61精氨琥珀酸合成精氨琥珀酸合成(胞液中胞液中)精氨琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸精氨琥珀酸第二个N原子第61页/共138页62精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨琥珀酸精氨琥珀酸裂解酶精氨酸的合成精氨酸的合成(胞液中胞液中)第62页/共138页63延胡索酸酶第63页/共138页64 草酰乙酸草酰乙酸 再生阶段再生阶段 柠檬酸的生成柠檬酸的生成阶段阶段 氧化脱氧化脱 羧阶段羧阶段柠檬酸循环(线粒体)第64页/共138页65苹果酸-天冬氨酸穿梭作用细胞液细胞液线粒体膜线粒体膜

23、天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酮戊二酸酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+线粒体基质线粒体基质苹果酸脱氢酶NADH+H+苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶(、为膜上的转运载体)呼吸链第65页/共138页66精氨酸水解生成尿素精氨酸水解生成尿素(胞液中胞液中)尿素鸟氨酸精氨酸精氨酸酶入线粒体循环使用第66页/共138页67鸟氨酸循环要点鸟氨酸循环要点尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸(或游离的NH3)，另一个来自天冬氨酸；每合成1分子尿素需消耗4个高能磷酸键；循环中消耗的天冬氨酸可通过延胡索酸转

24、变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他-氨基酸获得氨基而再生。第67页/共138页68鸟氨酸循环的生理意义鸟氨酸循环是生物合成鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸的途径。是尿素合成途径，是机体氨代谢的重要方式和解毒方式。尿素合成在肝脏进行。肝脏病变时，由于尿素合成受阻会引起肝昏迷。肝功能受损尿素合成障碍血氨升高氨进入脑-酮戊二酸浓度下降TCA减弱ATP形成减少大脑功能障碍昏迷。第68页/共138页69氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基质线粒体胞液胞液NH2

25、-C-NH2NH2-C-NH2OO尿素鸟氨酸循环第69页/共138页70尿素循环的调节 氨甲酰磷酸合成酶I存在于线粒体中，它被N-乙酰谷氨酸别构激活。当氨基酸降解加速时，谷氨酸浓度升高，N-乙酰谷氨酸也增高，激活了氨甲酰磷酸合成酶I，从而使尿素循环速度加快。当尿素循环中某些酶遗传性不足时，除精氨酸酶外，都不会因此发生尿素的重大减量，但会产生“高氨血症”。产生智力迟钝、嗜睡等症状。第70页/共138页711 1.-酮酸的代谢酮酸的代谢 (氨基酸碳骨架的转化途径)再合成氨基酸：经氨基化生成非必需氨基酸；氧化生成CO2和H2O；转变为糖和脂。四、氨基酸代谢产物的去向四、氨基酸代谢产物的去向第71页/

26、共138页72氧化成CO2和H2O：以各种方式进入TCA形成丙酮酸(丙酮酸等三碳氨基酸)或乙酰CoA(色氨酸等)进入TCA；转变成TCA循环的中间产物，如谷氨酸转变成-酮戊二酸，天冬氨酸转变成草酰乙酸，有些氨基酸需经一些变化后进入TCA；脱羧醛脂肪酸乙酰CoA；-酮酸进入TCA循环彻底氧化的主要进入点有：丙酮酸、乙酰CoA、-酮戊二酸、草酰乙酸、延胡索酸、琥珀酰CoA、脂肪酸第72页/共138页氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoACoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸丙酮酸丙酮酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸组

27、氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸葡萄糖葡萄糖柠檬酸柠檬酸氧化生成CO2和H2O 脂肪酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸第73页/共138页74生糖氨基酸生糖氨基酸(大部分氨基酸)：凡是在体内能转变成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸。-酮酸丙酮酸糖生酮氨基酸生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。-酮酸乙酰CoA脂肪生糖兼生酮氨基酸

