生物化学和分子生物学：第09章 氨基酸代谢.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,目录,氨 基 酸 代 谢,第 九 章,Metabolism of Amino Acids,Overview of Amino Acid metabolism,第 一 节,蛋白质的生理功能和营养价值,Physiological Function and Nutrition Value of Protein,一、蛋白质营养的重要性,1,、维持细胞、组织的生长、更新和修补,2,、参与多种重要的生理活动,催化（酶）、免疫（抗原及抗体,),、运动（肌肉,),、,物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等,3,、氧化供能：,17.19kJ/g,蛋白,人体每日,18%,能量由蛋白质提供。,二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述,1,、氮平衡,(nitrogen balance),：,摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。,氮总平衡,:,摄入氮,=,排出氮（正常成人）,氮正平衡,:,摄入氮,排出氮（儿童、孕妇等）,氮负平衡,:,摄入氮,secretion of HCl by parietal cells(,壁细胞,)and pepsin by chief cells,（主细胞）,(b)exocrine cells synthesize zymogens,zymogen granules fuse with plasma membrane,zymogens released into the lumen of the collecting duct,collecting ducts-pancreatic duct-small intestine.,(c)Amino acids-villus-capillaries,Enzymatic Degradation of Dietary Proteins,（二）氨基酸和寡肽通过主动转运机制被吸收,1,、部位：主要在小肠,2,、形式：氨基酸、寡肽、二肽,3,、机理：耗能的主动吸收过程,氨基酸吸收载体,载体蛋白与氨基酸、,Na,+,组成三联体，由,ATP,供能将氨基酸、,Na,+,转入细胞内，,Na,+,再由钠泵排出细胞。（小肠黏膜、肾小管、肌细胞）,七种转运蛋白,(transporter),中性氨基酸转运蛋白,酸性氨基酸转运蛋白,碱性氨基酸转运蛋白,亚氨基酸,转运蛋白,氨基酸,转运蛋白,二肽,转运蛋白,三肽转运蛋白,谷氨酸,5-,氧脯,氨酸酶,ATP,ADP+Pi,半胱氨酰甘氨酸,(Cys-Gly),半胱氨酸,甘氨酸,肽酶,-,谷氨,酰环化,转移酶,氨基酸,5-,氧脯氨酸,-,谷氨酰半胱氨酸,-,谷氨酰,半胱氨酸,合成酶,ADP+Pi,ATP,谷胱甘肽,合成酶,ATP,ADP+Pi,细胞外,-,谷,氨酰,基转,移酶,细胞膜,谷胱甘肽,GSH,细胞内,-,谷氨酰,氨基酸,氨基酸,通过,-,谷氨酰基循环完成氨基酸的吸收,-,谷氨酰基循环,(Meisters cycle),过程（谷胱甘肽对氨基酸的转运）,谷胱甘肽,再合成,小肠黏膜细胞,肾小管细胞,脑组织,肽的吸收,利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系,此种转运也是耗能的主动吸收过程,吸收作用在小肠近端较强,二、未消化吸收蛋白质在大肠下段,发生腐败作用,肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其产物所起的作用称为,蛋白质的腐败作用,(putrefaction),。,*,腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚；也可产生少量的脂酸及维生素。,胺类,(amines),的生成：,蛋白质,氨基酸,胺类,(amines),蛋白酶,脱羧基作用,组氨酸,组胺,赖氨酸,尸胺,色氨酸,色胺,酪氨酸,酪胺,假神经递质,(false neurotransmitter),某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,-,羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不传递神经冲动，使大脑抑制。,苯乙胺,苯乙醇胺,酪胺,-,羟酪胺,氨,(,ammonia,),的生成：,氨基酸,尿素,氨,脱氨基作用,尿素酶,*,降低肠道,PH,，,NH,3,转变为,NH,4,+,，以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。,其它有害物质的生成：,酪氨酸,苯酚,半胱氨酸,硫化氢,色氨酸,吲哚,临床应用：,肝昏迷时 血氨处理能力降低,给予肠道抑菌药、降低肠道,pH,值,减少肠道中,NH,3,的产生,第三节氨基酸的一般代谢,General,Metabolism,of Amino Acids,一、体内蛋白质分解生成氨基酸,成人体内的蛋白质每天约有,1%-2%,被降解，主要是肌肉蛋白质。