生物化学与分子生物学：9-氨基酸代谢

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1、目录目录氨氨 基基 酸酸 代代 谢谢第第 九九 章章Metabolism of Amino Acids目录目录蛋白质的生理功能和营养价值蛋白质的生理功能和营养价值Physiological Function and Nutrition Value of Protein 第一节第一节目录目录一、一、 体内蛋白质具有多方面的重要功能体内蛋白质具有多方面的重要功能（一）蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补（一）蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补（二）蛋白质参与体内多种重要的生理活动（二）蛋白质参与体内多种重要的生理活动催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌

2、肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。每克蛋白质在体内氧化分解可释放每克蛋白质在体内氧化分解可释放17.19KJ (4.1 KCal)的能量，人体每日的能量，人体每日18%能量由蛋白质提供。能量由蛋白质提供。 （三）蛋白质可作为能源物质氧化供能（三）蛋白质可作为能源物质氧化供能目录目录二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述n 氮平衡氮平衡(nitrogen balance)指每日氮的摄入量指每日氮的摄入量( (食物中的蛋白质食物中的蛋白质) )与排出量与排出量( (粪粪便和尿液便和尿液) )之间的关系。之间

3、的关系。 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、恢复排出氮（儿童、孕妇、恢复 期病人）期病人）氮负平衡：氮负平衡：摄入氮摄入氮 排出氮（饥饿、严重烧伤排出氮（饥饿、严重烧伤 、出血、消耗性疾病患者）、出血、消耗性疾病患者）目录目录n 蛋白质的生理需要量蛋白质的生理需要量成人每日蛋白质最低生理需要量为成人每日蛋白质最低生理需要量为30g-50g，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80g。n氮平衡的意义氮平衡的意义可以反映体内蛋白质代谢的概况。可以反映体内蛋白质

4、代谢的概况。目录目录n营养必需氨基酸营养必需氨基酸(essential amino acid)指指体体内内需需要要而而又又不不能能自自身身合合成成，必必须须由由食食物物供供给给的的氨氨基基酸酸，共共有有8种种：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。 n其余其余1212种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需 氨基酸。氨基酸。三、营养必需氨基酸决定蛋白质的三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值营养价值目录目录n 蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值(nutrition value)蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体蛋白质的营养价值是指食物蛋白

5、质在体内的利用率，取决于必需氨基酸的数量、种内的利用率，取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。类、量质比。n 蛋白质的互补作用蛋白质的互补作用指营养价值较低的蛋白质混合食用，其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。必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。目录目录第二节第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins目录目录一、外源性蛋白质消化成氨基酸和一、外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收寡肽后被吸收n 蛋白质消化的生理意义蛋白质消化的生理意义 由大分

6、子转变为小分子，便于吸收。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、毒消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。性反应。（一）在胃和肠道蛋白质被消化成氨基酸和寡肽（一）在胃和肠道蛋白质被消化成氨基酸和寡肽目录目录二、二、未消化吸收蛋白质在大肠下段发生未消化吸收蛋白质在大肠下段发生腐败作用腐败作用未被消化的蛋白质及未被吸收的氨基酸，在未被消化的蛋白质及未被吸收的氨基酸，在大肠下部受大肠杆菌的分解，此分解作用称为大肠下部受大肠杆菌的分解，此分解作用称为腐腐败作用（败作用（putrefaction）。）。腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚腐败作用的产物大多有害，如胺、

7、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可、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被机体利用的物质。n 蛋白质的腐败作用蛋白质的腐败作用( (putrefaction)目录目录（一）肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类（一）肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸胺类胺类(amines)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 色胺色胺 酪氨酸酪氨酸酪胺酪胺目录目录（二）（二）肠道细菌通过脱氨基作用产生氨肠道细菌通过脱氨基作用产生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(ammon