28、生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。转变为糖和脂酮体包括：乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮。第74页/共138页75第75页/共138页762.NH3的代谢的代谢以酰胺的形式贮存(形成谷氨酰胺和天冬酰氨将NH3贮存起来，需要时可释放出来用于合成新氨基酸或嘌呤、嘧啶核苷酸等)；合成新的氨基酸；合成尿素(对植物和微生物而言是一种NH3贮存方式)；合成氨基甲酰磷酸(是合成嘧啶核苷酸、瓜氨酸、精氨酸和尿素的重要物质)。第76页/共138页773.CO2的去路的去路大部分直接排出；小部分被固定成为细胞内组分：通过丙酮酸羧化支路被固定(丙酮酸固定CO2成苹果酸，磷酸烯醇式丙酮酸固定CO2成草酰乙

29、酸)。4.胺的去路胺的去路脱羧形成的胺可在氧化酶作用下生成醛，醛在脱氢酶作用下，加水脱氢生成有机酸，有机酸氧化生成乙酰CoA，乙酰CoA进入TCA。第77页/共138页78氨基酸分解代谢小结排出体外被固定成草酰乙酸或苹果酸氧化有机酸乙酰CoA-氧化脱氨-酮酸 NH3脱羧CO2胺氨 基 酸糖、脂肪CO2+H2OTCA氨基酸鸟氨酸循环酰胺嘌呤、嘧啶、蛋白质等氨甲酰磷酸尿素第78页/共138页79-CH=NH 亚氨甲基亚氨甲基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 甲基甲基氨基酸与一碳单位 氨基酸在分解过程中产生的含一个碳原子的基团(不包括

30、CO2)。特点：特点：不能游离存在，一般以不能游离存在，一般以四四氢叶酸氢叶酸为载体参与反应为载体参与反应氨基酸衍生的其它重要物质第79页/共138页80第80页/共138页81第81页/共138页82一碳单位的生理功用参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。参与许多物质的甲基化过程。一碳单位代谢障碍会影响DNA、蛋白质的合成，引起巨幼红细胞性贫血。磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响一碳单位代谢及核苷酸合成而发挥药理作用。第82页/共138页83氨基酸代谢缺陷症苯丙酮尿症是缺乏苯丙氨酸羟化酶，导致苯丙氨酸代谢异常，苯丙氨酸不能转变成为酪氨酸，导致苯丙氨酸及其酮酸蓄积并从

31、尿中大量排出。尿黑酸症因缺乏尿黑酸氧化酶，酪氨酸分解而来的尿黑酸不能进一步分解为乙酰乙酸，导致病人排出尿黑酸，在空气中被氧化，成为黑色。是第一个被阐明机制的遗传病。第83页/共138页84白化病多巴多巴酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸尿黑酸尿黑酸第84页/共138页85白化鳄白化鳄第85页/共138页86苯丙酮尿症(PKU)苯丙酮尿症是一种先天性的苯丙氨酸代谢的缺陷，它有严重的影响。患苯丙酮尿症的人不经治疗几乎总是在智力发育上严重迟滞。这些病人的脑重量低于正常，他们的神经鞘化不完全，而且他们的反射过分活跃。未经治疗的苯丙酮尿症患者的估计寿命很短，一半在二十岁以前死亡，四分之三在三十岁以前死亡。第8

32、6页/共138页87苯丙酮尿症患者的治疗I 苯丙酮尿症患者初生时看起来是正常的，但若不经治疗，到一周岁以前就会有严重的缺陷。苯丙酮尿症的疗法就是低苯丙氨酸饮食低苯丙氨酸饮食。其目的是只提供刚好满足生长和代谢所需要的苯丙氨酸。将原来苯丙氨酸含量低的蛋白质，如奶中的酪蛋白进行水解，并用吸附法除去苯丙氨酸。第87页/共138页88苯丙酮尿症患者的治疗II 必须在出生后不久就开始用低苯丙氨酸的饮食以防止对脑的不可逆的损害。在一项研究中，出生后数周内就治疗的苯丙酮尿症患者的平均智商为93，而在一岁时开始治疗的患者平均智商为53。通过大规模的普查发现，出现苯丙酮尿的频率大约是0.5/万新生儿。这种病是常染