,蛋白质降解产生的氨基酸，大约,70%-80%,被重新利用合成新的蛋白质。,蛋白质的半寿期,(,half-life),蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用,t,1/2,表示。,（一）蛋白质以不同的速率进行降解,不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。,Protein Turnover Rates Vary,Proteins are constantly being degraded and resynthesized,Ornithine decraboxylase,鸟氨酸脱羧酶,has short half life 11 minutes(polyamine synthesis-impt in cell growth and diff),Hemoglobin and crystallin,晶状体蛋白,are very long lived protein,N-terminal amino acid residue determines protein stability,不依赖,ATP,和泛素；,利用溶酶体中的,组织蛋白酶,(,cathepsin),降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。,1,、蛋白质在溶酶体通过,ATP-,非依赖途径被降解,（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径,2,、蛋白质在蛋白酶体通过,ATP-,依赖途径被降解,依赖,ATP,和泛素,降解异常蛋白和短寿蛋白质,泛素,(ubiquitin),76,个氨基酸组成的多肽,(8.5kD),普遍存在于真核生物而得名,一级结构高度保守,泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活,即,泛素化,，包括三种酶参与的,3,步反应，并需消耗,ATP,。,蛋白酶体,(proteasome),对泛素化蛋白质的降解。,泛素介导的蛋白质降解过程,泛素化过程,E,1,：泛素激活酶,E,2,：泛素结合酶,E,3,：泛素蛋白连接酶,UB,C,O,-,O,+,HS-E,1,ATP,AMP+PPi,UB,C,O,S,E,1,HS-E,2,HS-E,1,UB,C,O,S E,2,UB,C,O,S E,1,UB,：,泛素,Pr,：被降解蛋白质,Pr,HS-E,2,UB,C,O,S E,2,UB,C,NH,O,E,3,Pr,蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质。,26S,蛋白质酶体,20S,的核心颗粒,(CP),19S,的调节颗粒,(RP):,18,个亚基,6,个亚基具有,ATP,酶活性,2,个,环：,7,个,亚基,2,个,环：,7,个,亚基,-,亚基,-,亚基,-,亚基,-,亚基,核心颗粒,调节颗粒,调节颗粒,蛋白酶体是一个,26S,蛋白质复合物，由,20S,的核心颗粒,(core particle,CP),和,19S,的调节颗粒,(regulatory particle,RP),组成,如基因表达、细胞增殖、炎症反应、诱发癌瘤（促进抑癌蛋白,P53,降解）等。,体内蛋白质降解参与多种生理、病理调节作用,The Nobel Prize in Chemistry 2004,Technion Israel,Institute of Technology Haifa,Israel,b.1937,Aaron Ciechanover Avram Hershko Irwin Rose,Technion Israel,Institute of Technology Haifa,Israel,b.1947,University of California Irvine,CA,USA,b.1926,for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation,二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库,食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（,外源性氨基酸,）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸,（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),。,氨基酸代谢概况：,合成,分解,嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮 化合物,代谢转变,胺类,+CO,2,脱羧基作用,脱氨基作用,消化吸收,其它含氮物质,非必需氨基酸,NH,3,CO,2,+H,2,O,糖或脂类,-,酮酸,谷氨酰胺,尿素,食物蛋白质,组织蛋白质,血液氨基酸,组织氨基酸,氨基酸代谢库,三、氨基酸分解先脱氨基,脱氨基作用,指氨基酸脱去,-,氨基生成相应,-,酮酸的过程。