第7章氨基酸代谢.ppt

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1、氨 基 酸 代 谢,第 七 章,蛋白质的营养作用 Nutritional Function of Protein,第一节,一、 蛋白质的功能,1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补,2. 参与多种重要的生理活动,催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。,3. 氧化供能（最次要）,二、蛋白质的需求量,氮平衡(nitrogen balance) 摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。,氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人）,氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）,氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）,氮平衡的意义：可以反映

2、体内蛋白质代谢的概况。,人体对蛋白质的需求量,成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,“一两色素本来淡些”,三、蛋白质的营养价值,异-亮-色-苏-苯-赖-蛋-缬,蛋白质的营养价值(nutrition value),蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。,蛋白质的互补作用,指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。,植物蛋白质动物蛋白质,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败,Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins,1. 胃中的消化作用,胃蛋白酶对肽

3、键作用特异性较差，主要水解由芳香族AA、Met、Leu形成的肽键,蛋白质,胃蛋白酶,多肽 + 少量氨基酸,（一） 蛋白质的消化,2. 小肠中的消化 小肠是蛋白质消化的主要部位,内肽酶(endopeptidase) 水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。,外肽酶(exopeptidase) 自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,b. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。,(

4、二) 氨基酸的吸收,吸收部位：主要在小肠 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收机制：耗能的主动吸收过程,肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的分解作用。,腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。,蛋白质的腐败作用(putrefaction),二、Pr的肠中腐败作用,（一）肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类,氨基酸脱羧基作用产生胺类，如组胺、色氨、苯乙胺等,（舒张小血管）,（收缩小血管）,（产生假神经递质）,假神经递质(false neurotransmitter),某些物质结构(如苯乙醇胺，-羟酪胺）与神经递质（如儿茶酚胺）结构相似，可

5、取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,（二）肠道细菌通过脱氨基或尿素酶的作用产生氨,降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。,（三）腐败作用产生苯酚、吲哚、硫化氢等有害物质,正常情况下，有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，不会发生中毒现象。,第三节 氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,一、 真核生物中蛋白质的降解有两条途径,不依赖ATP 利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和胞内长寿蛋白, 依赖泛素(ubiquitin)的降解过程, 溶酶

6、体内降解过程,依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白,二、 氨基酸代谢库(metabolic pool),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。,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,三、 氨基酸的脱氨基作用,定义： 指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。,脱氨基方式：,氧化脱氨基 非氧化脱氨基 转氨基作用 联合脱氨基,最重要,（一）转氨基作用(transamination),1. 定义 在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸的-氨基转移到另一种-酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸，原来的

7、氨基酸则转变成-酮酸的过程。,2. 反应式,特点：没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基酸的比例。 大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,3. 转氨酶,正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,谷丙转氨酶（GPT/ALT）和谷草转氨酶（GOT/AST）,转氨基作用的机制：,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制,是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式； 是机体合成非必需氨基酸的重要途径。,通过此种方式并未产生游离的氨。,转氨基作用的生理意义：,（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用,

8、存在于肝、脑、肾中 辅酶为 NAD+ 或NADP+，产生游离的NH3。 GTP、ATP为其抑制剂 GDP、ADP为其激活剂,催化酶： L-谷氨酸脱氢酶,L-谷氨酸,NH3,-酮戊二酸,NAD(P)+,NAD(P)H+H+,H2O,-亚氨基戊二酸,两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。,定义：,（三）联合脱氨基作用,转氨基偶联氧化脱氨基作用,转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,转氨基偶联氧化脱氨基作用,H2O+NAD+,转氨酶,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在肝、肾和脑组织进行。,转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,苹果酸,腺苷酸 代琥珀酸,次

