医科大学精品课件：第12章 氨基酸代谢.ppt

1、 氨基酸代谢氨基酸代谢 Metabolism of Amino Acids 第十二章第十二章 生物化学与分子生物学系生物化学与分子生物学系 陈瑜陈瑜 2 第一节第一节 氨基酸的代谢概况氨基酸的代谢概况 Overview of Metabolism of Amino Acids 3 一、氮平衡状态一、氮平衡状态 氮平衡氮平衡 (nitrogen balance) 氨基酸的氨基酸的摄入和消耗摄入和消耗的状态的状态 氮总平衡：氮总平衡：摄入氮摄入氮 = = 排出氮（正常成人）排出氮（正常成人） 氮正平衡：氮正平衡：摄入氮摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）排出氮（儿童、孕妇等） 氮负平衡：氮负平衡：摄入氮

2、摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾排出氮（饥饿、消耗性疾 病患者）病患者） 测定尿与粪中的含氮量（排出氮）及摄入食物的含氮量（摄入测定尿与粪中的含氮量（排出氮）及摄入食物的含氮量（摄入 氮）可以氮）可以反映体内氨基酸的代谢状况反映体内氨基酸的代谢状况。 4 氨基酸代谢库氨基酸代谢库( (metabolic pool) ) 食物蛋白经消化吸收的氨基酸食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨外源性氨 基酸基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内内 源性氨基酸源性氨基酸）混在一起混在一起，分布于体内各处参与分布于体内各处参与 代谢代谢，称为称为氨基酸代谢库氨基酸代谢库。 ( (

3、一一) ) 氨基酸代谢库氨基酸代谢库 二、氨基酸在体内满足各种生理需求二、氨基酸在体内满足各种生理需求 5 组织蛋白质组织蛋白质降解降解所产生的氨基酸所产生的氨基酸 （二）氨基酸在体内主要功能（二）氨基酸在体内主要功能 1.1.大部分氨基酸用于蛋白质生物合成大部分氨基酸用于蛋白质生物合成 蛋白质的合成蛋白质的合成 食物蛋白质食物蛋白质消化消化、吸收吸收的氨基酸的氨基酸 6 2.2.氨基酸的碳骨架可进入能量代谢氨基酸的碳骨架可进入能量代谢 氨基酸代谢库中的氨基酸过多，进入分解代谢，氨基酸代谢库中的氨基酸过多，进入分解代谢， 彻底氧化，产生能量。彻底氧化，产生能量。 机体每日产生的能量约有机体每日

4、产生的能量约有1818来自氨基酸的氧化来自氨基酸的氧化 分解。分解。 饥饿时蛋白质降解释放氨基酸，转变成为葡萄糖饥饿时蛋白质降解释放氨基酸，转变成为葡萄糖 或酮体；或酮体； 7 3. 3. 氨基酸代谢转换而产生多种物质氨基酸代谢转换而产生多种物质 氨基酸可通过氨基酸可通过代谢转变代谢转变而产生多种物质而产生多种物质含含 氮化合物氮化合物，包括神经递质、核苷酸、激素及，包括神经递质、核苷酸、激素及 其他多种其他多种含氮生理活性物质含氮生理活性物质。 产生一些重要的化学基团，具有重要调节产生一些重要的化学基团，具有重要调节 功能，或者用于非营养物质的（转化）代谢。功能，或者用于非营养物质的（转化）

5、代谢。 8 氨基酸氨基酸 衍生的化合物衍生的化合物 生理功能生理功能 天冬氨酸、谷氨酰氨、甘氨酸天冬氨酸、谷氨酰氨、甘氨酸 嘌呤碱嘌呤碱 含氮碱基、核酸成分含氮碱基、核酸成分 天冬氨酸天冬氨酸 嘧啶碱嘧啶碱 含氮碱基、核酸成分含氮碱基、核酸成分 甘氨酸甘氨酸 卟啉化合物卟啉化合物 血红素、细胞色素血红素、细胞色素 甘氨酸、精氨酸、甲硫氨酸甘氨酸、精氨酸、甲硫氨酸 肌酸、磷酸肌酸肌酸、磷酸肌酸 能量储存能量储存 色氨酸色氨酸 5-羟色胺、尼克酸羟色胺、尼克酸 神经递质、维生素神经递质、维生素 苯丙氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、酪氨酸 儿茶酚胺、甲状腺素儿茶酚胺、甲状腺素 神经递质、激素神经递质、激素 酪

