氨基酸代謝

1、氨 基 酸 代 謝Metabolism of amino acid,第 七 章,第一節(jié),氨基酸的分解代謝,半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly),細(xì)胞外,,,,γ-谷 氨酰 基轉(zhuǎn) 移酶,細(xì)胞膜,谷胱甘肽 GSH,細(xì)胞內(nèi),γ-谷氨酰基循環(huán)過程,氨基酸,,,,,目 錄,真核生物中蛋白質(zhì)的降解有兩條途徑,不依賴ATP利用組織蛋白酶降解外源性蛋白、膜蛋白和長壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白,② 依賴泛素(ubiquitin)的降解過程,① 溶酶

2、體內(nèi)降解過程,依賴ATP降解異常蛋白和短壽命蛋白,泛素,泛素廣泛存在于古細(xì)菌和所有的真核生物，但不存在于真細(xì)菌。它由76個氨基酸殘基組成，是一種高度保守的蛋白質(zhì)。在三維結(jié)構(gòu)上，泛素則是一個結(jié)構(gòu)緊密的球蛋白，但其C-端四肽序列（Leu-Arg-Gly-Gly）離開蛋白主體伸向水相，這有助于它與其它蛋白質(zhì)形成異肽鍵。泛素本身并不降解蛋白質(zhì)，它僅僅是給降解的靶蛋白打上標(biāo)記，降解過程由26S蛋白酶體執(zhí)行。泛素是一種熱激蛋白,,泛素的三

3、維結(jié)構(gòu)及其與靶蛋白形成的異肽鍵,,蛋白質(zhì)泛酰化與蛋白質(zhì)的定向水解,,泛?；念愋图捌涔δ?蛋白酶體,20S核心顆粒，形狀如桶，為大的多功能蛋白酶復(fù)合物，降解細(xì)胞內(nèi)多聚泛酰化的蛋白質(zhì)19S帽狀調(diào)節(jié)顆粒 ，負(fù)責(zé)識別泛酰化的蛋白質(zhì)，并將它們?nèi)フ郫B以及輸送到CP的蛋白酶活性中心。,,26S,,蛋白酶體的結(jié)構(gòu)以及靶蛋白進(jìn)入蛋白酶體的水解過程,氨基酸的脫氨基作用,定義指氨基酸脫去氨基生成相應(yīng)α-酮酸的過程。,脫氨基方式,氧化脫氨基轉(zhuǎn)氨基作用

4、聯(lián)合脫氨基非氧化脫氨基,,（一）轉(zhuǎn)氨基作用(transamination),1. 轉(zhuǎn)氨酶與轉(zhuǎn)氨基作用在轉(zhuǎn)氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相應(yīng)的α-酮酸，而另一種α-酮酸得到此氨基生成相應(yīng)的氨基酸的過程。,反應(yīng)式,大多數(shù)氨基酸可參與轉(zhuǎn)氨基作用，但賴氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸除外。,轉(zhuǎn)氨酶,正常人各組織GOT及GPT活性 (單位/克濕組織),血清轉(zhuǎn)氨酶活性，臨床上可作為疾病診斷和預(yù)后的指標(biāo)之一。,2.

5、轉(zhuǎn)氨基作用的機(jī)制,轉(zhuǎn)氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛,,,,,,,,目 錄,轉(zhuǎn)氨基作用不僅是體內(nèi)多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式，也是機(jī)體合成非必需氨基酸的重要途徑。,通過此種方式并未產(chǎn)生游離的氨。,3. 轉(zhuǎn)氨基作用的生理意義,（二）L-谷氨酸的氧化脫氨基作用,存在于肝、腦、腎中輔酶為 NAD+ 或NADP+GTP、ATP為其抑制劑GDP、ADP為其激活劑,催化酶： L-谷氨酸脫氫酶,L-谷氨酸,NH3,α-酮戊二酸,,NAD(P)+,NAD(