8、ia)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+以胺盐形式排出，以胺盐形式排出，可可减少氨的吸收减少氨的吸收，这是，这是酸性灌肠的依据酸性灌肠的依据。目录目录（三）（三）腐败作用产生其它有害物质腐败作用产生其它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 吲哚吲哚正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。解毒，故不会发生中毒现象。目录目录第三节第三节氨基酸的一般代谢氨基酸的一般代谢Gener

9、al Metabolism of Amino Acids目录目录一、体内蛋白质分解生成氨基酸一、体内蛋白质分解生成氨基酸成人体内的蛋白质每天约有成人体内的蛋白质每天约有1%-2%被降解，被降解，主要是肌肉蛋白质。主要是肌肉蛋白质。蛋白质降解产生的氨基酸，大约蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%-80%被被重新利用合成新的蛋白质。重新利用合成新的蛋白质。目录目录n 蛋白质的半寿期蛋白质的半寿期( (half-life)蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用用t1/2表示。表示。（一）蛋白质以不同的速率进行降解（一）蛋白质以不同的速率进行降解n不同的蛋白质降解速率

10、不同，降解速率随生不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。理需要而变化。目录目录不依赖不依赖ATP和泛素；和泛素；利用溶酶体中的利用溶酶体中的组织蛋白酶组织蛋白酶( (cathepsin)降解降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。1、蛋白质在溶酶体通过、蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解非依赖途径被降解（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径目录目录2、蛋白质在蛋白酶体通过、蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解依赖途径被降解 依赖依赖ATP和泛素和泛素 降解异常蛋白和短寿蛋白质降解异常蛋白和短寿

11、蛋白质n 泛素泛素(ubiquitin) 76个氨基酸组成的多肽个氨基酸组成的多肽(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守一级结构高度保守目录目录二、外源性氨基酸与内源性氨基酸二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库组成氨基酸代谢库食食物物蛋蛋白白质质经经消消化化吸吸收收的的氨氨基基酸酸（外外源源性性氨氨基基酸酸）与与体体内内组组织织蛋蛋白白质质降降解解产产生生的的氨氨基基酸酸及及体体内内合合成成的的非非必必需需氨氨基基酸酸（内内源源性性氨氨基基酸酸）混混在在一一起起，分分布布于于体体内内各各处处参参与与代代谢谢，称称为为氨氨基基酸酸代代谢谢库库

12、(metabolic pool) 。目录目录n氨基酸代谢概况：氨基酸代谢概况：合成合成分解分解嘌嘌呤呤、嘧嘧啶啶、肌肌酸酸等含氮等含氮 化合物化合物代谢转变代谢转变胺类胺类 + CO2脱羧基作用脱羧基作用脱脱氨氨基基作用作用消化吸收消化吸收其它含氮物质其它含氮物质非必需氨基酸非必需氨基酸NH3CO2+H2O糖或脂类糖或脂类-酮酸酮酸谷氨酰胺谷氨酰胺尿素尿素食物食物蛋白蛋白质质组织组织蛋白蛋白质质血液血液氨基氨基酸酸组织组织氨基氨基酸酸氨氨基基酸酸代代谢谢库库目录目录三、氨基酸分解先脱氨基三、氨基酸分解先脱氨基 n 脱氨基作用脱氨基作用指氨基酸脱去指氨基酸脱去-氨基生成相应氨基生成相应-酮酸的过

13、酮酸的过程。程。NH3目录目录（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基n转氨基作用转氨基作用(transamination)1.1.转氨基作用由转氨酶催化完成转氨基作用由转氨酶催化完成在在转氨酶转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨的作用下，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，而另一种酮酸，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。目录目录n 反应式反应式大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸

14、除外。转氨酶的专一性强，不同氨基酸与转氨酶的专一性强，不同氨基酸与-酮酸之酮酸之间的转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。在各间的转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。在各种转氨酶中，以种转氨酶中，以L-L-谷氨酸和谷氨酸和-酮酸的转氨酶最为酮酸的转氨酶最为重要。重要。 目录目录ALTCHNH2COOHCH3丙氨酸丙氨酸C=O +COOHCOOH(CH2)2-酮戊二酸酮戊二酸C=OCOOHCH3丙酮酸丙酮酸CHNH2 + +COOHCOOH(CH2)2谷氨酸谷氨酸AST(CH2)2CHNH2 COOHCOOH谷氨酸谷氨酸C=O(CH2)2COOHCOOH-酮戊二酸酮戊二酸CHNH2 COOHCOOHC

15、H2天冬氨酸天冬氨酸C=OCH2COOHCOOH草酰乙酸草酰乙酸+目录目录正常人各组织中正常人各组织中ALT及及AST 活性活性 (单位单位/克湿组织克湿组织)n血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。后的指标之一。组组 织织 ALT AST组组 织织 ALT AST 肝肝 44000 142000胰胰 腺腺 2000 28000 肾肾 19000 91000 脾脾 1200 14000 心心 7100 156000 肺肺 700 10000 骨骼肌骨骼肌 4800 99000血清血清 16 20 目录目录2.2.各种转氨酶都具有相同的辅酶

16、和作用机制各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制n 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸氨基酸 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 转氨酶转氨酶目录目录转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基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的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。要途径。 通过此种方式并未产生游离的氨。通过此种方式并未产生游离的氨。n 转氨基作用的生理意义转氨基作用的生理意义目录目录（二）（二）L-谷氨酸通过谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基脱去氨基 存在于

17、肝、脑、肾中存在于肝、脑、肾中 辅酶为辅酶为 NAD+ 或或NADP+ GTP、ATP为其抑制剂为其抑制剂 GDP、ADP为其激活剂为其激活剂催化酶：催化酶： 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目录目录n 联合脱氨基作用联合脱氨基作用 两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下脱下-氨基生成氨基生成-酮酸的过程。酮酸的过程。 定义定义目录目录n 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+

18、NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也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要方式。是体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾和脑组织进行。主要在肝、肾和脑组织进行。转氨基作用与谷氨酸脱氢作用的结合被称转氨基作用与谷氨酸脱氢作用的结合被称作作转氨脱氨作用（转氨脱氨作用（transdeamination）目录目录苹果酸苹果酸 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

19、天冬氨酸天冬氨酸转转氨氨酶酶 2腺苷酸腺苷酸脱氨酶脱氨酶H2ONH3延胡索酸延胡索酸腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)（三）（三）氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基目录目录（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基-酮酸酮酸NH+4+H2O2L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶O2+FMNH2-氨基酸氨基酸目录目录四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解氨基酸脱氨基后生成的氨基酸脱氨基后生成的 -酮酸酮酸( -keto acid）主要有三条代谢去路。主要有三条代谢去路。（一）（一）-酮酸可彻底氧化分解并提供能量酮酸

20、可彻底氧化分解并提供能量（二）（二）-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸（三）（三）-酮酸可转变成糖及脂类化合物酮酸可转变成糖及脂类化合物目录目录2L: Leu, Lys2e: Ile, Phe3T: Tyr, Thr, Trp目录目录 丙酮酸丙酮酸 可进入线粒体氧化产生乙酰可进入线粒体氧化产生乙酰CoA，进入三羧酸，进入三羧酸循环而彻底氧化循环而彻底氧化 酮体酮体 可直接分解产生乙酰可直接分解产生乙酰CoA或乙酰乙酰或乙酰乙酰CoA 三羧酸循环的中间产物三羧酸循环的中间产物 通过三羧酸循环中的反应转变成苹果酸，运输通过三羧酸循环中的反应转变成苹果酸，运输到线粒体

