生物化學 氨基酸代謝

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態(tài)平衡中。|成人每天約有1%2%的體內(nèi)蛋白質(zhì)被降解。 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我國營養(yǎng)學會推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g。（一）真核細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)進行，主要降解外源性蛋白質(zhì)、膜蛋白和長壽命的胞內(nèi)蛋白質(zhì)。一、體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解2. 依賴ATP和泛素的降解途徑：在胞液中進行，主要降解異常蛋白質(zhì)和短壽命的蛋白質(zhì)。需ATP和泛素參與泛素(ubiqui

2、tin)是一種小分子蛋白質(zhì)，普遍存在于真核細胞中。（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)二、氨基酸代謝庫|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(metabolic pool)。氨基酸代謝庫食物蛋白質(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

3、它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)合成 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 氧化脫氨基作用定義：定義：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同時消耗氧并產(chǎn)生氨的過程。|氧化脫氨基的反應(yīng)過程包括脫氫和水解兩步，脫氫反應(yīng)需酶催化，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|AA氧化酶的

4、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，分布廣泛（動、植、微生物），活力強，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）還原脫氨基、脫水脫氨基、

5、水解脫氨基、脫硫氫基脫氨基等。 （在微生物中個別AA進行,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（只適于含一個羥基的AA)CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO-+H2OCH2-COO-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

6、微生物、動物、植物中，有相當高的專一性。 氨基酸的脫酰胺作用|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)果原來的AA生成相應(yīng)的酮酸，而原來的酮酸則形成相應(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|轉(zhuǎn)氨基作用(transamination)可以在各種氨基酸與-酮酸之間普遍進行。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。（五） 聯(lián)合脫氨基（動物組織主要采取的方式）轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶氨基酸氨基

7、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。 二、脫羧基作用脫羧基作用(decarboxylation)氨基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。 |主要講Tyr代謝與黑色素形成

8、問題Tyr酶酶聚合黑色素黑色素動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酶酶多巴多巴醌l帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成減少。l在黑色素細胞中，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 化 病(albinism)。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），運到排泄部位后再分解。（原生動物、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。通過消耗大量能量而保存體內(nèi)水分。（陸生爬蟲及鳥類）3. 以尿素排出：經(jīng)尿素循環(huán)（肝臟）將NH3

9、轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩囟懦?。（哺乳動物?. 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（二）尿素的生成 1.尿素生成的鳥氨酸循環(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=(2) 瓜氨酸的合成 NH2O PO32-CO(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+ H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸鳥氨酸氨基鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶甲酰轉(zhuǎn)移酶=(3) 精氨酸代琥珀酸的合成CO(CH

10、2)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精氨酸代琥珀酸限速酶（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（5）精氨酸的水解(CH2)3NH2H

11、2N-CHCOOHCNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸- NH2H2N -OC+鳥氨酸鳥氨酸尿素尿素精氨酸酶精氨酸酶H2O鳥鳥氨氨酸酸循循環(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鳥氨酸鳥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鳥氨酸鳥氨酸尿素尿素線粒體線粒體胞胞 液液尿素合成的特點（三）AA碳骨架的去路（AA脫氨基的意義）lAA分解產(chǎn)生5種產(chǎn)

12、物進入TCA循環(huán)，進行徹底的氧化分解。 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 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均能通過乙酰CoA轉(zhuǎn)變成脂肪。 轉(zhuǎn)變成酮體 生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、-丁酸的AA（Phe Tyr Leu Lys Trp,在動物肝臟中）第三節(jié) 氨的同化及氨基酸的生物合成一、氨的同化生物固N機制的研究歷史：硝酸還原酶硝酸還原酶NO2-亞硝

13、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-NH3 谷谷AA 其它其它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)，所以它不可能是無機氨轉(zhuǎn)為有機氮的它不可能是無機氨轉(zhuǎn)為有機氮的主要途徑主要途徑 谷AA合成途徑CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-+NH3 +A

14、TP+ADP +Pi+H2O 谷氨酰胺(貯存了氨）可做為NH3的供體將其轉(zhuǎn)移2.谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途徑）CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-C=OCOOH-+2HCH2-COOHCH2-CHNH2COOH-2 谷AA合酶+ 氨甲酰磷酸合成途徑（微生物和動物）1 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自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨來的。利用體內(nèi)代謝的氨AA

