蛋白质的代谢-演示课件.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,*,生物化学,Yingzi Kang,Dept.of Biochemistry,Tianjin Medical University,yingjl9900,Chapter 11,药学类专业用（吴梧桐主编 第六版）,Biochemistry for Pharmacy 6th edication,1,生物化学的概念和任务,生物化学（biochemistry）是生命的化学（chemistry of life），是研究生物体的化学组成和生命过程中的化学变化规律的一门科学。它是从分子水平来研究生物体内（包括人类、动物、植物和微生物）基本物质的化学组成、结构，及在生命活动中这些物质所进行的化学变化（即代谢反应）的规律及其与生理功能的关系的一门科学，是一门生物学与化学相结合的基础学科。,Chapter 11,2,生命体及其特征,生物体的物质组成：,新陈代谢（动态生物化学）,生理功能（功能生物化学）,实际应用,生物化学分支：微生物生化、医学生化、药学生化、农业生化和工业生化等,Chapter 11,3,蛋白质的分解代谢,Yingzi Kang,Dept.of Biochemistry,Tianjin Medical University,yingjl9900,Chapter 11,Biochemistry for Pharmacy 6th edication,4,教学目标及基本要求,了解蛋白质生理功能，掌握氮平衡、必需氨基酸及蛋白质的互补作用等基本概念；熟记8种必需氨基酸的名称。,了解蛋白质水解酶的作用特点；了解,-谷氨酰胺基循环在氨基酸吸收和转运中的意义。,掌握氨基酸库的概念及其来源和去路；掌握氨基酸的分解代谢概况。,掌握氨基酸脱氨基代谢方式及反应过程；了解典型转氨酶的名称，辅酶成分及ALT（GTP）、AST（GOP）的组织分布特点；列举转氨酶测定的临床意义。,5,教学目标及基本要求,熟悉血氨的来源与去路；熟悉血氨的安全转运形式；掌握尿素合成过程及其调节因素。,结合,-酮酸去路解释生糖、生酮和生糖兼生酮氨基酸；联系糖代谢途径复述丙氨酸、天冬氨酸或谷氨酸如何氧化成水和二氧化碳，如何异生为糖。,解释一碳单位概念，熟记一碳单位来源、代谢辅酶及主要功能。,了解甘氨酸、谷氨酸、组氨酸、含硫氨基酸和色氨酸的代谢途径及意义。,了解苯丙氨酸、酪氨酸的重要代谢产物，与代谢障碍有关的酶，与酶先天缺陷相关的临床疾患。,6,Section I,蛋白质的营养,7,*基本概念,氮平衡,（,nitrogen balance,）,营养必需氨基酸,（,essential amino acids,）,蛋白质的互补作用,（,complementary action of proteins,）,氨基酸代谢库,（,metabolic pool,）,主动转运,（,active transport,）,泛素（,ubiquitin,Ub,）,蛋白酶体,（,proteasome,）,*,8,营养素,营养素（nutrient）：食物中含有的能促进人体生长发育、组织更新修补、维持各器官组织细胞及整体正常结构与功能的物质称为营养素。,必需营养素：糖、脂、,蛋白质,、维生素、无机盐、水和空气。,核酸的营养作用：（1）核酸有利于提高机体的能量代谢，促进蛋白质的合成与酶的活性。（2）核酸也有利于DNA和RNA的合成，有利于基因的修复与保护，从而延缓衰老、预防许多疾病的发生。,营养素的主要功能：（1）构成机体组织成分，补偿代谢消耗；（2）供给机体能量；（3）调节生理、生化作用。,9,蛋白质生理功能,维持细胞组织的生长、发育和修补作用,：蛋白质是构成细胞组织的主要成分。,儿童必须摄入足量的蛋白质，才能保证机体正常的生长发育,成人也必须摄入足量的蛋白质，才能维持组织蛋白的更新，特别是组织损伤时，更需要从食物蛋白中获取修补的原料。,参与合成重要的含氮化合物,：体内有多种含氮化合物，如酶、核酸、抗体、血红蛋白、神经递质和多肽激素等，这些物质的合成、修复和更新的原料主要是食物中的氨基酸。