十章 氨基酸代谢.ppt

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1、第十章 蛋白质降解和氨基酸代谢 Metabolism of Amino Acids,氨基酸（amino acids)是蛋白质(protein)的基本组成单位。本章主要讨论蛋白质的酶促水解与氨基酸代谢包括氨基酸的合成代谢和氨基酸的分解代谢。,本章内容:,蛋白质的营养作用,蛋白质的消化、吸收与腐败,氨基酸的一般代谢,个别氨基酸的代谢,第一节 蛋白质的营养作用,一、蛋白质的生理功能 1. 是构成组织细胞的重要成分。 2. 参与组织细胞的更新和修补。 3. 参与物质代谢及生理功能的调控。 4. 氧化供能人体每日18%能量由蛋白质提供。 5. 其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关。,

2、二、氮平衡(nitrogen balance),人体每日须分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。 体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogen balance)。,氮平衡有以下几种情况： 1氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。 2氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分

3、解量，称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。 3氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（），饥饿者。,三、必需氨基酸与非必需氨基酸,体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为必需氨基酸(essential amino acid)。 体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸。,必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。 由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱

4、氨酸必需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。 精氨酸、组氨酸在人体内合成慢，不能满足需要也称半必需氨基酸。,非必需氨基酸: 非必需氨基酸并非体内蛋白质合成不需要,而是人体内可以合成,当总氮量不足时,体内合成非必需氨基酸会受限制,从而制约人体蛋白蛋(人体肌肉)的合成。,蛋白质在健美运动中也有重要意义 健美运动是以追求肌肉的围度和肌肉的质量为第一目的，对于蛋白质的需要量是很高的，因此,及时补充优质蛋白质对健美运动训练是非常必要的，只有这样才能保证训练的连续性，达到训练目的。通常健美运动训练每公斤体重每日需补充1克1.5克蛋白质,也就是一个60公斤体重的健美训练者,每日需补充60

5、克90克蛋白质。 蛋白质的补充来源可分为二部份:,1. 日常膳食中获取,如:肉类、水产类、蛋、乳制品和部分豆类食品。需选择低脂、摄取全面最好。由于各种食物蛋白质中的氨基酸模式不同,故可把2种或2种以上的食物蛋白质适当混合食用,其中的氨基酸可相互补充,当日常膳食中某一种或几种必需氨基酸含量不足或缺乏时,会使人体肌肉合成受限制。 2. 运动营养补充品,如：乳清蛋白、复合高质蛋白(增肌粉、顶级高质蛋白)、全谱氨基酸或支链氨基酸。其蛋白质含量高,比日常膳食蛋白质中氨基酸含量更全面、更科学、生物价值更高。每日可在膳食获取蛋白质以外,每公斤体重补充0.5克。最好每日分为几次补充,这样会提高人体对蛋白质的吸

6、收和利用。,最有益健康的食品,最佳蔬菜：由于红薯既含丰富的维生素，又是抗癌能手，所以被选为所有蔬菜之首。其次分别是芦笋、卷心菜、花椰菜、芹菜、茄子、甜菜、胡萝卜、荠菜、苤蓝、金针菇、雪里红、大白菜。 最佳水果：最佳水果的排名依次是：木瓜、草莓、橘子、柑子、猕猴桃、芒果、杏、柿子与西瓜。 最佳肉食：鹅鸭肉化学结构接近橄榄油，有益于心脏。鸡肉则被称为“蛋白质的最佳来源”。,最佳食用油：玉米油、米糠油、芝麻油等尤佳，植物油与动物油按10.5或11的比例调配食用更好。 最佳汤食：鸡汤最优，特别是母鸡汤还有防治感冒、支气管炎的作用，尤其适于冬春季饮用。 最佳护脑食物：菠菜、韭菜、南瓜、葱、花椰菜、菜椒、

