生物化学氨基酸代谢.pptx

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1、第一节 蛋白质的酶促降解|人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。|成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降解。第1页/共59页 蛋白质的最低生理需要量在糖和脂肪等物质充分供应的条件下，为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白质的量，称为蛋白质的最低生理需要量。成人每日最低蛋白质需要量为3050g我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。第2页/共59页（一）真核细胞中存在两条不同的降解途径：1.不依赖ATP的降解途径：在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。一、体内蛋白质的降解第3页/共59页2.依赖ATP和泛素的降解途径：在胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的

2、蛋白质。需ATP和泛素参与泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。第4页/共59页（二）蛋白质水解酶（1）内肽酶（蛋白酶，肽链内切酶）形成各种短肽（2）端肽酶（肽酶）羧肽酶氨肽酶二肽酶（三）蛋白质酶促降解 需内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用蛋白质多肽AA合成新蛋白质第5页/共59页二、氨基酸代谢库|食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolic pool)。第6页/共59页氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收 组织蛋白质分解 体内合成氨基酸(非必需氨基酸

3、)氨基酸代谢概况-酮酸 脱氨基作用 酮 体氧化供能糖胺 类脱羧基作用氨 尿素代谢转变其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成 第7页/共59页特殊分解代谢 特殊侧链的分解代谢一般分解代谢CO2 胺脱羧基作用 脱氨基作用 NH3-酮酸氨基酸的分解代谢概况第8页/共59页第二节 氨基酸的分解与转化一、脱氨基作用|氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用|氨基酸主要通过五种方式脱氨基 氧化脱氨基 非氧化脱氨基 脱酰胺作用 转氨基作用 联合脱氨基 第9页/共59页 氧化脱氨基作用定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。|氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应

4、则不需酶的催化。R-CH-COOHNH2 2H R-C-COOH+NH3 OH2OR-C-COOHNH 酶酶第10页/共59页|AA氧化酶的种类 L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH-+NAD(P)+H2O谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶ATP GTP NADHATP GTP NADH变构抑制变构抑制ADP GDPADP

5、 GDP变构激活变构激活CH2-COOHC=O-CH2COOH-谷氨酸谷氨酸脱氢酶：脱氢酶：体内（正）体外（反）第11页/共59页还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。（在微生物中个别AA进行,但不普遍）L-丝氨酸 CH2 COO-C-NH3+=-CH3 COO-C=NH2+-COOH CH2OHNH2-C-H-COOH CH3 C=O-丝氨酸脱水酶丝氨酸脱水酶+NH3丙酮酸-H2O+H2O-氨基丙烯酸亚氨基丙酸 非氧化脱氨例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA)第12页/共59页CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO-+H2OCH2-COO-CH2-CHNH3+COO-

6、+NH3谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO-+H2O天冬酰胺酶天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO-+NH3 上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。氨基酸的脱酰胺作用第13页/共59页|指-AA和酮酸之间氨基的转移作用，-AA的-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。R-CH-COOH R”-C-COOH NH2 OR-C-COOH R”-CH-COOH O NH2转氨酶转氨酶（四）转氨基作用第14页/共59页|转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与-酮

7、酸之间普遍进行。除Lys，Pro外，均可参加转氨基作用。|各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。第15页/共59页（五）联合脱氨基（动物组织主要采取的方式）转氨酶转氨酶氨基酸氨基酸-酮酸酮酸L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NH3+NADH+H+H2O+NAD+-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸 由于转氨基作用不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基作用与氧化脱氨基作用联合在一起才能迅速脱氨，这种作用就称为联合脱氨作用。第16页/共59页 二、脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛 由氨基

8、酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。第17页/共59页|主要讲Tyr代谢与黑色素形成问题Tyr酶聚合黑色素动物植物激素生物碱多巴多巴醌三、氨基酸的羟化作用多巴胺Tyr酶多巴多巴醌第18页/共59页l帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。l在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。l人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。第19页/共59页四、氨基酸分解产物的代谢1.排氨生物：NH3转变成酰胺（Gl