,氧化供能,：成人每天约有18%的能量来自蛋白质（,-酮酸）的分解，因此这项功能只是蛋白质的次要功能。,10,氮平衡,氮平衡（nitrogen balance）：指摄入蛋白质的含氮量与排泄物中含氮量之间的关系，它反映体内蛋白质的合成与分解代谢的总结果。,氮平衡有三种形式：,氮总平衡,氮正平衡,氮负平衡,单纯蛋白质的数量充足有时并不能完全满足机体对必需氨基酸的需要，蛋白质的质量（必需氨基酸的种类、含量及其相互比例）更重要。,11,蛋白质的营养价值,蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的种类、数量及其比例,营养必需氨基酸（essential amino acid）：指机体需要，但不能自身合成或合成量少，不能满足需要，必须由食物供给的氨基酸。,不同动物的必需氨基酸的种类是有差异的,人体必需氨基酸有8种：赖、色、颉、苯丙、苏、亮、异亮和蛋氨酸。,非营养必需氨基酸（non-essential amino acid）：体内可以合成，不需要由食物直接供给的氨基酸。,非必需氨基酸同样是机体所需要的。,12,营养价值的评价,蛋白质的营养价值为氮的保留量占氮的吸收量的百分率。它取决于蛋白质所含氨基酸的种类、数量与其比例，尤其是取决于必需氨基酸的种类和含量。,蛋白质的含量；,蛋白质的消化率；,蛋白质的吸收率。,蛋白质的互补作用（complementary action）,指几种营养价值较低的蛋白质混合食用，互相补充必需氨基酸的种类和数量，从而提高蛋白质在体内的利用率。,是提高食物蛋白质营养价值的重要途径,小米（赖氨酸少，色氨酸多）与大豆；,强化食品,13,蛋白质的需要量,蛋白质的需要量与年龄、性别、体重、生理和劳动强度等因素有关。,老年人需要高营养价值的蛋白质,病人,普通膳食的蛋白质含量约占总热量的10%-15%，其中10%-30%为必需氨基酸,过量摄入一些氨基酸，如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、组氨酸和蛋氨酸等对人体是有害的。,？,14,蛋白质的消化,胃肠道中的蛋白水解酶多以酶原形式存在，对于保护组织免受其分解有重要的生理意义。,酶原激活：,胃蛋白酶原,胃蛋白酶+六个多肽,胰蛋白酶原,糜蛋白酶原,弹性蛋白酶原,羧基肽酶原,（A及B）,胰蛋白酶+六肽,糜蛋白酶+两个二肽,弹性蛋白酶,羧基肽酶（A及B）,HCl或胃蛋白酶,肠激酶或胰蛋白酶,胰蛋白酶,15,蛋白水解酶作用的特异性,胃肠道蛋白水解酶对所水解肽键的位置和形成肽键的氨基酸残基有一定的选择性。,酶 来源 水解肽键的特异性,胃蛋白酶 胃 -酸性-CO-NH-芳香-,胰蛋白酶 胰 -碱性-CO-NH-R-,糜蛋白酶 胰 -芳香-CO-NH-R-,弹性蛋白酶 胰 -脂肪-CO-NH-R-,羧基肽酶A 胰 中性氨基酸羧基末端,羧基肽酶B 胰 碱性氨基酸羧基末端,氨基肽酶 小肠 寡肽的氨基末端,二肽酶 小肠 二肽的肽键,16,肽和氨基酸的吸收,寡肽的吸收：小分子肽比游离氨基酸更容易被吸收。这些小分子肽在肠壁细胞内酶的作用下大部分水解为氨基酸。过敏反应的主要原因。,主动转运（active transport）:氨基酸的吸收不是简单扩散而是耗能的主动转运过程，这个过程需要钠离子、载体蛋白、ATP和酶等参与。,实验证明：肠粘膜细胞表面至少存在4种转运氨基酸的,载体蛋白（carrier protein）,：中性氨基酸载体蛋白：酸性氨基酸载体蛋白：碱性氨基酸载体蛋白：亚氨基酸和甘氨酸载体蛋白。,-谷氨酰基循环（-glutamyl cycle）：氨基酸还可在谷氨酰转移酶（结合在细胞膜上）的作用下，通过与谷胱甘肽作用而被转运入细胞。,17,-谷氨酰基循环,-谷氨酰基循环可分为两个阶段,谷胱甘肽转运氨基酸进入细胞内；,谷胱甘肽再生：反应中产生的半胱氨酸、甘氨酸和谷氨酸，在ATP和酶的作用下重新合成谷胱甘肽，使氨基酸的转运不断进行下去。