7、豌豆、番茄、胡萝卜、小青菜、蒜苗、芹菜等蔬菜，核桃、花生、开心果、腰果、松子、杏仁、大豆等壳类食物,四、蛋白质的营养价值及互补作用,蛋白质在体内的利用率称为蛋白质的营养价值 决定蛋白质营养价值高低的因素有： 必需氨基酸的含量； 必需氨基酸的种类； 必需氨基酸的比例，即具有与人体需求相符的氨基酸组成。 将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补作用。,1、营养价值（nutrition value）： 外源性蛋白质被人体利用的程度。 吸收的食物蛋白被机体利用的几率（利用率）。 一般：动物蛋白质 植物蛋白质。,蛋白质的互补作用,指营养价值较低的蛋白质混合食用

8、，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。其本质即为食物蛋白质之间在AA组成上的取长补短，互相补充。 如谷类含Lys少，Trp多，而豆类含Lys多，Trp少，两者混合食用可提高营养价值。,第二节 蛋白质的消化、吸收,一、蛋白质的消化 （一）胃中的消化： 胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。 （二）肠中的消化： 有两种类型的酶： 肽链外切酶：如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等； 肽链内切酶：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。 蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。,消化过程 自胃中开始，在小肠中完成。,（一）胃中的消化作用,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，

9、产物主要为多肽及少量氨基酸。,胃蛋白酶对乳中的酪蛋白有凝乳作用，使之在 胃停留时间长，利于充分消化，对乳儿较重要。,（二）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。,肠液中酶原的激活,可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。 保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。 酶原还可视为酶的贮存形式。,酶原激活的意义,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,主要

10、是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。,蛋白质的降解是有选择性的 选择性：（1）异常蛋白、（2）正常的调节蛋白和酶 意义：（1）清除异常蛋白； （2）细胞对代谢进行调控的一种方式 蛋白质的周转：人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。 周转的速度用半寿期表示。 成人每天有总体蛋白的1%2%被降解、更新。 不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的t1/2约10天，肝脏的t1/2约18天，结缔组织蛋白的t1/2约180天，许多关键性的调节酶的t1/2 均很短。,选择性降解的特点： （1）居于重要代谢

11、调控位点的酶或调节蛋白，降解速度快（短寿蛋白多是调节蛋白或调节酶） （2）“ 持家蛋白”的降解速度慢（长寿蛋白多是持家蛋白） （3）蛋白质的降解速度受到细胞营养及激素状态的调节，营养缺乏，周转速度加快。,二、氨基酸的吸收,主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊载体携带。转运氨基酸进入细胞时，同时转运入Na+。 除此之外，也可经-谷氨酰循环进行。需由-谷氨酰基转移酶催化，利用GSH，合成-谷氨酰氨基酸进行转运。消耗的GSH可重新再合成。 吸收部位：主要在小肠 吸收形式：氨基酸、二肽、三肽 吸收机制：耗能的主动吸收过程,（一）氨基酸吸收载体,载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将

12、氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。,载 体类型,中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体,（二）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程：,谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成,半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly),细胞外,-谷 氨酰 基转 移酶,细胞膜,谷胱甘肽 GSH,细胞内,-谷氨酰基循环过程,氨基酸,利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系（依赖氢离子或钙离子的主动转运） 此种转运也是耗能的主动吸收过程 吸收作用在小肠近端较强,（三）肽的吸收,依赖pH的氢离子或钠离子的交换转运体系：不消耗ATP,转

13、运动力来源于质子的电化学 梯度。 谷胱甘肽转运系统： 长肽的吸收机制：亲水肽 疏水肽的扩 散，胞饮和内吞作用,三、蛋白质在肠中的腐败,蛋白质的腐败作用(putrefaction)：肠道细菌对未被消化及未吸收的蛋白质或其消化产物所起的作用。 主要在大肠中进行，是细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用。 腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱羧、脱氨、脱巯基等反应。可产生有毒物质，如胺类（腐胺、尸胺），酚类，吲哚类，氨及硫化氢等。 这些有毒物质被吸收后，由肝脏进行解毒。,（一）胺类(amines)的生成,-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异