,NH,3,方式：,转氨基作用,氧化脱氨,L-,谷氨酸脱氢酶,L-,氨基酸氧化酶,联合脱氨,转氨基和氧化脱氨基偶连,嘌呤核苷酸循环,非,氧化脱氨,(,大多在微生物中进行,),二、氨基酸的脱氨基作用,（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基,转氨基作用,(transamination),1.,转氨基作用由转氨酶催化完成,在,转氨酶,(transaminase),的作用下，某一氨基酸去掉,-,氨基生成相应的,-,酮酸，而另一种,-,酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。,反应式,大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,转氨酶的专一性强，不同氨基酸与,-,酮酸之间的转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。在各种转氨酶中，以,L-,谷氨酸和,-,酮酸的转氨酶最为重要。,ALT,CHNH,2,COOH,CH,3,丙氨酸,C=O +,COOH,COOH,(CH,2,),2,-,酮戊二酸,C=O,COOH,CH,3,丙酮酸,CHNH,2,+,COOH,COOH,(CH,2,),2,谷氨酸,AST,(CH,2,),2,CHNH,2,COOH,COOH,谷氨酸,C=O,(CH,2,),2,COOH,COOH,-,酮戊二酸,CHNH,2,COOH,COOH,CH,2,天冬氨酸,C=O,CH,2,COOH,COOH,草酰乙酸,+,+,Aspartate Aminotransferase(AST),PDB:1AJS,PLP(red)is in the active site of one of the two subunits of this dimeric,trans-aminase,They are named after the amino group donor,06.4.12,52,Transferring amino groups requires pyridoxal phosphate(PLP),derived from vitamin B,6,AST with PLP in aldi-mine,醛亚胺,linkage to Lys,258,正常人各组织中,ALT,及,AST,活性,(,单位,/,克湿组织,),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,组 织,ALT AST,组 织,ALT AST,肝,44000 142000,胰 腺,2000 28000,肾,19000 91000,脾,1200 14000,心,7100 156000,肺,700 10000,骨骼肌,4800 99000,血清,16 20,2.,各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,氨基酸,磷酸吡哆醛,-,酮酸,磷酸吡哆胺,谷氨酸,-,酮戊二酸,转氨酶,转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。,通过此种方式并未产生游离的氨。,转氨基作用的生理意义,（二）,L-,谷氨酸通过,L-,谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基,存在于肝、脑、肾中,辅酶为,NAD,+,或,NADP,+,GTP,、,ATP,为其抑制剂,GDP,、,ADP,为其激活剂,催化酶：,L-,谷氨酸脱氢酶,L-,谷氨酸,NH,3,-,酮戊二酸,NAD(P),+,NAD(P)H+H,+,H,2,O,一般在下列,3,种代谢状况下，氨基酸才氧化降解：,细胞的蛋白质进行正常的合成和降解时，蛋白质合成并不需要蛋白质降解释放出的某些氨基酸，这些氨基酸会进行氧化分解。,食品富含蛋白质，消化产生的氨基酸超过了蛋白质合成的需要，由于氨基酸不能在体内储存，过量的氨基酸在体内被氧化降解。,机体处于饥饿状态或未控制的糖尿病状态时，机体不能利用或不能合适地利用糖作为能源，细胞的蛋白质被用做重要的能源。,联合脱氨基作用,两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下,-,氨基生成,-,酮酸的过程。,定义,转氨基偶联氧化脱氨基作用,氨基酸,谷氨酸,-,酮酸,-,酮戊二酸,H,2,O+NAD,+,转氨酶,NH,3,+NADH+H,+,L-,谷氨酸脱氢酶,此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的主要方式。,主要在肝、肾和脑组织进行。,转氨基作用与谷氨酸脱氢作用的结合被称作,转氨脱氨作用（,transdeamination,）,苹果酸,腺苷酸,代琥珀酸,次黄嘌呤,核苷酸,(IMP),腺苷酸代琥,珀酸合成酶,-,酮戊,二酸,氨基酸,谷氨酸,-,酮酸,转氨酶,1,草酰乙酸,天冬氨酸,转氨酶,2,腺苷酸,脱氨酶,H,2,O,NH,3,延胡索酸,腺嘌呤,核苷酸,(AMP),（三）,氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基,心肌,骨骼肌,（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基,-,酮酸,NH,+,4,+H,2,O,2,L-,氨基酸氧化酶,O,2,+FMNH,2,-,氨基酸,四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解,氨基酸脱氨基后生成的,-,酮酸,(,-keto acid,）主要有三条代谢去路。