分子生物学-氨基酸代谢.ppt

1、氨基酸代谢,Metabolism of Amino Acids,第七章,张晓伟,北京大学医学部生化与分子生物学系,第一节 氨基酸代谢概况,氨基酸的来源与去路食物蛋白质的需要量及营养作用蛋白质的消化、吸收与腐败组织蛋白质的降解,Introduction,氨基酸代谢库,氨基酸代谢的来源与去路,必需氨基酸(essential amino acid)：体内需要但不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，包括：Val、Ile、Phe、Met、Leu、Trp、Thr、Lys （携一本淡亮色书来）。,一、食物蛋白质的需要量及营养作用,1、生理需要量（成人）：分解量: 20g/日最低需量: 30-50g/日推荐量

2、(我国营养学会): 80g/日,2、氮平衡（蛋白质的平均含氮量为16%）,氮的总平衡（正常成人） ：摄入氮=排出氮,氮的负平衡(饥饿/消耗性疾病) ：摄入氮排出氮,衡量指标：食物蛋白质营养价值高低取决于其AA的数量及蛋白组成与人体蛋白质的接近程度和所含必需氨基酸(essential amino acid)的种类和数量。主要取决于食物蛋白质的“质”,3、食物蛋白质的营养价值,蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率。,食物蛋白质的互补作用： 营养价值较低的食物蛋白质合理搭配、混合食用，从而互补必需氨基酸的不足，提高蛋白质营养价值的作用。举例谷类蛋白质：赖氨酸少，色氨酸多豆类蛋白质：赖氨酸多，

3、色氨酸少,二、蛋白质的消化、吸收与腐败,1、 蛋白质的消化,由大分子转变为小分子，便于吸收消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应,消化过程 自胃中开始，在小肠中完成。,（1）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，产物主要为多肽及少量氨基酸。,胃蛋白酶对乳汁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。,（2）小肠中的消化：蛋白质消化的主要部位,胰酶及其作用: 胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。,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

4、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。,小肠粘膜细胞的消化作用：主要是寡肽酶的作用，如氨基肽酶及二肽酶等。,胃蛋白酶原（MW 40000）,胰蛋白酶原 胰蛋白酶,糜蛋白酶原 糜蛋白酶 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 羧肽酶原 羧肽酶 （A及B） （A及B）,肠激酶(enterokinase)对胰酶的激活,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。,肠激酶,2、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,（1）氨基酸

5、吸收的载体（carrier protein),载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体。ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。,肠粘膜细胞氨基酸载体蛋白的作用,（2）谷氨酰基循环(-glutamyl cycle/Meister cycle),谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成,（3）肽的吸收：二肽/三肽转运体系,利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系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,3、蛋白质的腐败(putrefaction),肠道细菌对蛋白质及其消化产物的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

6、质。,（1）胺类(amines)的生成,假神经递质(false neurotransmitter),某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,-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，使大脑发生异常抑制。,（2）氨的生成: 氨基酸脱氨、尿素分解,降低肠道pH，NH3转变为NH4+以氨盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。,（3）其他有害物质的生成:苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢,1-2%/总蛋白质/天被降解(degradation),人血浆蛋白质t1/2 10天 肝蛋白质t1/2 1-8天 结缔组织t

7、1/2 180天,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,三、组织蛋白质的降解,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,1. 泛素化(ubiquitination),泛素介导的蛋白质降解过程,泛素选择性与降解蛋白质形成共价连接，使其激活,2. 蛋白酶体(proteasome)

8、对泛素化蛋白质的降解,泛素化过程,E1：泛素活化酶,E2：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、病理调节过程,氨基酸代谢库(metabolic pool),体内所有游离氨基酸的总称。即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。,肌肉50% 肝脏10%肾脏4% 血浆1-6%,食物蛋白质,尿素,体内非必需氨基酸合成,氨,酮体,酮酸,氧化供能,组织蛋白质,葡萄糖,其他含氮化合物（嘌呤、嘧啶等）,胺类,氨基酸代

9、谢库,小结,氨基酸的来源与去路,1、营养必需氨基酸(essential amino acid) ：体内不能合成，必需由食物供给的氨基酸，包括：缬、异亮、苯丙、蛋、亮、色、苏、赖。2、氮平衡(nitrogen balance)：摄入氮=排出氮，即氮的“收支”平衡，反映正常成人的蛋白质代谢情况。 3、食物蛋白质的互补作用：营养价值较低的食物蛋白质合理搭配、混合食用，从而互补必需氨基酸的不足，提高营养价值。,4、氨基酸的吸收：主动吸收谷氨酰基循环：需谷胱甘肽5、蛋白质的腐败作用腐败作用(putrefaction) ：未被吸收的氨基酸及未被消化的蛋白质在大肠菌中的代谢作用。 6、组织蛋白质的降解溶酶体

10、内降解：不依赖ATP依赖泛素的降解过程：依赖ATP，泛素介导,第二节 氨基酸的一般代谢,氨基酸的脱氨基作用酮酸的代谢氨的代谢,General Metabolism of Amino Acids,1、转氨基作用,一、氨基酸的脱氨基作用,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),谷丙转氨酶：glutamic pyruvic transaminase(GPT) （丙氨酸转氨酶 alanine transaminase, ALT)谷草转氨酶：glutamic oxaloacetic transaminase(GOT) (天冬氨酸转氨酶 aspartate transaminase, AST),血清转