9、n），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）2.以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类）3.以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）4.重新利用合成AA：5.合成酰胺（高等植物中）6.嘧啶环的合成（核酸代谢）（一）氨的去路第20页/共59页（二）尿素的生成（二）尿素的生成 体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素(urea)。合成尿素的主要器官主要器官是肝肝，但在肾及脑中也可少量合成。尿素合成是经称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环(ornithine(ornithine cycle)cycle)的反应过程来完成

10、的。催化这些反应的酶存在于胞液胞液和线粒体线粒体中。第21页/共59页（1 1）氨基甲酰磷酸的合成）氨基甲酰磷酸的合成此反应在线粒体线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成氨基甲酰磷酸合成酶酶（carbamoyl phosphate synthetase-,CPS-CPS-）催化，该酶需N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸（AGAAGA）作为变构激活剂，反应不可逆。1.尿素生成的鸟氨酸循环NH3+CO2 H2O+2ATP2ADP+Pi氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶AGA，Mg2+NH2O PO32-CO氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸=第22页/共59页在线粒体线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰

11、转移酶（ornithine carbamoyl trans-ferase,OCTOCT）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸瓜氨酸。(2)瓜氨酸的合成 NH2O PO32-CO(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸鸟氨酸氨基鸟氨酸氨基甲酰转移酶甲酰转移酶=第23页/共59页 转运至胞胞液液的瓜氨酸在精精氨氨酸酸代代琥琥珀珀酸酸合合成成酶酶(argininosuccinate synthetase)催化下，消耗能量合成精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸。(3)精氨酸代琥珀酸的合成C

12、O(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀精氨酸代琥珀酸合成酶酸合成酶ATPAMP+PPi+H2OCH2-CHCOOHCOOHH2NCH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸限速酶第24页/共59页在胞液胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶(arginino-succinate lyase)催化，将精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸精氨酸和延胡索酸。延胡索酸。（4）精氨酸代琥珀酸的裂解精氨酸代琥精氨酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶CH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHC

13、OOHNH2精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸CHCH COOHCOOH+CNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸第25页/共59页在胞液胞液中由精氨酸酶精氨酸酶催化，精氨酸水解生成尿素尿素(urea)和鸟氨酸鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。（5）精氨酸的水解(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸-NH2H2N-OC+鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素精氨酸酶精氨酸酶H2O第26页/共59页鸟鸟氨氨酸酸循循环环2ADP+PiCO2+NH3+H2O氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸2ATPN-乙酰

14、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线粒体胞胞 液液第27页/共59页 1合成主要在肝细胞肝细胞的线粒体线粒体和胞液胞液中进行；2合成一分子尿素需消耗4 4分子分子ATPATP；3精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；4尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NHNH3 3，一个来源于天冬氨酸天冬氨酸。尿素合成的特点第28页/共59页（三）（三）AAAA碳骨架

15、的去路碳骨架的去路（AAAA脱氨基的意义）脱氨基的意义）lAA分解产生5种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解。五种产物为：乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸l再合成AA第29页/共59页 转变成糖和脂肪 生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的AA。（Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val）凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的AA均能通过乙酰CoA转变成脂肪。转变成酮体 生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、-丁酸的AA（Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中）第30页/共59

16、页氨同化氨基酸的合成第三节 氨的同化及氨基酸的生物合成第31页/共59页一、氨的同化一、氨的同化定义：定义：生物体将无机态的氨转化为含氮有机化合物含氮有机化合物的过程（N素亦称生命元素）vv生物体生物体NN的来源的来源1.1.食物来源的食物来源的NN（食物中的蛋白质和氨基酸）：人和动物的N源2.2.生物固生物固NN（某些微生物和藻类通过体内固氮酶系的作用将分子氮转变成氨氨的过程，1862年发现）第32页/共59页生物固生物固N机制的研究历史：机制的研究历史：1862-1962：完整的细胞水平（分离固氮微生物）1960-1966：无细胞水平（发现固N需要铁氧还蛋白等 作电子传递体，需要ATP等）

