第十章 氨基酸和核苷酸代谢

第十章氨基酸与核苷酸代谢本章内容氨基酸代谢核苷酸代谢蛋白质是表达生物遗传信息、体现生命特征最重要的物质基础。蛋白质的功能是维持组织细胞的生长、更新、修补，参与催化、运输、代谢调节，氧化供能，每克蛋白质氧化可释放17kJ能量，成人每日约有18%的能量从蛋白质获得。氮平衡状态进、出氮情况常见人群氮的总平衡摄入氮=排出氮健康成年人氮的正平衡摄入氮＞排出氮儿童、青春期青少年、孕妇及恢复期病人氮的负平衡摄入氮＜排出氮长期饥饿、消耗性疾病患者蛋白质的消化•胃蛋白酶•胰液中的蛋白酶：对肽键有一定的专一性–内肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶–外肽酶：羧基肽酶A和羧基肽酶B•小肠粘膜细胞中的氨基肽酶和二肽酶（寡肽酶）。氨基肽酶内肽酶羧基肽酶氨基酸+氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意图第一节氨基酸的分解代谢氨基酸代谢库脱氨基作用脱羧基作用NH3α-酮酸酮体氧化供能糖尿素肝胺类CO2转变其他含氮化合物消化吸收分解合成食物蛋白质组织蛋白质体内合成的非必需氨基酸合成组织蛋白•氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨基，联合脱氨基和转氨基，其中以联合脱氨基作用最为重要。（一）、氨基酸的脱氨基作用•1、转氨基作用：在转氨酶的作用下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的-碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成-酮酸。CHNH2R1COOHCR2COOHOCR1COOHOCHNH2R2COOH++转氨酶特点：①反应可逆。②体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。转氨基作用并未产生游离的氨。③转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。体内重要的转氨酶①丙氨酸氨基转移酶（ALT或,GPT）：肝中活性最高。②天冬氨酸氨基转移酶（AST或GOT）：心肌中活性最高。正常人各组织ALT及AST活性(单位/克湿组织)组织(GOT)(GPT)心1560007100肝14200044000骨骼肌990004800肾9100019000胰腺脾肺血清280002000140001200100007002016ALTAST组织(GOT)(GPT)ALTASTAlaα-酮戊二酸α-酮戊二酸丙酮酸GluALT草酰乙酸AspGluAST2、氧化脱氨基作用NAD+L-谷氨酸脱氢酶NADH+H+ATP、GTPADP、GDPα-酮戊二酸L-谷氨酸CCH2CH2CCOOHOOHOCHNH2CH2CH2CCOOHOOHCCH2CH2CCOOHOOHNH+H2O-H2O+NH3(NADP+)(NADPH+H+)指在氨基酸氧化酶作用下，氨基酸脱氢并脱去氨基的过程。体内催化氧化脱氨基的酶中以L-谷氨酸脱氢酶最重要。3、联合脱氨基作用•在转氨酶和谷氨酸脱氢酶的联合作用下，使各种氨基酸脱下氨基的过程。•它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。其逆反应也是体内生成非必需氨基酸的途径。主要在肝、肾组织进行。+H2OL-谷氨酸脱氢酶+NH3α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸转氨酶α-酮酸NAD+H2NCHRCOOHCRCOOHONADH+H+CCH2CH2CCOOHOOHOH2NCHCH2H2CCCOOHOOH（二）氨基酸的脱羧基作用Gluγ-氨基丁酸+CO2(抑制中枢神经传导)Aspβ-Ala+CO2(泛酸组分)His组胺＋CO2(降低血压)Tyr酪胺＋CO2(升高血压)Cys巯基乙胺＋CO2(CoA组分)Lys尸胺+CO2(促进细胞增殖)Org腐胺+CO2(促进细胞增殖)常见氨基酸脱羧基作用转换1、氨的来源去路血氨氨基酸脱氨基肠道吸收氨肾脏泌氨合成尿素合成Gln合成氨基酸及其它含氮物（三）氨基酸分解产物的去路体内氨的来源（1）.氨基酸脱氨基作用：是主要来源。（2）.肠道吸收的氨：4g/日①蛋白质的腐败作用（氨基酸被肠道细菌分解产生氨）②肠道尿素的水解（尿素经肠道细菌尿素酶水解产生氨）尿素肠菌尿素酶2NH3+CO2H2O正常人血氨浓度一般不超过60μmol/L。•肠道对氨的吸收与肠道pH有关：NH4+NH3H+OH-排出入血（3）.肾小管上皮细胞泌氨GlnGlu谷氨酰胺酶H2ONH3碱酸入血NH4+随尿排出CHNH2COOHCH2CH2COOHCHNH2COOHCH2CH2CONH2•是肌肉与肝之间氨的转运形式。•意义：既使肌肉中的氨以无毒的Ala形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。+H2ONADH+H++NH3氨基酸α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸NAD+丙酮酸AlaAlaAlaG丙酮酸GGα-酮戊二酸谷氨酸尿素肌肉血液肝丙氨酸-葡萄糖循环丙氨酸葡萄糖肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-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α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖氨的排泄去路氨的去路：鸟氨酸循环--尿素的生成1.生成部位（1）主要是在肝细胞的线粒体及胞液中进行，肾和脑中也可合成极少量的尿素。切除动物肝，动物的血、尿中几乎检测不到尿素。（2）尿素生成的过程由Krebs和Henseleit于1932年提出，称为鸟氨酸循环(orinithinecycle)，又称尿素循环或Krebs-Henseleit循环。鸟氨酸循环是体内解除氨毒的主要方式。也是体内氨的最主要去路。尿素NH3+CO2H2ONH3鸟氨酸瓜氨酸精氨酸H2OH2O精氨酸酶线粒体胞液Krebs-Henseleit实验：①大鼠肝切片与NH4+保温数小时，NH4+↓，尿素↑；②加入鸟氨酸、瓜氨酸和Arg后，尿素↑；③上述三种氨基酸结构上彼此相关；④早已证实肝中有精氨酸酶。