33、色体隐性遗传常染色体隐性遗传的。第88页/共138页89第三节 氨基酸的生物合成第89页/共138页90概述对动物来说：对动物来说：必需氨基酸动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得才能维持正常生长发育。苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。非必需氨基酸凡是动物体内能合成的氨基酸。对植物来说对植物来说：能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根来合成氨基酸。对微生物来说：对微生物来说：不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。第90页/共138页91氨基酸合成的碳架来源：柠檬酸循环、糖酵解、戊糖磷酸途径、氨基酸分解途径。氨基酸合成的氨基来源：起始于无机氮

34、，即无机氮先转变为氨气，再转变为含氮有机化合物。第91页/共138页92氨基酸生物合成的分族I异亮氨酸蕈类 细菌眼虫 绿色植物第92页/共138页93氨基酸生物合成的分族II第93页/共138页94氨基酸生物合成的分族III第94页/共138页95p生物体利用3种反应途径把氨转化为有机化合物，这些有机物进一步合成氨基酸：氨甲酰磷酸合成酶催化CO2(以HCO3-的形式)及ATP合成氨甲酰磷酸，通过尿素循环合成精氨酸。谷氨酸脱氢酶催化-酮戊二酸还原、氨化，生成谷氨酸。谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺。第95页/共138页96氨甲酰磷酸合成途径(微生物和动物)原料：NH3 CO2 ATP 在

35、植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨来的。氨甲酰磷酸NH3+CO2+2ATP H2N-C-OPO3H2+2ADP+Pi OMg2+氨甲酰磷酸合成酶利用体内代谢的氨第96页/共138页97谷AA脱氢酶(细菌)此反应要求有较高浓度的NH3，不是无机氨转为有机氮的主要途径。CH2-COOHCH2-C=OCOOH-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-+NH3+NAD(P)H +NAD(P)+H2O-酮戊二酸(TCA循环产生的)谷氨酸第97页/共138页98谷氨酰胺合成酶(高等植物的主要途径)可做为可做为NH3的的供体将供体将其转移转移谷氨酰胺(贮存了氨)CH2-COOHCH

36、2-CHNH2COOH-CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-+NH3+ATP +ADP+Pi+H2O 谷氨酰胺合成酶谷氨酸第98页/共138页99葡萄糖-6-6-磷酸20种氨基酸生物合成概貌I第99页/共138页10020种氨基酸生物合成概貌II第100页/共138页101微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。葡萄糖葡糖-6-磷酸甘油酸-3-磷酸丙酮酸酵解酵解酵解酵解三羧酸循环三羧酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环亮氨酸亮氨酸 异亮氨酸异亮氨酸缬氨酸缬氨酸 丙氨酸丙氨酸-酮戊二酸色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸丝氨酸丝氨酸 半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸草酰乙酸天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸

37、苏氨酸谷氨酸谷氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺赖氨酸赖氨酸 精氨酸精氨酸 脯氨酸脯氨酸CO2+H2O核糖-5-磷酸组氨酸戊糖磷戊糖磷戊糖磷戊糖磷酸途径酸途径酸途径酸途径第101页/共138页102v许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换站”。先 Glu 其它AA。有C骨架(-酮酸)有AA提供氨基(最主要为谷AA)氨基酸的合成一、氨基酸合成的公共途径一、氨基酸合成的公共途径第102页/共138页1031.氨基化作用缩合脱水还原固定NH3重要反应还原氨基化作用：由L-氨基酸脱氢酶催化-酮酸与氨生成氨基酸过程。其中最主要的是谷氨酸脱氢酶。第103页/共138页104直接氨基化

