天津大学生物化学.pptx

蛋白质蛋白质核酸核酸多糖多糖脂类脂类氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸单糖单糖甘油甘油脂肪酸脂肪酸葡萄糖葡萄糖甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶乙酰辅酶A三羧酸循环三羧酸循环CO2电子传递体还原型电子传递体还原型(NADH,FADH2)电子传递体氧化型电子传递体氧化型(NAD+,FAD)糖糖酵酵解解糖糖异异生生NH3氧化磷酸化氧化磷酸化和电子传递和电子传递ADPATPO2H2O光能光能分解途径分解途径合成途径合成途径电子流电子流e-第十章第十章 氨基酸代谢氨基酸代谢一、蛋白质的酶促降解一、蛋白质的酶促降解二、氨基酸的分解代谢二、氨基酸的分解代谢 （一）脱氨基作用（一）脱氨基作用 （二）脱羧基作用（二）脱羧基作用 （三）氨基酸分解代谢产物的代谢（三）氨基酸分解代谢产物的代谢三、氨基酸合成代谢概况三、氨基酸合成代谢概况 （一）氨基酸合成途径的类型（一）氨基酸合成途径的类型 （二）氨基酸与一碳单位（二）氨基酸与一碳单位 （三）氨基酸与某些重要生物活性物质的合成（三）氨基酸与某些重要生物活性物质的合成第十章第十章 氨基酸代谢氨基酸代谢蛋白质降解产生的氨基酸能通过氧化产生蛋白质降解产生的氨基酸能通过氧化产生能量供机体需要，但不同生物对此的依赖能量供机体需要，但不同生物对此的依赖程度不同程度不同大多数生物氨基酸分解方式非常相似，而大多数生物氨基酸分解方式非常相似，而氨基酸合成代谢途径则有所不同氨基酸合成代谢途径则有所不同必需氨基酸：苏氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、必需氨基酸：苏氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸；对婴幼儿而言还包括组氨酸和精亮氨酸；对婴幼儿而言还包括组氨酸和精氨酸氨酸无机氮和有机氮代谢的关系无机氮和有机氮代谢的关系Amino acidsNucleotidesAmino sugarsCoenzymesPorphyrinsProteinsDNA,RNAComplex polysaccharidesPhospholipids N2 NH3 NO2-NO3-Nitrogen-fixingBacteriaDenitrifyingbacteriaAll organismsAll organismsMost plantsand bacteriaMost plantsand bacteriaNitrosomonasNitrobacterEnergyEnergy人体内蛋白质的酶促降解人体内蛋白质的酶促降解食物蛋白质食物蛋白质 多肽片段多肽片段游离氨基酸游离氨基酸胃蛋白酶胃蛋白酶胰酶胰酶血液循环血液循环小肠小肠胃胃十二指肠十二指肠羧肽酶羧肽酶氨肽酶氨肽酶蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解氨基酸的吸收消耗氨基酸的吸收消耗ATP，不同氨基酸有专一，不同氨基酸有专一载体和转运系统载体和转运系统动物组织中存在着各种组织蛋白酶，可将动物组织中存在着各种组织蛋白酶，可将细胞自身的蛋白质水解成氨基酸细胞自身的蛋白质水解成氨基酸外界食物蛋白质经消化吸收的氨基酸和体外界食物蛋白质经消化吸收的氨基酸和体内合成及组织蛋白质经降解生成的氨基酸，内合成及组织蛋白质经降解生成的氨基酸，共同组成体内氨基酸代谢库共同组成体内氨基酸代谢库氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况 食物蛋白质食物蛋白质 组织蛋白质组织蛋白质 （包括酶、蛋白激素等）（包括酶、蛋白激素等）血液氨基酸血液氨基酸 组织氨基酸组织氨基酸体内氨基酸代谢库体内氨基酸代谢库消化吸收消化吸收合成合成 分解分解 非蛋白质的含非蛋白质的含氮化合物（嘌氮化合物（嘌呤、密啶、胆呤、密啶、胆碱、肌酸、肾碱、肌酸、肾上腺素、甲状上腺素、甲状腺素等）腺素等）-酮酸酮酸三羧酸循环三羧酸循环CO2+H2O+ATP 