生物化學(xué)氨基酸代謝PPT課件

1、第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解|人體內(nèi)蛋白質(zhì)處于不斷降解與合成的動(dòng)態(tài)平衡中。|成人每天約有1%2%的體內(nèi)蛋白質(zhì)被降解。第1頁(yè)/共59頁(yè) 蛋白質(zhì)的最低生理需要量在糖和脂肪等物質(zhì)充分供應(yīng)的條件下，為維持氮的總平衡，至少必需攝入的蛋白質(zhì)的量，稱為蛋白質(zhì)的最低生理需要量。成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為3050g我國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g。第2頁(yè)/共59頁(yè)（一）真核細(xì)胞中存在兩條不同的降解途徑：1. 不依賴ATP的降解途徑：在溶酶體內(nèi)進(jìn)行，主要降解外源性蛋白質(zhì)、膜蛋白和長(zhǎng)壽命的胞內(nèi)蛋白質(zhì)。一、體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解第3頁(yè)/共59頁(yè)2. 依賴ATP和泛素的降解途徑：在胞液中進(jìn)行，主要降解異常蛋白質(zhì)和短壽

2、命的蛋白質(zhì)。需ATP和泛素參與泛素(ubiquitin)是一種小分子蛋白質(zhì)，普遍存在于真核細(xì)胞中。第4頁(yè)/共59頁(yè)（二）蛋白質(zhì)水解酶（1）內(nèi)肽酶（蛋白酶，肽鏈內(nèi)切酶） 形成各種短肽（2）端肽酶（肽酶）羧肽酶氨肽酶二肽酶（三）蛋白質(zhì)酶促降解 需內(nèi)肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用蛋白質(zhì)多肽AA合成新蛋白質(zhì)第5頁(yè)/共59頁(yè)二、氨基酸代謝庫(kù)|食物蛋白經(jīng)消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）與體內(nèi)組織蛋白降解產(chǎn)生的氨基酸（內(nèi)源性氨基酸）混在一起，分布于體內(nèi)各處參與代謝，稱為氨基酸代謝庫(kù)(metabolic pool)。第6頁(yè)/共59頁(yè)氨基酸代謝庫(kù)食物蛋白質(zhì)消化吸收 組織蛋白質(zhì)分解 體內(nèi)合成氨基酸 (非必

3、需氨基酸)氨基酸代謝概況 -酮酸 脫氨基作用 酮 體氧化供能糖胺 類脫羧基作用氨 尿素代謝轉(zhuǎn)變其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)合成 第7頁(yè)/共59頁(yè)特殊分解代謝 特殊側(cè)鏈的分解代謝一般分解代謝CO2 胺脫羧基作用 脫氨基作用 NH3-酮酸氨基酸的分解代謝概況第8頁(yè)/共59頁(yè)第二節(jié) 氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化一、脫氨基作用 |氨基酸失去氨基的作用叫脫氨基作用|氨基酸主要通過(guò)五種方式脫氨基 氧化脫氨基 非氧化脫氨基 脫酰胺作用 轉(zhuǎn)氨基作用 聯(lián)合脫氨基 第9頁(yè)/共59頁(yè) 氧化脫氨基作用定義：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同時(shí)消耗氧并產(chǎn)生氨的過(guò)程。|氧化脫氨基的反應(yīng)過(guò)程包括脫氫和水解兩步，脫氫反應(yīng)需酶催

4、化，而水解反應(yīng)則不需酶的催化。R-CH-COOHNH2 2H R-C-COOH + NH3 OH2OR-C-COOHNH 酶酶第10頁(yè)/共59頁(yè)|AA氧化酶的種類 L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脫氨，體內(nèi)分布不廣泛，最適pH10左右，以FAD或FMN為輔基。 D-AA氧化酶：體內(nèi)分布廣泛，以FAD為輔基。但體內(nèi)D-AA不多。 L-谷氨酸脫氫酶：專一性強(qiáng)，分布廣泛（動(dòng)、植、微生物），活力強(qiáng)，以NAD+或NADP+為輔酶。+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH-+NAD(P)+H2O谷氨酸谷氨酸脫氫酶脫氫酶ATP GTP NADHATP GTP NADH變構(gòu)抑制變構(gòu)抑