6、氨酸酪氨酸 黑色素黑色素 皮肤色素皮肤色素 谷氨酸谷氨酸 -氨基丁酸氨基丁酸 神经递质神经递质 甲硫氨酸、鸟氨酸甲硫氨酸、鸟氨酸 精胺、亚精胺精胺、亚精胺 细胞增殖促进剂细胞增殖促进剂 半胱氨酸半胱氨酸 牛磺酸牛磺酸 结合胆汁酸成分结合胆汁酸成分 氨基酸衍生的重要含氮物氨基酸衍生的重要含氮物 9 外源性氨基酸与内源性氨基酸组成 氨基酸代谢库 食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性 氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸 及体内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(metabolic pool) 。 10 氨基酸氨基酸 代谢库代谢库 食物蛋白质

7、食物蛋白质 组织组织 蛋白质蛋白质 分解分解 体内合成氨基酸体内合成氨基酸 ( (非必需氨基酸非必需氨基酸) ) 氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况 - -酮酸酮酸 酮体酮体 氧化供能氧化供能 糖糖 胺胺 类类 氨氨 尿尿素素 代谢转变代谢转变 其他含氮化合物其他含氮化合物 ( (嘌呤、嘧啶等嘌呤、嘧啶等) ) 合成合成 11 第二节第二节 体内氨基酸的来源体内氨基酸的来源 Sources of Amino Acids in Body 12 （一）氨基酸可分为营养必需氨基酸和营养（一）氨基酸可分为营养必需氨基酸和营养 非必需氨基酸非必需氨基酸 营养必需氨基酸营养必需氨基酸(nutritionally

8、 essential amino acid) 指体内需要而又指体内需要而又不能自身合成不能自身合成，必须由必须由食食 物供给物供给的氨基酸的氨基酸，共有共有8种：种：ValVal、IleIle、LeuLeu、 ThrThr、MetMet、LysLys、PhePhe、TrpTrp。 其余其余12种氨基酸体内可以合成，称种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸非必需氨基酸。 （nutritionally non-essential amino acid） 一、机体从食物蛋白质获取氨基酸一、机体从食物蛋白质获取氨基酸 组氨酸组氨酸和和精氨酸精氨酸虽能在人体内合成虽能在人体内合成，但但合合 成量不多成量不

9、多，长期缺乏也能造成负氮平衡长期缺乏也能造成负氮平衡，可以可以 将 这 两 种 氨 基 酸 视 为将 这 两 种 氨 基 酸 视 为 营 养 半 必 需 氨 基 酸营 养 半 必 需 氨 基 酸 （nutritionally semi-essential amino acid）。 14 （二）机体摄取食物蛋白质满足对氨基酸的需要（二）机体摄取食物蛋白质满足对氨基酸的需要 蛋白质的生理需要量蛋白质的生理需要量 成人每日成人每日最低蛋白质需要量为最低蛋白质需要量为303050g50g，我，我 国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g80g。 蛋白质的营养价值蛋

10、白质的营养价值 营养必需氨基酸营养必需氨基酸种类多、数量足种类多、数量足的蛋白质，其的蛋白质，其 营养价值高，反之则营养价值低。营养价值高，反之则营养价值低。 15 营养价值低的蛋白质营养价值低的蛋白质混合食用混合食用，则营养必需氨，则营养必需氨 基酸可以基酸可以互相补充互相补充，从而，从而提高营养价值提高营养价值，称为食，称为食 物蛋白质的互补作用。物蛋白质的互补作用。 谷类蛋白质谷类蛋白质含含赖氨酸较少赖氨酸较少而含而含色氨酸较多色氨酸较多，而，而 豆类蛋白质豆类蛋白质含含赖氨酸较多赖氨酸较多而而色氨酸较少色氨酸较少，两者混，两者混 合食用即可提高蛋白质的营养价值。合食用即可提高蛋白质的营

11、养价值。 食物蛋白质的互补作用食物蛋白质的互补作用 16 （三）食物蛋白的消化（三）食物蛋白的消化 蛋白质消化的生理意义蛋白质消化的生理意义 由大分子转变为小分子，由大分子转变为小分子，便于吸收便于吸收。 消除种属特异性和抗原性消除种属特异性和抗原性，防止过敏、，防止过敏、 毒性反应毒性反应。 17 1.1.食物蛋白质在食物蛋白质在胃中消化胃中消化 胃蛋白酶的最适胃蛋白酶的最适pHpH为为1.51.52.52.5，水解由，水解由芳香族氨芳香族氨 基酸的羧基基酸的羧基所形成的肽键所形成的肽键 ，产物主要为多肽及少产物主要为多肽及少 量氨基酸量氨基酸。 胃蛋白酶原胃蛋白酶原 胃蛋白酶胃蛋白酶 +

