生化-第八章氨基酸代谢.ppt

第八章 氨基酸代谢,氨基酸在动物体内的分解代谢概述,TCA的Asp, 精氨琥珀酸旁路,排氨动物，包括大多数水生动物，硬骨鱼，蝌蚪等,排尿素动物：大多数陆生脊椎动物，还有鲨鱼,排尿酸动物，鸟类和爬行类,食物中蛋白的降解和吸收,胃腺,壁细胞,主细胞,胃粘膜,胃泌素,酶原颗粒,一、蛋白质的酶促降解,肽酶 末端 蛋白酶 肽链内部,羧基末端 羧肽酶,氨基末端 氨肽酶,一个AA或二肽,含AA较少的肽链,蛋白质 小片段 氨基酸,蛋白酶,肽酶,二、氨基酸的分解代谢,脱氨基作用 脱羧基作用 氨基酸分解产物的代谢,（一 ）脱氨基作用,定义：氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用。 脱氨基作用包括：氧化脱氨基作用 转氨基作用 联合脱氨基作用 非氧化脱氨基作用,1、氧化脱氨基作用,定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸并产生氨的过程。 反应通式：,+O2+H2O,R-C-COOH,+H2O2+NH3,AA氧化酶,O,AA氧化酶,R-C-COO-,NH2,H2O,R-C-COOH,O,+NH3,FP FPH2,FPH2+O2,FP+H2O2,AA氧化酶的种类 L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。 D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。 L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。,2、转氨基作用 指-AA和酮酸之间氨基的转移作用， -AA的-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。,+,H,迄今发现的转氨酶都以磷酸吡哆醛（PLP）为辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。,实验证明，除Lys、Thr外，其余氨基酸均可参加转氨基作用，并各有其特异的转氨酶。,例如,谷氨酸 + 丙酮酸,-酮戊二酸 + 丙氨酸,天冬氨酸 + -酮戊二酸,草酰乙酸 +谷氨酸,+,+,谷丙转氨酶（GPT）肝脏中,谷草转氨酶（GOT）心脏中,3、联合脱氨基作用（动物组织主要采取的方式）,- AA,-酮酸,转氨酶,AA的- NH3借助转氨作用转移到-酮戊二酸上，生成相应的-酮酸和Glu。 Glu在Glu脱氢酶下脱NH3 ，生成-酮戊二酸和NH3,（1）转氨基和氧化脱氨基联合脱氨,（2）以嘌呤核苷酸循环的方式进行联合脱氨,肌肉组织中(谷氨酸脱氢酶活性弱)的另一种氨基酸脱氨基作用，肝有90%嘌呤核苷酸循环联合脱氨,氨基酸 -酮戊二酸 天冬氨酸 IMP NH3,-酮酸 谷氨酸 草酰乙酸 延胡索酸 AMP H2O,苹果酸,腺苷酸代琥珀酸,腺苷酸脱氨酶,-氨基酸,-酮 戊二酸,-酮酸,谷氨酸,天冬 氨酸,草酰 乙酸,延胡索酸,腺苷酸代琥珀酸,次黄嘌呤核苷酸,腺嘌呤 核苷酸,NH3,腺苷酸脱氨酶 H2O,苹果酸,+,腺苷酸代琥珀酸合成酶,GTP,天冬氨酸,次黄嘌呤核苷酸,腺苷酸代琥珀酸,GDP + Pi,+,腺苷酸代琥珀酸裂解酶,腺嘌呤核苷酸,延胡索酸,腺苷酸代琥珀酸,腺苷酸脱氨酶,+ NH3,腺嘌呤核苷酸 （AMP）,次黄嘌呤核苷酸 （IMP）,+H2O,还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。 （在微生物中个别AA进行,但不普遍）,4、 非氧化脱氨,由解氨酶催化,CH=CH-COOH,(OH),+NH3,L-苯丙氨酸 (酪氨酸),反式肉桂酸 (反式香豆酸),单宁等次生物 辅酶Q,PAL,脱氨基作用,氧化脱氨作用 转氨基作用 联合脱氨基作用（两个内容） 非氧化脱氨,小 结,（二）氨在生物体（动物）内的转运,在肌肉或神经细胞中产生的NH4，是有害的，要先转换为无害的物质，转运到肝脏或肾进行处理,+,Gln合成酶,Gln合成酶,Glu酶,1、通过Gln转运到肝脏或肾,2、通过Ala从骨骼肌 把氨转运到肝脏： 葡萄糖-丙氨酸循环,（三）脱 羧 基 作 用,+,磷酸吡哆醛,醛亚胺,+ H2O,CO2,H2O,+,Glu -氨基丁酸+CO2 Asp -Ala+CO2 Lys 尸胺+ CO2 鸟AA 腐胺+ CO2 丝氨酸 乙醇胺 胆碱 卵磷脂 色氨酸 吲哚丙酮酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸,胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸。,RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3 RCHO+1/2O2 RCOOH CO2+H2O,AA,尿素,（四）氨基酸分解产物的代谢,氨的去路,排氨生物：以NH3形式随水直接排出体外。(原生动物、线虫和鱼类水生动物) 以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类） 以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物） 重新利用合成AA 合成酰胺（高等植物中） 嘧啶环的合成（核酸代谢）,大量氨入脑,与-酮戊二酸合成谷氨酸,或与脑中的谷氨酸合成谷氨酰胺,造成脑中-酮戊二酸减少,TAC减弱,ATP生成减少,引起大脑功能障碍的现象.严重时可导致肝昏迷.,1、氨的代谢转变,（1）尿素的合成鸟氨酸循环或尿素循环,尿素合成的部位 肝脏是生成尿素的主要器官（证据 P.216） 尿素生成的机制和鸟氨酸循环,小鼠肝切片铵盐 铵盐 、尿素,O2,鸟氨酸或瓜氨酸促进尿素生成,肝中含精氨酸酶，催化精氨酸水解为尿素和鸟氨酸,NH3,NH2 CO NH2,尿素,？,肝,1932年德国学者克雷布斯（Krebs）等首先提出尿素生成的鸟氨酸循环学说。,NH2,（CH2）3 H2N-CH COOH,NH2 CO NH,（CH2）3 H2N-CH COOH,（CH2）3 H2N-CH COOH,NH2 C NH NH,NH2 CO NH2,NH3,CO2,H2O,H2O,NH3,H2O,鸟氨酸循环,尿素,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,NH3+CO2+H2O,2ATP,2ADP+2Pi,氨基甲酰磷酸,鸟氨酸 瓜氨酸,瓜氨酸 天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,延胡索酸,+H2O,尿素,鸟氨酸,Pi,鸟氨酸循环,线粒体, 鸟氨酸循环的中间步骤,1）氨基甲酰磷酸的合成,CO2+NH3+H2O+2ATP,氨基甲酰磷酸合成酶(肝mito）,N-乙酰谷氨酸(+)，Mg2+,NH2 -C-O-P=O + 2ADP + Pi,O,OH,OH,（CPS-I）,氨基甲酰磷酸,（调节酶）,尿素合成限速酶 (活性最低),2）瓜氨酸的合成,NH2 CO P O,NH2 （CH2）3 CHNH2 COOH,OCT,NH2 C=O NH （CH2）3 CH-NH2 COOH,+,+,H3PO4,氨基甲酰磷酸 鸟氨酸 瓜氨酸,OCT：鸟氨酸氨基甲酰转移酶（线粒体）,3）精氨酸的合成,NH2 C=O NH （CH2）3 CH-NH2 COOH,COOH CH-NH2 CH2 COOH,精氨酸代琥珀酸 合成酶（胞液）,ATP AMP+PPi H2O,+,NH2 COOH C= N C -H NH CH2 （CH2）3 COOH CH-NH2 COOH,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,各种氨基酸 谷氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸,精氨酸代琥 珀酸裂解酶,NH2 C=NH NH （CH2）3 CH-NH2 COOH,+,COOH CH CH COOH,精氨酸 延胡索酸,联系尿素与三羧酸循环,4）精氨酸水解生成尿素,NH2 C=NH NH （CH2）3 CH-NH2 COOH,精氨酸酶(胞液),+H2O,NH2 C=O NH2,NH2 （CH2）3 CHNH2 COOH,精氨酸 尿素 鸟氨酸,+,线粒体,尿素生成总反应式,2NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O,CO（NH2）2 + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi,尿素循环和TCA的联系（Krebs 双循环）,尿素合成小结,1.