,（一）,-,酮酸可彻底氧化分解并提供能量,（二）,-,酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸,（三）,-,酮酸可转变成糖及脂类化合物,2L:Leu,Lys,2e:Ile,Phe,3T:Tyr,Thr,Trp,丙酮酸,可进入线粒体氧化产生乙酰,CoA,，进入三羧酸循环而彻底氧化,酮体,可直接分解产生乙酰,CoA,或乙酰乙酰,CoA,三羧酸循环的中间产物,通过三羧酸循环中的反应转变成苹果酸，运输到线粒体外，在胞质内依次转变成草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸，然后进入线粒体彻底氧化,氨基酸分解代谢的中间产物主要有,3,类：,谷氨酸如何异生为糖？,一分子谷氨酸彻底氧化生成多少分子,ATP,？,1,、谷氨酸脱氨基,谷氨酸,-,酮戊二酸,L-,谷氨酸脱氢酶,NAD,+,NADH+H,+,+NH,3,2,、,-,酮戊二酸沿,TAC,途径生成苹果酸,-,酮戊二酸,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰,CoA,NAD,+,CoA,CO,2,NADH+H,+,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,GDP,GTP+CoA,FAD,FADH,2,H,2,O,3,、苹果酸出线粒体,4,、苹果酸转变为,PEP,苹果酸,草酰乙酸,NAD,+,NADH+H,+,PEP,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,GTP,GDP,CO,2,5,、,1,、,6-DPF,转变为,F-6-P,6,、,G-6-P,转变为,Glu,，由葡萄糖,-6-,磷酸酶催化,*,转变为,PEP,后，也可进行有氧氧化：,5,、,PEP,转变为丙酮酸，后者进入线粒体,PEP,丙酮酸,丙酮酸激酶,ADP,ATP,6,、丙酮酸转变为乙酰,CoA,丙酮酸,丙酮酸脱氢酶复合体,乙酰,CoA,NAD,+,HSCoA,NADH+H,+,CO,2,7,、乙酰,CoA,进入,TAC,，生成还原当量及,CO,2,8,、还原当量的转运：,-,磷酸甘油穿梭机制、,苹果酸,天冬氨酸穿梭机制,9,、还原当量进入呼吸链，氧化生成,ATP,及,H,2,O,10,、,ATP,的计算,一分子乙酰,CoA,线粒体中,NADH,3,FADH,2,1,胞液中,NADH,1,底物水平磷酸化,2,消耗,ATP,1,+12ATP,+3ATP,3,+2ATP 1,+3(2)ATP,1,+1ATP,2,-1ATP,1,27(26)ATP,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,丙氨酸,半胱氨酸,丝氨酸,苏氨酸,色氨酸,异亮氨酸,亮氨酸,色氨酸,天冬氨酸,天冬酰胺,苯丙氨酸,酪氨酸,异亮氨酸 蛋氨酸,丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,酮体,亮氨酸 赖氨酸,酪氨酸 色氨酸,苯丙氨酸,谷氨酸,精氨酸 谷氨酰胺,组氨酸 缬氨酸,CO,2,CO,2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,第四节,氨的代谢,Metabolism of Ammonia,血氨（,blood ammonia),体内代谢产生的氨及消化道吸收的氨进入血液，形成血氨。,血氨水平,正常生理情况下，血氨水平在,47,65,mol/L,。,一、血氨有三个重要来源,（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨,RCH,2,NH,2,RCHO +NH,3,胺氧化酶,氨基酸脱氨基作用,产生的氨是体内氨的主要来源。,胺类分解,（三）肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺,谷氨酰胺,谷氨酸,+NH,3,谷氨酰胺酶,H,2,O,（二）肠道细菌腐败作用产生氨,蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨,尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨,二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式转运,（一）,氨通过丙氨酸,-,葡萄糖循环从骨骼肌运往肝,生理意义,肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。,肝为肌肉提供葡萄糖。