5、制ADP GDPADP GDP變構(gòu)激活變構(gòu)激活CH2-COOHC=O-CH2COOH-谷氨酸谷氨酸脫氫酶：脫氫酶：體內(nèi)（正）體外（反）第11頁(yè)/共59頁(yè)還原脫氨基、脫水脫氨基、水解脫氨基、脫硫氫基脫氨基等。 （在微生物中個(gè)別AA進(jìn)行,但不普遍）L-絲氨酸 CH2 COO- C-NH3+=- CH3 COO- C=NH2+- COOH CH2OHNH2-C-H- COOH CH3 C=O-絲氨酸脫水酶絲氨酸脫水酶+NH3丙酮酸-H2O+H2O-氨基丙烯酸亞氨基丙酸 非氧化脫氨例：脫水脫氨基（只適于含一個(gè)羥基的AA)第12頁(yè)/共59頁(yè)CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO-+H2OCH2-C

6、OO-CH2-CHNH3+COO-+NH3谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO-+H2O天冬酰胺酶天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO-+NH3 上述兩種酶廣泛存在于微生物、動(dòng)物、植物中，有相當(dāng)高的專一性。 氨基酸的脫酰胺作用第13頁(yè)/共59頁(yè)|指-AA和酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用， -AA的-氨基借助轉(zhuǎn)氨酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來(lái)的AA生成相應(yīng)的酮酸，而原來(lái)的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸。R-CH-COOH R”-C-COOH NH2 OR-C-COOH R”-CH-COOH O NH2轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶（四）轉(zhuǎn)氨基作用第14頁(yè)/共59頁(yè)|轉(zhuǎn)氨基作用(transam

7、ination)可以在各種氨基酸與-酮酸之間普遍進(jìn)行。除Lys，Pro外，均可參加轉(zhuǎn)氨基作用。 |各種轉(zhuǎn)氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)為輔酶。第15頁(yè)/共59頁(yè)（五） 聯(lián)合脫氨基（動(dòng)物組織主要采取的方式）轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶NH3 + NADH + H+H2O + NAD+ -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸 由于轉(zhuǎn)氨基作用不能最后脫掉氨基，氧化脫氨中只有谷氨酸脫氫酶活力高，轉(zhuǎn)氨基作用與氧化脫氨基作用聯(lián)合在一起才能迅速脫氨，這種作用就稱為聯(lián)合脫氨作用。第16頁(yè)/共59頁(yè) 二、脫羧基作用脫羧基作用(decarboxylation)氨基

8、酸脫羧酶氨基酸胺類RCH2NH2+ CO2磷酸吡哆醛CCOOHNH2HR 由氨基酸脫羧酶(decarboxyase)催化，輔酶為磷酸吡哆醛，產(chǎn)物為CO2和胺。所產(chǎn)生的胺可由胺氧化酶氧化為醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化為CO2和水。 第17頁(yè)/共59頁(yè)|主要講Tyr代謝與黑色素形成問(wèn)題Tyr酶聚合黑色素動(dòng)物植物激素生物堿多巴多巴醌三、氨基酸的羥化作用多巴胺Tyr酶多巴多巴醌第18頁(yè)/共59頁(yè)l帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成減少。l在黑色素細(xì)胞中，酪氨酸可經(jīng)酪氨酸酶等催化合成黑色素。l人體缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障礙，皮 膚 、 毛 發(fā) 等 發(fā) 白 ， 稱 為 白

9、 化 病(albinism)。第19頁(yè)/共59頁(yè)四、氨基酸分解產(chǎn)物的代謝1. 排氨生物：NH3轉(zhuǎn)變成酰胺（Gln），運(yùn)到排泄部位后再分解。（原生動(dòng)物、線蟲和魚類）2. 以尿酸排出：將NH3轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^小的尿酸排出。通過(guò)消耗大量能量而保存體內(nèi)水分。（陸生爬蟲及鳥(niǎo)類）3. 以尿素排出：經(jīng)尿素循環(huán)（肝臟）將NH3轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩囟懦?。（哺乳?dòng)物）4. 重新利用合成AA：5. 合成酰胺（高等植物中）6. 嘧啶環(huán)的合成（核酸代謝）（一）氨的去路第20頁(yè)/共59頁(yè)（二）尿素的生成（二）尿素的生成 體內(nèi)氨的主要代謝去路是用于合成無(wú)毒的尿素(urea)。 合成尿素的是，但在腎及腦中也可少量合成。 尿素合成是經(jīng)稱