21、外，在胞质内依次转变成草酰乙酸、磷酸烯到线粒体外，在胞质内依次转变成草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸，然后进入线粒体彻底氧化醇式丙酮酸、丙酮酸，然后进入线粒体彻底氧化氨基酸分解代谢的中间产物主要有氨基酸分解代谢的中间产物主要有3类：类：琥珀酰琥珀酰CoA 延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸PEP磷酸丙糖磷酸丙糖葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原糖糖-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油三酯甘油三酯乙酰乙酰乙酰乙酰CoA丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺

22、天冬酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸 蛋氨酸蛋氨酸丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸酮体酮体亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸 苏氨酸苏氨酸 谷氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸 缬氨酸缬氨酸CO2CO2氨氨基基酸酸、糖糖及及脂脂肪肪代代谢谢的的联联系系T A C目录目录第四节第四节氨的代谢氨的代谢Metabolism of Ammonia目录目录n 血氨（血氨（blood ammonia) 体内代谢产生的氨及消化道吸收的氨进入血液，体内代谢产生的氨及消化道吸收的氨进入血液，形成血氨。形成血氨。n 血氨水平血氨水平 正常

23、生理情况下，血氨水平在正常生理情况下，血氨水平在4765 mol/L。目录目录一、血氨有三个重要来源一、血氨有三个重要来源 （一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨 RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶胺氧化酶氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。主要来源。 目录目录（三）肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷（三）肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺氨酰胺 谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸 + NH3谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶H2O（二）肠道细菌腐败作用产生氨（二）肠道细菌腐败作用产生氨蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下

24、产生的氨蛋白质和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尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨目录目录二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式转运形式转运（一）（一）氨通过丙氨酸氨通过丙氨酸-葡萄糖循环从骨骼肌运往肝葡萄糖循环从骨骼肌运往肝 n 生理意义生理意义肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。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。肝为肌肉提供葡萄糖。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糖酵酵解解途途径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

25、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目录目录（二）（二）氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝或肾往肝或肾 n 反应过程反应过程谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。存及运输形式。 谷氨酸谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶+ H2On生理意义生理意义目录目录天冬酰胺酶（天冬酰胺酶（asparaginase）治疗白血病机理：）治疗白血病机理：减少血中天冬酰

26、胺减少血中天冬酰胺GlnAspAsnH2ONH3天冬酰胺酶天冬酰胺酶白血病细白血病细胞不能胞不能COOHCH2CHNH2COOHCONH2CH2CHNH2COOHCONH2(CH2)2CHNH2COOHCOOH(CH2)2CHNH2COOHGluProtein目录目录三、氨在肝合成尿素是氨的主要去路三、氨在肝合成尿素是氨的主要去路n体内氨的去路有：体内氨的去路有：在肝内合成尿素，这是最主要的去路在肝内合成尿素，这是最主要的去路 谷氨酸谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi 肾小管泌氨肾小管泌氨分泌的分泌的NH3在酸性条件下生成在酸性条件下生成NH4+，

27、随尿排出。随尿排出。合成非必需氨基酸及其它含氮化合物合成非必需氨基酸及其它含氮化合物合成谷氨酰胺合成谷氨酰胺目录目录（一）（一）Krebs提出尿素是通过鸟氨酸循环合成提出尿素是通过鸟氨酸循环合成的学说的学说尿尿素素生生成成的的过过程程由由Hans Krebs 和和Kurt Henseleit 提提出出，称称为为鸟鸟氨氨酸酸循循环环(orinithine cycle)，又又称称尿尿素素循循环环(urea cycle)或或Krebs- Henseleit循环。循环。* * 组织切片技术组织切片技术* * 同位素示踪技术同位素示踪技术目录目录1. NH3、CO2和和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸缩合生成

28、氨基甲酰磷酸 （carbamoyl phosphate） CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶(CPS-I)（N-乙酰谷氨酸，乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行反应在线粒体中进行（二）肝中鸟氨酸循环详细步骤（二）肝中鸟氨酸循环详细步骤目录目录反应由氨基甲酰磷酸合成酶反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化催化N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子分子ATPN-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸(