12、+ 多肽碎片多肽碎片 胃酸、胃蛋白酶胃酸、胃蛋白酶 (pepsinogen) (pepsin) 18 2.2.蛋白质在小肠被水解成氨基酸和小肽蛋白质在小肠被水解成氨基酸和小肽 小肠是蛋白质消化的主要部位小肠是蛋白质消化的主要部位 胰液蛋白酶消化蛋白质产生寡肽和少量氨基酸胰液蛋白酶消化蛋白质产生寡肽和少量氨基酸 胰酶胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适是消化蛋白质的主要酶，最适pH 为为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。左右，包括内肽酶和外肽酶。 19 内肽酶内肽酶(endopeptidase) 水解蛋白质水解蛋白质肽链内部的一些肽键肽链内部的一些肽键，如胰蛋，如胰蛋 白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。白酶、

13、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。 外肽酶外肽酶(exopeptidase) 自自肽链的末段肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残开始每次水解一个氨基酸残 基，如羧基肽酶基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。、氨基肽酶。 20 氨基肽酶氨基肽酶 内肽酶内肽酶 羧基肽酶羧基肽酶 氨基酸氨基酸 + 氨基酸氨基酸 二肽酶二肽酶 蛋白水解酶作用示意图蛋白水解酶作用示意图 21 肠液中酶原的激活肠液中酶原的激活 胰蛋白酶原胰蛋白酶原 糜蛋白酶原糜蛋白酶原 弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原 羧肽酶原羧肽酶原 肠激酶肠激酶(enterokinase) 胰蛋白酶胰蛋白酶 糜蛋白酶糜蛋白酶 弹性蛋白酶弹性蛋白酶 羧肽酶羧肽酶 (tryp

14、sin) (exopeptidase) (elastase) (carboxypeptidase) 胰蛋白酶胰蛋白酶 胰蛋白酶的自身激活作用较弱。由于胰液中各种胰蛋白酶的自身激活作用较弱。由于胰液中各种 蛋白酶均以蛋白酶均以酶原形式酶原形式存在，同时胰液中还存在存在，同时胰液中还存在胰蛋白胰蛋白 酶抑制剂酶抑制剂，能保护胰腺组织，能保护胰腺组织免受蛋白酶的自身消化免受蛋白酶的自身消化。 22 可保护胰组织免受蛋白酶的可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用自身消化作用。 保证酶在其保证酶在其特定的部位和环境特定的部位和环境发挥催化作用。发挥催化作用。 酶原还可视为酶原还可视为酶的储存形式酶的储存形

15、式。 酶原激活的意义酶原激活的意义 23 小肠黏膜细胞的消化酶水解寡肽为氨基酸小肠黏膜细胞的消化酶水解寡肽为氨基酸 主要是主要是寡肽酶寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如的作用，例如 氨基肽酶氨基肽酶(aminopeptidase)及及二肽酶二肽酶(dipeptidase) 等，等， 最终产生氨基酸。最终产生氨基酸。 在在小肠黏膜细胞小肠黏膜细胞中进行中进行 24 （四）氨基酸的吸收是一个（四）氨基酸的吸收是一个主动转运主动转运过程过程 吸收部位：主要在吸收部位：主要在小肠黏膜细胞小肠黏膜细胞 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收机制：吸收机制：耗能的主

16、动吸收耗能的主动吸收过程过程 25 氨基酸吸收载体氨基酸吸收载体 载体蛋白与氨基酸载体蛋白与氨基酸、NaNa+ +组成三联体组成三联体， 由由ATPATP供能将氨基酸供能将氨基酸、Na+转入细胞内转入细胞内，Na+ 再由钠泵排出细胞再由钠泵排出细胞。 转运蛋白转运蛋白 （transporter） 中性氨基酸载体中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体 - -氨基酸转运蛋白氨基酸转运蛋白 26 - -谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用 -谷氨酰基循环谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)

17、过程：过程： 谷胱甘肽谷胱甘肽对氨基酸的转运对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成谷胱甘肽再合成 此循环存在于小肠粘膜、肾小管、脑组织细胞此循环存在于小肠粘膜、肾小管、脑组织细胞 半胱氨酰甘氨酸半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly) 半胱氨酸半胱氨酸 甘氨酸甘氨酸 肽酶肽酶 -谷氨谷氨 酸环化酸环化 转移酶转移酶 氨基酸氨基酸 H2NCH COOH R 5-氧脯氨酸氧脯氨酸 谷氨酸谷氨酸 5-氧脯氧脯 氨酸酶氨酸酶 ATP ADP+Pi -谷氨酰半胱氨酸谷氨酰半胱氨酸 -谷氨酰谷氨酰 半胱氨酸半胱氨酸 合成酶合成酶 ADP+Pi ATP 谷胱甘肽谷胱甘肽 合成酶合成酶 ATP ADP+Pi 细胞外细胞外