6、P)H+H+,,,,H2O,,（三）聯(lián)合脫氨基作用,兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，使氨基酸脫下α-氨基生成α-酮酸的過程。,2. 類型,① 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用,1. 定義,② 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán),① 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用,H2O+NAD+,轉(zhuǎn)氨酶,此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式，也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、腎組織進(jìn)行。,② 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán),蘋果酸,腺苷酸代琥珀酸,次黃嘌呤 核苷酸

7、 (IMP),腺苷酸代琥珀酸合成酶,此種方式主要在肌肉組織進(jìn)行。,四、α-酮酸的代謝,（一）經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸,（二）轉(zhuǎn)變成糖及脂類,（三）氧化供能,α-酮酸在體內(nèi)可通過TCA循環(huán)和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2，同時生成ATP。,,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,α-酮戊二酸,檸檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,,α-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,,,,,,,,,,酮體,

8、,,,,CO2,,,CO2,,,,,,,氨基酸、糖及脂肪代謝的聯(lián)系,T A C,,,,,目 錄,,五、氨基酸脫羧基作用,脫羧基作用(decarboxylation),胺類(amines)的生成,（一）γ-氨基丁酸 (γ-aminobutyric acid, GABA),GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，對中樞神經(jīng)有抑制作用。,（二）?；撬?taurine),牛磺酸是結(jié)合膽汁酸的組成成分。,（三）組胺 (histamine),組胺是強(qiáng)

9、烈的血管舒張劑，可增加毛細(xì)血管的通透性，還可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,（四）5-羥色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-HT在腦內(nèi)作為神經(jīng)遞質(zhì)，起抑制作用；在外周組織有收縮血管的作用。,（五）多胺(polyamines),鳥氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM ),脫羧基SAM,,鳥氨酸脫羧酶,,CO2,,SAM脫羧酶,,CO2,精脒 (spermidine),丙胺轉(zhuǎn)移酶,,5'

10、;-甲基-硫-腺苷,,,精胺 (spermine),多胺是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長的重要物質(zhì)。在生長旺盛的組織（如胚胎、再生肝、腫瘤組織）含量較高，其限速酶鳥氨酸脫羧酶活性較強(qiáng)。,第二節(jié)尿素循環(huán),,Urea cycle,氨是機(jī)體正常代謝產(chǎn)物，具有毒性。體內(nèi)的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。正常人血氨濃度一般不超過 0.6μmol/L。,,一、血氨的來源與去路,1. 血氨的來源,① 氨基酸脫氨基作用產(chǎn)生的氨是血氨主要來源, 胺

11、類的分解也可以產(chǎn)生氨,② 腸道吸收的氨,③ 腎小管上皮細(xì)胞分泌的氨主要來自谷氨酰胺,2. 血氨的去路,① 在肝內(nèi)合成尿素，這是最主要的去路,② 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物,③ 合成谷氨酰胺,④ 腎小管泌氨,分泌的NH3在酸性條件下生成NH4+，隨尿排出。,二、氨的轉(zhuǎn)運,1. 丙氨酸-葡萄糖循環(huán)(alanine-glucose cycle),反應(yīng)過程,,丙氨酸,葡萄糖,肌肉蛋白質(zhì),,氨基酸,NH3,,谷氨酸,,α-酮戊

12、 二酸,丙酮酸,,糖酵解途徑,肌肉,,丙氨酸,,血液,,丙氨酸,葡萄糖,α-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3,尿素,,,尿素循環(huán),,糖異生,肝,丙氨酸-葡萄糖循環(huán),葡萄糖,,,,,,,目 錄,2. 谷氨酰胺的運氨作用,反應(yīng)過程,在腦、肌肉合成谷氨酰胺，運輸?shù)礁魏湍I后再分解為氨和谷氨酸，從而進(jìn)行解毒。,,動物的氨解毒,,植物的氨解毒,,三、尿素的生成,（一）生成部位主要在肝細(xì)胞的線粒體及胞液中。,（二）生成過程,尿素生成的過程由Han