,此循环的酶体系中只有-谷氨酰转移酶位于细胞膜上，是关键酶，其余的酶均在细胞质中；循环每运行一周，可将一分子氨基酸从细胞外转运至细胞内，同时消耗3分子ATP。,催化循环运行的各种酶在小肠粘膜细胞、肾小管细胞和脑组织中均有存在。,18,-谷氨酰基循环过程,19,蛋白质的腐败作用,腐败作用（putrefaction）指肠道细菌对未被消化的蛋白质及小量未被吸收的消化产物所起的分解作用。,腐败作用是细菌本身的代谢作用，以无氧分解为主。大部分产物对人体有害（胺类、氨和酚等），只有少量脂肪酸及维生素可被机体利用。,胺类的生成：经氨基酸脱羧反应产生，组氨酸组胺，赖氨酸-尸胺，色氨酸-色胺，酪氨酸-酪胺。,氨的生成：来源有二，其一是氨基酸脱氨基产生，其二是由血液渗入肠道的尿素，受肠道细菌的尿素酶的水解作用而产生的。,其它有害物质：苯酚、吲哚、甲基吲哚及硫化氢等。,20,Section II,细胞内蛋白质降解,21,细胞内蛋白质降解机制,(1)E1酶激活泛素分子；,(2)泛素分子被转移到E2酶上；,(3)E3酶,*,识别待降解的靶蛋白；,(4)E3酶将泛素连续转移到靶蛋白上；,(5)靶蛋白上连接的泛素形成一条短链；,(6)泛素短链在蛋白酶体入口处被,*,识别；,(7)泛素标记被切除，蛋白质进入蛋白酶体。,将泛素连接到靶蛋白的酶系是,焦点,。,22,重要活性物质,泛素（,ubiquitin,）,活性酶体系,泛素活化酶（,ubiquitin-activating enzyme,E1,）,泛素结合酶（,ubiquitin-conjugating enzyme,E2,）,泛素连接酶（,ubiquitin-protein ligating enzyme,E3,）,蛋白酶体（,proteasome,）,23,Section III,氨基酸的一般代谢,Chapter 10 药,24,氨基酸的代谢动态,人体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡中,。成人每天约有总体蛋白质的1%-2%被降解。,氨基酸代谢库（metabolic pool）：食物蛋白质及消化吸收的氨基酸（外源氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸（内源氨基酸）以及体内其他各种来源的氨基酸，混在一起分布于体内各处，通过血液循环在各组织之间转运参与代谢，构成氨基酸代谢库，以保证合组织对氨基酸代谢的需要。,机体各组织蛋白不断的更新，不同组织细胞，由于生理活动的需要，更新率各异。,Chapter 10 药,25,氨基酸代谢库,氨基酸代谢库,食物蛋白质,组织蛋白质,体内合成氨基酸,（非必需氨基酸）,酮戊,氨,胺类,其他含氮化合物,（嘌呤、嘧啶等）,酮体,氧化供能,糖,尿素,含氮化合物,脱氨基,脱羧基,Chapter 10 药,26,氨基酸的一般代谢,脱氨基反应,氧化脱氨基,联合脱氨基,非氧化脱氨基,氨的代谢,合成尿素,合成其它含氮化合物,-酮酸的代谢,糖异生：生糖、生酮、生糖兼生酮,合成非必需氨基酸,氧化供能,Chapter 10 药,27,脱氨基作用,*,氨基酸的脱氨作用主要有,氧化脱氨,、,转氨,、,联合脱氨,和,非氧化脱氨,等方式，其中以联合,脱氨基最为重要。,氨基酸,亚氨基酸,-,酮酸,脱氨基作用的产物是：氨、,-酮酸,Chapter 10 药,28,1）氧化脱氨作用,氨基酸脱氨伴有氧化反应，称为氧化脱氨作用（,oxidative deamination,），其催化酶有两类：,氨基酸氧化酶,L-谷氨酸脱氢酶。,谷氨酸+NAD,+,-酮戊二酸+NH,3,+NADH+H,+,谷氨酸脱氢酶,Chapter 10 药,29,2）转氨作用,氨基酸的,-氨基与-酮酸的酮基，在转氨酶的作用下相互交换，生成相应的新的氨基酸和-酮酸，这个过程称为转氨作用（transamination）或氨基移换作用。,*转氨作用的平衡常数接近1，故转氨作用既是氨基酸的分解,代谢过程，也是体内某些氨基酸合成的重要途径。,Chapter 10 药,30,转氨酶的特性,转氨酶（,transaminase,）或氨基移换酶。