10、為的反應(yīng)過(guò)程來(lái)完成的。催化這些反應(yīng)的酶存在于和中。 第21頁(yè)/共59頁(yè) 此反應(yīng)在中進(jìn)行，由（carbamoyl phosphate synthetase - , ）催化，該酶需（）作為變構(gòu)激活劑，反應(yīng)不可逆。1.尿素生成的鳥(niǎo)氨酸循環(huán)NH3 + CO2 H2O+ 2ATP2ADP + Pi氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶AGA，Mg2+NH2O PO32-CO氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸=第22頁(yè)/共59頁(yè) 在內(nèi)進(jìn)行，由（ornithine carbamoyl trans-ferase, ）催化，將氨甲?；D(zhuǎn)移到鳥(niǎo)氨酸的-氨基上，生成。(2) 瓜氨酸的合成 NH2O PO32-CO(CH2)3N

11、H2H2N-CHCOOHCO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+ H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸鳥(niǎo)氨酸鳥(niǎo)氨酸瓜氨酸瓜氨酸鳥(niǎo)氨酸氨基鳥(niǎo)氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶甲酰轉(zhuǎn)移酶=第23頁(yè)/共59頁(yè) 轉(zhuǎn)運(yùn)至的瓜氨酸在(argininosuccinate synthetase)催化下，消耗能量合成。(3) 精氨酸代琥珀酸的合成CO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀精氨酸代琥珀酸合成酶酸合成酶ATPAMP + PPi + H2OCH2- CHCOOHCOOHH2NCH2- CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸

12、精氨酸代琥珀酸限速酶第24頁(yè)/共59頁(yè) 在中由(arginino-succinate lyase)催化，將精氨酸代琥珀酸裂解生成和（4）精氨酸代琥珀酸的裂解精氨酸代琥精氨酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶CH2- CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸CHCH COOHCOOH+CNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸第25頁(yè)/共59頁(yè) 在中由催化，精氨酸水解生成(urea)和ornithine)。鳥(niǎo)氨酸可再轉(zhuǎn)運(yùn)入線粒體繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)。（5）精氨酸的水解(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCNH(CH2)3

13、NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸- NH2H2N -OC+鳥(niǎo)氨酸鳥(niǎo)氨酸尿素尿素精氨酸酶精氨酸酶H2O第26頁(yè)/共59頁(yè)鳥(niǎo)鳥(niǎo)氨氨酸酸循循環(huán)環(huán)2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸Pi鳥(niǎo)氨酸鳥(niǎo)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蘋果酸蘋果酸-酮戊酮戊 二酸二酸谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸精氨酸代精氨酸代 琥珀酸琥珀酸瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP + PPi鳥(niǎo)氨酸鳥(niǎo)氨酸尿素尿素線粒體線粒體胞胞 液液第27頁(yè)/共59頁(yè) 1合成主要在的和中進(jìn)行； 2合成一分子尿素需消耗； 3是尿素合成的限速酶；

14、 4尿素分子中的兩個(gè)氮原子，一個(gè)來(lái)源于一個(gè)來(lái)源于。 尿素合成的特點(diǎn)第28頁(yè)/共59頁(yè)（三）（三）AAAA碳骨架的去路碳骨架的去路（AAAA脫氨基的意義）脫氨基的意義）lAA分解產(chǎn)生5種產(chǎn)物進(jìn)入TCA循環(huán)，進(jìn)行徹底的氧化分解。 五種產(chǎn)物為：乙酰CoA、 -酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸l再合成AA第29頁(yè)/共59頁(yè) 轉(zhuǎn)變成糖和脂肪 生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的AA。（Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val） 凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的AA均能通過(guò)乙酰CoA轉(zhuǎn)變成脂肪。 轉(zhuǎn)變成