糖类糖类 酮体酮体NH3尿素尿素 其他其他 含氮物含氮物 胺胺 CO2 醛醛 酸酸CO2+H2O过剩氨基酸过剩氨基酸排泄排泄转化转化脱羧基作用脱羧基作用脱氨基作用脱氨基作用氧化脱氨作用氧化脱氨作用氨基酸氨基酸氧的消耗量氧的消耗量（mol）氨的产量氨的产量（mol）-酮酸的产量酮酸的产量（mol)丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸11111.942.081.852.171.832.201.851.65平均值平均值122Krebs用肾脏提取液证明脱氨基作用的定量关系用肾脏提取液证明脱氨基作用的定量关系氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶转氨基作用转氨基作用转氨基作用：一种氨基酸的氨基可以转氨基作用：一种氨基酸的氨基可以转移到转移到-酮酸上，生成相应的一分子酮酸上，生成相应的一分子-酮酸和另一分子酮酸和另一分子-氨基酸，反应是氨基酸，反应是由转氨酶催化的由转氨酶催化的转氨作用沟通了糖类和蛋白质的代谢转氨作用沟通了糖类和蛋白质的代谢转氨基作用化学方程式转氨基作用化学方程式磷酸吡哆醛在转氨中的作用磷酸吡哆醛在转氨中的作用联合脱氨基作用联合脱氨基作用生物体内生物体内L-氨基酸氧化酶活力不高，而氨基酸氧化酶活力不高，而L-谷谷氨酸脱氢酶的活力很强，转氨酶又普遍存氨酸脱氢酶的活力很强，转氨酶又普遍存在，导致大多数氨基酸经由在，导致大多数氨基酸经由L-谷氨酸脱氨基，谷氨酸脱氨基，即先转氨后脱氨的联合脱氨基方式即先转氨后脱氨的联合脱氨基方式骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要的脱氨骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要的脱氨方式是以嘌呤核苷酸循环脱氨基作用为主方式是以嘌呤核苷酸循环脱氨基作用为主联合脱氨作用实例联合脱氨作用实例嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环脱羧基作用脱羧基作用氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶吡哆醛辅酶吡哆醛辅酶吡哆醛吡哆醛脱羧基作用实例脱羧基作用实例 谷氨酸谷氨酸 -丁氨酸（抑制剂）丁氨酸（抑制剂）天冬氨酸天冬氨酸 -丙氨酸（泛酸成分）丙氨酸（泛酸成分）组氨酸组氨酸 组胺（降血压）组胺（降血压）酪氨酸酪氨酸 酪胺（升高血压）酪胺（升高血压）脱羧基作用影响脱羧基作用影响大量的胺类能引起神经或心血管等系统的功能紊大量的胺类能引起神经或心血管等系统的功能紊乱，体内的胺氧化酶可使胺类氧化成醛，进一步乱，体内的胺氧化酶可使胺类氧化成醛，进一步氧化则生成羧酸氧化则生成羧酸胺氧化酶胺氧化酶氨基酸分解产物的代谢氨基酸分解产物的代谢氨基酸的分解产物氨和氨基酸的分解产物氨和-酮酸必须进一步代酮酸必须进一步代谢，才能转变为可被排除的物质或合成体谢，才能转变为可被排除的物质或合成体内有用的物质内有用的物质氨在氨在pH7.4时主要以时主要以NH4+的形式存在，过量的形式存在，过量的氨对动物和人体都有害，须及时排出体的氨对动物和人体都有害，须及时排出体外才行外才行水生动物可直接排氨，鸟类和部分爬虫类水生动物可直接排氨，鸟类和部分爬虫类以尿酸的形式排氨，人、哺乳动物和两栖以尿酸的形式排氨，人、哺乳动物和两栖类则以尿素的形式排氨类则以尿素的形式排氨氨的代谢转变氨的代谢转变尿素的合成尿素的合成肝脏是生成尿素的主要器官肝脏是生成尿素的主要器官尿素的合成是通过鸟氨酸循环的过程尿素的合成是通过鸟氨酸循环的过程形成的，分三个阶段：形成的，分三个阶段：1）鸟氨酸与二）鸟氨酸与二氧化碳和氨作用，合成瓜氨酸；氧化碳和氨作用，合成瓜氨酸；2）瓜）瓜氨酸与氨作用合成精氨酸；氨酸与氨作用合成精氨酸；3）精氨酸）精氨酸在肝脏中被水解成尿素和鸟氨酸在肝脏中被水解成尿素和鸟氨酸鸟氨酸循环的中间步骤鸟氨酸循环的中间步骤从鸟氨酸合成瓜氨酸从鸟氨酸合成瓜氨酸氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 