14、常抑制。因而将其称为假神经递质(false neurotransmitter),（二） 氨的生成,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）其它有害物质的生成,第三节 细胞内的蛋白质降解,一、概 述,蛋白质的半寿期(half-life),蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示,蛋白质转换(protein turnover),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、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白, 依赖泛素(ubiquitin)的降解过程, 溶酶体内降解过程,依赖ATP 降解异

15、常蛋白和短寿命蛋白,泛素,76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守,泛素化过程,E1：泛素活化酶,E2：泛素结合酶 泛素携带蛋白,E3：泛素蛋白连接酶,如基因表达、细胞增殖、炎症反应、诱发癌瘤（促进抑癌蛋白P53降解）,体内蛋白质降解参与多种生理、病理调节作用,第四节 氨基酸代谢的一般途径 General Metabolism of Amino Acids,特殊分解代谢 特殊侧链的分解代谢 氨基酸的 分解代谢 脱羧基作用 CO2 + 胺 一般分解代谢 脱氨基作用 NH3 + -酮酸,氨基酸代谢库,食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性a.a）与体内

16、组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性a.a）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。 氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。 肌肉中a.a占代谢库的50以上。 肝脏中a.a占代谢库的10。 肾中a.a占代谢库的4。 血浆中a.a占代谢库的16。 肝、肾体积小，它们所含的a.a浓度很高，血浆a.a是体内各组织之间a.a转运的主要形式。,血液氨基酸 组织氨基酸 (AA代谢库),食物蛋白,体内合成的 非必需AA,组织蛋白,其他含氮物 (嘌呤、嘧啶等),胺类,CO2,(脱羧),其他含氮物 氨 -酮酸 糖,谷氨酰胺 尿素 CO2+H2O 脂肪,脱 氨 基,TCA,CO2+H2O,氨基酸代谢概况,一

17、、氨基酸的脱氨基作用,指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程 氨基酸的脱氨基作用方式主要有： 1、氧化脱氨基， 2、转氨基， 3、联合脱氨基 4、非氧化脱氨基 等几种形式。,（一）氧化脱氨基（重要的酶: L-谷氨酸脱氢酶）： 反应过程包括脱氢和水解两步。 -2H +H2O R-CH（NH2）COOH R-C（=NH）COOH R-COCOOH + NH3,氨基酸的氧化脱氨基反应主要由L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)和L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydrogenase)所催化。 L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)是一种需氧脱氢

18、酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。,(1)氨基酸氧化酶 有两类辅酶，、（人和动物） 对下列a.a不起作用： Gly、-羟氨酸（Ser、 Thr）、二羧a.a（ Glu、 Asp）、二氨a.a （Lys、 Arg,（2）、 D-氨基酸氧化酶 E-FAD 有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，可广谱性地催化D-a.a脱氨。 （3）、 Gly氧化酶 E-FAD 结构式 使Gly脱氨生成乙醛酸。 （4）、 D-Asp氧化酶 E-FAD 结构式 E-FAD 兔肾中有D-Asp氧化酶，D-Asp脱氨，生成草酰乙酸。,L-谷

19、氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydro-genase)是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大。该酶属于变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。,真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。 此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。 ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。 ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。 因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于

20、a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自a.a氧化）。,（二）转氨基作用： 在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相应的-酮酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。 转氨酶(transaminase)以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。 转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。除Gly，Lys，Thr，Pro外，均可参加转氨基作用。,要点： 反应可逆。 体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。 转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。,转氨基作用机制,较

21、为重要的转氨酶有： 丙氨酸氨基转移酶（alanine trans-aminase,ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。 ALT 丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸, 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase,AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。 AST 天冬氨酸 + -酮戊二酸 草酰乙酸 + 谷氨酸,（三）联合脱氨基作用