15、酮體 生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、-丁酸的AA（Phe Tyr Leu Lys Trp,在動(dòng)物肝臟中）第30頁(yè)/共59頁(yè)氨同化氨基酸的合成第三節(jié) 氨的同化及氨基酸的生物合成第31頁(yè)/共59頁(yè)一、氨的同化一、氨的同化生物體將無(wú)機(jī)態(tài)的氨轉(zhuǎn)化為的過(guò)程（N素亦稱生命元素）（食物中的蛋白質(zhì)和氨基酸）：人和動(dòng)物的N源（某些微生物和藻類通過(guò)體內(nèi)固氮酶系的作用將分子氮轉(zhuǎn)變成的過(guò)程，1862年發(fā)現(xiàn)）第32頁(yè)/共59頁(yè)生物固生物固N(yùn)機(jī)制的研究歷史：機(jī)制的研究歷史：1862-1962：完整的細(xì)胞水平（分離固氮微生物）1960-1966：無(wú)細(xì)胞水平（發(fā)現(xiàn)固N(yùn)需要鐵氧還蛋白等 作電子傳遞體，需要ATP等）1966-目前

16、：分子水平（固N(yùn) 酶純化，組分I為鉬鐵蛋白；組分II為鐵蛋白，1992年測(cè)定其空間結(jié)構(gòu)）第33頁(yè)/共59頁(yè) 谷AA的形成途徑 氨甲酰磷酸形成途徑硝酸還原酶硝酸還原酶NO2-亞硝酸還原酶亞硝酸還原酶NH3AAPr其它含其它含N化合物化合物3. 硝酸還原生成（植物體中的N源）NO3-第34頁(yè)/共59頁(yè)NH3 谷AA 其它AACH2-COOHCH2-C=OCOOH-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-+NH3 +NADH+NAD+ +H2O -酮戊二酸（TCA循環(huán)產(chǎn)生的） 此反應(yīng)要求有較高濃度的此反應(yīng)要求有較高濃度的NHNH3 3，足以使光合磷酸化解偶聯(lián)，所以足以使光合磷酸化解偶聯(lián)，所以它不

17、可能是無(wú)機(jī)氨轉(zhuǎn)為有機(jī)氮的它不可能是無(wú)機(jī)氨轉(zhuǎn)為有機(jī)氮的主要途徑主要途徑 谷AA合成途徑第35頁(yè)/共59頁(yè)CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-+NH3 +ATP+ADP +Pi+H2O 谷氨酰胺(貯存了氨）可做為NH3的供體將其轉(zhuǎn)移2.2.谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途（高等植物的主要途徑）徑）第36頁(yè)/共59頁(yè)CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-C=OCOOH-+2HCH2-COOHCH2-CHNH2COOH-2 谷AA合酶+第37頁(yè)/共59頁(yè) 氨甲酰磷酸合成途徑氨甲酰磷酸合成途徑（微生物和動(dòng)

18、（微生物和動(dòng)物）物） 原料：NH3 CO2 ATP1 氨甲酰激酶NH3 + CO2 + ATPMg2+ O H2N- C -OPO3H2 + ADP=2 氨甲酰磷酸合成酶NH3 + CO2 + 2ATPMg2+ O H2N-C-OPO3H2 + 2ADP+Pi 在植物體中，氨甲酰磷酸中的氮來(lái)自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨來(lái)的。利用體內(nèi)代謝的氨第38頁(yè)/共59頁(yè)AA-R1-酮酸酮酸R1轉(zhuǎn)氨酶AA-R2-酮酸酮酸R2v許多氨基酸可以作為氨基的供體，其中最主要的是谷氨酸，其被稱為氨基的“轉(zhuǎn)換站”，先轉(zhuǎn)變成Glu再合成其它AA。二、氨基酸的合成第39頁(yè)/共59頁(yè)有C架（ -酮酸）有AA提供氨基(最主要為