11、氨酶活性可作为疾病诊断和预后的指标之一,正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织),转氨酶的辅酶：维生素的磷酸酯,转氨酶的作用机理,O=CH,CH2OPO3H2,OH CH3,H2N-CH,CH2OPO3H2,OH CH3,磷酸砒哆醛,磷酸砒哆胺,转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也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,2、 L-谷氨酸氧化脱氨基作用,3、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,（1）转氨基偶联氧化脱氨基作用,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

12、要方式。主要在肝、肾组织进行。,氨基酸,谷氨酸,-酮酸,-酮戊二酸,H2O+NAD+,转氨酶,NH3+NADH+H+,L-谷氨酸脱氢酶,（2）转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 组织：骨骼肌、心肌,氨基酸生糖及生酮性质的分类-类别 氨基酸-生糖氨基酸 甘、丝、缬、精、半胱、脯、羟脯、丙、 组、谷、谷氨酰胺、天冬、天冬酰胺、蛋生酮氨基酸 亮、赖生糖兼生酮氨基酸 异亮、苯丙、酪、苏、色-,生成非必需氨基酸转变成糖和脂类氧化供能,二、 酮酸的代谢,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

13、体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,小结,一、主要的脱氨基作用1、氧化脱氨：L-Glu脱氢酶 2、转氨基作用：转氨酶（其辅酶为磷酸吡哆醛/胺）3、联合脱氨基作用：转氨基作用L-Glu氧化脱氨（肝、肾）转氨基作用嘌呤核苷酸循环（骨骼肌、心肌）,二、酮酸的代谢 1、生成非必需氨基酸 2、生糖或成脂生酮氨基酸：Leu、Lys(不能生成葡萄糖)生酮兼生糖氨基酸：Phe、Tyr、Trp、Thr、Ile生糖氨基酸：其它氨基酸,三、氨的代谢,体内氨的来源与去路,血氨： 65 mol/L),1、血氨的来源,（1）氨基酸脱氨基（主要来源）以及胺、嘌呤、嘧啶的分解,（2）肠道吸收的氨,2、

14、 氨的转运 氨在血液中的运输形式：丙氨酸和谷氨酰胺意义：使氨以无毒的形式运输到肝（1）丙氨酸-葡萄糖循环,（3） 肾脏产生,（2）Gln-Glu循环,谷氨酰胺：氨的解毒产物，氨的贮存和运输形式,2、血氨的去路, 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。,3、尿素的生成 合成部位：肝脏,尿素合成总反应,NH2 NH2 | | C=O C=NH | | NH2 NH NH | | |（CH2）3 （CH2）3 （CH2）3 | | | CH-NH2 CH-NH2 CH-NH2 | | | C

15、OOH COOH COOH鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸,（1） 氨基甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,氨基甲酰磷酸合成酶Icarbamoyl phosphate synthetase I, CPS-I,COOH | CH3C-NH-CH | | O （CH2）2 | COOH,N-乙酰谷氨酸（AGA）,鸟氨酸氨基甲酰转移酶 瓜氨酸 尿素 (线粒体)氨基甲酰磷酸 天冬氨酸氨基甲酰转移酶 氨甲酰天冬氨酸 嘧啶 (胞液),NH2 | C=O | NH2 NH | |（CH2）3 + NH2 鸟氨酸氨基 （CH2）3 | | 甲酰转移酶 | CH-NH2 C=O CH-NH2 + H3PO4 | | |

16、COOH O- P COOH鸟氨酸 氨基甲酰磷酸 瓜氨酸,（2） 瓜氨酸的合成部位：线粒体,（3）精氨酸的合成部位：胞液,（4） 尿素生成部位：胞液,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,（4）尿素生成的调节,CPS-的调节：AGA、精氨酸为其激活剂,（5）高氨血症和氨中毒正常血氨浓度：20mg/ml，尿中苯丙氨酸、苯丙酮酸增高治疗：新生儿用低苯丙氨酸饮食控制血中苯丙氨酸浓度在3-10mg/ml，持续时间至少至6-8岁,2、色氨酸代谢,五. 支链氨基酸的代谢,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,- NH3,转氨基作用,相应的a-酮酸,- CO2,氧化脱羧基作用,相应的脂酰CoA,b-氧化,相应的a、b烯脂酰CoA

17、,琥珀 酰CoA,乙酰CoA及 乙酰乙酰CoA,乙酰CoA及 琥珀酰CoA,1、Met：肾上腺素、肌酸、肉毒碱、精胺、精脒、胆碱、cys，等活性甲基形式：SAM含有AMP组分Met同型Cys活性硫酸：PAPS（磷酸腺苷磷酸硫酸）以cys为原料 2、Gly：嘌呤碱、血红素、肌酸、结合胆汁酸、谷胱甘肽、一碳单位，等3、PheTyr：儿茶酚胺（肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺）、黑色素、甲状腺素白化病人体内缺少：酪氨酸酶 苯丙酮尿症：缺少苯丙氨酸羟化酶，应控制Phe的摄入,小结,重要内容：1、重要名词：essential amino acid；one carbon unit2、氨基酸脱氨基的主要方式；联合脱氨基作用的特点3、氨的代谢去路及尿素合成的特点4、氨基酸的来源与去路；丙氨酸、天冬氨酸与谷氨酸与糖代谢、脂代谢的关系及基本过程 5、个别氨基酸脱羧基作用转变生成的活性物质6、一碳单位代谢的特点7、芳香族氨基酸代谢转变生成的活性物质，该代谢异常时可能出现的遗传病的生化特点8、含硫氨基酸在体内代谢转变生成的活性物质,