生化氨基酸代謝

1、第十一章氨基酸代謝Amino acid metabolism,§11.1蛋白質(zhì)的酶促降解,一.蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用,,生理需要量 成人80g/天,氮平衡 總平衡, 正平衡, 負平衡,營養(yǎng)價值,必需AA(8種):蘇/賴/甲/色/纈 苯丙/亮/異亮 (精/組),非必需AA,,二.蛋白質(zhì) 的消化、吸收與腐敗,Pr AA CO2+H2O+NH3,,,E,氧化分解,水解肽鍵的

2、酶,,內(nèi)切酶: 胰/糜/胃/嗜熱菌蛋白酶,外切酶: 羧肽酶/氨肽酶,二肽酶,載體轉(zhuǎn)運: 小腸, 肌肉, 腎小管細胞,γ-谷氨?；h(huán): 小腸, 腎小管細胞, 腦細胞,胰蛋白酶原,,胰蛋白酶,糜蛋白酶原,糜蛋白酶,彈性蛋白酶原,彈性蛋白酶,羧肽酶原A及B,羧基肽酶A及B,,,,腸激酶啟動的酶原激活,,,胺類,組氨酸 組胺,氨,其它有害物質(zhì),腐敗,苯酚/吲哚/甲基吲哚/硫化氫, 等,賴氨酸 尸胺,,,

3、胞內(nèi)Pr的降解,,溶酶體降解(一般非選擇性),泛素調(diào)節(jié)的Pr降解系統(tǒng)(選擇性),溶酶體 是單層膜圍繞、內(nèi)含50多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器,主要功能 是進行細胞內(nèi)的消化作用,典型的動物細胞中約含有數(shù)百個溶酶體,但在不同的細胞內(nèi)溶酶體的數(shù)量和形態(tài)有很大差異,泛素(Ub) 是一種存在于真核生物中且在進化中高度保守的小分子蛋白, 含76個氨基酸殘基,泛素系統(tǒng)(UPS) 精細的特異性的蛋白質(zhì)降解系統(tǒng),UPS,,泛素,蛋白質(zhì)水解酶體 (

4、26S, proteasome),泛素激活酶E1,泛素結合酶E2,泛素連接 (底物識別)酶E3,底物蛋白泛素化(對特意靶蛋白進行泛素修飾),,蛋白質(zhì)水解酶體水解聚泛素蛋白,,氨基酸代謝庫,氨基酸代謝庫(metabolic pool),食物蛋白,,消化吸收,組織蛋白,,分解,,合成,,合成,,,脫氨,NH3,α- 酮酸,,尿素,,糖,,氧化供能,,酮體,,,,脫羧,,CO2,胺類,,其它含氮化合物,轉(zhuǎn)化,,,醛,酸,,§11.

5、2 氨基酸的分解代謝,共同代謝,,脫NH3(脫NH3/轉(zhuǎn)NH3/聯(lián)合脫NH3),脫CO2,R不同: 特殊代謝,一.脫氨基作用,氨基酸脫去氨基的作用(脫氨作用),1.氧化脫氨,α-氨基酸氧化為α-酮酸, 耗O2產(chǎn)NH3,COOH |CHNH2 + ½O2 |R,COOH |C=O + NH3 |R,,氧化酶,AA氧化酶,,D-AA氧化酶(FAD),L-A

6、A氧化酶(FAD/FMN),L-Glu脫氫酶(NAD+/NADP+),活性強,活性低,代謝上沒意義,氧化分兩步進行,COOH |CHNH2 |R,,,COOH |C=NH |R,COOH |C=O |R,L-AA氧化酶,,,FMN FMNH2,H2O NH3,L-AA氧化酶(最適pH=10)不作用于:,Ser/Th

7、r/Glu/Asp/Lys/Arg/Orn(鳥),L-Glu脫氫酶,COOH |CHNH2 |CH2 |CH2 |COOH,COOH |C=NH |CH2 |CH2 |COOH,COOH |C=O |CH2 |CH2 |COOH,,,H2O NH3,,,,,NAD NADH2,2.非氧化