19、谷AA，領(lǐng)頭AA)氨基酸的合成1.一碳基團(tuán)的定義 生物化學(xué)中將具一個(gè)碳原子的基團(tuán)稱為一碳單位或一碳基團(tuán)。第40頁(yè)/共59頁(yè)2.種類甲基 (methyl)-CH3亞甲基 (methylene)-CH2-次甲基 (methenyl)-CH=甲?；?(formyl)-CHO亞氨甲基 (formimino)-CH=NH 第41頁(yè)/共59頁(yè)3.四氫葉酸是一碳單位的載體FH4的生成的生成FFH2FH4FH2還原酶FH2還原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+第42頁(yè)/共59頁(yè)4. FH4攜帶一碳單位的形式 （一碳單位通常是結(jié)合在FH4分子的N5、N10位上）N5CH3FH4N5、N10C

20、H2FH4N5、N10=CHFH4N10CHOFH4N5CH=NHFH4第43頁(yè)/共59頁(yè)5.一碳單位的生理功能作為合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代謝和核酸代謝聯(lián)系起來(lái)第44頁(yè)/共59頁(yè)包括：共同碳架：EMP中的丙酮酸 COOH CH3 C=O-CH2-COOH CH2-CHNH2COOH- - COOH CH3 CHNH2-CH2-COOH CH2-C=OCOOH- -谷丙轉(zhuǎn)氨酶+丙酮酸谷AA 丙AA -酮戊二酸 丙氨酸族氨基酸的合成(GPT)第45頁(yè)/共59頁(yè)2丙酮酸-酮異戊酸 縮合CO2轉(zhuǎn)氨基纈氨酸-酮異己酸 亮氨酸轉(zhuǎn)氨基-CH3C=OCOO-CH2-CH3CH3-CH-C=OCOOH-

21、-CH3-CH-酮異戊酸 丙氨酸族其它氨基酸的合成第46頁(yè)/共59頁(yè)包括：甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途徑中的乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH- COOH CHO-+ COOH CH2NH2-CH2-COOH CH2-C=OCOOH- -+-酮戊二酸 甘AA 谷AA 乙醛酸 絲氨酸族氨基酸的合成第47頁(yè)/共59頁(yè) COOH CH2NH2- COOH CH2OH CHNH2-+NH3+CO2 +2H+ + 2e-2H2O 絲AA 甘AA 第48頁(yè)/共59頁(yè)絲AA+乙酰-CoA O-乙酰絲AA+CoA O-乙酰絲AA+硫化物 半胱氨酸+乙酸 三種氨基酸的關(guān)系乙醛酸甘AA絲AA半胱AA3

22、-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)乙?；柑峁┝驓浠鶊F(tuán)半胱氨酸的合成途徑（植物或微生物中）第49頁(yè)/共59頁(yè)包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、賴(Lys)、蘇(Thr)、甲硫(Met)、異亮(Ile)共同碳架：TCA中的草酰乙酸CH2-COO-C=OCOO-CH2-COO-CH2-CHNH2COO-CH2-COO-CHNH2COO-CH2-COO-CH2-C=OCOO-+轉(zhuǎn)氨天冬AA 天冬氨酸族氨基酸的合成第50頁(yè)/共59頁(yè)（植，細(xì))動(dòng)物天冬酰胺合酶Mg2+Asp+NH3 + ATPAsn+H2O + AMP+PPiMg2+Asp+Gln+ATPAsn+Glu+AMP+PPi第51頁(yè)/共59頁(yè)CH2-COOHCHNH2COOH-ATPADP天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶CH2-C-O-P=OCHNH2COOH-O=OHOHNADPH+H+NADP+天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸CH2-CHOCHNH2COOH-天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛L-高絲氨酸高絲氨酸甲硫氨酸蘇氨酸異亮氨酸（4個(gè)C來(lái)自Asp,2個(gè)C來(lái)自丙酮酸）,-二氨基庚二酸二氨基庚二酸賴氨酸CO2天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸族其它氨基酸的合成第52頁(yè)/共59頁(yè)草酰乙酸賴氨酸蘇氨酸甲硫氨酸異亮氨酸天冬酰胺天冬氨酸-