18、- -谷谷 氨酰氨酰 基转基转 移酶移酶 细胞膜细胞膜 谷胱甘肽谷胱甘肽 GSH 细胞内细胞内 - -谷氨酰基循环过程谷氨酰基循环过程 -谷氨酰谷氨酰 氨基酸氨基酸 COOH CHNH2 CH2 CH2 C O NHCH COOH R CHH2N COOH R 氨基酸氨基酸 28 转运体系将小肽转运进入肠黏膜细胞转运体系将小肽转运进入肠黏膜细胞 吸收部位：小肠近端吸收部位：小肠近端 转运体系：二肽或三肽转运体系转运体系：二肽或三肽转运体系 吸收机制：吸收机制：耗能的主动吸收耗能的主动吸收过程过程 29 （五）未被吸收的蛋白质被肠道细菌代谢（五）未被吸收的蛋白质被肠道细菌代谢 在消化过程中，有一

19、小部分蛋白质未被消化在消化过程中，有一小部分蛋白质未被消化 或虽经消化、但未被吸收，或虽经消化、但未被吸收，肠道细菌肠道细菌对这部分蛋对这部分蛋 白质及其消化产物的代谢。白质及其消化产物的代谢。 腐败作用产物腐败作用产物：胺、氨、苯酚、吲哚等；也产：胺、氨、苯酚、吲哚等；也产 生少量的脂肪酸及维生素等生少量的脂肪酸及维生素等。 蛋白质的腐败作用蛋白质的腐败作用( (putrefaction) 30 1肠道细菌使氨基酸肠道细菌使氨基酸脱羧基脱羧基产生胺类产生胺类 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 胺类胺类 蛋白酶蛋白酶 脱羧基作用脱羧基作用 组氨酸组氨酸 组胺组胺 赖氨酸赖氨酸 尸胺尸胺 色氨酸色氨酸

20、 色胺色胺 酪氨酸酪氨酸 酪胺酪胺 31 假神经递质假神经递质(false neurotransmitter) 某些物质结构与某些物质结构与神经递质结构相似神经递质结构相似，可取代，可取代 正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。 苯乙胺苯乙胺 苯乙醇胺苯乙醇胺 CH2 CH2NH2 CH2 CH2NH2CH2NH2 COHH CH2NH2 COHH 酪胺酪胺 - -羟酪胺羟酪胺 CH2 CH2NH2 OH CH2 CH2NH2 OH CH2NH2 COHH OH CH2NH2 COHH OH 32 - -羟酪胺羟酪胺和和苯乙醇胺苯乙醇胺结构类似儿茶

21、酚胺结构类似儿茶酚胺， 它们可它们可取代儿茶酚胺取代儿茶酚胺与脑细胞结合与脑细胞结合，但但不能不能 传递神经冲动传递神经冲动，使大脑发生异常抑制使大脑发生异常抑制。 肝性脑病的病因之一肝性脑病的病因之一 33 2 2在肠道细菌作用下在肠道细菌作用下氨基酸脱氨基氨基酸脱氨基生成氨生成氨 未被吸收的氨基酸未被吸收的氨基酸 渗入肠道的尿素渗入肠道的尿素 氨氨 (ammonia) 肠道细菌肠道细菌 脱氨基作用脱氨基作用 尿素酶尿素酶 降低肠道降低肠道pH，NH3转变为转变为NH4+以以胺盐形式胺盐形式排出，排出， 可减少氨的吸收，这是可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据酸性灌肠的依据。 34 3 3腐败

22、作用产生其他有害物质腐败作用产生其他有害物质 酪氨酸酪氨酸 苯酚苯酚 半胱氨酸半胱氨酸 硫化氢硫化氢 色氨酸色氨酸 吲哚吲哚 除了除了胺类胺类和和氨氨以外，通过腐败作用还可产生一些其以外，通过腐败作用还可产生一些其 他有害物质，例如他有害物质，例如苯酚、吲哚、甲基吲哚及硫化氢苯酚、吲哚、甲基吲哚及硫化氢等。等。 35 二、体内蛋白质降解生成氨基酸二、体内蛋白质降解生成氨基酸 （一）体内蛋白质被不断地转换更新（一）体内蛋白质被不断地转换更新 蛋白质降低其原蛋白质降低其原浓度一半浓度一半所需要的时间，所需要的时间， 用用t1/2 1/2表示。 表示。 蛋白质转换蛋白质转换( (protein tu

