氨基酸代谢

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,氨 基 酸 代 谢,Metabolism of Amino Acids,蛋白质的营养作用,Nutritional Function of Protein,第一节,一、 蛋白质营养的重要性,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,人体每日,18%,能量由蛋白质提供。,二、蛋白质需要量和营养价值,1.,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：可以反映体内蛋白质代谢的概况。,2.,生理需要量,成人每日最低蛋白质需要量为,30,50g,，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为,80g,。,3.,蛋白质的营养价值,必需氨基酸,(essential amino acid),指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有,8,种：,Val,（缬）、,Ile,（异亮）、,Leu,（亮）、,Thr,（苏）、,Met,（蛋）、,Lys,（赖）、,Phe,（笨丙）、,Trp,（色）。,三伏天，写一两本淡色书来，拣来精读。,蛋氨酸：甲硫氨酸,酸性氨基酸：,必须氨基酸：,碱性氨基酸：,谷、天,缬、异亮、亮、笨丙、蛋、色、苏、赖,赖、精、组,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。,其余,12,种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败,Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins,一、 蛋白质的消化,蛋白质消化的生理意义,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。,胃：多肽、氨基酸,小肠：小肽、氨基酸,内肽酶,胰蛋白酶：,由碱性氨基酸羧基所组成的肽键,胰凝乳蛋白酶：,芳香族氨基酸羧基所组成的肽键,弹性蛋白酶：,脂肪族氨基酸羧基所组成的肽键,外肽酶：,氨基肽酶、羧基肽酶,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,转运蛋白：氨基酸、小肽,-,谷氨酰基循环：氨基酸,三、蛋白质的腐败作用,肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其消化产物所起的作用,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质,。,蛋白质的腐败作用,(,putrefaction),第三节,氨基酸的一般代谢,General,Metabolism,of Amino Acids,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,t,1/2,表示,蛋白质转换更新,(,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,蛋白酶体依赖泛素的降解过程,溶酶体内降解过程,依赖,ATP,降解异常蛋白和短寿命蛋白,二、 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,转氨基作用,氧化脱氨基,联合脱氨基,非氧化脱氨基,转氨基和氧化脱氨基偶联,转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联,（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，原来的氨基酸则转变成,-,酮酸的过程。,血清转氨酶分为两种，一种是存在于肝细胞浆中谷丙转氨酶,ALT,，另一种是存在于肝细胞线粒体中的谷草转氨酶,AST,。,正常时血液中转氨酶活性很低，当组织发生病变时，细胞膜透性增加，转氨酶大量释放入血，使血清中转氨酶活性增高。,急性肝炎：血清,ALT,增高,心肌梗死：血清,AST,增高,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。,4.,转氨基作用的机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,氨基酸,磷酸吡哆醛,-,酮酸,磷酸吡哆胺,谷氨酸,-,酮戊二酸,转氨酶,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。,5.,转氨基作用的生理,意义,（二）,L-,谷氨酸氧化脱氨基作用,存在于肝、脑、肾中,辅酶为,NAD,+,或,NADP,+,，,产生游离的,NH,3,。,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,NH,3,-,酮戊二酸,NAD(P),+,NAD(P)H+H,+,H,2,O,（三）联合脱氨基作用,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。,2.,类型,转氨基偶联氧化脱氨基作用,1.,定义,转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,转氨基偶联氧化脱氨基作用,氨基酸,谷氨酸,-,酮酸,-,酮戊二酸,H,2,O+NAD,+,转氨酶,NH,3,+NADH+H,+,L-,谷氨酸脱氢酶,联合脱氨基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,次黄嘌呤,核苷酸,(IMP),腺苷酸代琥,珀酸合成酶,-,酮戊,二酸,氨基酸,谷氨酸,-,酮酸,转氨酶,1,草酰乙酸,天冬氨酸,转氨酶,2,此种方式主要在肌肉组织进行。,腺苷酸,脱氢酶,H,2,O,NH,3,延胡索酸,腺嘌呤,核苷酸,(AMP),三、,-,酮酸的代谢,（一）经氨基化生成非必需氨基酸,（二）转变成糖及脂类,生酮,+,生糖兼生酮,= “,一,两,色素本,来,老”,其中生酮氨基酸为“,亮、赖,”；除了这,7,个氨基酸（,异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、酪氨酸,）外，其余均为生糖氨基酸。,（三）氧化供能,-,酮酸在体内可通过,三羧酸循环,和氧化磷酸化彻底氧化为,H,2,O,和,CO,2,，同时生成,ATP,。