22、：,转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为-酮酸(-ketoacid)的过程，称为联合脱氨基作用。 联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。,氨基酸与-酮戊二酸进行转氨基 作用，生成相应的-酮酸和谷氨酸， 后者在谷氨酸脱氢酶作用下脱去氨基 生成-酮戊二酸和NH3。,联合脱氨基作用是在氨基酸转移酶和L-谷氨酸脱氢酶联合作用下完成的。全过程可逆，因而也是体内合成非必需氨基酸的主要途径。,R H-C-NH2 COOH,AA,COOH （CH2）2 C=O COOH,R C=O COOH,-酮酸,COOH （CH2）2 HC-NH2 COOH,-酮戊

23、二酸,谷氨酸,转氨酶,NH3 + NADH,NAD+ +H2O,L-谷氨酸脱氢酶,氨基酸的联合脱氨基作用,联合脱氨基作用的特点：,a.转氨基作用与谷氨酸脱氢酶催 化的氧化脱氨基作用偶联。,b.联合脱氨基的结果有游离氨产生。,c.既是脱氨的方式，也是合成非必 需氨基酸的重要途径。,d.主要存在于肝、肾、脑组织中。,嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle,PNC）：,这是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。 在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。,腺苷酸脱氨酶

24、(adenylate deaminase)可催化AMP脱氨基，此反应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用。,（四）非氧化脱氨基作用,1、直接脱氨基作用 2、还原脱氨基作用 3、脱水脱氨基作用 4、脱硫化氢脱氨基作用 5、水解脱氨基作用 6、氧化还原脱氨基作用,二、-酮酸的代谢 Metabolism of -ketoacid,（一）再氨基化为氨基酸。 （二）转变为糖或脂： 1.生糖氨基酸。 2.生酮氨基酸：Leu，Lys。 3.生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。 （三）氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。,脱掉氨基后的-酮酸可转变成：,-酮戊二酸,琥

25、珀酰 CoA,延胡索酸,草酰乙酸,丙酮酸,乙酰CoA,乙酰乙酰 CoA,三羧酸循环中间产物,PEP,葡萄糖,脂肪酸,酮体,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,目 录,第四节 氨的代谢 Metabolism of ammonia,一、血氨的来源与去路,氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，导致大脑功能障碍，还会产生肝昏迷。,二、氨（

26、ammonia)在血中的转运,氨是有毒物质，血中的NH3主要是以无毒的Ala及Gln两种形式运输的。 （一）丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle)： 肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环转运至肝脏再脱氨基，生成的丙酮酸经糖异生合成葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉重新分解产生丙酮酸，通过这一循环反应过程即可将肌肉中氨基酸的氨基转移到肝脏进行处理。这一循环反应过程就称为丙氨酸-葡萄糖循环。,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。,（一）丙氨酸-葡萄糖循环,（二）谷氨酰胺(glutam

27、ine)的运氨作用 ：,肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌在谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase)的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环带到肝脏，再由谷氨酰胺酶将其分解， 产生的氨即可用于合成尿素。因此，谷氨酰胺对氨具有运输、贮存和解毒作用。,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即是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输形式。,氨的去向： （1）重新利用 合成a.a、核酸。 （2）贮存 Gln，Asn 高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。 （3）排出体外 排氨动物：水生动物，排泄时需少量水 排尿素动物：陆生脊椎动物 排尿酸

28、动物：鸟类、爬虫类,三、鸟氨酸循环与尿素的合成 ornithine cycle and urea synthesis,鸟氨酸循环： 尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。,体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素。 合成尿素的主要器官是肝脏，但在肾及脑中也可少量合成。 尿素合成是经称为鸟氨酸循环的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在于胞液和线粒体中。,实验根据如下：,大鼠肝切片与NH4+保温数小时，NH4+，尿素； 加入鸟氨酸、

29、瓜氨酸和Arg后，尿素； 上述三种氨基酸结构上彼此相关； 早已证实肝中有精氨酸酶。,鸟氨酸循环（ornithine cycle)的主要反应过程为： 1氨基甲酰磷酸的合成： 此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoyl phosphate synthetase - ,CPS-）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。 氨基甲酰磷酸合成酶(AGA，Mg2+) NH3 + CO2 + H2O + 2ATP H2NCOOPO3H2 + 2ADP + Pi,氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。 氨甲酰磷酸合酶I：存在于线粒体中，参与尿素的合成。 氨甲酰

