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1、第八章 氨基酸代谢,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： 1.“一两色素本来淡些”（异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、缬氨酸）。 2. 携 苏 丹 来 奔 以 色 列 缬 苏 蛋 赖 苯丙 异亮 色 亮 有人将组氨酸和精氨酸称作半必需氨基酸,经酪氨酸转化形成的黑色素，成为机体防御紫外线照射的天然屏障,科普之窗 酪氨酸机体应激和防卫物质的前体,由酪氨酸参与合成的甲状腺素使基础代谢率增高，增强机体的兴奋性，从而提高机体的应激和防御机能,以酪氨酸为前体合成的儿茶酚胺激素在维持正常的神经传递、皮层觉醒状态和睡眠节律、机体应激总动员
2、等方面发挥重要作用。,酪氨酸可作为具有特殊功效的食品添加物质。,酪氨酸在医学研究及疾病治疗方面具有广阔的前景,一、蛋白质的酶促降解,蛋白质降解作用防止了异常或不需要的蛋白质的积累，有利于氨基酸的循环利用。 真核细胞内蛋白质降解有2条途径： 溶酶体（lysosome）降解途径不依赖 ATP，无选择性地降解蛋白质； 泛素（ubiguitin）途径（泛素/26S蛋白酶体 途径）以细胞溶胶为基础，依赖ATP， 有选择性地降解蛋白质，所以又称泛素标记 选择性蛋白质降解。,肽 酶 从较小肽链末端水解,羧基末端羧肽酶,氨基末端氨肽酶,蛋白质 小片段 AA 二肽 AA,蛋白酶,肽酶,二肽酶,外源蛋白进入体内，
3、总是先经水解作用变为小分子的氨基酸，然后才被吸收。,蛋白酶 肽链内部水解,二肽酶 水解二肽为AA,高等动物氨基酸代谢概况氨基酸代谢库(P.208 图10-1),蛋白质的腐败作用 在人体内的食物蛋白消化过程中，有一小部分蛋白质不被消化，也有一小部分消化产物不被吸收。肠道细菌对这部分蛋白质及其消化产物所起的作用，称为腐败作用（putrefaction）。 实际上，腐败作用是细菌本身的代谢过程,以无氧分解为主。产物包括：胺类、氨及其他有害物质(如苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢等)。 腐败作用的大多数产物对人体有害，但也可产生少量脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质.,二、氨基酸的一般代谢,脱氨基作用 脱
4、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 方式：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-,NH,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
5、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
6、转氨酶（GOT）心脏中,转氨作用沟通了糖与蛋白质的代谢。,3、联合脱氨基作用（动物组织主要采取的方式）,转氨基并不能最后脱掉氨, 氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高, 转氨基和氧化脱氨基联合在一起才能迅速脱氨。,（1）转氨基和氧化脱氨基联合脱氨,（2）嘌呤核苷酸循环联合脱氨,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，肝中氨基酸有90%经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
7、,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
8、基作用 联合脱氨基作用（2个内容） 非氧化脱氨,小 结,（二）脱 羧 基 作 用,+,磷酸吡哆醛,醛亚胺,+ H2O,CO2,H2O,+,Glu -氨基丁酸 + CO2 (抑制中枢神经传导) Asp -Ala + CO2 (泛酸组分) His 组胺 CO2 (降低血压) Tyr 酪胺 CO2 (升高血压) Cys 巯基乙胺 CO2 (CoA组分) Lys 尸胺 + CO2 (促进细胞增殖) 鸟AA 腐胺 + CO2 (促进细胞增殖) 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
9、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,（三）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
10、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
11、,NH2 C NH NH,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 + Pi,氨基甲酰磷酸,鸟氨酸 瓜氨酸,瓜氨酸 天冬氨酸,ATP,AMP + PPi,精氨琥珀酸,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 (
12、活性最低),说明：关于氨基甲酰磷酸中NH3的来源 此NH3是在细胞质中由谷氨酸脱氢酶产生,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,精氨琥珀酸 合成酶（胞液）,ATP AMP+PPi H2O,+,NH2 COOH C= N C -H NH CH2 （CH2）3 COOH CH-NH
13、2 COOH,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨琥珀酸,天冬氨酸 草酰乙酸 谷氨酸 各种氨基酸,第二个氨的来源,精氨琥珀酸裂合酶,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 + 3H2O,CO(NH2)2 + 2ADP + AMP + 2Pi +
14、PPi,图 TCA循环和尿素循环之间的联接 顶端相互联接的途径被趣称为“Krebs自行车（Krebs bicycle）”。,尿素合成小结,1.原料: 2NH3 ( Glu-NH3，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.耗能：4个高能键,2NH3 + CO2 + 3ATP + 3H2O,CO(NH2)2 + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi,8.总反应式:,（2）酰胺的生成,Gln,Glu,+ NH3,谷酰胺合成酶,ATP,Gln,Glu,+ NH3,谷氨酰胺酶,H2O,扩
15、散排出体外(尿氨),在肾内：,在脑、肝、肌肉等组织：,在植物体内：,Asp + NH3,ADP + Pi,Aln,天冬酰胺合成酶,ATP,ADP + Pi,Aln,Asp,+ NH3,H2O,天冬氨酰胺酶,氨基酸合成,（3）嘧啶环的合成,（详见核苷酸代谢一章）,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, Ile, Tyr, Phe, Trp 18种 ) 生酮AA:凡能
16、生成乙酰CoA或乙酰乙酸的AA。 (Leu , Lys 2种,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, Trp4种),（3）氧化成CO2和H2O (注意阅读P.221),例题：写出由草酰乙酸彻底氧化生成CO2和H2O的总反应式。 解： 草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸 CO2 丙酮酸 NAD CoASH 丙酮酸脱氢酶 乙酰CoA NADH2 CO2 乙酰CoA 3NAD FAD ADP Pi 2 H2O TAC循环 2CO2 CoASH ATP 3NADH2 FADH2 总：草酰乙酸 4NAD FAD ADP Pi 2 H2O 4CO2 4N
17、ADH2 FADH2 ATP,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”，先生成 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Glu，领头AA),三、氨基酸合成代谢概况,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
18、（普遍）,Glu合酶,NADPH+H+ NADP+,（一）氨基酸合成途径的类型,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,-天冬氨酸半醛,几种氨基酸的关系,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
19、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
20、-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,
21、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 His合成途径在一些方面不同于其他氨基酸的生物合成途径。 核糖-5-磷酸 His,（二）氨基酸与一碳单位,定义：具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：一碳单位转移酶辅酶四氢叶酸(FH4) 一碳单位不能游离存在 结合部位：FH4的 N5，N10位 主要来源：Gly, Ser, His, Thr 等,一碳单位的产生,1.亚甲基来自丝氨酸和甘氨酸代谢,
22、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,HOO
23、C-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）,6. 一碳单位和含硫氨基酸的关系 Met是体内重要的甲基化试剂，S-腺苷甲硫氨酸(S
24、AM)是甲基的直接供体。,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,一碳单位与氨基酸、核苷酸代谢有何联系？,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,（三）氨基酸与某些重要生物活性物质的 合成 (P.227) 1.肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴及多巴胺 的合成 2.牛磺酸的合成,