基础生化-氨基酸代谢

第七章氨基酸代谢第一节蛋白质的酶促降解第二节氨基酸的分解代谢第三节一些氨基酸的特殊代谢第四节氨的同化及氨基酸的生物合成人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中,称为蛋白质周转。成人每天约有1%—2%的体内蛋白质被降解。第一节蛋白质的酶促降解第一节蛋白质的酶促降解一、内源蛋白质的降解二、机体对外源蛋白质的需要三、氨基酸代谢库四、氨基酸代谢概况一、内源蛋白质的降解（一）内源性蛋白质降解的特点1、有一定选择性2、细胞的营养状态每天都有一定量的细胞内蛋白被降解：—被异常修饰的非正常蛋白、突变蛋白—需及时灭活的具调节活性的蛋白（如关键酶）当aa丰富时，蛋白降解加速—食物蛋白供应充足或过量—饥饿或糖尿病时无法获得充足的糖做燃料（二）真核生物内源蛋白质降解1.不依赖ATP的降解途径：——无选择性在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。慢性炎症：类风湿性关节炎细胞如何有选择地降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能？内源过期蛋白质水解氨基酸？泛肽识别并在溶酶体中水解（二）真核生物内源蛋白质降解2.依赖ATP和泛素的降解途径：在胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与。泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。它的主要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被水解。它如同一位重要的质量监督员，通过它的严格把关，通常有30％新合成的蛋白质没有通过质检而被销毁。2004年，阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科、欧文·罗斯因发现了泛素调解的蛋白质降解过程而获得了诺贝尔化学奖。该途径的异常与诸多疾病如遗传性疾病、炎症、自身免疫性疾病及肿瘤等有密切关系。蛋白质降解的泛肽途径E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶体20S蛋白酶体ATP19S调节亚基去折叠水解E1：泛肽活化酶E2：泛肽载体蛋白E3：泛肽-蛋白质连接酶（ubiquitin）1.蛋白质的生理功能组织细胞重要的组成成分，维持组织、细胞的生长，更新和修补组织参与多种重要的生理活动(如酶、激素)氧化供能（17.9KJ/g蛋白质）可转化为糖和脂肪等氨基酸为含氮化合物合成的提供氮源二、机体对外源蛋白质的需要*总氮平衡：摄入氮=排出氮即蛋白质分解与合成处于平衡，如健康的成人*正氮平衡：摄入氮排出氮即蛋白质合成量多于分解量，如儿童、孕妇*负氮平衡：摄入氮排出氮即蛋白质分解量多于合成量，如饥饿、消耗性疾病食物摄入氮-(尿氮+粪氮)可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系2.氮平衡氮平衡是指氮的摄入量与排出量之间的平衡状态.成人每日最低需要量:30～50g/d我国营养学会推荐的成人每日需要量:80g/d在糖和脂肪等物质充分供应的条件下，为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白质的量，称为蛋白质的最低生理需要量。•蛋白质的最低生理需要量——取决于其含必需氨基酸种类及含量的多少必需氨基酸：机体不能合成、必需从食物中摄取：苏、缬、异亮、亮、赖、色、苯丙、蛋氨酸非必需氨基酸：体内可合成的氨基酸半必需氨基酸：婴幼儿时期合成量不能满足需要组氨酸和精氨酸3.蛋白质的营养价值氮的保留量BV=100%氮的吸收量蛋白质的互补作用指营养价值较低的蛋白质若与必需氨基酸互相补充混合食用时则可大大提高营养价值。蛋白质的生理价值（BV）：指食物蛋白的利用率蛋白质营养价值的化学评分蛋白来源重量%单食时BV混食时BV——————————————————————豆腐干426577面筋5867——————————————————————小麦3967小米135789牛肉2669大豆2264——————————————————————混合食物蛋白质的互补作用例如：大米缺乏Lys，大豆蛋白富含Lys、相对Trp不足，玉米Trp含量丰富。三者单独食用时，其蛋白质的生物价分别为57、57、60，但当三者按20%：40%：40%的比例混合食用时，其蛋白质生物价可提高到73%，与肉相当。从而大大提高了蛋白质的利用率。三、氨基酸代谢库食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的和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(metabolicpool)。食物蛋白质组织蛋白质分解体内合成氨基酸(非必需氨基酸)氨基酸代谢库氨基酸代谢库食物蛋白质组织蛋白质分解体内合成氨基酸(非必需氨基酸)四、氨基酸代谢概况胺类α-酮酸氨尿素代谢转变其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成酮体氧化供能糖目录特殊分解代谢→特殊侧链的分解代谢一般分解代谢CO2胺脱羧基作用→脱氨基作用→NH3-酮酸氨基酸的分解代谢概况分解代谢概况第二节氨基酸的分解代谢第二节氨基酸的分解代谢一、脱氨基作用二、脱羧基作用三、羟化作用四、氨基酸分解产物的代谢第二节氨基酸的分解代谢一、脱氨基作用氧化脱氨基非氧化脱氨基脱酰胺作用转氨基作用联合脱氨基氨基酸氨α-酮酸脱氨基作用是氨基酸的分解代谢的主要途径㈠氧化脱氨基作用1.定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。R-C-COOH+NH3OH2OR-CH-COOHNH22HR-C-COOHNH酶L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏，辅基为FMN或FAD）D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少，辅基为FAD）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.AA氧化酶的种类•氨基酸氧化酶只有Glu脱氢酶分布广、活性高，但肌肉缺乏——不是体内主要的脱氨基方式+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH--+NAD(P)++H2O谷氨酸脱氢酶ATPGTPNADH激活逆反应ADPGDP促进正反应CH2-COOHC=O-CH2COOH--体内（正）体外（反）L-谷氨酸脱氢酶位于线粒体基质NAD为受体，生成的NADH进入呼吸链产生ATP；NADP为受体，生成的NADPH作为生物合成的还原力当氨被除去时，反应向右进行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）L-丝氨酸CH2COO-C-NH3+=-CH3COO-C=NH2+--COOHCH2OHNH2-C-H--COOHCH3C=O--丝氨酸脱水酶+NH3丙酮酸α-氨基丙烯酸亚氨基丙酸㈡非氧化脱氨例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA)CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO---+H2OCH2-COO-CH2-CHNH3+COO---+NH3谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO---+H2O天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO---+NH3上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。