29、AGA)目录目录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鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶OCTH3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸目录目录反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase, OCT)催化，催化，OCT常与常与CPS-构成复合体。构成复合体。反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。目录目录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胞液中进行反应在胞液中进行 精氨酸代琥珀酸合成酶精

30、氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜瓜氨氨酸酸(CH2)3目录目录精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸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生成精氨酸和延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸反应在胞液中进行反应在胞液中进行目录目录5.5.精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸反应在胞液中进行反应在胞液中进行尿素尿素鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸H2O目录目录鸟鸟氨氨酸酸循循环环2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨基甲

31、酰磷酸氨基甲酰磷酸2ATPN-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鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素线粒体线粒体胞胞 液液目录目录n反应小结：反应小结：原料：原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸来自天冬氨酸过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞液中进行再在胞液中进行耗能：耗能：3 个个ATP，4 个高能磷酸键个

32、高能磷酸键 2NH3 + CO2 + 3ATP + 3H2O H2NCONH2 + 2ADP + AMP + 4Pi目录目录1.高蛋白质膳食促进尿素合成高蛋白质膳食促进尿素合成2.AGA激活激活 CPS-启动尿素合成启动尿素合成3.精氨酸代琥珀酸合成酶活性促进尿素合成精氨酸代琥珀酸合成酶活性促进尿素合成（三）尿素合成受膳食蛋白质和两种关键酶（三）尿素合成受膳食蛋白质和两种关键酶活性的调节活性的调节目录目录n血氨浓度升高称高血氨症血氨浓度升高称高血氨症(hyperammonemia)高血氨症时可引起脑功能障碍，高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒称氨中毒(ammonia poisoning)。（

33、四）尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒（四）尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。的遗传缺陷。目录目录TAC 脑脑供供能能不不足足-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺NH3NH3 脑内脑内-酮戊二酸酮戊二酸 高血氨可减少脑内高血氨可减少脑内-酮戊二酸，导致能量代谢障碍。酮戊二酸，导致能量代谢障碍。 氨中毒的可能机制氨中毒的可能机制目录目录 脑星状细胞内谷氨酰胺增多，可导致水份渗脑星状细胞内谷氨酰胺增多，可导致水份渗入细胞，引起脑水肿。入细胞，引起脑水肿。 谷氨酸以及由谷氨酸产生的谷氨酸以及由谷氨酸产生的-

34、 -氨基丁酸都是氨基丁酸都是主要的信号分子。过多谷氨酸用于合成谷氨酰胺，主要的信号分子。过多谷氨酸用于合成谷氨酰胺，可导致脑内谷氨酸和可导致脑内谷氨酸和- -氨基丁酸减少，影响脑的氨基丁酸减少，影响脑的功能。功能。目录目录第五节第五节 个别氨基酸的代谢个别氨基酸的代谢Metabolism of Individual Amino Acids目录目录 一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类化合物胺类化合物n脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛目录目录（一）谷氨酸（一）谷氨酸经谷氨酸脱谷氨酸脱羧酶酶催化生成催化生成-氨基氨基丁酸丁酸

35、(-aminobutyric acid, GABA)GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。抑制作用。GABA COOH(CH2)2 CH2NH2 CO2L- L- 谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶 COOH(CH2)2 CHNH2 COOHL-L-谷氨酸谷氨酸目录目录（二）组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成（二）组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺组胺 (histamine)组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。L-组氨酸组氨酸组胺组胺组氨酸脱羧酶组氨

36、酸脱羧酶CO2HN NCH2CHCOOHNH2HN NCH2CH2NH2目录目录（三）色氨酸经（三）色氨酸经5-羟色胺酸生成羟色胺酸生成5-羟色胺羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT)5-HT在脑内作为神经递质起，抑制作用；在脑内作为神经递质起，抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。在外周组织有收缩血管的作用。5-羟色氨酸羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶色氨酸羟化酶5-5-羟色氨酸脱羧酶羟色氨酸脱羧酶CO2色氨酸色氨酸CH2CHCOOH NH2CH2CHCOOH NH2HOCH2CH2NH2HO目录目录（四）某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类（四）某些氨基酸的脱羧基作用可产