23、rnover) 指体内蛋白质的不断降解与合成的指体内蛋白质的不断降解与合成的动态平衡动态平衡。 蛋白质半寿期蛋白质半寿期( (half life) 36 （二）体内蛋白质在不同因素的控制下被降解（二）体内蛋白质在不同因素的控制下被降解 1 1蛋白质功能调控的机制之一是降解蛋白质蛋白质功能调控的机制之一是降解蛋白质 2 2结构蛋白需要更新结构蛋白需要更新 3. 3. 饥饿状态引起蛋白质降解饥饿状态引起蛋白质降解 37 （三）真核细胞的蛋白质的降解途径（三）真核细胞的蛋白质的降解途径 不依赖不依赖ATPATP 利用利用溶酶体中的溶酶体中的组织蛋白酶组织蛋白酶( (cathepsin)降降 解解外源

24、性外源性蛋白、膜蛋白和蛋白、膜蛋白和长寿命长寿命的细胞内的细胞内 蛋白蛋白 1 1溶酶体通过溶酶体通过ATPATP- -非依赖途径降解非依赖途径降解 38 2 2需要需要ATPATP的泛素途径降解的泛素途径降解 依赖依赖ATPATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白降解异常蛋白和短寿命蛋白 泛素泛素(ubiquitin) 7676个个氨基酸的小分子蛋白氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍普遍存在于真核生物存在于真核生物而得名而得名 一级结构高度保守一级结构高度保守 39 （1 1）泛素化使蛋白质贴上了）泛素化使蛋白质贴上了被降解的标签被降解的标签 泛素与选择性被降解蛋白质形成泛素与选择性被降解蛋白质

25、形成共价连共价连 接接，并使其激活。，并使其激活。 （2 2）泛素化的蛋白质在）泛素化的蛋白质在蛋白酶体降解蛋白酶体降解 泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程 蛋白酶体对泛素化蛋白质的降解。蛋白酶体对泛素化蛋白质的降解。 40 泛素化过程泛素化过程 E1：泛素活化酶：泛素活化酶 E2：泛素结合酶：泛素结合酶 E3：泛素蛋白连接酶：泛素蛋白连接酶 泛素泛素 C O- O + HS-E1 ATP AMP+PPi 泛素泛素 C O S E1 HS-E2 HS-E1 泛素泛素 C O S E2 泛素泛素 C O S E1 被降解被降解 蛋白质蛋白质 HS-E2 泛素泛素 C O S E2

26、泛素泛素 C NH 被降解蛋白质被降解蛋白质 O E3 41 蛋白酶体蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要存在于细胞核和胞浆内，主要降解降解 异常蛋白质和短寿蛋白质异常蛋白质和短寿蛋白质。 26S26S蛋白蛋白 质酶体质酶体 20S20S的核心的核心 颗粒颗粒(CP)(CP) 19S19S的调节颗粒的调节颗粒(RP) :(RP) : 18个亚基个亚基, 6 个亚基具有个亚基具有ATP酶活性酶活性 2个个环：环：7个个亚基亚基 2个个环：环：7个个亚基亚基 42 - -亚基亚基 - -亚基亚基 - -亚基亚基 - -亚基亚基 核心颗粒核心颗粒 调节颗粒调节颗粒 调节颗粒调节颗粒 蛋白酶体是一个蛋白

27、酶体是一个26S蛋白质蛋白质 复合物复合物，由由20S的核心颗粒的核心颗粒 (core particle, CP)和和19S的调的调 节颗粒节颗粒(regulatory particle, RP) 组成组成 蛋白酶体蛋白酶体 43 蛋白酶体核心颗粒蛋白酶体核心颗粒 44 泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程： 45 三、营养非必需氨基酸的合成三、营养非必需氨基酸的合成 （一）（一）- -酮戊二酸酮戊二酸还原氨化还原氨化生成谷氨酸生成谷氨酸 H2O NH4+ 酮戊二酸酮戊二酸 L谷氨酸谷氨酸 （二）（二）转氨基作用转氨基作用生成丙氨酸和天冬氨酸生成丙氨酸和天冬氨酸 丙酮酸丙酮酸 转氨

28、酶转氨酶 丙氨酸丙氨酸 谷氨酸或天冬氨酸谷氨酸或天冬氨酸 酮戊二酸酮戊二酸 或草酰乙酸或草酰乙酸 （三）谷氨酰胺合成酶合成谷氨酰胺（三）谷氨酰胺合成酶合成谷氨酰胺 L L- -谷氨酰胺谷氨酰胺 L L- -谷氨酸谷氨酸 NH4+ Mg-ATP Mg-ADP Pi NH3+ NH3+ 48 （四）天冬酰胺合成酶催化生成天冬酰胺（四）天冬酰胺合成酶催化生成天冬酰胺 L L- -天冬酰胺天冬酰胺 L L- -天冬氨酸天冬氨酸 天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶 NH3+ NH3+ Gln Glu Mg-ATP Mg-AMP PPi 49 第三节第三节 氨基酸氮的代谢氨基酸氮的代谢 Catabolism o