鸟氨酸甲酰鸟氨酸甲酰转移酶转移酶鸟氨酸循环的中间步骤鸟氨酸循环的中间步骤从瓜氨酸合成精氨酸从瓜氨酸合成精氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 瓜氨酸（烯醇式）瓜氨酸（烯醇式）天冬氨酸天冬氨酸精氨酸精氨酸 延胡索酸延胡索酸 精氨琥珀酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸精氨琥珀酸裂解酶裂解酶鸟氨酸循环的中间步骤鸟氨酸循环的中间步骤精氨酸水解生成尿素精氨酸水解生成尿素 精氨酸精氨酸 鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素精氨酸酶精氨酸酶鸟氨酸循环鸟氨酸循环总反应总反应HCO3-+NH4+2ATP 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸+鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸+Pi瓜氨酸瓜氨酸+天冬氨酸天冬氨酸+ATP 精氨琥珀酸精氨琥珀酸+AMP+PPi精氨琥珀酸精氨琥珀酸 精氨酸精氨酸+延胡索酸延胡索酸精氨酸精氨酸+H2O 鸟氨酸鸟氨酸+尿素尿素总反应：总反应：HCO2-+NH3+天冬氨酸天冬氨酸+3ATP+H2O 延胡索酸延胡索酸+尿素尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi延胡索酸延胡索酸 草酰乙酸草酰乙酸(三羧酸循环中间体三羧酸循环中间体)天冬氨酸天冬氨酸 鸟氨酸循环鸟氨酸循环氨的代谢转变氨的代谢转变酰胺的合成之谷氨酸途径酰胺的合成之谷氨酸途径氨基酸分解生成的氨可以酰胺形式储存于体内，氨基酸分解生成的氨可以酰胺形式储存于体内，此也是体内解除氨毒的重要方式此也是体内解除氨毒的重要方式 谷氨酸谷氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶氨的代谢转变氨的代谢转变酰胺的合成之天冬氨酸途径酰胺的合成之天冬氨酸途径氨基酸分解生成的氨可与天冬氨酸反应生成天冬氨基酸分解生成的氨可与天冬氨酸反应生成天冬酰胺，是植物体中储氨的重要形式酰胺，是植物体中储氨的重要形式 天冬氨酸天冬氨酸 天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶天冬酰胺酶天冬酰胺酶二十种基本氨基酸二十种基本氨基酸(五五)天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 谷氨酰胺谷氨酰胺-酮酸的代谢转变酮酸的代谢转变再合成氨基酸再合成氨基酸转变为糖和脂肪转变为糖和脂肪氧化成二氧化碳和水氧化成二氧化碳和水-酮酸的代谢转变酮酸的代谢转变再合成氨基酸再合成氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸-酮戊二酸酮戊二酸+丙氨酸丙氨酸谷氨酸谷氨酸+草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸+天冬氨酸天冬氨酸-酮酸的代谢转变酮酸的代谢转变转变成糖及脂肪转变成糖及脂肪-酮酸可以转变成糖及脂肪酮酸可以转变成糖及脂肪可以转变成糖的氨基酸称为生糖氨基酸，可以转变成酮体的氨基酸称可以转变成糖的氨基酸称为生糖氨基酸，可以转变成酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，二者兼有的称为生糖兼生酮氨基酸为生酮氨基酸，二者兼有的称为生糖兼生酮氨基酸氨基酸名氨基酸名称称中间产物中间产物生糖或生酮生糖或生酮氨基酸名称氨基酸名称中间产物中间产物生糖或生酮生糖或生酮天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺丝氨酸丝氨酸甘氨酸甘氨酸苏氨酸苏氨酸丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸、琥珀酰丙酮酸、琥珀酰CoA丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖精氨酸精氨酸脯氨酸脯氨酸缬氨酸缬氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸异亮氨酸异亮氨酸酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸色氨酸色氨酸-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酸、乙酰乙酰乙酸、乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA琥珀酰琥珀酰CoA、乙酰、乙酰CoA乙酰乙酸、延胡索酸乙酰乙酸、延胡索酸乙酰乙酸、延胡索酸乙酰乙酸、延胡索酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA、丙酮酸、丙酮酸生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生酮生酮生酮生酮生糖兼生酮生糖兼生酮生糖兼生酮生糖兼生酮生糖兼生酮生糖兼生酮生糖兼生酮生糖兼生酮氨基酸合成途径氨基酸合成途径蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸非必需氨基酸非必需氨基酸 糖糖必需氨基酸必需氨基酸 酮体酮体所有非必需氨基酸都是生糖氨基酸所有非必需氨基酸都是生糖氨基酸必需氨基酸中只有少数部分是生糖氨基酸必需氨基酸中只有少数部分是生糖氨基酸所有生酮氨基酸都是必需氨基酸，因此，脂肪很少或不能用来所有生酮氨基酸都是必需氨基酸，因此，脂肪很少或不能用来合成氨基酸。合成氨基酸。氨基酸的生物合成途径氨基酸的生物合成途径1.酮戊二酸衍生类型酮戊二酸衍生类型2.草酰乙酰衍生类型草酰乙酰衍生类型3.丙酮酸衍生类型丙酮酸衍生类型4.甘油酸甘油酸-3-磷酸衍生类型磷酸衍生类型5.赤藓糖赤藓糖-4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型生类型6.组氨酸生物合成组氨酸生物合成由谷氨酸合成鸟氨酸由谷氨酸合成鸟氨酸脯氨酸的生物合成脯氨酸的生物合成由天冬氨酸合成氨基酸由天冬氨酸合成氨基酸丝氨酸的生物合成丝氨酸的生物合成细菌中半胱氨酸的合成细菌中半胱氨酸的合成氨基酸与一碳单位氨基酸与一碳单位一碳单位一碳单位名称名称CH=NHCHOCH2OHCH2 CH=CH3亚氨甲基亚氨甲基甲酰基甲酰基羟甲基羟甲基亚甲基亚甲基次甲基次甲基甲基甲基叶酸和叶酸辅酶叶酸和叶酸辅酶氨基羟基对氨基苯甲酸氨基羟基对氨基苯甲酸 谷氨酸谷氨酸甲基蝶呤甲基蝶呤叶酸结构叶酸结构四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸5,6,7,8-四氢叶酸四氢叶酸叶酸的其余部分叶酸的其余部分5,6,7,8-四氢叶酸四氢叶酸（H4）四氢叶酸一碳衍生物的部分结构四氢叶酸一碳衍生物的部分结构N10-甲酰甲酰-FH4N5-甲基甲基-FH4N5-甲酰甲酰-FH4 N5,N10-亚甲基亚甲基-FH4N5-亚亚氨氨甲基甲基-FH4 N5,N10-次甲基次甲基-FH4一碳单位的产生一碳单位的产生(1)一碳单位的产生一碳单位的产生(2)组氨酸组氨酸 咪唑丙烯酸咪唑丙烯酸 咪唑酮丙酸咪唑酮丙酸组氨酸酶组氨酸酶咪唑咪唑丙烯酸酶丙烯酸酶咪唑酮丙酸咪唑酮丙酸水解酶水解酶N-亚氨甲基谷氨酸亚氨甲基谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸转谷氨酸转亚氨甲基酶亚氨甲基酶一碳单位与甲硫氨酸的合成一碳单位与甲硫氨酸的合成天冬氨酸天冬氨酸高丝氨酸高丝氨酸脱氢酶脱氢酶高丝氨酸高丝氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸高等植物和多数微生物合成甲硫氨酸的途径高等植物和多数微生物合成甲硫氨酸的途径一碳单位与半胱氨酸的合成一碳单位与半胱氨酸的合成甲硫氨酸转腺苷酶甲硫氨酸转腺苷酶甲硫氨酸甲硫氨酸 