17、1966-目前：分子水平（固N 酶纯化，组分I为钼铁蛋白；组分II为铁蛋白，1992年测定其空间结构）第33页/共59页氨同化的途径氨同化的途径谷AA的形成途径氨甲酰磷酸形成途径硝酸还原酶硝酸还原酶NO2-亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶NH3AAPr其它含其它含N化合物化合物3.硝酸还原生成（植物体中的N源）NO3-第34页/共59页1.1.谷谷AAAA脱氢酶（细菌）脱氢酶（细菌）NH3 谷AA 其它AACH2-COOHCH2-C=OCOOH-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-+NH3+NADH+NAD+H2O -酮戊二酸（TCA循环产生的）此反应要求有较高浓度的此反应要求有较高浓度的NH

18、NH3 3，足以使光合磷酸化解偶联，所足以使光合磷酸化解偶联，所以它不可能是无机氨转为有机氮以它不可能是无机氨转为有机氮的主要途径的主要途径 谷AA合成途径第35页/共59页CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-+NH3+ATP+ADP+Pi+H2O 谷氨酰胺(贮存了氨）可做为NH3的供体将其转移2.2.谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）（高等植物的主要途径）第36页/共59页CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-C=OCOOH-+2HCH2-COOHCH2-CHNH2COOH-2 谷AA合酶+

19、第37页/共59页 氨甲酰磷酸合成途径氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动（微生物和动物）物）原料：NH3 CO2 ATP1 氨甲酰激酶NH3+CO2+ATPMg2+O H2N-C-OPO3H2+ADP=氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸2 氨甲酰磷酸合成酶NH3+CO2+2ATPMg2+辅因子辅因子辅因子辅因子 O H2N-C-OPO3H2+2ADP+Pi 在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨来的。利用体内代谢的氨第38页/共59页vv主要通过转氨基作用主要通过转氨基作用AA-R1-酮酸酮酸R1转氨酶AA-R2-酮酸酮酸R2v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

20、的“转换站”，先转变成Glu再合成其它AA。二、氨基酸的合成第39页/共59页有C架（-酮酸）有AA提供氨基(最主要为谷AA，领头AA)氨基酸的合成1.一碳基团的定义 生物化学中将具一个碳原子的基团称为一碳单位或一碳基团。第40页/共59页2.种类甲基(methyl)-CH3亚甲基(methylene)-CH2-次甲基(methenyl)-CH=甲酰基(formyl)-CHO亚氨甲基(formimino)-CH=NH 第41页/共59页3.四氢叶酸是一碳单位的载体FH4的生成的生成FFH2FH4FH2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+第42页/共59页4.F

21、H4携带一碳单位的形式（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）N5CH3FH4N5、N10CH2FH4N5、N10=CHFH4N10CHOFH4N5CH=NHFH4第43页/共59页5.一碳单位的生理功能作为合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来第44页/共59页包括：丙丙(Ala)(Ala)、缬、缬(Val)(Val)、亮、亮(Leu)(Leu)共同碳架：EMP中的丙酮酸 COOH CH3 C=O-CH2-COOH CH2-CHNH2COOH-COOH CH3 CHNH2-CH2-COOH CH2-C=OCOOH-谷丙转氨酶+丙酮酸谷AA 丙AA -酮戊二酸 丙氨酸族

