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1、第八章 氨基酸代谢,Amino Acid Metabolism,第一节、概 述,水解,胞外酶,氨基酸,吸收入,作为氮源和能源进行代谢。,外切酶氨肽酶,内切酶,外切酶羧肽酶,最终产物氨基酸,一、蛋白质的酶促降解,1、蛋白水解酶：肽链内切酶和肽链外切酶,胰蛋白酶：R1=Lys、Arg侧链(专一性较强，水解速度快) 胰凝乳蛋白酶：R1=Phe, Trp, Tyr; Leu，Met和His水解稍慢 胃蛋白酶：R1和R2=Phe, Trp, Tyr; Leu以及其它疏水性氨基酸(水解速度较快) 嗜热菌蛋白酶：R2=Phe, Trp, Tyr; Leu，Ile, Met以及其它疏水性强的氨基酸(水解速度较
2、快),二、细胞内蛋白质的降解,1、溶酶体系统：水解长寿命蛋白和外来蛋白 2、泛肽系统：水解短寿命蛋白和反常蛋白,2004诺贝尔化学奖,Aaron Ciechanover,Avram Hershko,Irwin Rose,“for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation“,http:/nobelprize.org,多泛肽化标记 molecular kiss of death,多泛肽化标记； 26S蛋白酶体水解泛肽化蛋白，但泛肽不被水解，可重复利用。,第二节、氨基酸的分解,1、氧化脱氨基作用 2、转氨基作用 3、联合脱氨作用
3、4、非氧化脱氨基作用,一.脱氨基作用(Deamination),-氨基酸,定义：-氨基酸在酶的作用下氧化脱氨生成-酮酸，并放出游离NH3的过程。,1、氧化脱氨基作用,-酮酸,亚氨基酸不稳定,三种酶可催化该反应 L-氨基酸氧化酶：辅酶FMN、FAD D-氨基酸氧化酶：辅酶FAD L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）：NAD+,L-氨基酸氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该酶分布不普遍，活力低（最适pH=10)，作用小。 D-氨基酸氧化酶分布广，活性高，但D-氨基酸在体内不多。所以L-谷氨酸脱氢酶最重要。,有毒！,L-谷氨酸脱氢酶,NAD+H2O,NADH+H+NH4+,-酮戊二酸,
4、-谷氨酸,谷氨酸氧化脱氨,转氨酶,2、转氨基作用(Transamination),定义：氨基酸的-NH2转移到-酮酸上，生成相应的另一种-酮酸和-氨基酸。,逆反应,特点：a. 可逆，受平衡影响 b. 氨基大多转给了-酮戊二酸,谷氨酸氧化脱氨,-酮戊二酸,-谷氨酸,谷氨酸转氨机制,谷某转氨酶,转氨基本质上没有真正脱氨。,转氨作用是连接糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。 除Gly Lys、Thr外，其余Aa均可参与转氨作用。 特别注意三种氨基酸的转化：,转氨酶的辅酶： 磷酸吡哆醛氨基酸与酮酸之间-NH2的传递者,丙氨酸,丙酮酸,天冬氨酸,草酰乙酸,谷氨酸, -酮戊二酸,两种重要的转氨酶： GOT（谷草转氨
5、酶）心脏；GPT（谷丙转氨酶）肝脏,提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍 抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液。（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）,查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？,3、联合脱氨作用(Transdeamination),定义：转氨作用和L-谷氨酸脱氢酶的氧化脱氨作用联合。,(1) 谷氨酸介导的联合脱氨作用,(2)嘌呤核苷酸介导的联合脱氨基作用,4、非氧化脱氨基作用,还原脱氨,氢化酶, 脱水脱氨,脱水酶,自发水解,直接脱氨：苯丙氨酸解氨酶,脱酰氨基作用,二、脱羧作用,不是氨基酸代谢的主要方式,1、直
6、接脱羧,胺：微量调节（信息传递），过量伤害 胺氧化酶：RCH2NH2 RCHO RCOOH CO2+H2O,以下Aa通过直接脱羧基作用：,Glu-氨基丁酸（抑制中枢神经传导） Asp-丙氨酸（泛酸组分） Trp（脱氨、脱羧、氧化）吲哚乙酸（植物生长素） His组胺（降血压） Tyr酪胺（升血压） Ser（脱羧）乙醇胺 胆碱脑磷脂、卵磷脂,2、羟化脱羧,Tyr多巴多巴胺 多巴聚合黑色素：土豆、梨、苹果切开后切口变黑；人体毛囊和表皮细胞也可形成黑色素，使毛发和皮肤变黑。 多巴与多巴胺生物碱(植物)、去甲肾上腺素和肾上腺素。,三.氨基酸分解产物的代谢,氨基酸,（一）、氨的代谢,氨中毒原理,L-谷氨酸
7、脱氢酶,1、合成新的Aa（氨基化反应）,酮酸 + NH3,氨基,不能增加氨基酸的数量，改变氨基酸的种类),2、生成铵盐,氨有机酸铵盐 保持细胞内正常的PH。,、酰胺的生成储存、运输氨的形式,水生生物直接扩散脱氨（NH3）,哺乳、两栖动物排尿素,体内水循环快，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。,鸟类排尿酸,、各种生物排氨的方式,不溶于水，毒性很小，但需要更多的能量。水循环太慢，保留水分同时不中毒得付出高能量代价,（二）酮酸的代谢,1、合成氨基酸还原氨基化,其余的氨基酸合成通过谷氨酸与相应的酮酸的转氨作用合成。 酮酸的