30、磷酸合酶II：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。 N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶 I、II,2瓜氨酸的合成： 在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithine carbamoyl trans-ferase,OCT）催化（该酶需生物素作辅基），将氨基甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。 OCT H2NCOOPO3H2 + H2N（CH2）3CH（NH2）COOH H2NCOHN（CH2）3CH（NH2）COOH + Pi,线粒体内的反应步骤,胞液内反应步骤,3精氨酸代琥珀酸的合成： 转运至胞液的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosuccinate synthetase

31、)催化下，消耗能量合成精氨酸代琥珀酸。精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶。 H2NCOHN（CH2）3CH（NH2）COOH + HOOCCH2CH（NH2）COOH + ATP HOOCCHCH2COOH 精氨酸代琥珀酸合成酶 N=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH +AMP+PPi+ H2O,4精氨酸代琥珀酸的裂解： 在胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶(argininosuccinate lyase)催化，将精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。 HOOCCHCH2COOH 精氨酸代琥珀酸裂解酶 N=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH HN=C(NH2)N

32、H(CH2)3CH(NH2)COOH + HOOCCH=CHCOOH,5精氨酸的水解： 在胞液中由精氨酸酶的催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。 精氨酸酶 HN=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH + H2O H2NCONH2 + H2N（CH2）3CH（NH2）COOH,尿素合成的特点： 1合成主要在肝脏的线粒体和胞液中进行； 2合成一分子尿素需消耗四分子ATP； 3精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶； 4尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。,（四）尿素生成的调节,1. 食物

33、蛋白质的影响,高蛋白膳食 合成,低蛋白膳食 合成,2. CPS-的调节：AGA、精氨酸为其激活剂,3. 尿素生成酶系的调节：,尿素循环的调节, N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合成酶I,氨基酸碳架的去向 20种aa有三种去路 （1）重新氨基化生成氨基酸。 （2）氧化成CO2和水（TCA）。 （3）生糖、生脂。,20种aa的碳架可转化成7种物质： 丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、 -酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。 最后集中为5种物质进入TCA： 乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。,氨基酸碳骨架进入TCA的途径,第五节 个别氨基酸的代谢,一、氨基酸的脱羧基作用

34、 Decarboxylation of amino acid 由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。 氨基酸脱羧酶 R-CH（NH2）COOH R-CH2NH2 + CO2 (磷酸吡哆醛) 所产生的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。,生物体内大部分a.a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。 a.a脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。 a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组

35、织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。 但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。,胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭活。,（一）-氨基丁酸的生成： -氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, GABA）是一种重要的神经递质，由L-谷氨酸脱羧而产生。 反应由L-谷氨酸脱羧酶催化，在脑及肾中活性很高。 L-谷氨酸脱羧酶 HOOCCH2CH2CH（NH2）COOH HOOCCH2CH2NH2+CO2,牛磺酸,由Cys氧化后再脱羧而生成。,（二）5-羟色胺的生成： 5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）也是一种重

36、要的神经递质，且具有强烈的缩血管作用。 5-羟色胺的合成原料是色氨酸(tryptophan)。 色氨酸在脑中首先由色氨酸羟化酶作用，生成5-羟色氨酸，然后再由5-羟色氨酸脱羧酶催化脱羧，生成5-羟色胺。,（三）组胺的生成： 组胺(histamine)由组氨酸脱羧产生，具有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒血管作用。 组胺的释放与过敏反应和应激反应有关。,（四）多胺的生成： 精脒（spermidine)和精胺(spermine)均属于多胺(polyamines)，它们与细胞生长繁殖的调节有关。 多胺合成的原料为鸟氨酸，关键酶是鸟氨酸脱羧酶(ornithine decarboxylase)。,