38、作用：有些有机酸，如延胡索酸，在L-天冬氨酸酶催化下，可以直接进行氨基化反应，生成天冬氨酸。第104页/共138页105酰胺化作用：动、植物及微生物中普遍存在谷氨酰胺合成酶和天冬酰氨合成酶。谷氨酸谷氨酰胺固定固定NH3重要反应重要反应天冬酰胺第105页/共138页106生物界最普遍的合成生物界最普遍的合成谷氨酸谷氨酸的途径：的途径：由由谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶催化催化-酮戊二酸接受酮戊二酸接受谷酰胺酰胺基谷酰胺酰胺基的氨生成谷氨酸。的氨生成谷氨酸。第106页/共138页1072.转氨基作用在转氨酶作用下，将一种氨基酸上氨基转移给-酮酸，生成新的氨基酸。是分解代谢的重要途径也是合成代谢重要途径。

39、只有苏氨酸、赖氨酸不参加转氨。生物体转氨酶对谷氨酸和-酮戊二酸专一性高，易接受谷氨酸的氨基转给其它酮酸，生成其他氨基酸。转氨作用与谷氨酸合成反应联合时，可生成生物体内大部分氨基酸。第107页/共138页108二、脂肪族氨基酸的合成二、脂肪族氨基酸的合成1.谷氨酸族氨基酸的生物合成共同碳架：TCA中的-酮戊二酸u此类型可合成此类型可合成谷谷AA、谷氨酰胺、脯、谷氨酰胺、脯AA、精、精AA第108页/共138页109由-酮戊二酸形成谷氨酸a.通过谷氨酸脱氢酶合成谷氨酸。b.通过-酮戊二酸和其他氨基酸的转氨反应合成谷氨酸。c.-酮戊二酸和谷氨酰胺反应生成2分子谷氨酸。谷氨酰胺谷氨酸合酶-酮戊二酸谷氨

40、酸第109页/共138页110-酮戊二酸转氨酶转氨酶氨基酸氨基酸-酮酸由-酮戊二酸形成谷氨酰胺第110页/共138页111谷氨酸和谷氨酰胺合成示意图第111页/共138页112由-酮戊二酸形成脯氨酸-酮戊二酸 谷氨酸 -谷氨酰磷酸谷氨酸谷氨酸-半醛半醛 -二氢吡咯二氢吡咯-5-羧酸羧酸 脯氨酸脯氨酸 激酶 还原酶自发环化 还原酶第112页/共138页113由-酮戊二酸形成精氨酸第113页/共138页114由-酮戊二酸形成赖氨酸-酮戊二酸酮戊二酸途径途径：蕈类和眼虫；：蕈类和眼虫；丙酮酸和天冬氨酸途径丙酮酸和天冬氨酸途径：细菌和绿色植物。：细菌和绿色植物。第114页/共138页115NH3+-酮

41、戊二酸还原氨基化谷氨酸谷氨酰胺谷氨酸-半醛二氢吡咯-5-羧酸自发环化脯氨酸N-乙酰谷氨酸鸟氨酸精氨酸NADH+H+NADATPADP+NH3NADPH+H+NADPNADPH+H+NADP鸟氨酸循环谷氨酸族氨基酸的生物合成第115页/共138页1162.天冬氨酸族氨基酸的生物合成u包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、甲硫(Met)、苏(Thr)、赖(Lys)、异亮(Ile)。共同碳架：TCA中的草酰乙酸异亮氨酸由苏氨酸提供4个碳，丙酮酸提供2个碳第116页/共138页117天冬氨酸的合成谷草转氨酶草酰乙酸 天冬氨酸第117页/共138页118天冬酰胺的合成天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶

42、 哺乳动物中 细菌中天冬氨酸 天冬酰胺第118页/共138页119草酰乙酸天冬氨酸天冬酰胺天冬氨酸-半醛二氨基庚二酸赖氨酸高丝氨酸高半胱氨酸O-磷酸高丝氨酸甲硫氨酸苏氨酸异亮氨酸天冬氨酸族氨基酸的合成转氨+ATP+半胱氨酸甲基供体脱羧ATP AMP丙酮酸第119页/共138页1203.丙酮酸族氨基酸的生物合成u包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)共同碳架：EMP中的丙酮酸第120页/共138页121丙氨酸的合成谷丙转氨酶丙酮酸 丙氨酸第121页/共138页122丙酮酸族氨基酸合成丙酮酸转氨丙氨酸 -酮异戊酸转氨缬氨酸-酮异己酸转氨亮氨酸+丙酮酸第122页/共138页1234.丝氨酸族