8、氨基化生成氨基酸是合成非必需氨基酸的途径之一。,3、进入三羧酸循环分解成CO2+H2O,2、转变成糖及脂肪,生糖氨基酸：可以转化成糖的Aa。即凡能生成丙酮酸、琥珀酰CoA、OAA和-KG的Aa；大多数氨基酸。 生酮氨基酸 ：可以转变成酮体的Aa。即凡能生成乙酰乙酰CoA的Aa。亮氨酸、 生糖兼生酮氨基酸：赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、 酪氨酸、色氨酸,碳骨架的氧化（肝脏）,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸,丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸,丙酮酸,精氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸,谷氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸,天冬酰胺 天冬氨酸,NO3 -
9、 NO2 - N2 还原 固氮作用 含N化合物 NH3 NH3的同化 氨甲酰磷酸和Glu Aa,第二节、氨基酸的生物合成,一.NH3的形成,自生固氮微生物：光合细菌、光合自氧的蓝藻等 共生固氮微生物：豆科植物(大豆、花生)的根瘤菌；非豆科植物(杨梅属)的根瘤菌； 生物固氮作用由固氮酶催化，固氮酶是多功能酶，由还原酶（铁蛋白）和固氮酶（钼铁蛋白）两种组分组成。反应需要Mg2和ATP、强还原剂和厌氧条件,生物固氮作用合成NH3 (微生物),1、NH3的合成,NO3- 、NO2- 还原成NH3,硝酸还原酶 铁氧还蛋白（Fd）硝酸还原酶(NR)： NO3- + 2Fd(还原) + 2H+ NO2- +
10、 2Fd(氧化)+ H2O NAD(P)H硝酸还原酶(NR)：植、微生物 NO3- + NAD(P)H+H+ NO2- + NAD(P)+ + H2O 硝酸还原酶(NR)是诱导酶,亚硝酸还原酶,NO2 - + 7H + + 6e NH3 + 2H2O 铁氧还蛋白（Fd）亚硝酸还原酶：光合生物 NO2- + 6Fd(还原) + 8 H+ NH4+ + 6Fd(氧化) + 2 H2O NAD(P)H亚硝酸还原酶：非光合生物 NO2 - + 3 NAD(P)H + 5 H+ NH4+ + 3 NAD(P)+ + 2H2O,2、NH3的同化,无机态的N合成氨基酸主要通过下面两条途径：,其它氨基酸则是通
11、过转氨作用,谷氨酰胺合成酶（主要途径）,Glu的形成,谷氨酰胺合成酶,谷氨酸合成酶,谷氨酸脱氢酶还原性氨基化,谷氨酰胺合成酶的K（NH3）较谷氨酸脱氢酶低,氨甲酰磷酸的形成,氨基甲酰磷酸合成酶(谷氨酸),II（谷氨酰胺）,2ATP+ NH3+CO2 NH2COO P+2ADP+Pi,氨基甲酰激酶,二、氨基酸的合成(一般合成),1、转氨基作用：转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛） 谷氨酸作为氨基的转运站 2、-酮酸经还原性氨基化作用生成氨基酸 3、各族氨基酸的生成,根据碳架来源的不同，可分为不同的族，总共有5大族,原料,NH3由谷氨酸提供（通过转氨作用） 碳架-酮酸（源于糖代谢中间产物）,丙氨酸族：丙氨酸
12、、缬氨酸、亮氨酸 丝氨酸族：丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸 谷氨酸族：谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸 天冬氨酸族：天冬氨酸、天冬酰氨、赖氨酸、 苏氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸 组氨酸和芳香族氨基酸（莽草酸途径）： 组氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸,3、个别氨基酸的生成,CO2+H2O,戊糖磷酸途径,葡萄糖,酸葡糖-6-磷酸,3磷酸-甘油酸,丙酮酸,三羧酸循环 乙醛酸循环,核糖-5-磷酸,酵解,组氨酸,色氨酸 苯丙氨酸酪氨酸,丝氨酸 半胱氨酸甘氨酸,亮氨酸 异亮氨酸缬氨酸 丙氨酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸,微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。,谷氨酸 谷氨酰胺赖氨酸 精氨酸
13、脯氨酸,小 结,无论N素来源如何，生物体最先合成的氨基酸都是谷氨酸或谷氨酰胺 大多数氨基酸的合成需要转氨作用。转氨作用的NH3来源于谷氨酸，碳架来源于糖代谢中间产生的酮酸。但由糖代谢中酮酸直接转氨合成的氨基酸只有丙氨酸（谷丙转氨酶）和天冬氨酸（谷草转氨酶），其他氨基酸的合成还需要别的步骤。 植物和绝大多数微生物能合成全部Aa； 人类必需Aa有：Leu、Trp、Phe、Val、Met、Lys、Thr 、Ile。半必需Aa有：Arg、His,第三节 氨基酸代谢与糖代谢和脂肪代谢的关系,一、氨基酸代谢与糖代谢的关系 1、生物体中氨基酸基本上可转变为糖,2、糖代谢中间产物提供氨基酸合成的C架,二、糖代谢与脂肪代谢的关系,1、在动植物体内氨基酸可以转为脂肪,2、脂肪转化为氨基酸（植物可以，动物不易）,学习要求,掌握肽链外切酶，内切酶及肽酶的作用特点。 掌握L-谷氨酸脱氢酶催化的反应，转氨反应，联合脱氨反应定义。 了解一些重要氨基酸脱羧后形成的产物的生理作用。 掌握氨基酸脱氨后酮酸和氨的去向。 了解植物体中氨的来源及氨的同化反应。 掌握5族氨基酸碳架来源，每族的领头氨基酸。 了解氨基酸生物合成的调节作用。,