,丙,氨,酸,葡,萄,糖,肌肉,蛋白质,氨基酸,NH,3,谷氨酸,-,酮戊,二酸,丙酮酸,糖酵解途径,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-,酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH,3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,丙氨酸,-,葡萄糖循环,葡萄糖,（二）,氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝或肾,反应过程,谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。,谷氨酸,+NH,3,谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶,ATP,ADP+Pi,谷氨酰胺酶,+,H,2,O,生理意义,天冬酰胺酶（,asparaginase,）治疗白血病机理：减少血中天冬酰胺,Gln,Asp,Asn,H,2,O,NH,3,天冬酰胺酶,白血病细胞不能,COOH,CH,2,CHNH,2,COOH,CONH,2,CH,2,CHNH,2,COOH,CONH,2,(CH,2,),2,CHNH,2,COOH,COOH,(CH,2,),2,CHNH,2,COOH,Glu,Protein,三、氨在肝合成尿素是氨的主要去路,体内氨的去路有：,在肝内合成尿素，这是最主要的去路,谷氨酸,+NH,3,谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶,ATP,ADP+Pi,肾小管泌氨,分泌的,NH,3,在酸性条件下生成,NH,4,+,，随尿排出。,合成非必需氨基酸及其它含氮化合物,合成谷氨酰胺,（一）,Krebs,提出尿素是通过鸟氨酸循环合成的学说,尿素生成的过程由,Hans Krebs,和,Kurt Henseleit,提出，称为,鸟氨酸循环,(orinithine cycle),，又称,尿素循环,(urea cycle),或,Krebs-Henseleit,循环。,*,组织切片技术,*同位素示踪技术,1.NH,3,、,CO,2,和,ATP,缩合生成氨基甲酰磷酸,（,carbamoyl phosphate,）,CO,2,+NH,3,+H,2,O+2ATP,氨基甲酰磷酸合成酶,(CPS-I),（,N-,乙酰谷氨酸，,Mg,2+,）,C,O,H,2,N,O,PO,3,2-,+,2ADP+Pi,氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行,（二）肝中鸟氨酸循环详细步骤,反应由氨基甲酰磷酸合成酶,(carbamoyl phosphate synthetase,CPS-,),催化,N-,乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗,2,分子,ATP,N-,乙酰谷氨酸,(AGA),2.,氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,OCT,H,3,PO,4,+,氨基甲酰磷酸,反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶,(ornithine carbamoyl transferase,OCT),催化，,OCT,常与,CPS-,构成复合体。,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,3.,瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸,反应在胞液中进行,精氨酸代琥珀酸合成酶,ATP,AMP+PPi,H,2,O,Mg,2+,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,NH,CH,COOH,NH,2,NH,2,C,O,瓜,氨,酸,(CH,2,),3,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.,精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸,反应在胞液中进行,5.,精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸,反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,H,2,O,鸟氨酸循环,2ADP+Pi,CO,2,+,NH,3,+H,2,O,氨基甲酰磷酸,2ATP,N-,乙酰谷氨酸,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,延胡索酸,氨基酸,草酰乙酸,苹果酸,-,酮戊,二酸,谷氨酸,-,酮酸,精氨酸代,琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,鸟氨酸,尿素,线粒体,胞 液,反应小结：,原料：,2,分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸,过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞液中进行,耗能：,3,个,ATP,，,4,个高能磷酸键,2NH,3,+CO,2,+3ATP+3H,2,O