,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,丙氨酸,半胱氨酸,丝氨酸,苏氨酸,色氨酸,异亮氨酸,亮氨酸,色氨酸,天冬氨酸,天冬酰胺,苯丙氨酸,酪氨酸,异亮氨酸 蛋氨酸,丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,酮体,亮氨酸 赖氨酸,酪氨酸 色氨酸,苯丙氨酸,谷氨酸,精氨酸 谷氨酰胺,组氨酸 缬氨酸,CO,2,CO,2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,第四节氨 的 代 谢,Metabolism of Ammonia,一、血氨的来源与去路,1.,血氨的来源,氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨,主要来源,胺类的分解也可以产生氨,RCH,2,NH,2,RCHO + NH,3,胺氧化酶,肠道吸收的氨,氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨,尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨,肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺,谷氨酰胺,谷氨酸,+ NH,3,谷氨酰胺酶,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,谷氨酸,+ NH,3,谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶,ATP,ADP+Pi,肾小管泌氨,分泌的,NH,3,在酸性条件下生成,NH,4,+,，,随尿排出。,二、氨的转运,1.,丙氨酸,-,葡萄糖循环,(,alanine,-glucose cycle),反应过程,生理意义,肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。,肝为肌肉提供葡萄糖。,丙,氨,酸,葡,萄,糖,肌肉,蛋白质,氨基酸,NH,3,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,NH,3,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,谷氨酸,+ NH,3,谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶,ATP,ADP+Pi,谷氨酰胺酶,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，从而进行解毒。,生理意义,谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。,三、尿素的生成（,BuN,),NH,3,在肝中合成尿素；占排氮总量,80,90%,；,肝在,NH,3,解毒上非常重要，体内,NH,3,来源与去路保持平衡，血,NH,3,浓度低、稳定。,（一）生成部位,主要在,肝细胞,的线粒体及胞液中。,（二）生成过程,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。,通过鸟氨酸循环，,2,分子氨,与,1,分子,CO,2,结合生成,1,分子尿素,及,1,分子水,。,尿素是中性、无毒、水溶性很强的物质，由血液运输至肾，从尿中排出。,1.,氨基甲酰磷酸的合成,CO,2,+ NH,3,+ H,2,O + 2ATP,氨基甲酰磷酸合成酶,（,N-,乙酰谷氨酸,，,Mg,2+,）,C,O,H,2,N,O,PO,3,2-,+,2ADP + Pi,氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行,反应由氨基甲酰磷酸合成酶,CPS-),催化。,N-,乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗,2,分子,ATP,。,N-,乙酰谷氨酸,(AGA),2.,瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H,3,PO,4,+,氨基甲酰磷酸,由鸟氨酸氨基甲酰转移酶,(,ornithine,carbamoyl,transferase,OCT,),催化，,OCT,常与,CPS-,构成复合体。,反应在线粒体中进行，,瓜氨酸生成后进入胞液。,3.,精氨酸的合成,反应在,胞液,中进行。,精氨酸代琥珀酸合成酶,ATP,AMP+PPi,H,2,O,Mg,2+,+,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.,精氨酸水解生成尿素,反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,鸟氨酸循环,2ADP+Pi,CO,2,+,NH,3,+ H,2,O,氨基甲酰磷酸,2ATP,N-,乙酰谷氨酸,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,延胡索酸,氨基酸,草酰乙酸,苹果酸,-,酮戊,二酸,谷氨酸,-,酮酸,精氨酸代,琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,ATP,AMP +,PPi,鸟氨酸,尿素,线粒体,胞 液,（三）反应小结,原料：,2,分子氨，一个来自于游离,氨,（,氨基甲酰磷酸,），另一个来自,天冬氨酸,。,过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。,耗能：,4,个高能磷酸键,。,（,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：,2NH,3,、,CO,2,，,合成尿素的两个氨，一个来自氨基酸脱氨生成，另一个由天冬氨酸提供，而天冬氨酸又可由多种氨基酸通过转氨基而生成。,（,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。,（,5,）,五种酶参与：,氨基甲酰磷酸合成酶,（,CPS-,）、鸟氨酸氨基甲酰转移酶（,OCT,）、精氨酸代琥珀酸合成酶、精氨酸代琥珀酸裂解酶、精氨酸酶，其中酶精氨酸代琥珀酸合成酶尿素合成的是限速酶。,（,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）、精氨酸代琥珀酸（中间产物）。