8、脫氨,①還原脫氨,②分解脫氨,COOH　　　|H2N―C―H | R,COOH |CH2 |R,氧化酶,,NADH2 NAD + NH3,加氫脫氨,COOH |CHNH2 |CH2 |R,,,L-Asp酶,COOH | CH ║ HC | R,直

9、接脫氨生成不飽和酸,,NH3,,③脫水脫氨(Ser/Thr),COOH |CHNH2 |CH2OH,,脫水酶,H2O,,COOH |C―NH2║CH2,,,分子重排,COOH |C=NH |CH3,,COOH |C=O |CH3,,自發(fā)水解,H2O NH3,④脫硫脫氨(Cys),COOH |CHNH2 |CH2SH,,脫硫酶,,H2S,COOH |C―NH2║CH2,,,COOH

10、|C=NH |CH3,重排,,水解,,H2O NH3,COOH |C=O |CH3,⑥氧化還原脫氨,⑤水解脫氨,COOH　　　|H2N―C―H | R,,COOH |CHOH | R,水解酶,H2O NH3,,COOH　　　|H2N―C―H + | R1,COOH　　　|H2N―

11、C―H | R2,,COOH |CH2 | R2,COOH |C=O + | R1,,H2O 2NH3,酶,供氫體AA與受氫體AA偶聯(lián),供氫體AA: 丙/亮/纈/苯丙/半胱/絲/組/天冬/谷,受氫體AA: 甘/脯/羥脯/鳥/精/色,二.轉(zhuǎn)氨作用,,,轉(zhuǎn)氨酶 PCHO,,氨基受體,,氨基供體,α-氨基酸的氨基通過酶的催化,轉(zhuǎn)移到α-酮酸的酮基上,

12、生成相應的氨基酸;原來的α-氨基酸則轉(zhuǎn)變成相應的α-酮酸,,AA1,吡哆醛磷酸,AA2,α-酮酸1,α-酮酸2,氨基傳遞過程,吡哆胺磷酸,谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT) 谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT),Glu,丙酮酸,α-酮戊二酸,Ala,Glu + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + Ala,Glu + 草酰乙酸 α-酮戊二酸 + Asp,GPT,GOT,,,,,,,大多數(shù)轉(zhuǎn)氨作用都是以α

13、-酮戊二酸作為氨基的受體, 通過轉(zhuǎn)氨生成Glu, Glu再脫氫又轉(zhuǎn)為α-酮戊二酸, 然后經(jīng)TCA徹底氧化,谷丙轉(zhuǎn)氨酶在肝臟中活力很大, 當肝細胞受損時,酶就釋放到血液內(nèi), 肝功診斷GTP↑,糖代謝,丙酮酸,草酰乙酸,α-酮戊二酸,丙,天冬,谷,,,,,,Pr代謝,相互轉(zhuǎn)化,,AA,,,,α-酮酸,,α-酮戊二酸,谷氨酸,,,轉(zhuǎn)氨酶,,,NH3 + NADH2,NAD+ +H2O,L-Glu脫氫酶,三.聯(lián)合脫氨作用,轉(zhuǎn)氨與氧化脫氨聯(lián)合作用

14、,細胞內(nèi)主要以此途徑脫氨,嘌呤核苷酸循環(huán),α-氨基酸,α-酮酸,蘋果酸,腺苷酸琥珀酸,腺苷酸脫氫酶,,,,α-酮戊二酸,天冬氨酸,IMP,NH3,谷氨酸,草酰乙酸,延胡索酸,AMP,H2O,,,,,,,,骨骼肌/心肌/肝臟/腦組織主要的脫氨方式,,+ NH3,腺苷酸脫氨酶,+H2O,,腺嘌呤核苷酸(AMP),,次黃嘌呤核苷酸(IMP),嘌呤核苷酸循環(huán),,四.脫酰胺基作用,Asn和Gln的酰胺基由相應的酰胺酶加水脫氨,,,H2O