37、生多胺类(polyamines)物质物质多胺是调节细胞生长的重要物质。多胺是调节细胞生长的重要物质。腺苷腺苷-S-(CH2)3-NH2 COOH (SAM )腺苷腺苷-S-(CH2)3-NH2脱羧基脱羧基SAM SAM脱羧酶脱羧酶CO2 H2N-(CH2)4-NH-(CH2)3-NH2精脒精脒 (spermidine)5-甲基甲基-硫硫-腺苷腺苷丙胺转移酶丙胺转移酶 H2N- (CH2)3-NH- (CH2)4-NH- (CH2)3-NH2 精胺精胺 (spermine)鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸脱羧酶H2N-(CH2)4-NH2 腐胺腐胺CO2H2N-(CH2)4-COOHNH2 鸟氨酸鸟氨酸丙胺转

38、丙胺转移酶移酶目录目录二、某些氨基酸在分解代谢中产生二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单位一碳单位n一碳单位的定义一碳单位的定义（一）四氢叶酸作为一碳单位的运载体参与（一）四氢叶酸作为一碳单位的运载体参与一碳单位代谢一碳单位代谢 某些氨基酸在分解代谢过程中产生的某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个含有一个碳原子碳原子的基团，称为的基团，称为一碳单位一碳单位(one carbon unit)。 目录目录n一碳单位的种类一碳单位的种类甲基甲基 (methyl) -CH3甲烯基甲烯基 (methylene) -CH2-甲炔基甲炔基 (methenyl) -CH=甲酰基甲酰基 (formyl) -

39、CHO亚胺甲基亚胺甲基 (formimino) -CH=NH目录目录n四氢叶酸的结构四氢叶酸的结构FH4的生成的生成FFH2FH4FH2还原酶还原酶FH2还原酶还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+5目录目录FH4携带一碳单位的形式携带一碳单位的形式 （一碳单位通常是结合在一碳单位通常是结合在FH4分子的分子的N5、N10位上）位上）N5CH3FH4N5,N10CH2FH4N5,N10=CHFH4N10CHOFH4N5CH=NHFH4目录目录n一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色胺酸的分解代谢及色胺酸的分解代谢丝氨酸丝氨酸 N

40、5, N10CH2FH4甘氨酸甘氨酸 N5, N10CH2FH4组氨酸组氨酸 N5CH=NHFH4色氨酸色氨酸 N10CHOFH4（二）由氨基酸产生的一碳单位可相互转变（二）由氨基酸产生的一碳单位可相互转变目录目录目录目录n一碳单位的互相转变一碳单位的互相转变N10CHOFH4N5, N10=CHFH4N5, N10CH2FH4N5CH3FH4N5CH=NHFH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3目录目录（三）一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶（三）一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成的合成N10-CHO-FH4与与N5,N10=CH-FH4分别为嘌呤合分别为

41、嘌呤合成提供成提供C2与与C8，N5,N10-CH2-FH4为胸腺嘧啶为胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基。核苷酸合成提供甲基。把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。甲烯基甲烯基目录目录三、含硫氨基酸的代谢是相互联系的三、含硫氨基酸的代谢是相互联系的胱氨酸胱氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸半胱氨酸半胱氨酸含硫氨基酸含硫氨基酸目录目录（一）甲硫氨酸参与甲基转移（一）甲硫氨酸参与甲基转移1.1.甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关腺苷转移酶腺苷转移酶PPi+Pi+甲硫氨酸甲硫氨酸ATPS腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)目录目录甲基转移酶甲基转移酶RHRC