(1)氨基甲酰磷酸的合成CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO~PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸①反应在线粒体中进行。②氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)催化的反应为不可逆反应。③N-乙酰谷氨酸(AGA)为其激活剂，反应消耗2分子ATP。鸟氨酸循环的详细步骤(2)瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸②由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithinecarbamoyltransferase,OCT)催化，OCT常与CPS-Ⅰ构成复合体，为不可逆反应。①反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3NH2(CH2)3CHCOOHNH2NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸NH2COO~PO32-NH2COO~PO32-(3)精氨酸的合成①反应在胞液中进行。②精氨酸代琥珀酸合成酶是限速酶。③此反应消耗1分子ATP，2个高能键能量。精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHCOOHCHH2NCH2COOHNHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3④此反应在胞液中进行，由精氨酸代琥珀酸裂解酶催化。精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH(4)精氨酸水解生成尿素①反应在胞液中进行。②精氨酸酶为肝中特有的酶。尿素鸟氨酸精氨酸C(CH2)3COOHNH2CHNHNH2NH精氨酸酶CNH2NH2O+(CH2)3COOHNH2CHNH2H2O(1)α-酮酸经氨基化生成非必需氨基酸。(3)α-酮酸转变成糖及脂类。(2)α-酮酸可通过TCA循环和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，生成ATP。甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸生糖及生酮氨基酸2、-酮酸的代谢去路琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-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α-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CO2CO2二、氨基酸的合成TCA有C架（α-酮酸）有AA提供氨基(最主要为谷AA，领头AA)氨基酸合成的共性包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)共同碳架：EMP中的丙酮酸COOHCH3C=O--CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--COOHCH3CHNH2--CH2-COOHCH2-C=OCOOH--谷丙转氨酶++丙酮酸谷AA丙AAα-酮戊二酸1、丙氨酸族氨基酸的合成(GPT)2丙酮酸α-酮异戊酸缩合CO2缬氨酸α-酮异己酸亮氨酸-CH3C=OCOO---CH2-CH3CH3-CH-C=OCOOH--CH3-CHα-酮异戊酸丙氨酸族其它氨基酸的合成包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--COOHCHO-+COOHCH2NH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH--+α-酮戊二酸甘AA谷AA乙醛酸2、丝氨酸族氨基酸的合成三种氨基酸的关系乙醛酸甘AA丝AA半胱AA3-磷酸甘油酸丝氨酸半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）COOHCH2NH2-COOHCH2OHCHNH2-+NH3+CO2+2H++2e-2H2O丝AA甘AA包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、苏(Thr)、甲硫(Met)、异亮(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---++天冬AA3、天冬氨酸族氨基酸的合成（植，细)动物天冬酰胺合酶Mg2+Asp+NH3+ATPAsn+H2O+AMP+PPiMg2+Asp+Gln+ATPAsn+Glu+AMP+PPiCH2-COOHCHNH2COOH--ATPADP天冬氨酸激酶CH2-C-O-P=OCHNH2COOH--O=OHOH天冬氨酰磷酸CH2-CHOCHNH2COOH--β-天冬氨酸半醛L-高丝氨酸甲硫氨酸苏氨酸异亮氨酸（4个C来自Asp,2个C来自丙酮酸）α,ε-二氨基庚二酸赖氨酸CO2天冬氨酸天冬氨酸族其它氨基酸的合成草酰乙酸赖氨酸苏氨酸甲硫氨酸异亮氨酸天冬酰胺天冬氨酸β-天冬氨酸半醛几种氨基酸的关系包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、羟脯(Hyp)、精(Arg)共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸α-酮戊二酸Glu为还原同化作用+NH3+NADH+NAD++H2O谷AA脱H酶（动物和真菌，不普遍）谷氨酰胺+α-酮戊二酸2谷AA（普遍）α-酮戊二酸谷AA+NH3+ATP谷氨酰胺+ADP+Pi+H2O合酶Glu合酶NADPH+H+NADP+4、谷氨酸族氨基酸的合成由谷AA脯AACH2-COOHCH2-CHNH2COOH--CH2-COOHCH2-CHNH2CHO--Mg2+H2CCH2HCNCHCOOHH2CCH2H2CNHCHCOOH1/2O2CCH2H2CNHCHCOOHHHO(谷AA)(谷氨酰