29、f Amino Acid Nitrogen 50 一、脱氨基是氨基酸一、脱氨基是氨基酸分解代谢的起始反应分解代谢的起始反应 转氨基作用转氨基作用（transamination）： 在在转氨酶转氨酶( (transaminase)的作用下的作用下，某一氨某一氨 基酸去掉基酸去掉 - -氨基生成相应的氨基生成相应的 - -酮酸酮酸，而另一种而另一种 - - 酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。 （一）待分解的氨基酸经转氨酶作用移去（一）待分解的氨基酸经转氨酶作用移去- -氨基氨基 51 反应式反应式 大多数氨基酸可参与转氨基作用，但大多数氨基酸可参与转氨基作用

30、，但赖氨酸、赖氨酸、 脯氨酸、羟脯氨酸除外脯氨酸、羟脯氨酸除外 转氨酶又称氨基转移酶（转氨酶又称氨基转移酶（aminotransferase） 52 体内存在多种转氨酶，不同氨基酸与体内存在多种转氨酶，不同氨基酸与 - -酮酸之间酮酸之间 的转氨基作用只能由的转氨基作用只能由专一的转氨酶专一的转氨酶催化。催化。 体内有两种体内有两种重要的转氨酶重要的转氨酶: : 谷氨酸转氨酶谷氨酸转氨酶 谷谷- -丙转氨酶丙转氨酶（glutamate-pyruvate transaminase， ， GPT或或ALT） 谷谷- -草转氨酶草转氨酶（glutamate-oxaloacetate transami

31、nase, GOT或或AST） 53 转氨酶转氨酶 正常人各组织正常人各组织GOT及及GPT活性活性 (单位单位/克湿组织克湿组织) 血清转氨酶活性，临床上可作为血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断疾病诊断 和预后和预后的指标之一。的指标之一。 组织组织GOTGPT 心心156000 7100 肝肝 14200044000 骨骼肌骨骼肌990004800 肾肾9100019000 组织组织GOTGPT 胰腺胰腺 脾脾 肺肺 血清血清 28000 2000 14000 1200 10000700 2016 54 转氨酶的作用机制转氨酶的作用机制 转氨酶的辅酶是转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛

32、氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 - -酮酸酮酸 磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 谷氨酸谷氨酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 转氨酶转氨酶 55 转氨基作用不仅是体内多数氨基酸转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨脱氨 基的重要方式基的重要方式，也是机体，也是机体合成非必需氨基酸合成非必需氨基酸 的重要途径。的重要途径。 通过此种方式并通过此种方式并未产生游离的氨未产生游离的氨。 转氨基作用的生理意义转氨基作用的生理意义 56 存在于肝、脑、肾中存在于肝、脑、肾中 辅酶为辅酶为 NADNAD+ + 或 或NADPNADP+ + GTPGTP、ATPATP为其抑制剂为其抑制剂 GDPGDP、ADPADP为其激活剂

33、为其激活剂 催化酶：催化酶： L L- -谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 L-谷氨酸谷氨酸 NH3 -酮戊二酸酮戊二酸 NAD(P)+ NAD(P)H+H+ H2O NH2 CH (CH2)2 COOH COOH NH2 CH (CH2)2 COOH COOH NH C (CH2)2 COOH COOH NH C (CH2)2 COOH COOH O C (CH2)2 COOH COOH + O C (CH2)2 COOH COOH + （glutamate dehydrogenase） （二）（二）氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用 57 联合脱氨基联合脱氨基 转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和氧化脱氨基偶

34、联 转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联 （三）联合脱氨基作用（三）联合脱氨基作用 58 转氨基作用转氨基作用和和谷氨酸氧化脱氨谷氨酸氧化脱氨的结合被称的结合被称 为转氨脱氨作用（为转氨脱氨作用（transdeaminationtransdeamination），又称联），又称联 合脱氨作用。合脱氨作用。 59 转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用 氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 - -酮酸酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD+ 转氨酶转氨酶 NH3+NADH+H+ L L- -谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 此种方式既是此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式氨基酸脱氨基

35、的主要方式，也是，也是 体内体内合成非必需氨基酸的主要方式合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在主要在肝、肾肝、肾组织进行。组织进行。 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸 代琥珀酸代琥珀酸 次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP) 腺苷酸代琥腺苷酸代琥 珀酸合成酶珀酸合成酶 -酮戊酮戊 二酸二酸 氨氨 基基 酸酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 转转 氨氨 酶酶 1 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 转转 氨氨 酶酶 2 2 腺苷酸腺苷酸 脱氨酶脱氨酶 H2O NH3 延胡索酸延胡索酸 腺嘌呤腺嘌呤 核苷酸核苷酸 (AMP) 定位：骨骼肌、心肌、脑定位：骨