H,2,NCONH,2,+2ADP+AMP+4Pi,1.,高蛋白质膳食促进尿素合成,2.AGA,（,N-,乙酰谷氨酸）别构激活氨基甲酰磷酸合酶,（,CPS-,）启动尿素合成,3.,精氨酸代琥珀酸合成酶活性促进尿素合成,（三）尿素合成受膳食蛋白质和两种关键酶活性的调节,AGA,、精氨酸为其激活剂,酶,相对活性,氨基甲酰磷酸合成酶,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,精氨酸代琥珀酸合成酶,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸酶,4.5,163.0,1.0,3.3,149.0,正常成人肝尿素合成酶的相对活性,酶,相对活性,氨基甲酰磷酸合成酶,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,精氨酸代琥珀酸合成酶,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸酶,4.5,163.0,1.0,3.3,149.0,血氨浓度升高称高血氨症,(hyperammonemia),高血氨症时可引起脑功能障碍，,称氨中毒,(ammonia poisoning),。,（四）尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒,常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。,TAC,脑供能不足,-,酮戊二酸,谷氨酸,谷氨酰胺,NH,3,NH,3,脑内,-,酮戊二酸,高血氨可减少脑内,-,酮戊二酸，导致能量代谢障碍。,氨中毒的可能机制,脑星状细胞内谷氨酰胺增多，可导致水份渗入细胞，引起脑水肿。,谷氨酸以及由谷氨酸产生的,-,氨基丁酸都是主要的信号分子。过多谷氨酸用于合成谷氨酰胺，可导致脑内谷氨酸和,-,氨基丁酸减少，影响脑的功能。,第五节,个别氨基酸的代谢,Metabolism,of,Individual,Amino Acids,一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类化合物,氨基酸脱羧酶,(decarboxylase,),氨基酸,胺类,RCH,2,NH,2,+,CO,2,磷酸吡哆醛,RCH,2,NH,2,RCHO,RCOOH,醛,胺,单胺氧化酶,O,2,1/2,羧酸,NH,3,H,2,O,2,H,2,O,O,2,（一）谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成,-,氨基丁酸,(-aminobutyric acid,GABA),GABA,COOH,(CH,2,),2,CH,2,NH,2,CO,2,L-,谷氨酸脱羧酶,COOH,(CH,2,),2,CHNH,2,COOH,L-,谷氨酸,GABA,是抑制性神经递质，其作用是抑制突触传导。,合成不足，羊角风发作；类似物用于治疗,羊角风和高血压,（二）组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺,(histamine),L-,组氨酸,组胺,组氨酸脱羧酶,CO,2,HN N,CH,2,CHCOOH,NH,2,HN N,CH,2,CH,2,NH,2,组胺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。,过敏反应,西脒替丁治疗十二指肠溃疡,（三）色氨酸经,5-,羟色胺酸生成,5-,羟色胺,(5-hydroxytryptamine,5-HT),5-HT,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。,5-,羟色氨酸,5-HT,色氨酸羟化酶,5-,羟色氨酸脱羧酶,CO,2,色氨酸,CH,2,CHCOOH,NH,2,CH,2,CHCOOH,NH,2,HO,CH,2,CH,2,NH,2,HO,（四）某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类,(polyamines),物质,多胺是调节细胞生长的重要物质。,在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。,腺苷,-S-(CH,2,),3,-NH,2,COOH,(SAM),腺苷,-S-(CH,2,),3,-NH,2,脱羧基,SAM,SAM,脱羧酶,CO,2,H,2,N-(CH,2,),4,-NH-(CH,2,),3,-NH,2,精脒,(spermidine),5,-,甲基,-,硫,-,腺苷,丙胺转移酶,H,2,N-(CH,2,),3,-NH-(CH,2,),4,-NH-(CH,2,),3,-NH,2,精胺,(spermine),鸟氨酸脱羧酶,H,2,N-(CH,2,),4,-NH,2,腐胺,CO,2,H,2,N-(CH,2,),4,-COOHNH,2,鸟氨酸,丙胺转移酶,二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单位,一碳单位的定义,（一）四氢叶酸作为一碳单位的运载体参与一碳单位代谢,某些氨基酸在分解代谢过程中产生的,含有一个碳原子,的基团，称为,一碳单位,(one carbon unit),。