大多数转氨酶需要,-酮戊二酸作为氨基的受体。转氨酶有多种，在体内分布广泛，不同的氨基酸各有特异的转氨酶催化其转氨反应。,最为重要的有谷丙转氨酶（,glutamintion pyruvic transaminase,GTP,）和谷草转氨酶（,glutamic oxaloacetate transaminase,GOP,）。,转氨作用,是由转氨酶催化的一类可逆反应，它不仅是体内多数氨基酸脱氨的重要方式，而且是机体合成非必需氨基酸的主要途径。,Chapter 10 药,31,转氨作用的机制,转氨酶的辅酶是维生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺。,辅酶结合于转氨酶活性中心的赖氨酸的,-氨基上：,（1）,磷酸吡哆醛,先从氨基酸接受氨基转变成氨基,磷酸吡哆胺,，同时氨基酸转变成,-酮酸。,（2）磷酸吡哆胺进一步将氨基转移给另一种-酮酸而生成相应的氨基酸，同时磷酸吡哆胺又变回磷酸吡哆醛。,磷酸吡哆醛与磷酸吡哆胺的这种互变，起着传递氨基的作用。,Chapter 10 药,32,3）联合脱氨作用,体内氨基酸的脱氨主要以联合脱氨方式进行，即转氨作用和脱氨作用相偶联。,联合脱氨作用有以下两种方式：,（1）转氨作用偶联氧化脱氨作用；,（2）转氨作用偶联AMP循环脱氨作用。,Chapter 10 药,33,转氨作用偶联氧化脱氨作用,-氨基酸与-酮戊二酸经转氨作用生成谷氨酸，谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶的催化下，经氧化脱氨作用而释放出游离氨，完成联合脱氨作用。,-氨基酸,-酮酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,NADH+H,+,+NH,3,(NADPH),NAD,+,+H,2,O,(NADP,+,),转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,Chapter 10 药,34,转氨-脱氨作用的特点,偶联的顺序是：先经转氨作用生成谷氨酸，再由谷氨酸进行氧化脱氨反应。,转氨作用的氨基受体是,-酮戊二酸。,L-谷氨酸脱氢酶在肝、肾、脑中的活性最强，因此联合脱氨作用在肝、肾等组织内进行的比较活跃。肝脏进行氨基酸代谢并合成尿素，最终解氨毒；肾脏可直接将氨排入尿液，排除氨并调节尿液的酸碱性。,Chapter 10 药,35,转氨偶联AMP循环脱氨作用,（1）草酰乙酸在GOP的催化下，经转氨作用生成天冬氨酸。,（2）天冬氨酸与次黄嘌呤核苷酸（IMP）反应生成腺苷酸代琥珀酸，腺苷酸代琥珀酸进一步裂解为腺嘌呤核苷酸（AMP）和延胡索酸。,（3）AMP在腺苷酸脱氨酶的作用下脱氨生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。,（4）延胡索酸沿三羧酸循环过程转化为草酰乙酸。,Chapter 10 药,36,嘌呤核苷酸循环,腺苷酸代,琥珀酸合成酶,腺苷酸脱氨酶,腺苷酸代,琥珀酸裂解酶,Chapter 10 药,37,4）非氧化脱氨作用,一些氨基酸可进行非氧化脱氨作用，产生氨和,-酮酸。这种方式主要见于微生物，动物体内虽也有，但不多，非主要脱氨方式。,脱水脱氨,Chapter 10 药,38,脱硫化氢脱氨,直接脱氨,Chapter 10 药,39,氨的代谢,氨中毒,：氨是机体正常代谢的产物，但氨也是强烈的神经毒物。机体由于某些原因引起血氨（游离氨）浓度升高，可导致神经组织，特别是脑组织功能障碍，称为氨中毒。,人体有较强的氨解毒机制，足以及时处理游离氨。正常情况下，机体不会发生氨的堆积，也就不会出现氨中毒。血氨浓度一般低于58.7,mol/L。,血氨的来源有三个：氨基酸脱氨作用产生的氨是体内氨的主要来源；此外还有肠道吸收的氨；以及肾小管上皮细胞分泌的氨。,血氨的去路有：尿素的合成；谷氨酰胺的生成；参与合成一些重要的含氮化合物，以及形成铵盐由尿排出,。