42、H3腺苷腺苷SAMS-腺苷同型半腺苷同型半胱氨酸胱氨酸同型半胱氨酸同型半胱氨酸nSAM为体内甲基的直接供体为体内甲基的直接供体目录目录n甲硫氨酸循环甲硫氨酸循环(methionine cycle)甲硫氨酸甲硫氨酸S-腺苷同型腺苷同型 半胱氨酸半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸同型半胱氨酸FH4N5CH3FH4N5CH3FH4 转甲基酶转甲基酶(VitB12)H2O腺苷腺苷RHATPPPi+PiR-CH3目录目录1. 为体内广泛存在的甲基化反应提供甲基为体内广泛存在的甲基化反应提供甲基2. 促进促进FH4再生再生 n甲硫氨酸循环生理意义：甲硫氨酸循环生理意义：维生素维生素B12不足

43、：不足：巨幼红细胞性贫血巨幼红细胞性贫血高同型半胱氨酸血症：高同型半胱氨酸血症：动脉粥样硬化和冠心病动脉粥样硬化和冠心病目录目录（二）半胱氨酸代谢可产生多种重要的生理（二）半胱氨酸代谢可产生多种重要的生理活性物质活性物质1.1.半胱氨酸与胱氨酸可以互变半胱氨酸与胱氨酸可以互变- -2H+ +2HCH2SHCHNH2COOHCH2CHNH2COOHCH2CHNH2COOHSS2二硫键对于维持蛋白质空间构象的稳定性具二硫键对于维持蛋白质空间构象的稳定性具有重要作用。有重要作用。 目录目录2.2.半胱氨酸可转变成牛磺酸半胱氨酸可转变成牛磺酸牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分之一。牛磺酸是结合胆汁酸的组成成

44、分之一。2+2H-2HCOOHCHNH2CH2SHCOOHCOOHCHNH2CHNH2CH2-S-S-CH2半胱氨酸半胱氨酸胱氨酸胱氨酸目录目录3.3.半胱氨酸可生成活性硫酸根半胱氨酸可生成活性硫酸根SO42-+ ATPAMP - SO3-(腺苷腺苷-5-磷酸硫酸磷酸硫酸)3-PO3H2-AMP-SO3-（3-磷酸腺苷磷酸腺苷-5-磷酸硫酸，磷酸硫酸，PAPS）nPAPS为活性硫酸根，为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体。是体内硫酸基的供体。目录目录四、芳香族氨基酸代谢可产生神经递质四、芳香族氨基酸代谢可产生神经递质芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸目录目录1.苯丙氨

45、酸羟化生成酪氨酸苯丙氨酸羟化生成酪氨酸 此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。（一）苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别（一）苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别苯丙氨酸苯丙氨酸+ H2O苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶四氢生物蝶呤四氢生物蝶呤二氢生物蝶呤二氢生物蝶呤NADPH+H+NADP+酪氨酸酪氨酸+ O2目录目录n苯酮酸尿症苯酮酸尿症(phenyl keronuria, PKU)体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排

46、出的一种遗传代谢病。酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。目录目录2.2.酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解多巴醌多巴醌多巴醌多巴醌吲哚醌吲哚醌吲哚醌吲哚醌黑色素黑色素聚合聚合n 黑色素黑色素(melanin) 的生成的生成目录目录n 儿茶酚胺儿茶酚胺(catecholamine) 的生成的生成S-腺苷同型半胱氨酸目录目录帕帕金金森森病病(Parkinson disease)患患者者多多巴巴胺胺生生成减少。成减少。人人体体缺缺乏乏酪酪氨氨酸酸酶酶，黑黑色色素素合合成成障障碍碍，皮皮肤、毛发等发白，称为肤、毛发等发白，称为白化病白化病(albinism)。目录目录n酪氨酸的分解代谢酪氨酸的分解代谢 体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现解受阻，可出现尿黑酸尿症。尿黑酸尿症。