36、骼肌、心肌、脑 61 二、氨的转运二、氨的转运 正常情况下，血氨水平在正常情况下，血氨水平在4765 mol/L 氨是以无毒氨是以无毒丙氨酸丙氨酸及及谷氨酰胺谷氨酰胺两种形两种形 式经血液转运。运输到式经血液转运。运输到肝合成尿素肝合成尿素，或运至，或运至肾肾 以铵盐以铵盐的形式排出。的形式排出。 62 （一）丙氨酸（一）丙氨酸- -葡萄糖循环将氨从肌肉运输到肝葡萄糖循环将氨从肌肉运输到肝 反应过程反应过程 生理意义生理意义 肌肉中氨以肌肉中氨以无毒的丙氨酸无毒的丙氨酸形式运输到肝。形式运输到肝。 肝为肌肉肝为肌肉提供葡萄糖提供葡萄糖。 丙氨酸丙氨酸- -葡萄糖循环葡萄糖循环(alanine-

37、glucose cycle) 63 丙丙 氨氨 酸酸 葡葡 萄萄 糖糖 肌肉肌肉 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 NH3 谷氨酸谷氨酸 -酮戊酮戊 二酸二酸 丙酮酸丙酮酸 糖 酵 解 途 径 糖 酵 解 途 径 肌肉肌肉 丙丙 氨氨 酸酸 血液血液 丙氨酸丙氨酸 葡萄糖葡萄糖 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 丙酮酸丙酮酸 NH3 尿素尿素 尿素循环尿素循环 糖糖 异异 生生 肝肝 丙氨酸丙氨酸- -葡萄糖循环葡萄糖循环 葡葡 萄萄 糖糖 64 ( (二）谷氨酰胺运输氨二）谷氨酰胺运输氨 反应过程反应过程 在在脑、肌肉脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到合成谷氨酰胺，运输到肝和肾肝和肾 后再分解为氨和谷氨

38、酸，从而进行解毒。后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。 生理意义生理意义 谷氨酰胺是氨的谷氨酰胺是氨的解毒产物解毒产物，也是，也是氨的储存氨的储存 及运输及运输形式形式。 65 谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酸谷氨酸 Asp Asn H2O NH3 天冬酰胺酶天冬酰胺酶 白血病细胞不能白血病细胞不能 临床上用此临床上用此酶分解血酶分解血 的的AsnAsn治疗白血病治疗白血病 COOH CH 2 CHNH 2 COOH CONH 2 CH 2 CHNH 2 COOH 66 三、肝三、肝合成尿素合成尿素是机体排泄氨的主要方式是机体排泄氨的主要方式 在肝内在肝内合成尿素合成尿素，这是，这是最主要的去路最主要

39、的去路 合成非必需氨基酸及其他含氮化合物合成非必需氨基酸及其他含氮化合物 合成谷氨酰胺合成谷氨酰胺 谷氨酸谷氨酸 + NH+ NH3 3 谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶 ATPATP ADP+PiADP+Pi 肾小管肾小管泌氨泌氨 分泌的分泌的NH3在酸性条件下生成在酸性条件下生成NH4+，随尿排出随尿排出 体内氨的去路体内氨的去路 67 （一）在肝进行的（一）在肝进行的鸟氨酸循环鸟氨酸循环合成尿素合成尿素 主要在主要在肝细胞肝细胞的线粒体及胞液中的线粒体及胞液中 尿素生成的过程由尿素生成的过程由Hans Krebs 和和Kurt Henseleit 提出提出，称为称为鸟氨酸循

40、环鸟氨酸循环( (orinithine cycle)，又称又称尿素循环尿素循环( (urea cycle)或或Krebs- Henseleit循环循环。 68 鸟氨酸循环鸟氨酸循环 Ornithine Cycle (尿素循环、尿素循环、Krebs- Henseleit循环）循环） 1932年年 Hans Krebs & Kurt Henseleit Hans Krebs Urea cycle （1932） TAC cycle （1937） Nobel Prize （1953） 69 CO2 + NH3 + H2O + 2ATP 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 （N N- -乙酰谷氨酸乙酰