,Chapter 10 药,40,尿素的合成是代谢氨的主要去路,鸟氨酸循环或尿素循环（urea cycle）：尿素是蛋白质分解代谢的最终无毒产物，也是体内氨代谢的主要途径，约占尿排出总氮量的80%。,肝脏是合成尿素的主要器官。,首先，氨与二氧化碳结合形成氨基甲酰磷酸，,然后，由鸟氨酸接受氨基甲酰磷酸提供的氨甲酰基形成瓜氨酸，,瓜氨酸与天冬氨酸结合形成精氨酸代琥珀酸，再裂解为精氨酸及延胡索酸，,最后，精氨酸水解生成尿素和鸟氨酸，鸟氨酸可在接受新的氨基甲酰磷酸，进入下一次循环。,Chapter 10 药,41,氨甲酰磷酸的生成,反应由,氨基甲酰磷酸合成酶I（,carbamoyl phosphate synthetase I,CSP-I,）,催化，它存在于肝细胞线粒体内。需要镁离子和2分子ATP参与，,N-乙酰谷氨酸,（,N-acetyl glutamatic acid,AGA,）,是此酶的变构激活剂。此反应是不可逆的。,NH,3,+CO,2,+2ATP,H,2,N-C-O-PO,3,H,2,+2ADP+Pi,O,|,氨甲酰磷酸合成酶I,Chapter 10 药,42,瓜氨酸合成,氨基甲酰磷酸与鸟氨酸缩合生成瓜氨酸；催化此反应的酶是,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,或,鸟氨酸转氨甲酰酶（,Omithine carbamoyl transferase,OCT,），,此酶也存在于线粒体中。,鸟氨酸,NH,2,(CH,2,),3,CH-NH,2,COOH,NH,2,C=O,OPO,2-,3,氨基甲酰磷酸,+H,3,PO,4,+,NH,(CH,2,),3,CH-NH,2,COOH,NH,2,C=O,瓜氨酸,鸟氨酸氨基,甲酰转移酶,Chapter 10 药,43,精氨酸的合成,由瓜氨酸转变成精氨酸的反应分两步进行。,首先，瓜氨酸经膜载体转运到胞质，在胞液中,精氨酸代琥珀酸缩合酶,（,argininosuccinate synthetase,）的催化下，由ATP提供能量，与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸；,然后，在,精氨酸代琥珀酸裂解酶,（,argininosuccinase或argininosuccinate lyase,）的催化下，裂解成精氨酸及延胡索酸。,Chapter 10 药,44,NH,(CH,2,),3,CH-NH,2,COOH,NH,2,C=O,COOH,COOH,CH,2,H,2,N-C-H,+,NH,(CH,2,),3,CH-NH,2,COOH,NH,2,C=,N-C-H,COOH,COOH,CH,2,精氨酸代琥,珀酸缩合酶,ATP,H,2,O AMP+PPi,NH,(CH,2,),3,CH-NH,2,COOH,NH,2,C=NH,+,COOH,COOH,CH,C-H,精氨酸代琥,珀酸裂解酶,Chapter 10 药,45,在精氨酸的生成过程中，天冬氨酸起着供给氨基的作用；天冬氨酸又可由草酰乙酸与谷氨酸经转氨基作用生成，谷氨酸的氨基可来自机体内的多种氨基酸；由此可见，多种氨基酸的氨基皆可通过天冬氨酸的形式参与尿素的合成。,在胞液中，精氨酸受精氨酸酶的作用，水解生成尿素和鸟氨酸，完成鸟氨酸的一周循环。,鸟氨酸通过线粒体内膜上的载体的转运再进入线粒体，参与瓜氨酸合成，即进入下一次尿素循环。,鸟氨酸循环总的结果是：每循环一次生成一分子尿素，用去二分子氨，并消耗三分子ATP、4个高能磷酸键。,Chapter 10 药,46,尿素合成的调节,正常情况下，机体以适当的速度合成尿素，以保证及时、充分地解除氨毒。尿素的合成速度可受多种因素的调节，主要有三个方面：,食物蛋白质,的影响：高蛋白膳食使尿素合成加速，排出的含氮物中尿素能占到90%；低蛋白膳食使尿素合成速度减慢，尿素排出量可低于含氮排泄物的60%。,CPS-I的调节,：,氨基甲酰磷酸,的生成是尿素合成的重要步骤。,Chapter 10 药,47,*氨基甲酰磷酸合成酶,体内存在着两种氨基甲酰磷酸合成酶，,CPS-I和CPS-II,。