22、氨基酸的合成(GPT)第45页/共59页2丙酮酸-酮异戊酸 缩合CO2转氨基缬氨酸-酮异己酸 亮氨酸转氨基-CH3C=OCOO-CH2-CH3CH3-CH-C=OCOOH-CH3-CH-酮异戊酸 丙氨酸族其它氨基酸的合成第46页/共59页包括：丝丝(Ser)(Ser)、甘、甘(Gly)(Gly)、半胱、半胱(Cys)(Cys)甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-COOH CHO-+COOH CH2NH2-CH2-COOH CH2-C=OCOOH-+-酮戊二酸 甘AA 谷AA 乙醛酸 丝氨酸族氨基酸的合成第47页/共59页 COOH CH2NH2-C

23、OOH CH2OH CHNH2-+NH3+CO2+2H+2e-2H2O 丝AA 甘AA 第48页/共59页丝AA+乙酰-CoA O-乙酰丝AA+CoA O-乙酰丝AA+硫化物 半胱氨酸+乙酸 三种氨基酸的关系乙醛酸甘AA丝AA半胱AA3-磷酸甘油酸转乙酰基酶提供硫氢基团半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）第49页/共59页包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、苏(Thr)、甲硫(Met)、异亮(Ile)共同碳架：TCA中的草酰乙酸CH2-COO-C=OCOO-CH2-COO-CH2-CHNH2COO-CH2-COO-CHNH2COO-CH2-COO-CH2-C=OCOO-

24、+转氨天冬AA 天冬氨酸族氨基酸的合成第50页/共59页（植，细)动物天冬酰胺合酶Mg2+Asp+NH3+ATPAsn+H2O+AMP+PPiMg2+Asp+Gln+ATPAsn+Glu+AMP+PPi第51页/共59页CH2-COOHCHNH2COOH-ATPADP天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶CH2-C-O-P=OCHNH2COOH-O=OHOHNADPH+H+NADP+天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸CH2-CHOCHNH2COOH-天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛L-高丝氨酸高丝氨酸甲硫氨酸苏氨酸异亮氨酸（4个C来自Asp,2个C来自丙酮酸）,-二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸CO2天

25、冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸族其它氨基酸的合成第52页/共59页草酰乙酸赖氨酸苏氨酸甲硫氨酸异亮氨酸天冬酰胺天冬氨酸-天冬氨酸半醛几种氨基酸的关系第53页/共59页包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、羟脯(Hyp)、精(Arg)共同碳架：TCA中的-酮戊二酸 -酮戊二酸 Glu 为还原同化作用+NH3+NADH+NAD+H2O谷AA 脱H酶 （动物和真菌，不普遍）谷氨酰胺+-酮戊二酸2谷AA（普遍）-酮戊二酸谷AA+NH3+ATP谷氨酰胺+ADP+Pi+H2O 合酶 Glu合酶NADPH+H+NADP+谷氨酸族氨基酸的合成第54页/共59页由谷由谷AA 脯脯AACH2-COOH

26、CH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-CHNH2CHO-NAD(P)H NAD(P)+ATPADPMg2+H2CCH2HCNCHCOOH NADHNAD+H2CCH2H2CNHCHCOOH1/2O2 CCH2H2CNHCHCOOHHHO(谷AA)(谷氨酰半醛)(-二氢吡咯-5-羧酸)(脯AA)(羟脯AA)第55页/共59页-酮戊二酸谷AA谷氨酰胺脯AA羟脯AA鸟AA瓜AA精AA几种氨基酸的关系第56页/共59页 组氨酸族和芳香族氨基酸的合成组氨酸族和芳香族氨基酸的合成包括：组AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、苯丙AA(Phe)组AA族碳架：PPP中的磷酸核糖芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP)CH2HCCCH-NH2COOH-NHCHN来自核糖来自谷氨酰胺的酰胺基从谷氨酸经转氨作用而来来自ATP第57页/共59页芳香族氨基酸芳香族氨基酸的关系的关系色氨酸 PEP4-磷酸赤藓糖莽草酸分支酸预苯酸酪氨酸苯丙氨酸 若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体，因此芳香族氨基酸合成时相同的一段过程叫莽草酸途径第58页/共59页感谢您的观看！第59页/共59页