原料:2NH3（Asp NH3）、CO2 2.产物:1尿素 3.部位:肝 4.过程:鸟氨酸循环 5.排泄:肾 6.意义:解除氨毒,并消耗部分CO2 7.消耗4个高能键,2NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O,CO（NH2）2 + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi,8.总反应式:,（2）酰胺的生成,谷氨酰胺,谷氨酸,+NH3,谷酰胺合成酶,+ATP,（3）嘧啶环的合成,谷氨酰胺,谷氨酸,+NH3,谷氨酰胺酶,H2O,扩散排出体外 （尿氨）,在肾内：,在脑、肝、肌肉等组织：,2、 -酮酸的代谢转变,（1）再合成AA （2）转变成糖和脂肪 生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮 戊二酸的AA。（ Asp Asn Ser Gly Thr Ala Cys Glu Gln His Arg Pro Val Met） 生酮AA：凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的AA。Leu Lys ,在动物肝脏中转变成酮体） 生糖兼生酮AA：二者兼有的AA。（Ile Tyr Phe Trp） （3）氧化成CO2和H2O 氨基酸碳骨架进入TCA的途径：,六种氨基酸被降解成为丙酮酸,Ala Thr Gly Ser Cys Trp,7种氨基酸可以转化成为乙酰CoA,5种氨基酸可以转化成为酮戊二酸,4种氨基酸可以转化成为琥珀酰辅酶A,Asp和Asn被降解为草酰乙酸,三、氨基酸合成代谢概况,（一）氨基酸合成途径的类型,必需氨基酸: 人体自身不能合成或合成的量不足,必 须通过食物供应的氨基酸. 口诀： 携 苏 丹 来 奔 以 色 列 缬 苏 蛋 赖 苯丙 异亮 色 亮,AA的生物合成,主要通过转氨基作用,AA-R1,-酮酸R1,转氨酶,AA-R2,-酮酸R2,许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换站”，先 Glu 其它AA。,氨基酸的合成,有C架（ -酮酸）,有AA提供氨基(最主要为谷AA，领头AA),1、-酮戊二酸衍 生类型(谷氨酸族氨基酸的合成),包括：Glu、Gln、Pro、Arg,共同碳架：TCA中的-酮戊二酸,-酮戊二酸,Glu 为还原同化作用,+NH3 +NADH,+NAD+ +H2O,谷AA,脱H酶,（动物和真菌，不普遍）,谷氨酰胺+ -酮戊二酸,2谷AA（普遍）,Glu合酶,NADPH+H+ NADP+,几种氨基酸的关系,-酮戊二酸,谷AA,谷氨酰胺,脯AA,羟脯AA,鸟AA,瓜AA,精AA,2、草酰乙酸衍生类型(天冬氨酸族氨基酸的合成),包括：Asp、Asn、Lys、Thr、Met、Ile,共同碳架：TCA中的草酰乙酸,+,+,转氨,天冬AA,几种氨基酸的关系,-天冬氨酸半醛,包括：Ala、Val、Leu,3、丙酮酸衍生类型(丙氨酸族氨基酸的合成),共同碳架：EMP中的丙酮酸,-,COOH,CH3,CHNH2,-,-,谷丙转氨酶,+,+,丙酮酸,谷AA,丙AA,-酮戊二酸,谷丙转氨酶：GPT,丙氨酸族其它氨基酸的合成,2丙酮酸,-酮异戊酸,缩合,CO2,转氨基,缬氨酸,-酮异己酸,亮氨酸,转氨基,-,CH3,C=O,COO-,-,-,CH2,-,CH3,CH3-CH,-,C=O,COOH,-,-,CH3-CH,-酮异戊酸,4、甘油-磷酸衍生类型(丝氨酸族氨基酸的合成),包括：Ser、Gly、Cys,甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸,+,+,-酮戊二酸,甘AA,谷AA,乙醛酸,+NH3+CO2 +2H+ + 2e-,2,H2O,丝AA,甘AA,碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸,丝AA还有其它合成途径,H2O,Pi,磷酸酶,转氨基,氧化,H2O,Pi,转氨,磷酸化途径,非磷酸化途径,3-磷酸甘油酸,3-磷酸羟基丙酮酸,3-磷酸丝氨酸,甘油酸,3-羟基丙酮酸,丝氨酸,半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）,丝AA+乙酰-COA O-乙酰丝AA+COA,O-乙酰丝AA+硫化物 半胱氨酸+乙酸,三种氨基酸的关系,乙醛酸,甘AA,丝AA,半胱AA,3-磷酸甘油酸,转乙酰基酶,提供硫氢基团（P273）,5、 4-磷酸-赤藓糖和烯醇式丙酮酸磷酸衍生类型 (芳香族氨基酸的合成),包括酪AA(Tyr)、苯丙AA(Phe) 、色AA(Trp),芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP),NH,CH,N,来自核糖,来自谷氨酰胺的酰胺基,从谷氨酸经转氨作用而来,来自ATP,芳香族氨基酸的关系,色氨酸,若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体 ，因此芳香族氨基酸合成时相同的一段 过程叫莽草酸途径,6、组氨酸生物合成,（二）氨基酸与一碳单位,定义：某些氨基酸在体内分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，又称一碳基团。 种类： 甲基 -CH3 亚甲基 -CH2- 次甲基 -CH= 甲酰基 -HC=O 亚氨甲基 -CH=NH 羟甲基 -CH2OH 载体：四氢叶酸FH4（辅酶）一碳单位不能游离存在 结合部位：FH4的 N5，N10位,一碳单位的来源,1.亚甲基来自丝氨酸和甘氨酸代谢,CH2OH CHNH2 COOH,+FH4,丝氨酸羟甲 基转移酶,-H2O,N5，N10-CH2-FH4,CH2NH2 COOH,+,丝氨酸 甘氨酸,一碳单位主要来源,CH2NH2 COOH,+FH4,甘氨酸氨解酶,NAD+ NADH+H+,CO2、NH3、 N5，N10-CH2-FH4,甘氨酸,2.甲酰基来自色氨酸和甘氨酸代谢中产生的甲酸,色氨酸 犬尿氨酸+ HCOOH,甘氨酸 乙醛酸 甲酸,氧化 脱氨基,氧化,HCOOH N10-CHO-FH4,FH4甲酰化酶,FH4 ATP ADP+Pi,3.亚氨甲基来自组氨酸分解代谢,HC=C-CH2CH-COOH HN N NH2 C H,HOOC-CH-（CH2）2-COOH HN NH C H,组氨酸 亚氨甲酰谷氨酸,亚氨甲基转移酶,FH4 N5-CH=NH-FH4,谷氨酸,4.次甲基的生成,（1）亚甲基脱氢,N5，N10-CH2-FH4 N5，N10=CH-FH4,2H,（2）甲酰基脱水,N10-CHO-FH4 N5，N10=CH-FH4,+,+,H2O,（3）亚氨甲基脱氨,N5-CH=NH-FH4 N5，N10=CH-FH4,+,NH3,5.甲基的生成,N5，N10-CH2-FH4 N5-CH3-FH4,NADH(H+) NAD+,（不可逆）,一碳单位的相互转变 可通过氧化还原反应互相转变但N5甲基四氢叶酸不可逆,可将其甲基转给同型半胱氨酸而生成甲硫氨酸,蛋氨酸 S-腺苷蛋氨酸 甲基化物,ATP PPi+Pi,FH4 同型半胱氨酸,N5-CH3-FH4,甲基B12,丝氨酸 N5，N10-CH2-FH4 脱氧胸苷酸,FH4 H2O,甘氨酸,组氨酸 N5-CH=NH-FH4 N5,N10=CH-FH 4 嘌呤核苷酸,FH4,NH3,甲酸 N10-CHO-FH4,ATP ADP+Pi,FH4,DNA,RNA,一碳单位的来源、转变及利用,一碳单位代谢的生理意义,1.氨基酸代谢的产物 2.合成嘌呤、嘧啶的必要原料 提供嘌呤、嘧啶环上的C 3.提供甲基，合成重要化合物 SAM 激素 核酸 磷脂,一碳单位将核酸与氨基酸代谢密切联系起来,一碳单位与AA、核苷酸代谢有什么联系？,甘 丝 组色,一碳单位,嘌呤核苷酸,胸苷酸,AA代谢,核苷酸代谢,精,肌酸,