,一碳单位的种类,甲基,(methyl)-CH,3,甲烯基,(methylene)-CH,2,-,甲炔基,(methenyl)-CH=,甲酰基,(formyl)-CHO,亚胺甲基,(formimino)-CH=NH,四氢叶酸是一碳单位的载体,FH,4,的生成,F,FH,2,FH,4,FH,2,还原酶,FH,2,还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,NADPH+H,+,NADP,+,5,FH,4,携带一碳单位的形式,（,一碳单位通常是结合在,FH,4,分子的,N,5,、,N,10,位上）,N,5,CH,3,FH,4,N,5,N,10,CH,2,FH,4,N,5,N,10,=,CH,FH,4,N,10,CHO,FH,4,N,5,CH=NH,FH,4,一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色胺酸的分解代谢,丝氨酸,N,5,N,10,CH,2,FH,4,甘氨酸,N,5,N,10,CH,2,FH,4,组氨酸,N,5,CH=NHFH,4,色氨酸,N,10,CHOFH,4,（二）由氨基酸产生的一碳单位可相互转变,（,1,）一碳单位由丝氨酸和甘氨酸生成,来自,4,种氨基酸的一碳单位可以相互转变种类,丝氨酸,N,5,N,10,CH,2,FH,4,甘氨酸,N,5,N,10,CH,2,FH,4,羟甲基转移酶,甘氨酸裂解酶系,（,2,）一碳单位由组氨酸生成,组氨酸酶,亚氨甲基转移酶,（,3,）一碳单位由色氨酸代谢生成,色氨酸,一碳单位的互相转变,N,10,CHOFH,4,N,5,N,10,=CHFH,4,N,5,N,10,CH,2,FH,4,N,5,CH,3,FH,4,N,5,CH=NHFH,4,H,+,H,2,O,NADPH+H,+,NADP,+,NADH+H,+,NAD,+,NH,3,（三）一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成,N,10,-CHO-FH,4,与,N,5,N,10,=CH-FH,4,分别为嘌呤合成提供,C,2,与,C,8,，,N,5,N,10,-CH,2,-FH,4,为胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基。,把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。,甲烯基,三、含硫氨基酸的代谢是相互联系的,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,含硫氨基酸,（一）甲硫氨酸参与甲基转移,1.,甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S,腺苷甲硫氨酸,(SAM),甲基转移酶,RH,R,CH,3,腺苷,SAM,S-,腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM,为体内甲基的直接供体,修饰,DNA,的结构而控制基因表达,修饰非营养物质而使之失活,合成反应中通过加甲基而生成胆碱、肌酸、肉碱以及肾上腺素等生物活性物质。,S,-,腺苷甲硫氨酸在甲基转移酶（,methyl transferase,）催化下，将甲基转移至其他物质使其甲基化。,甲硫氨酸循环,(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,FH,4,N,5,CH,3,FH,4,N,5,CH,3,FH,4,转甲基酶,(VitB,12,),H,2,O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,R,-CH,3,1.,为体内广泛存在的甲基化反应提供甲基,2.,促进,FH,4,再生,甲硫氨酸循环生理意义：,维生素,B12,不足：,巨幼红细胞性贫血,高同型半胱氨酸血症：,动脉粥样硬化和冠心病,同型半胱氨酸与疾病,浓度升高的原因 致病机制 所致疾病,遗传性疾病 损伤血管内皮细胞 心脏病发作,B,族维生素缺乏 促进血小板的激活 中风,(,叶酸、,B,6,及,B,12,）增强凝血功能 静脉栓塞,雌激素缺乏 促进血管平滑肌增殖 反复流产,过度摄入无过滤咖啡 刺激,LDL,氧化 新生儿缺陷、,神经管缺陷,吸烟 细胞毒作用 老年性痴呆,2.,甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基,肌酸,(creatine),和磷酸肌酸,(creatine phosphate),是能量储存、利用的重要化合物。,肝是合成肌酸的主要器官。,肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，,SAM,提供甲基而合成。,肌酸在肌酸激酶的作用下，转变为磷酸肌酸。,肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐,(creatinine),。,H,2,O,两种亚基：,M,亚基（肌型）与,B,亚基（脑型）,3,种同工酶：,MM,、,MB,和,BB,。