37、多胺是由鸟氨酸和Met参与生成的。,二、一碳单位的代谢 Metabolism of one carbon unit,（一）一碳单位的定义和化学结构： 一碳单位(one carbon unit)是指只含一个碳原子的有机基团，这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。 常见的一碳单位有甲基（-CH3）、亚甲基或甲烯基（-CH2-）、次甲基或甲炔基（=CH-）、甲酰基（-CHO）、亚氨甲基（-CH=NH）、羟甲基（-CH2OH）等。,一碳单位（one carbon unit)通常由其载体携带，常见的载体有四氢叶酸（FH4）和S-腺苷同型半胱氨酸，有时也可为VitB12。 常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物有

38、： 1N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHO-FH4）。 2N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NH -FH4）。 3N5,N10-亚甲基四氢叶酸 （N5,N10-CH2-FH4）。 4N5,N10-次甲基四氢叶酸 （N5,N10=CH-FH4）。 5N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3-FH4）。,2-氨基-4-羟基-6-甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶的结构,四氢叶酸（FH4）,（二）一碳单位与氨基酸代谢,一碳单位主要来源于Ser、Gly、His、Trp的分解代谢。,（三）一碳单位的相互转变,一碳单位的产生和互变：,（四）一碳单位的生理功用,主要是合成嘌呤和嘧啶的原料。 为体内的甲基化反应间接提

39、供甲基。 叶酸缺乏 磺胺药及抗代谢药,三、含硫氨基酸代谢,Met循环 Cys的代谢,S-腺苷蛋氨酸循环,蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如肾上腺素、胆碱、肌酸和核酸等的甲基供体。 甲基供体的活性形式为S-腺苷蛋氨酸（S-adenosyl methionine,SAM）。 SAM也是一种一碳单位衍生物，其载体可认为是S-腺苷同型半胱氨酸，携带的一碳单位是甲基。,从蛋氨酸形成的S-腺苷蛋氨酸，在提供甲基以后转变为同型半胱氨酸，然后再反方向重新合成蛋氨酸，这一循环反应过程称为S-腺苷蛋氨酸循环或活性甲基循环。,（一）Met的代谢Met循环,SAM为活性蛋氨酸，SAM中的甲基为活性甲基。SAM是体内最

40、重要的甲基供体。 N5-CH3-FH4是甲基的间接供体。 转甲基酶的辅酶为Vit B12。,肌酸的合成,合成原料：Arg、Gly、SAM 合成部位：主要在肝,（二）Cys的代谢,Cys是硫酸根的主要来源。,PAPS的生理功能：,是体内硫酸根的供体。,四、芳香族氨基酸的代谢,芳香族氨基酸包括：Phe、Tyr、Trp。主要在肝脏分解代谢。,（一）Phe的代谢,反应不可逆。 苯丙氨酸羟化酶为加单氧酶。辅酶为四氢生物蝶呤。 Phe极少转氨基生成苯丙酮酸： 苯酮酸尿症：先天缺乏苯丙氨酸羟化酶。,（二）酪氨酸的代谢,多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素合称为儿茶酚胺。酪氨酸羟化酶是儿茶酚胺合成的限速酶。 酪氨酸

41、酶也使Tyr羟化，先天缺乏酪氨酸酶称为白化病。 Tyr为生糖兼生酮氨基酸。,（三）Trp的代谢,生成5-羟色胺。 转变成N10-CHO-FH4。 分解可产生丙酮酸和乙酰乙酰CoA，为生糖兼生酮氨基酸。 分解可产生尼克酸（Vpp）。,五、 支链氨基酸的代谢,包括Val、Leu、Ile。均为必需氨基酸。 其分解代谢主要在骨骼肌中进行。,三大营养素代谢小结：,1乙酰CoA的来源去路,2草酰乙酸来源去路,四、硫酸根的代谢,含硫氨基酸 硫酸根 PAPS（3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸）,五、芳香族氨基酸的代谢,苯丙酮酸尿症,白化病,第五节 氨基酸的生物合成 一、由-酮酸还原氨基化合成氨基酸 二、 -酮酸经转氨基作用合成氨基酸 三、氨基酸相互转化 四、氨基酸生物合成的其他方式,