这两种酶催化合成的产物虽然相同，但他们是两种性质不同的酶，其生理意义也不相同。,CPS-I存在于线粒体，以氨为氮源合成氨基甲酰磷酸，并进一步参与尿素合成；,CPS-II存在于胞液中，以谷氨酰胺的酰胺基为氮源，催化合成氨基甲酰磷酸，并进一步参与合成嘧啶。,CPS-I参与尿素的合成，这是肝细胞独特的一种重要功能，是细胞高度分化的结果，其活性可作为肝细胞分化程度的指标之一；,CPS-II参与嘧啶核苷酸的从头合成，与细胞增殖过程中核酸的合成有关，其活性可作为细胞增殖程度的指标之一。,Chapter 10 药,48,*氨基甲酰转移酶,当肝细胞再生时，线粒体中鸟氨酸氨基甲酰转移酶活性降低，而胞液中天冬氨酸甲酰转移酶的活性增高；即尿素合成减少，嘧啶合成增加。,当细胞再生完成时，鸟氨酸氨基甲酰转移酶的活性重新增高，而天冬氨酸氨基甲酰转移酶活性降低。,由此可见，两种氨基甲酰转移酶的活性的反向调节，对调节尿素合成与核酸合成的平衡，氨的利用及解毒起着重要作用。,Chapter 10 药,49,*尿素合成的调节,尿素合成酶系的调节：参与尿素合成的酶系中，每种酶的相对活性差异很大，其中以,精氨酸代琥珀酸缩合酶,的活性最低，是尿素合成的限速酶。也是尿素合成速度的调节点。,氨还可与谷氨酸反应生成谷氨酰胺，在肾小管上皮细胞中由谷氨酰胺酶水解成氨和谷氨酸，氨由尿直接排出，谷氨酸被肾小管上皮细胞重吸收。,氨是有毒物质，在血液中则需转变为无毒的形式进行运输。以,丙氨酸,和,谷氨酰胺,两种形式为主。,Chapter 10 药,50,丙氨酸-葡萄糖循环,在肌肉组织中，各种氨基酸经转氨基作用将氨及转给丙酮酸生成丙氨酸；通过血液运输到达肝脏的丙氨酸，在肝细胞内以联合脱氨作用释放出氨，用于合成尿素；脱氨后的丙酮酸骨架则经糖异生作用生成葡萄糖。,通过血液运输到达肌肉组织的葡萄糖，沿糖的分解代谢途径转变为丙酮酸，可再接受氨基变成丙氨酸。,如此，丙氨酸和葡萄糖反复在肌肉组织和肝脏之间转运，把肌肉组织脱氨作用产生的氨运回肝脏进行解毒处理，这一过程称为丙氨酸-葡萄糖循环。,经过这一循环，不但将肌肉组织代谢产生的氨以无毒的丙氨酸的形式运到肝脏，也为肌肉提供了生成丙氨酸的葡萄糖。,Chapter 10 药,51,谷氨酰胺的生成,各组织产生的氨还可以与谷氨酸在谷氨酰胺合成酶的作用下生成谷氨酰胺。此酶主要分布在脑、心和肌肉等组织，酶活性受其产物的反馈抑制，可为,-酮戊二酸所激活。谷氨酰胺在脑组织中，在固定和转运氨的过程中起着重要作用。,谷氨酰胺不仅是解氨毒的重要方式，也是氨的运输和贮存形式。谷氨酰胺从脑、肌肉等组织向肝或肾运输氨，在谷氨酰胺酶作用下水解成谷氨酸和氨。在肝脏合成尿素；在肾脏，氨与肾小管的酸结合成铵盐，由尿排出，对于调节机体的酸碱平衡有重要作用。,谷氨酰胺的合成与分解是由不同的酶催化的，为不可逆反应，合成过程消耗能量，需要ATP参与。,Chapter 10 药,52,高血氨和氨中毒,生理情况下，血氨的来源与去路保持动态平衡，血氨浓度处于较低的水平。,当肝功能严重损伤时，尿素合成发生障碍，血氨浓度升高，称为高血氨症。,血氨浓度升高时，氨进入脑组织，可与脑中的,-酮戊二酸结合生成谷氨酸，谷氨酸进一步结合氨生成谷氨酰胺。脑中氨增加，会大量消耗脑中的-酮戊二酸，导致三羧酸循环减弱，脑组织中ATP生成减少，引起大脑功能障碍，是导致肝昏迷的重要原因。,尿素合成酶的遗传性缺陷也可导致高血氨症。,Chapter 10 药,53,-酮酸的代谢,氨基酸经脱氨作用生成,-酮酸，各种-酮酸可以进入三种代谢途径：,合成非必需氨基酸,：氨基酸脱氨基反应是可逆得，经转氨作用或还原氨基反应生成相应的氨基酸。是机体合成非必需氨基酸的重要途径；,转变成糖或脂类,：氨基酸在体内的转化分三类：糖异生途径-生糖氨基酸；脂肪代谢途径-生酮氨基酸；生糖兼生酮氨基酸。,氧化供能,：,-酮酸在体内还可通过三羧酸循环与生物氧化体系彻底氧化成二氧化碳和水，并产生能量供生理活动需要。,Chapter 10 药,54,Section IV,个别氨基酸的代谢,Chapter 10 药,55,氨基酸的脱羧作用,部分氨基酸,进行脱羧基作用生成相应的,胺,。