9、黄嘌呤 核苷酸 (IMP),腺苷酸代琥 珀酸合成酶,此种方式主要在肌肉组织进行。,腺苷酸代琥珀酸裂解酶,四、-酮酸的代谢,（二）经氨基化生成非必需氨基酸,（三）转变成糖及脂类,（一）彻底氧化供能,生酮+生糖兼生酮 = “一两色素本来老” （异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、酪氨酸） 其中生酮氨基酸为“亮赖”；除了这7个氨基酸外，其余均为生糖氨基酸。,第四节 氨 的 代 谢,Metabolism of Ammonia,氨是机体正常代谢产物，具有毒性。 体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。 正常人血氨浓度一般不超过 60 mol/L。,一、体内有毒性的氨有三个重要来源,（

10、一）氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源； 胺类（如组胺、色胺等）的分解也可以产生氨。,（组胺、色胺等）,（三）肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺,（二）肠道吸收的氨,二、氨的转运,1. 通过丙氨酸-葡萄糖循环从肌肉运往肝,反应过程,氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式转运,丙 氨 酸,葡 萄 糖,肌肉 蛋白质,氨基酸,NH3,谷氨酸,-酮戊 二酸,丙酮酸,糖酵解途径,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,丙氨酸-葡萄糖循环,葡萄糖,2. 谷氨酰胺的运氨作用,反应过程：,在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，

11、从而进行解毒。,三、 体内氨的去路, 在肝内合成尿素，这是最主要的去路, 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物, 合成谷氨酰胺, 肾小管泌氨,分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。,四、尿素的生成,NH3在肝中合成尿素，占排氮总量80 90%； 肝在NH3解毒上非常重要，体内NH3来源与去路保持平衡，血NH3浓度低、稳定。,Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。,生成过程,通过鸟氨酸循环，2分子氨与1分子CO2结合生成1分子尿素及1分子水。尿素是

12、中性、无毒、水溶性很强的物质，由血液运输至肾，从尿中排出。,生成部位： 主要在肝细胞的线粒体及胞液中。,1、 NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行,（一）肝中鸟氨酸循环合成尿素的详细步骤,2. 氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,3.瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸,反应在胞液中进行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,（限速酶）,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. 精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸,反应在胞液中进行。,5.精氨酸水解释放尿

13、素并再生成鸟氨酸,反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,（1）一种产物：尿素，尿素是人体内蛋白质分解代谢的终产物 （2）两个原料：2NH3、CO2； 合成尿素的两个氮，一个来自游离NH3，另一个由天冬氨酸提供 （3）三个ATP：实际是消耗4个高能磷酸键 （4）四步反应：前两步（氨基甲酰磷酸合成、瓜氨酸合成）在线粒体，后两步（精氨酸合成、精氨酸水解）在胞液,反应小结:,（5）五种酶参与：其中酶精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶。 （6）六种氨基酸：N-乙酰谷氨酸（变构激动剂）、天冬氨酸（供氨体，可与腺嘌呤核苷酸循环连接）、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸（催化剂，构成循环

14、）、精氨酸代琥珀酸（中间产物）。,（二）尿素生成的调节,1. 食物蛋白质的影响,高蛋白膳食 合成,低蛋白膳食 合成,2. 氨基甲酰磷酸合成酶 (CPS-)的调节： AGA(N-乙酰谷氨酸)、精氨酸为其激活剂,3. 尿素生成酶系的调节：精氨酸代琥珀酸合成酶,（三）高氨血症和氨中毒,血氨浓度升高称高氨血症。 常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。,高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒 ，也称肝昏迷。,TAC ,脑供能不足,脑内 -酮戊二酸,氨中毒的可能机制（肝昏迷）,第五节 个别氨基酸的代谢,Metabolism of Individual Amino Acids,一、氨基

15、酸脱羧基作用,脱羧基作用(decarboxylation),（一）谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成-氨基丁酸(-aminobutyric acid, GABA),GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。,（二）组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺 (histamine),组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。,（三）色氨酸经5-羟色胺酸生成5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-HT在脑内作为抑制性神经递质，在外周组织有收缩血管的作用。,（四）多胺(polyamines),鸟氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM ),脱