15、 NH3,Gln酶,Gln,Glu,五.脫羧基作用,,RCH2NH2,脫羧酶,,CO2,伯胺,除組氨酸外均需PCHO,L-谷氨酸,γ-氨基丁酸,VB6,,神經(jīng)遞質(zhì),L-半胱氨酸,磺酸丙氨酸,?；撬?膽汁酸的組成成分,血管舒張劑,,腦內(nèi)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)外周組織收縮血管,,細菌、酵母菌同時脫氨、脫羧,,RCH2OH,,H2O CO2+NH3,酒類芳香成分,六.氨基酸分解產(chǎn)物的代謝,,,NH3+α-酮酸,CO2+伯胺,CO

16、2: 呼出,NH3,合成新的AA或其它含氮化合物(聯(lián)合脫氨逆向),合成酰胺(備用),排泄(與進化有關),,α-酮酸: 合成氨基酸/糖/脂肪,伯胺: 轉(zhuǎn)化為生理活性物質(zhì)/隨尿排出,,CO2+H2O,TCA,1.α-酮酸的代謝,a.合成新的氨基酸,COOH ? C=O ? (CH2)2 ? COOH,,COOH ? CHNH2 ? (CH2)2 ? COOH,NH3+NADH2,,H2O+

17、NAD+,L-Glu脫氫酶,,,,丙酮酸,α-戊二酸酮酸,α-酮戊二酸,Glu,GPT,GOT,,草酰乙酸,α-戊二酸酮酸,丙氨酸,天冬氨酸,b.合成糖、脂肪,α-酮酸,,,丙酮酸,,G,CH3CO~SCoA,,脂酸,α-酮戊二酸,,草酰乙酸,,烯醇式丙酮酸-p,,生糖氨基酸: 體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑陌被?生酮氨基酸: 體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)橥w的氨基酸,生糖生酮氨基酸: 部分按糖代謝, 部分按脂代謝,,p301表11-1,c.經(jīng)TCA氧化為CO2

18、+H2O,甘/丙/絲/蘇/半胱,亮/異亮/色,亮/賴/苯丙/酪/色,精/組/谷/谷酰/脯,,丙酮酸,乙酰乙酰CoA,,,α-酮戊二酸,乙酰輔酶A,,,,TCA,,異亮/甲硫/纈,,天冬/天冬酰,,酪/苯丙,,琥珀酰CoA,草酰乙酸,延胡索酸,,,,2.氨的代謝,a.合成新的氨基酸及其它含氮化合物,[NH3]↑,NH3與α-酮戊二酸結合成Glu, 使腦中[α-酮戊二酸] ↓→TCA無法正常進行, ATP生成受阻→腦受損,正常人血氨含量甚微

19、, 即≤0.06mmol/L(0.1mg/100ml), 當血液氨含量大于1%便引起神經(jīng)中毒.,氨不能大量積累,合成新的氨基酸,聯(lián)合脫氨逆過程,NADH2+NH3,NAD+ +H2O,,COOH ? C=O ? (CH2)2COOH,,COOH ? CHNH2 ?(CH2)2COOH,,,RCHCOOH ? NH2,聯(lián)合脫氨逆過程,還原氨基化,合成氨基甲酰磷酸,NH3+CO2+H2O+2ATP,

20、,氨甲酰磷酸合成酶,Mg2++AGA,需N-乙酰谷氨酸(AGA)將CO2活化,AGA,AGA-CO2,ATP + HOCO2- + AGA → ADP + Pi + AGA-CO2-,b.合成酰胺,,,Gln合成酶,,Glu,,H2O NH3,同樣,Asp→Asn→Asp,c.合成尿素,實驗,尿素是正常情況下體內(nèi)氨的主要去路. 主要在肝內(nèi)合成, 然后由腎排出.,COOH ? CHNH2 ?(CH2)2COOH,COOH

21、 ? CHNH2 ?(CH2)2CONH2,儲氨/轉(zhuǎn)運,?動物切除肝臟, 輸入AA后, 血氨濃度升高,?動物保留肝臟、切除腎臟, 輸入氨基酸后, 血中尿素濃度升高,結論 肝是合成尿素的主要器官, 腎是尿素的排泄器官,?動物肝臟、腎臟同時切除, 輸入氨基酸后, 血中尿素含量較低, 但血氨濃度升高,1932, [德]Hans Krebs提出尿素循環(huán)(urea cycle)或鳥氨酸循環(huán)(ornithine cycle),Orn,