,MM,主要在骨骼肌，,MB,主要在心肌，而,BB,主要在脑。,心肌梗死时，血中,MB-CK,增高，可作为辅助诊断的指标之一。,肌酸激酶（,creatine kinase,CK,）,肌酐随尿排出，正常人每日尿中肌酐的排出量恒定。当肾功能障碍时，肌酐排出受阻，血中浓度升高。血中肌酐的测定有助于肾功能不全的诊断。,肌酐（,creatinine),（二）半胱氨酸代谢可产生多种重要的生理活性物质,1.,半胱氨酸与胱氨酸可以互变,-,2H,+,2H,CH,2,SH,CHNH,2,COOH,CH,2,CHNH,2,COOH,CH,2,CHNH,2,COOH,S,S,2,二硫键对于维持蛋白质空间构象的稳定性具有重要作用。,2.,半胱氨酸可转变成牛磺酸,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分之一。,含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。,SO,4,2-,+,ATP,AMP,-,SO,3,-,(,腺苷,-5,-,磷酸硫酸,),3-PO,3,H,2,-,AMP,-,SO,3,-,（,3,-,磷酸腺苷,-5,-,磷酸硫酸，,PAPS,）,PAPS,为活性硫酸，,是体内硫酸基的供体,3.,半胱氨酸生成活性硫酸根：,4.,半胱氨酸与谷氨酸及甘氨酸合成谷胱甘肽：,还原型谷胱甘肽（,GSH,）有保护酶分子上巯基及抗氧化作用。,四、芳香族氨基酸代谢可产生神经递质,芳香族氨基酸,苯丙氨酸,酪氨酸,色氨酸,1.,苯丙氨酸羟化生成酪氨酸,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,（一）苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别,苯丙氨酸,+H,2,O,苯丙氨酸羟化酶,四氢生物蝶呤,二氢生物蝶呤,NADPH+H+,NADP+,酪氨酸,+O,2,苯酮酸尿症,(phenyl keronuria,PKU),体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。,2.,酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解,多巴醌,吲哚醌,黑色素,聚合,黑色素,(melanin),的生成,儿茶酚胺,(catecholamine),的生成,S-,腺苷同型半胱氨酸,帕金森病,(Parkinson disease),患者多巴胺生成减少。,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),。,酪氨酸的分解代谢,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现,尿黑酸尿症。,苯丙氨酸和酪氨酸的代谢过程总结,（二）色氨酸的分解代谢可产生丙酮酸和乙酰乙酰,CoA,色氨酸,5-,羟色胺,一碳单位,丙酮酸,+,乙酰乙酰,CoA,维生素,PP,五、支链氨基酸的分解有相似的代谢过程,支链氨基酸,亮氨酸,异亮氨酸,缬氨酸,支链氨基酸的分解代谢,线粒体的支链,-,酮酸脱氢酶，催化由亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸演变而来的,-,酮酸的氧化脱羧。这种脱氢酶的结构和调节与丙酮酸脱氢酶极其相似。其亚单位均为,-,酮酸脱羧酶、转酰基酶和二氢硫辛酰脱氢酶。,-,酮酸经氧化脱羧基作用，并有,CoA,参加，生成脂酰,CoA,。,3,种氨基酸的分解代谢相似，都可分为,3,个阶段：,通过转氨基作用将氨基转给,-,酮戊二酸、生成谷氨酸，,3,种氨基酸则分别转变为相应的支链,-,酮酸。,3,种脂酰,CoA,经脂酸,-,氧化过程代谢，分别以不同中间产物参加三羧酸循环氧化,缬氨酸（生糖氨基酸）代谢产生琥珀酰,-CoA,；亮氨酸（生酮氨基酸）产生乙酰乙酸和乙酰,CoA,；异亮氨酸（生糖兼生酮氨基酸）产生乙酰,CoA,和琥珀酰,CoA,。,表,9-3,氨基酸的重要含氮衍生物,氨基酸,衍生化合物,生理功能,Asp,、,Gln,、,Gly,嘌呤碱,含氮碱基、核酸成分,Asp,嘧啶碱,含氮碱基、核酸成分,Gly,卟啉化合物,血红素、细胞色素,Gly,、,Arg,、,Met,肌酸、磷酸肌酸,能量储存,Trp,烟酸、,5-,羟色胺,维生素、神经递质,Tyr,、,Phe,儿茶酚胺,神经递质、激素,Tyr,、,Phe,黑色素,皮肤色素,Cys,牛磺酸,结合胆汁酸成分,His,组胺,血管舒张剂,Glu,-,氨基丁酸,神经递质,Orn,、,Met,精胺、精脒,细胞增殖促进剂,Arg,一氧化氮（,NO,）,细胞信号转导分子,NADPH+H,+,O,2,NADP,+,NO,NOS,精氨酸,胍氨酸,思考题,1,简述体内氨基酸的来源和主要代谢去路。,2,试列出谷氨酸转变成葡萄糖及氧化成,CO,2,、,H,2,O,和产生能量的代谢途径。,3,何谓一碳单位？有何生物学意义？哪些氨基酸在代谢过程中可产生一碳单位？,4,列举血氨的来源与去路，并分析谷氨酸和精氨酸治疗肝性脑病（肝昏迷）的生化基础。,5,何谓转氨基作用？体内重要的转氨酶有哪几种？测定血清中这些转氨酶的活性有何意义？,