15、-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、氨基酸的合成有C架（ -酮酸）有AA提供氨基(最主要為谷AA，領(lǐng)頭AA)氨基酸的合成1.一碳基團的定義 生物化學中將具一個碳原子的基團稱為一碳單位或一碳基團。2.種類甲基 (methyl)-CH3亞甲基 (methylene)-CH2-次甲基 (methenyl)-CH=甲酰基 (formyl)-CHO亞氨甲基 (formimino)-CH=NH 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N

16、ADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+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、N10CH2FH4N5、N10=CHFH4N10CHOFH4N5CH=NHFH45.一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)系起來共同碳架：EMP中的丙酮酸 COOH CH3 C=O-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH- - COOH CH3 CHNH2-CH2-COOHCH2-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)2丙酮酸-酮異戊酸 縮合CO2轉(zhuǎn)氨

17、基纈氨酸-酮異己酸 亮氨酸轉(zhuǎn)氨基-CH3C=OCOO-CH2-CH3CH3-CH-C=OCOOH- -CH3-CH-酮異戊酸 丙氨酸族其它氨基酸的合成甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途徑中的乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH- COOH CHO-+ COOH CH2NH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH- -+-酮戊二酸 甘AA 谷AA 乙醛酸 絲氨酸族氨基酸的合成 COOH CH2NH2- COOH CH2OH CHNH2-+NH3+CO2 +2H+ + 2e-2H2O 絲AA 甘AA 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

18、基酸的關(guān)系乙醛酸甘AA絲AA半胱AA3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)乙酰基酶提供硫氫基團半胱氨酸的合成途徑（植物或微生物中）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（植，細)動物天冬酰胺合酶Mg2+Asp+NH3 + ATPAsn+H2O + AMP+PPiMg2+Asp+Gln+ATPAsn+Glu+AMP+PPiCH2-COOHCHNH

19、2COOH-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C來自Asp,2個C來自丙酮酸）,-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-天冬氨酸半醛幾種氨基酸的關(guān)系包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、羥脯(Hyp)、精(Arg)共同碳架：TCA中的-酮戊二酸 -酮

20、戊二酸 Glu 為還原同化作用 +NH3 +NADH+NAD+ +H2O谷AA 脫H酶 （動物和真菌，不普遍）谷氨酰胺+ -酮戊二酸2谷AA（普遍） -酮戊二酸谷AA +NH3 +ATP谷氨酰胺+ADP+Pi+H2O 合酶 Glu合酶NADPH+H+ NADP+ 谷氨酸族氨基酸的合成由谷AA 脯AACH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-CHNH2CHO-NAD(P)H NAD(P)+ATPADPMg2+H2CCH2HCNCHCOOH NADHNAD+H2CCH2H2CNHCHCOOH1/2O2 CCH2H2CNHCHCOOHHHO(谷AA)(谷氨酰半醛)(-二氫吡

21、咯-5-羧酸)(脯AA)(羥脯AA)-酮戊二酸谷AA谷氨酰胺脯AA 羥脯AA鳥AA瓜AA精AA幾種氨基酸的關(guān)系 組氨酸族和芳香族氨基酸的合成包括：組AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、苯丙AA(Phe)組AA族碳架：PPP中的磷酸核糖芳香族AA碳架：4-磷酸-赤蘚糖(PPP)和PEP(EMP)CH2HCCCH-NH2COOH-NHCHN來自核糖來自谷氨酰胺的酰胺基從谷氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用而來來自ATP芳香族氨基酸的關(guān)系色氨酸 PEP4-磷酸赤蘚糖莽草酸分支酸預(yù)苯酸酪氨酸苯丙氨酸 若將莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前體，因此芳香族氨基酸合成時相同的一段過程叫莽草酸途徑還原脫氨基、脫水脫氨

22、基、水解脫氨基、脫硫氫基脫氨基等。 （在微生物中個別AA進行,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（只適于含一個羥基的AA)CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO-+H2OCH2-COO-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、動物、植物中，有相當高的專一性。 氨基酸的脫酰胺作用CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO-+H2OCH2-COO-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-