S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸S-腺苷腺苷高半胱氨酸高半胱氨酸甲基受体甲基受体 甲基化受体甲基化受体转甲基酶转甲基酶腺苷腺苷H2O丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸 胱硫醚胱硫醚 高半胱氨酸高半胱氨酸胱硫醚胱硫醚-合成酶合成酶胱硫醚胱硫醚-裂解酶裂解酶-酮丁酸酮丁酸高等动物体内半胱氨酸可由必需氨基酸甲硫氨酸来合成高等动物体内半胱氨酸可由必需氨基酸甲硫氨酸来合成合成芳香氨基酸合成芳香氨基酸的中的中间间体体（1）合成芳香氨基酸合成芳香氨基酸的中的中间间体体（2）莽草酸可用作合成达菲的原料莽草酸可用作合成达菲的原料合成芳香氨基酸合成芳香氨基酸的中的中间间体体（3）苯苯丙氨酸的合成丙氨酸的合成酪氨酸的生成酪氨酸的生成酪氨酸的另一合成途径酪氨酸的另一合成途径色氨酸的合成（色氨酸的合成（1）色氨酸的合成（色氨酸的合成（2）组组氨酸的生物合成氨酸的生物合成（1）组组氨酸的生物合成氨酸的生物合成（2）组组氨酸的生物合成氨酸的生物合成（3）组氨酸的碳骨架来自核糖，咪唑环上组氨酸的碳骨架来自核糖，咪唑环上的的N一个一个来自来自Gln，另一个来自，另一个来自ATP组组氨酸的生物合成氨酸的生物合成（4）葡萄糖葡萄糖葡糖葡糖-6-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸丙酮酸丙酮酸柠檬酸柠檬酸核糖核糖-5-磷酸磷酸His赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸SerGly CysAla Val Leu草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸AspGluAsn Met Thr Lys IleGln Pro ArgTrp Phe Tyr各种氨基酸生物各种氨基酸生物合成途径简图合成途径简图氨基酸与生物活性物质的合成氨基酸与生物活性物质的合成糖原酶促降解的调控糖原酶促降解的调控牛磺酸的合成牛磺酸的合成牛磺胆酸的合成牛磺胆酸的合成血红素的结构血红素的结构-氨基氨基-酮酮戊酸戊酸(ALA)的合成的合成胆色素原的合成胆色素原的合成血红素中所有的氮都来自于甘氨酸，而所有碳都血红素中所有的氮都来自于甘氨酸，而所有碳都来自于甘氨酸、琥珀酰来自于甘氨酸、琥珀酰CoA由胆色素原合成血红素由胆色素原合成血红素第十章第十章 氨基酸代谢小结（氨基酸代谢小结（1）细菌和一些植物将无机氮如细菌和一些植物将无机氮如N2或硝酸盐等或硝酸盐等转化为氨，然后生物通过各种途径用氨来转化为氨，然后生物通过各种途径用氨来合成含氮生物分子如氨基酸和核苷酸。合成含氮生物分子如氨基酸和核苷酸。氨基酸的分解代谢主要有两种途径：氨基酸的分解代谢主要有两种途径：1）脱）脱氨基作用；氨基作用；2）脱羧基作用，其中前者又包）脱羧基作用，其中前者又包括氧化脱氨基作用和联合脱氨基作用。括氧化脱氨基作用和联合脱氨基作用。谷氨酸和谷氨酰氨在氨基酸代谢中起着关谷氨酸和谷氨酰氨在氨基酸代谢中起着关键的作用。键的作用。第十章第十章 氨基酸代谢小结（氨基酸代谢小结（2）氨基酸代谢途径中反复使用辅酶磷酸吡哆醛氨基酸代谢途径中反复使用辅酶磷酸吡哆醛（PLP）、四氢叶酸和）、四氢叶酸和S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸几个重要的反应：几个重要的反应：1）磷酸吡哆醛促进的转氨反应；）磷酸吡哆醛促进的转氨反应；2）一碳单位的转移；）一碳单位的转移；3）通过谷氨酰氨的转氨反）通过谷氨酰氨的转氨反应应所有氨基酸来源于糖酵解、三羧酸循环或戊糖磷所有氨基酸来源于糖酵解、三羧酸循环或戊糖磷酸途径的中间体酸途径的中间体 生物合成生物合成20种基本氨基酸的能力各不相同。大多种基本氨基酸的能力各不相同。大多数细菌和植物能合成所有数细菌和植物能合成所有20种基本氨基酸，而哺种基本氨基酸，而哺乳动物只能合成大约一半乳动物只能合成大约一半