22、Cit,Arg,Orn,,,,CO2+NH3,,,NH3,,,脲,Asp,Glu,,,①,③,②,NH3+CO2+H2O+2ATP,,氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ,①.從鳥氨酸合成瓜氨酸,+,,Orn甲酰移換酶,+ Pi,Orn,Cit,Mg2++AGA,AGA別構激活劑,Mg2+,②.從瓜氨酸合成精氨酸,Cit,+,,Asp,,,ATP AMP+PPi,精氨琥珀酸,,精氨琥珀酸合成酶,Mg2+,Arg,+,延胡索酸,,精氨琥珀酸裂解酶

23、,,d.精氨酸水解生成尿素,Arg,,,H2O,Orn,尿素,Arg酶,總反應,2NH3+CO2+3ATP+3H2O,,Orn循環(huán),+2ADP+AMP+4Pi,耗4ATP,,鳥氨酸循環(huán),,細胞溶膠,線粒體,高血氨癥與氨中毒,血 氨,,氨基酸,,脫氨,腸道,,吸收,腎小管,,分泌,,合成,尿素,,合成,氨基酸及含氮化合物等,,銨鹽,生成,,排出,,合成,谷氨酰胺,3.胺的代謝,RCH2NH2,,氧化酶,RCHO,RCOOH,,,CO2+

24、H2O,醛脫氫酶,β-氧化,,,O2+H2O,O2+H2O H2O2,H2O2+NH3,IAA,,,,,,脫氨,脫羧,氧化,吲哚乙酸,吲哚乙醛,吲哚丙酮酸,5-羥色胺,神經(jīng)遞質(zhì),§11.3氨基酸的合成代謝,§11.4個別氨基酸代謝,,,一.名詞解釋,思考題,a.簡述聯(lián)合脫氨作用 b.以丙氨酸為例說明生糖氨基酸轉(zhuǎn)變成糖的過程c.谷氨酸徹底分解成CO2、H2O和NH3, 將產(chǎn)生多少摩爾ATP？,a.營養(yǎng)必需氨基

25、酸； b. 蛋白質(zhì)的腐敗作用；c.氨基酸代謝庫； d. 生糖氨基酸； e. 生酮氨基酸,二.問答,1.下列哪一種氨基酸經(jīng)過轉(zhuǎn)氨作用可生成草酰乙酸？ A.谷氨酸 B.丙氨酸 C.蘇氨酸 D.天冬氨酸 E.脯氨酸,(D),(C),,三.填空,2.能直接轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮戊二酸的氨基酸為 A.天冬氨酸 B.丙氨酸 C.谷氨

26、酸 D.谷氨酰胺 E.天冬氨酸,3.催化聯(lián)合脫氨作用所需的酶是 A.L-氨基酸氧化酶 B.轉(zhuǎn)氨酶 C.谷氨酰胺酶 D.谷氨酸脫氫酶,(B/D),4.α-酮酸的代謝途徑為 A.氨基化生成相應的非必需氨基酸 B.轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛椭?C.氧化成CO2和H2O D.

27、合成某些必需氨基酸,(A/B/C),5.成人體內(nèi)氨的最主要代謝去路為 A.合成非必需氨基酸 B.合成必需氨基酸 C.合成NH4+隨尿排出 D.合成尿素 E.合成嘌呤、嘧啶核苷酸,(D),6.氨升高的主要原因是 A.食入蛋白質(zhì)過多 B.肝功能障礙 C.肥皂水(堿性)灌腸, 腸道氨的吸收增多 D.腎

28、功能障礙 E.以上都不是,(B),7.鳥氨酸循環(huán)中, 合成尿素的第二分子氨來源于 A.游離氨 B.谷氨酰胺 C.天冬酰胺 D.天冬氨酸 E.氨甲酰磷酸,(D),8.組織之間氨的主要運輸形式 A.NH4Cl B.尿素 C.丙氨酸 D.谷氨酰胺,(C/D),9.谷氨酸在蛋白質(zhì)代謝中具有重要作用，因為