43、氨基酸的生物合成u包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)共同碳架：EMP中的甘油酸-3-磷酸第123页/共138页124磷酸甘油酸脱氢酶 磷酸丝氨酸转氨酶丝氨酸转羟甲基酶磷酸丝氨酸磷酸酶甘油酸-3-磷酸 3-磷酸羟基丙酮酸3-磷酸丝氨酸 丝氨酸 甘氨酸丝氨酸和甘氨酸的合成第124页/共138页125丝氨酸族氨基酸合成3-P-甘油酸NAD NADH+H+3-P-羟基丙酮酸3-P-丝氨酸转氨丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸转羟甲基酶O-乙酰丝氨酸转乙酰基酶第125页/共138页126u包括：组(His)、色(Trp)、酪(Tyr)、苯丙(Phe)芳香族AA碳架：赤藓糖-4-磷酸(PPP)和P

44、EP(EMP)。三、芳香族氨基酸及组氨酸的合成三、芳香族氨基酸及组氨酸的合成第126页/共138页127赤藓糖-4-P +P-烯醇式丙酮酸分枝酸预苯酸邻氨基苯甲酸色氨酸苯丙酮酸 对羟基苯丙酮酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸转氨1.芳香族氨基酸的合成第127页/共138页1282.组氨酸的生物合成磷酸核糖焦磷酸(PRPP)组氨醇组氨醛组氨酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+磷酸核糖ATP+ATP第128页/共138页130四、氨基酸生物合成的调节1.通过终端产物抑制简单的终端产物抑制不同终端产物对共经合成途径的协同抑制第130页/共138页131不同分支产物对多个同工酶的特殊抑制酶的多重性抑制连

45、续产物抑制，又称连续反馈控制或逐步反馈抑制第131页/共138页1322.通过改变酶的生成量 酶生成量的控制主要是通过有关酶编码基因活性的改变。第132页/共138页133糖、脂、蛋白质代谢之间的相互联系糖、脂、蛋白质代谢之间的相互联系糖与蛋白质相互转化糖是氨基酸碳骨架来源；氨基酸脱氨产生酮酸是糖代谢中间产物或可转变成糖代谢中间产物。第133页/共138页134糖与脂类相互转化糖降解生成的磷酸二羟丙酮和乙酰CoA可分别生成甘油和脂肪酸，进而合成脂肪。脂肪分解的甘油可转变为磷酸二羟丙酮，异生成糖；脂肪酸分解的乙酰CoA可经乙醛酸循环转变为草酰乙酸再经PEP羧激酶生成PEP，异生为糖。第134页/

46、共138页135蛋白质与脂类相互转化氨基酸脱氨产生酮酸转变成乙酰CoA合成脂肪酸，或转变成磷酸丙糖还原成磷酸甘油，进而合成脂肪。脂类的甘油转变为丙酮酸，再转变为草酰乙酸、酮戊二酸，接受氨基合成氨基酸；脂肪酸降解的乙酰CoA，进入TCA循环生成酮戊二酸，转变为谷氨酸。第135页/共138页琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸二羟丙酮葡萄糖或糖原丙氨酸丝氨酸甘氨酸半胱氨酸异亮氨酸 蛋氨酸缬氨酸谷氨酸精氨酸 谷氨酰胺脯氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系TCA3磷酸甘油酸天冬酰胺天冬氨酸乙醛酸循环甘油脂肪酸甘油三酯异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸苯丙氨酸 酪氨酸乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸赖氨酸赖氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸第136页/共138页137本章完第137页/共138页138感谢您的观看！第138页/共138页