41、谷氨酸，MgMg2+ 2+） ） C O H2N O PO32- + 2ADP + Pi 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 反应在反应在线粒体线粒体中进行中进行 1. CO1. CO2 2、氨和、氨和ATPATP缩合形成氨基甲酰磷酸缩合形成氨基甲酰磷酸 70 反 应 由反 应 由 氨 基 甲 酰 磷 酸 合 成 酶氨 基 甲 酰 磷 酸 合 成 酶 (carbamoyl phosphate synthetase, CPSCPS- -) 催化催化 N-乙酰谷氨酸为其激活剂乙酰谷氨酸为其激活剂，反应反应消耗消耗2 2分子分子ATPATP N N- -乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸( (AGA) ) COOH CH3

42、C-NH-CH (CH2)2 COOH O COOH CH3C-NH-CH (CH2)2 COOH O 71 鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶 H3PO4 + 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 NH2 C O O PO32- NH2 C O O PO32- 2 2氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸 NH 2 (CH 2 ) 3 CH COOH NH 2 鸟鸟氨酸氨酸 NH 2 (CH 2 ) 3 CH COOH NH 2 NH CH COOH NH 2 NH 2 C O 瓜瓜氨酸氨酸 (CH 2 ) 3 72 由由鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶( (

43、ornithine carbamoyl transferase,OCT) )催化催化 反应在反应在线粒体线粒体中进行，中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。瓜氨酸生成后进入胞液。 线粒体内膜存在一种线粒体内膜存在一种碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白，将，将 瓜氨酸向线粒体外转运，同时将鸟氨酸向线粒瓜氨酸向线粒体外转运，同时将鸟氨酸向线粒 体内转运。体内转运。 73 3. 3. 瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸 反应在反应在胞液胞液中进行中进行 精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶 ATPATP AMP+PPiAMP+PPi H H2 2O O MgM

44、g2+ 2+ + 天冬氨酸天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸 COOH C HH2N CH2 COOH NH (CH2)3 CH COOH NH2 NH2 CN COOH CH CH2 COOH NH CH COOH NH 2 NH 2 C O 瓜瓜氨酸氨酸 (CH 2 ) 3 74 COOH CH CH HOOC + NH (CH2)3 CH COOH NH2 NH2 CNH NH (CH2)3 CH COOH NH2 NH2 CN COOH CH CH2 COOH NH (CH2)3 CH COOH NH2 NH2 CN COOH CH CH2 COOH 精氨酸精氨酸 延胡索酸延胡索酸

45、 精氨酸代琥精氨酸代琥 珀酸裂解酶珀酸裂解酶 精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸 4. 4. 精氨酸代琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸 75 反应在胞液中进行反应在胞液中进行 5. 5. 精氨酸裂解释放出尿素并再形成鸟氨酸精氨酸裂解释放出尿素并再形成鸟氨酸 76 鸟鸟 氨氨 酸酸 循循 环环 2ADP+Pi CO2 + NH3 + H2O 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 2ATP N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 Pi 鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 精氨酸精氨酸 延胡索酸延胡索酸 氨基酸氨基酸 草酰乙酸草酰乙酸 苹果酸苹果酸 -酮戊酮戊 二酸二酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 精氨酸代精

46、氨酸代 琥珀酸琥珀酸 瓜氨酸瓜氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 ATP AMP + PPi 鸟氨酸鸟氨酸 尿素尿素 线粒体线粒体 胞胞 液液 77 反应小结反应小结 原料：原料：2 2分子氨，一个来自于分子氨，一个来自于游离氨游离氨，另一个，另一个 来自来自天冬氨酸天冬氨酸，但都是各种氨基酸分解代谢过，但都是各种氨基酸分解代谢过 程中所脱掉的氨基。程中所脱掉的氨基。 过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。 耗能：耗能：3 3个个ATPATP，4 4个高能磷酸键个高能磷酸键，尿素合成过，尿素合成过 程程不可逆不可逆 。 78 （二）尿素的调节（二）尿素的调节 1.

47、1. 食物蛋白的摄入量影响尿素的合成食物蛋白的摄入量影响尿素的合成 高蛋白质膳食增加体内氨基酸的量，体内分高蛋白质膳食增加体内氨基酸的量，体内分 解代谢的氨基酸多，因而增加尿素合成。解代谢的氨基酸多，因而增加尿素合成。 2. N2. N- -乙酰谷氨酸别位激活乙酰谷氨酸别位激活氨基甲酰磷酸合酶氨基甲酰磷酸合酶 启动尿素合成启动尿素合成 3. 3. 精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶活性促进尿素合成活性促进尿素合成 AGA、谷氨酸为其激活剂、谷氨酸为其激活剂 79 酶酶相对活性相对活性 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶 精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶 精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶 精氨酸酶精氨酸酶 4.5 163.0 1.0 3.3 149.0 正常成人肝尿素合成酶的相对活性正常成人肝尿素合成酶的相对活性 酶酶相对活性相对活性 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