,产生的胺具有特殊的生理作用，但是过量胺类在体内蓄积可引起神经系统及心血管系统功能紊乱。,催化此类反应的是,氨基酸脱羧酶,，其辅酶也是磷酸吡哆醛。,同时体内广泛存在着,胺氧化酶,，特别是肝中此酶活性较高，能催化胺类物质的氧化，以消除其生理活性。,几种重要的脱羧作用：谷氨酸的脱羧作用；组氨酸脱羧作用；鸟氨酸的脱羧作用,Chapter 10 药,56,谷氨酸的脱羧作用,谷氨酸的脱羧,产物是,-氨基丁酸（,-aminobutyric acid,GABA,），对神经系统有普遍的抑制作用，是一种主要抑制性递质。谷氨酸脱羧酶催化此反应，此酶的辅酶是磷酸吡哆醛，在脑组织的活性特别高。,维生素B6常用来防止神经过度兴奋所产生的妊娠呕吐及小儿抽搐，可能与谷氨酸脱羧酶有关；此外，异烟肼能结合维生素B6，使之失活，结核病患者长期服用异烟肼时需合并使用维生素B6，否则会引起中枢过度兴奋的中毒症状。,Chapter 10 药,57,组氨酸脱羧作用,组氨酸脱羧,生成,组胺,（histamine），组氨是一种强烈的血管舒张剂，能扩张血管、降低血压、促进平滑肌收缩及胃液分泌。并能增加毛细血管的通透性。催化此反应的是,组氨酸脱氢酶,。,创伤性休克或大面积烧伤、过敏反应、炎症病变部位能释放过量组胺。,组胺在体内广泛分布，乳腺、肺、肝、肌肉及胃粘膜中组氨的含量较高，主要存在于肥大细胞中。,Chapter 10 药,58,鸟氨酸的脱羧作用,鸟氨酸脱羧,生成,腐胺,，可再与S-腺苷蛋氨酸反应生成,精脒和精胺,，均为多胺化合物。精脒与精胺是调节细胞生长的重要物质，凡生长旺盛的组织，如胚胎、再生肝、生长激素作用的细胞及肿瘤组织等，,鸟氨酸脱羧酶,（是多胺合成限速酶）活性均较高，多胺的含量也较高。,多胺能稳定细胞结构、与核酸分子结合促进细胞增殖，并增强核酸与蛋白质的合成。,多胺合成的另一产物,5-甲硫腺苷,是多胺合成的抑制剂，维生素A对鸟氨酸脱羧酶有抑制作用，可减少多胺的合成，阻止细胞的生长与分裂。,Chapter 10 药,59,其它,半胱氨酸氧化成磺酸丙氨酸，再脱去羧基转变为,牛磺酸,；牛黄酸是结合型胆汁的组成成分，此外，由研究表明脑组织中含有较多的牛磺酸，提示牛磺酸可能具有更重要的生理功能。,色氨酸通过,色氨酸羟化酶,的作用生成,5-羟色氨酸,，在经,脱羧酶,作用生成,5-羟色胺（,5-hydroxytryptamine,5-HT,）,。5-羟色胺广泛分布于体内各组织，脑内的5-羟色胺可作为一种神经递质，具有抑制作用，在外周组织有收缩血管的作用。,Chapter 10 药,60,“一碳单位”,一些氨基酸在代谢过程中可分解生成含一个碳原子的基团，称为,一碳单位（one carbon unit）,。但二氧化碳不属这种类型的一碳单位。,一碳单位参与体内许多重要化合物的合成，具有重要的生理意义。凡是有关一碳单位的转移和代谢的过程，统称为,一碳单位的代谢,。,体内重要的一碳单位有：甲基，亚甲基，次甲基，甲酰基，羟甲基，亚氨甲基。,一碳单位的载体有两种：四氢叶酸和S-腺苷蛋氨酸。,Chapter 10 药,61,一碳单位的来源与互变,一碳单位主要来源于：丝氨酸、组氨酸、甘氨酸及色氨酸的代谢。,甘氨酸：经氧化脱氨生成,乙醛酸,，再氧化成,甲酸,。甲酸和乙醛酸可分别与四氢叶酸反应生成N,10,甲酰四氢叶酸和N,5,N,10,次甲四氢叶酸。,凡是在代谢过程中产生的甲酸都可通过此种反应产生同样的可利用的一碳单位。,色氨酸,组氨酸：分解的中间产物,亚氨甲酰谷氨酸,及,甲酰谷氨酸,，可分别与四氢叶酸反应生成N,5,-亚氨甲基四氢叶酸和N,5,-甲酰四氢叶酸。二者皆可转变为N,5,N,10,甲基四氢叶酸。,Chapter 10 药,62,一碳单位的来源与互变,丝氨酸：与四氢叶酸反应，其羟甲基与四氢叶酸结合生成N,5,N,10,亚甲四氢叶酸，同时转变为甘氨酸。N,5,N,10,亚甲四氢叶酸可以转变为N,5,N,10,次甲四氢叶酸和N,5,甲基四氢叶酸。