13、s Krebs 和Kurt Henseleit 提出，稱為鳥氨酸循環(huán)(orinithine cycle)，又稱尿素循環(huán)(urea cycle)或Krebs- Henseleit循環(huán)。,1. 氨基甲酰磷酸的合成,,,反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行,反應(yīng)由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoyl phosphate synthetaseⅠ, CPS-Ⅰ)催化。N-乙酰谷氨酸為其激活劑，反應(yīng)消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),2. 瓜氨酸的

14、合成,,鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶,,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,,由鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常與CPS-Ⅰ構(gòu)成復(fù)合體。,反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行，瓜氨酸生成后進(jìn)入胞液。,3. 精氨酸的合成,反應(yīng)在胞液中進(jìn)行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,,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. 精氨酸水解生成尿素,反應(yīng)在胞液中進(jìn)行,尿素,鳥氨酸,精氨酸,

15、,鳥氨酸循環(huán),線粒體,胞 液,,,,,目 錄,（三）反應(yīng)小結(jié),原料：2 分子氨，一個來自于游離氨，另一個來自天冬氨酸。過程：先在線粒體中進(jìn)行，再在胞液中進(jìn)行。耗能：3 個ATP，4 個高能磷酸鍵。,（四）尿素生成的調(diào)節(jié),1. 食物蛋白質(zhì)的影響,,高蛋白膳食 合成↑,低蛋白膳食 合成↓,2. CPS-Ⅰ的調(diào)節(jié)：AGA、精氨酸為其激活劑,3. 尿素生成酶系的調(diào)節(jié)：,（五）高氨血癥和氨中毒,血氨濃度升高稱高氨血癥 ( hype

16、rammonemia)，常見于肝功能嚴(yán)重?fù)p傷時，尿素合成酶的遺傳缺陷也可導(dǎo)致高氨血癥。,高氨血癥時可引起腦功能障礙，稱氨中毒(ammonia poisoning)。,TAC ↓,腦供能不足,,腦內(nèi) α-酮戊二酸↓,,氨中毒的可能機(jī)制,,谷氨酸,,谷氨酰胺,,,,腦水腫,四、 肌酸的合成,肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatine phosphate)是能量儲存、利用的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸為骨架，

17、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，轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峒∷?。肌酸和磷酸肌酸代謝的終產(chǎn)物為肌酸酐(creatinine)。,+,,,,,目 錄,四、 甲硫氨酸循環(huán)(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,FH4,N5—CH3—FH4,N5—CH3—FH4 轉(zhuǎn)甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP

18、,PPi+Pi,,,,,,甲基轉(zhuǎn)移酶,RH,RH—CH3,,,腺苷,SAM,S—腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM為體內(nèi)甲基的直接供體,+ NO,+ O2,,,NADPH+H+ NADP+,一氧化氮合酶（NOS）,精氨酸,瓜氨酸,一氧化氮,,,,,目 錄,第三節(jié) 氨基酸的合成代謝,一、氨基酸的生物合成,1. 氨基酸生物合成的氮源(1)生物固氨作用N2 + 8H＋ +8e- + 16AT

19、P + 16H2O → 2NH3 + H2 + 16ADP＋ +16Pi (2)硝酸鹽和亞硝酸鹽 硝酸鹽還原酶NO3－ + NADPH + H＋ NADP＋ + NO2－ + H2O 亞硝酸鹽還原酶NO2- + 3NADPH + 4H＋ 3NADP＋ + 2H2O + NH3（3）各種脫

20、氨基作用產(chǎn)生的NH3,,,2.氨基酸生物合成的碳源,氨基酸的生物合成的直接碳源是相應(yīng)的α-酮酸，主要來源于糖酵解、磷酸戊糖途徑和TCA循環(huán)的中間物。由于各種氨基酸的碳架是不同的，因此，它們形成過程也是不同的。,3、各族氨基酸的生物合成,4.氨基酸衍生物的合成,（1）多胺（2）兒茶酚胺和黑色素（3）生物堿（4）由氨基酸衍生的輔酶 色氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)變可形成維生素PP。 酪氨酸在線粒體及葉綠體內(nèi)經(jīng)過一系列變化可轉(zhuǎn)變?yōu)榉乎c質(zhì)醌。,氨基酸的