,（四）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：,CPS-,在,线粒体,，以,NH,3,为,N,源,合成氨基甲酰磷酸,尿素,作为,肝细胞分化,程度指标；,CPS-,在,胞液,，以,谷氨酰胺,的酰胺基,为,N,源,合成氨基甲酰磷酸,合成嘧啶,作为,细胞增殖,程度的指标；,总之：两种氨基甲酰合成酶的活性对调节尿素与核酸合成很重要。,（五）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,-,酮戊二酸,谷氨酸,谷氨酰胺,NH,3,NH,3,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、氨基酸脱羧基作用,脱羧基作用,(,decarboxylation,),氨基酸脱羧酶,氨基酸,胺类,RCH,2,NH,2,+,CO,2,磷酸吡哆醛,L-,谷氨酸,-,氨基丁酸,(,GABA),L-,半胱氨酸,牛磺酸,L-,组氨酸,组胺,色氨酸,5-,羟色胺,(5-HT),二、一碳单位的代谢,定义,（一）概述,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),。,种类,甲基,(methyl),-CH,3,甲烯基,(,methylene,),-CH,2,-,甲炔基,(,methenyl,),-CH=,甲酰基,(,formyl,),-CHO,亚胺甲基,(,formimino,),-CH=,NH,叶酸,由蝶呤啶、对氨基苯甲酸和谷氨酸三种物质构成,啶,体内活性形式为四氢叶酸,(FH,4,),（二）四氢叶酸是一碳单位的载体,FH,4,的生成,F,FH,2,FH,4,FH,2,还原酶,FH,2,还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,NADPH+H,+,NADP,+,5,FH,4,携带一碳单位的形式,（,一碳单位通常是结合在,FH,4,分子的,N,5,、,N,10,位上）,N,5,CH,3,FH,4,N,5,、,N,10,CH,2,FH,4,N,5,、,N,10,=,CH,FH,4,N,10,CHO,FH,4,N,5,CH=NH,FH,4,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,丝氨酸,N,5, N,10,CH,2,FH,4,甘氨酸,N,5, N,10,CH,2,FH,4,组氨酸,N,5,CH=NHFH,4,色氨酸,N,10,CHOFH,4,（三）一碳单位与氨基酸代谢,（四）一碳单位的互相转变,N,10,CHOFH,4,N,5, N,10,=CHFH,4,N,5, N,10,CH,2,FH,4,N,5,CH,3,FH,4,N,5,CH=NHFH,4,H,+,H,2,O,NADPH+H,+,NADP,+,NADH+H,+,NAD,+,NH,3,（五）一碳单位的生理功能,作为合成嘌呤和嘧啶的原料,把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来,FH,4,是一碳单位转移酶的辅酶，作为一碳单位载体。,功能部位：,N,5, N,10,缺乏症：,巨幼红细胞性贫血,（缺乏叶酸,“,-C”,传递障碍 核苷酸,/,核酸合成受阻 影响红细胞发育和成熟使细胞体积增大而不分裂,巨幼红细胞性贫血）,（六） 生化功能,三、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,含硫氨基酸,（一）甲硫氨酸的代谢,1.,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,RH,CH,3,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,FH,4,N,5,CH,3,FH,4,N,5,CH,3,FH,4,转甲基酶,(VitB,12,),H,2,O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,RH,-CH,3,3.,甲硫氨酸循环的生理意义,由,N,5,-CH,3,-FH,4,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，,N,5,-CH,3,-FH,4,可看成是体内,甲基的间接供体,。,5.,肌酸的合成,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。,肌酸在肌酸激酶的作用下，转变为磷酸肌酸。,肌酸激酶,有三种同工酶：,MM,型：主要分布在骨骼肌,MB,型：主要分布在心肌（心梗时，活性增高，可辅助临床诊断）,BB,型：主要分布在脑,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1.,半胱氨酸与胱氨酸的互变,-,2H,+,2H,CH,2,SH,CHNH,2,COOH,CH,2,CHNH,2,COOH,CH,2,CHNH,2,COOH,S,S,2,2.,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。,SO,4,2-,+,ATP,AMP,-,SO,3,-,(,腺苷,-5,-,磷酸硫酸,),3-PO,3,H,2,-,AMP,-,SO,3,-,（,3,-,磷酸腺苷,-5,-,磷酸硫酸，,PAPS,）,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,芳香族氨基酸,苯丙氨酸,酪氨酸,色氨酸,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,苯丙氨酸,+ O,2,酪氨酸,+ H,2,O,苯丙氨酸羟化酶,四氢生物蝶呤,二氢生物蝶呤,NADPH+H,+,NADP,+,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,1.,儿茶酚胺,(catecholamine),与黑色素,(melanin),的合成,（二）色氨酸代谢,色氨酸,5-,羟色胺,一碳单位,丙酮酸,+,乙酰乙酰,CoA,维生素,PP,试述短期饥饿时人体糖、脂肪和蛋白质三大物质代谢的整体调节。,要点：,胰岛素分泌减少，胰高血糖素分泌增加肌蛋白分解加强，氨基酸为主要糖异生原料,糖异生作用增强，肝脏是糖异生主要场所,脂肪动员加强，酮体生成增多,组织对葡萄糖利用降低，大脑仍以葡萄糖为主要能源。,