16、羧基SAM,鸟氨酸脱羧酶,CO2,SAM脱羧酶,CO2,精脒 (spermidine),丙胺转移酶,5-甲基-硫-腺苷,精胺 (spermine),丙胺,丙胺,腐胺、精脒、精胺统称为多胺，在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，是调节细胞生长的重要物质。,二、一碳单位的代谢,（一）定义,某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。,甲基 (-CH3),甲烯基 (-CH2-),甲炔基 (-CH=),甲酰基 (-CHO),亚氨甲基（-CH=NH）,种类,（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）,载体：四氢叶酸,一碳单位

17、主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的分解代谢,（二）一碳单位的转变,一碳单位的互相转变,N10CHOFH4,N5, N10=CHFH4,N5, N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H+,H2O,NADPH+H+,NADP+,NADH+H+,NAD+,NH3,不可逆,（三）一碳单位的生理功能,作为合成嘌呤和嘧啶的原料 如：N10-CHO-FH4与N5,N10=CH-FH4分别为嘌呤合成提供C2与C8，N5,N10-CH2-FH4为胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基。 把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。,三、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,（一）甲硫氨酸的代谢,1

18、. 甲硫氨酸与转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基转移酶,RH,RHCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM为体内甲基的直接供体,2. 甲硫氨酸循环(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,N5CH3FH4,N5CH3FH4 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,3. 甲硫氨酸循环的生理意义,由N5-CH3-FH4供给甲基合成甲硫氨酸，再通过此循环的SAM提供甲基，以进行体内广泛存在的甲基化反应，由此，N5-CH3-F

19、H4可看成是体内甲基的间接供体。,4. Notes,由N5-CH3-FH4供给甲基使同型半胱氨酸转变生成甲硫氨酸的反应是目前已知体内能利用N5-CH3-FH4 的唯一反应。 N5-CH3-FH4转甲基酶的辅酶为VitB12，参与甲基的转移。 VitB12 缺乏时，N5-CH3-FH4的甲基不能转移，影响FH4的再生，导致核酸合成障碍，引起巨幼红细胞性贫血。,5. 甲硫氨酸为肌酸的合成提供甲基,肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatine phosphate)是能量储存、利用的重要化合物。 肝是合成肌酸的主要器官。 肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。 肌酸在肌酸

20、激酶的作用下，转变为磷酸肌酸。 肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐(creatinine)。,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变,2,2.牛磺酸(taurine),牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。,3. 硫酸根的代谢,含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。,PAPS为活性硫酸， 是体内硫酸基的供体,四、芳香族氨基酸的代谢,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,1、苯丙氨酸羟化生成酪氨酸,苯丙酮酸尿症(phenyl keronuria, PKU),体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙

21、酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。,2、酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解,多巴醌,吲哚醌,黑色素,聚合,黑色素(melanin) 的生成,酪氨酸酶,人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。 临床上分为泛发型白化病、部分白化病和眼白化病三型,儿茶酚胺(catecholamine) 的生成,S-腺苷同型半胱氨酸,羟化酶,多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素,统称为儿茶酚胺。 帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。,酪氨酸的分解代谢,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸尿症。,（二）色氨酸代谢,色氨酸

22、,5-羟色胺,一碳单位,丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA,维生素 PP,脱羧,分解,色氨酸加氧酶,肠道细菌分解,(-CHO),五、支链氨基酸的代谢,支链氨基酸,支链氨基酸的分解代谢,生糖AA,生酮AA,生糖兼生酮AA,三种支链氨基酸都是必需氨基酸； 支链氨基酸代谢主要在骨骼肌中进行,氨基酸的重要含氮衍生物,解释： 必需氨基酸，蛋白质的互补作用， 转氨基作用 ， 联合脱氨基作用，一碳单位 何谓氮平衡，有哪几种情况？ 说出血氨的来源和去路。 氨基酸的脱氨基作用。 简述尿素合成的部位、过程和意义。 说出一碳单位的概念、载体、来源和功能。 何谓蛋氨酸循环，有何生理意义？ 特殊氨基酸代谢产物、功能及相关酶缺失疾病。,