㈢氨基酸的脱酰胺作用（四）转氨基作用转氨酶磷酸吡哆醛（胺）(transaminase)反应可逆，既可参与分解又可参与合成1．定义：指在转氨酶催化下将α-氨基酸的氨基转给另一个α-酮酸，生成相应的α—酮酸和新的α-氨基酸的过程。氨基从一种碳骨架转移到另一种碳骨架的过程。2.常见的转氨酶1)GPT（谷丙）2)GOT（谷草）多数转氨酶定位于肝脏，受损、快要死亡的组织大量释放GPT、GOT进入血液，临床测定血清中酶活性作为诊断肝炎的指标之一。1）.转氨基作用可以在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。除Lys，Pro，Thr外，均可参加转氨基作用。2）.各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶，多数以Glu为氨基供体或-酮戊二酸为氨基受体。3）.转氨酶种类多、分布广、活性高，但氨基酸没有真正脱掉氨基3.转氨基作用(transamination)的要点：最佳脱氨基的方式是？联合脱氨基=转氨基+氧化脱氨基①转氨酶与Glu脱氢酶的联合脱氨基肝、脑、肾②嘌呤核苷酸循环肌肉、脑、肾（五）联合脱氨基作用（75%通过此方式）两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下α-氨基生成α-酮酸的过程。2.类型①转氨基偶联氧化脱氨基作用1.定义②转氨基偶联嘌呤核苷酸循环COOHCH2CH2CHCOOHNH2RCCOOHNH2HRCCOOHOCOOHCH2CH2COCOOHNH3H2ONADHH+NAD++++氨基酸α-酮酸①转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨酶L-Glu脱氢酶肌肉、肝、脑、肾中的嘌呤核苷酸循环②转氨基偶联嘌呤核苷酸循环二、氨基酸的脱羧基作用氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛CCOOHNH2HR(堆积)神经系统、心血管功能紊乱由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。抑制性神经递质•合成牛磺胆酸•脑组织中含有较多牛磺酸牛磺酸提高神经传导和视觉机能5-羟色胺（5-HT）5-羟色胺（5-HT）脑内外周抑制性神经递质强烈的血管收缩剂松果体其分泌有昼夜节律性调节免疫功能、抗肿瘤、抗衰老乙酰化（褪黑激素）•主要讲Tyr代谢与黑色素形成问题Tyr酶聚合黑色素动物植物激素生物碱多巴醌三、氨基酸的羟化作用多巴胺Tyr酶多巴多巴醌加单氧酶（羟化酶、混合功能氧化酶）四、氨基酸分解产物的代谢（一）氨的转运（二）氨的代谢转变（三）尿素的生成（四）AA碳骨架的去路胺：可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。CO2：呼出或参与羧化反应TAC↓脑供能不足脑内α-酮戊二酸↓氨中毒的可能机制I---肝性脑病（肝昏迷）α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3表现：语言、视力模糊、昏迷、死亡α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3氨中毒的可能机制II脑内渗透压增大脑水肿•是肌肉与肝之间氨的转运形式。•意义：既使肌肉中的氨以无毒的Ala形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。+H2ONADH+H++NH3氨基酸α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸NAD+丙酮酸AlaAlaAlaG丙酮酸GGα-酮戊二酸谷氨酸尿素肌肉血液肝（一）氨的转运1.丙氨酸-葡萄糖循环AlaG肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸EMP肌肉Ala血液AlaGα-酮戊二酸Glu丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环G目录2.谷氨酰胺的运氨作用•主要是从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。Gln既是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输形式。GlnGlu谷氨酰胺酶H2ONH3CHNH2COOHCH2CH2COOHCHNH2COOHCH2CH2CONH2Gln合成酶（脑、肌肉）NH3+ATPADP+Pi（肝、肾）3、氨的转运Gln合成酶γ谷氨酰磷酸Gln合成酶以中性Gln形式转运肝脏GlnGluH2ONH3CHNH2COOHCH2CH2COOHCHNH2COOHCH2CH2CONH2CHNH2COOHCH2COOHAsp+ATPAMP+PPiCHNH2COOHCH2CONH2Asn+天冬酰胺酶四、氨基酸分解产物的代谢（二）氨的代谢转变1.排泄1）排氨生物：NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）2）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）3）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）水生生物直接扩散脱氨（NH3）哺乳、两栖动物排尿素各种生物根据安全、价廉的原则排氨直接排氨，不消耗能量；排氨形式越复杂、越耗能？体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。CONH2NH2？体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。NNNNOOO---鸟类、爬虫排尿酸均来自转氨不溶于水毒性很小需更多能量为什么这类生物如此排氨？水循环太慢，保留水分同时不中毒，付出高能量代价。高等植物，以Gln/Asn形式储存氨，不排氨。1.排泄2.重新利用合成非必需AA：3.合成酰胺（高等植物中Asn，动物