,蛋氨酸：是体内,甲基,的重要来源，其活性形式是,S-腺苷蛋氨酸（S-adenosylmethionine,SAM）,，也是一碳单位载体。他参与合成胆碱、肌酸和肾上腺素等化合物的甲基化。SAM在,甲基移换酶,的催化下，将甲基转移给甲基受体，然后水解生成同型半胱氨酸。同型半胱氨酸在酶的作用下从甲基四氢叶酸获得甲基而合成蛋氨酸。并重复上述过程，称为,蛋氨酸甲基转移循环,。,Chapter 10 药,63,一碳单位的生物学意义,一碳单位的主要生理功能是合成嘌呤及嘧啶的原料，故在核酸生物合成中占重要的地位。其代谢不仅与一些氨基酸的代谢有关，而且还参与体内许多重要化合物的合成，是蛋白质和核酸代谢相互联系的重要途径。,四氢叶酸一碳单位,参与机体内嘌呤和嘧啶碱的生物合成。一碳单位的代谢与机体的生长、发育、繁殖和遗传等生物功能密切相关。,S-酰苷蛋氨酸一碳单位,参与体内甲基化反应的主要甲基来源。体内约有50多种化合物的合成需要S-腺苷蛋氨酸提供甲基。如肾上腺素、肌酸、胆碱等。,Chapter 10 药,64,临床应用,新药设计：代谢以四氢叶酸为辅酶，能影响叶酸合成或影响叶酸转变为四氢叶酸的因素，均可导致一碳单位代谢紊乱，影响正常的生命活动。,叶酸中含有,对氨基苯甲酸（PABA）,。许多细菌利用PABA来合成自身所需的叶酸。磺胺类药物的分子结构和官能团性质与PABA相似，可竞争性抑制叶酸合成酶，阻止叶酸合成。,甲氧苄氨嘧啶（TMP）,能抑制细菌,二氢叶酸还原酶,活性，阻止四氢叶酸生成。TMP与磺胺药合用时，可增强抗菌作用，减少药物用量，称TMP为磺胺药增效剂。,人体不能合成叶酸，TMP对人的二氢叶酸还原酶的抑制作用也较弱；因而，磺胺药对人的毒性较小。,Chapter 10 药,65,含硫氨基酸代谢的特点,体内含硫氨基酸有三种：蛋氨酸、半胱氨酸和胱氨酸。三种氨基酸的代谢是相互联系的。,其代谢特点：蛋氨酸是必需氨基酸，是体内蛋白质合成的起始氨基酸；生成SAM是体内甲基化反应的活性甲基供体；可转变为半胱氨酸。半胱氨酸和胱氨酸使非必需氨基酸，二者可以互变，能形成二硫键；为酶活性中心提供巯基。半胱氨酸的代谢产物是牛磺酸，是胆汁酸的重要组成成分；提供体内活性硫酸基，3磷酸腺苷5磷酸硫酸（PAPS），参与合成硫酸软骨素、肝素等，参与体内生物转化作用。构成谷胱甘肽。,Chapter 10 药,66,芳香族氨基酸代谢的特点,芳香族氨基酸包括三种：苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。,苯丙氨酸和酪氨酸代谢特点：苯丙氨酸是必需氨基酸，可转变为酪氨酸；酪氨酸是合成甲状腺素、肾上腺素和去甲肾上腺素等激素的原料；代谢酶缺陷症是指氨基酸代谢过程中某种酶的缺乏，常会造成发育不良，智力障碍等严重后果。,苯丙氨酸羟化酶缺乏-苯丙酮酸尿症。,酪氨酸酶缺乏-白化病，激素合成障碍，黑色素生成障碍。,尿黑酸氧化酶缺乏-尿黑酸症。,酪氨酸脱羧生成酪胺，具有升血压作用；酪胺被单胺氧化酶氧化分解。单胺氧化酶抑制剂（异烟肼）使用时的禁忌。,Chapter 10 药,67,色氨酸代谢特点,色氨酸是必需氨基酸经羟化酶、脱羧酶作用生成5-羟色胺。这两种酶在脑和肾中活性较高。,色氨酸代谢产生尼克酸，使人体内合成的维生素。,黄尿酸是色氨酸代谢的正常产物。,褪黑激素是5-羟色氨的衍生物，有松果体产生，具有促进、诱导自然睡眠，提高睡眠质量的作用，无依赖性，不成瘾，使传统安眠药的理想替代品。此外尚有维持和恢复性功能的作用。,Chapter 10 药,68,支链氨基酸代谢的特点,支链氨基酸包括：亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，都是必需氨基酸。,分解代谢的开始阶段基本相同，经转氨作用生成相应的,-酮酸，其后分别进行代谢，经过若干步骤：,缬氨酸分解产生琥珀酸单酰辅酶A；,亮氨酸产生乙酰辅酶A及乙酰乙酰辅酶A；,异亮氨酸产生乙酰辅酶A及琥珀酸单酰辅酶A。,支链氨基酸的分解代谢主要在骨骼肌中进行。,Chapter 10 药,69,Thanks!,Chapter 10 药,70,