第8章氨基酸代谢.ppt

,第8章 氨基酸分解代谢,绝大多数的婴儿都能用母乳喂养，对宝宝来说，母乳无疑是最好的不可替代的营养品，但是，你可知道有些婴儿是不宜用母乳喂养的吗?,蛋白质是生命的物质基础，组成蛋白质的基本单位是氨基酸。膳食中的蛋白质必须消化成氨基酸后才能被机体吸收利用，蛋白质在体内也需要首先分解成氨基酸后再进一步代谢，由此可见蛋白质分解代谢的中心是氨基酸代谢。,导言,氨基酸代谢病,氨基酸代谢病：即氨基酸病(aminoacidopathy)或称为氨基酸尿症(aminoaciduria)。可分为两大类：一类是酶缺陷，使氨基酸分解代谢阻滞；另一类是氨基酸吸收转运系统缺陷。除个别情况，氨基酸病均为常染色体隐性遗传。目前氨基酸代谢障碍所引起的遗传性疾病已超过100多种。,第 1 节 蛋白质的营养作用,（一）维持组织细胞的生长、更新、修补；（二）构成机体重要的生理活性物质；（三）氧化供能,(Nutritional Function of Protein),一、蛋白质的生理功能,（一）氮平衡(nitrogen balance)氮平衡是指人体每日摄入食物中的氮量与排泄物中氮量的比例关系。,1.总氮平衡 摄入氮=排出氮(正常成人)。,2.正氮平衡 摄入氮 排出氮(儿童、孕妇等)。,3.负氮平衡 摄入氮 排出氮(饥饿、消耗性 疾病患者)。,4.氮平衡意义 可反映体内蛋白质代谢的慨况。,二、蛋白质需要量,腊八粥是一种在腊八节用多种食材熬制的粥。燕京岁时记腊八粥说：“腊八粥者，用黄米、白米、江米、小米、菱角米、栗子、红江豆、去皮枣泥等合水煮熟，外用染红桃仁、杏仁、瓜子、花生、榛穰、松子、白糖、红糖、葡萄，以作点染。”问题：腊八粥比大米粥（或小米粥）哪个营养价值更高？为什么？,三、食物蛋白质的营养价值的评价,蛋白质的营养价值(nutrition value),蛋白质的营养价值外源性蛋白质被人体利用的程度。,蛋白质的互补作用,若将营养价值较低的蛋白质混合食用，则必需氨基酸可以互相补充从而提高营养价值。,（三）生理需要量,根据氮平衡试验测定，在不进食蛋白质时，成人每日最低分解约20克蛋白质。成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,第2节 氨基酸的一般代谢,氧化供能,氨基酸代谢库,食物蛋白质,消化吸收,组织蛋白质,分解,体内合成氨基酸(非必需氨基酸),-酮酸,酮 体,糖,胺 类,脱羧基作用,氨,尿素,其他含氮化合物(嘌呤、嘧啶等),合成,CO2,(General Metabolism of Amino Acids),一、氨基酸的脱氨基作用,氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基,方式,脱氨基作用 是指氨基酸脱去氨基生成相 应-酮酸的过程。氨基酸的脱氨基作用是氨基酸分解代谢的主要方式.,(一)氧化脱氨基作用,氧化脱氨基作用是指在L-氨基酸氧化酶的催化下氨基酸在氧化的同时脱去氨基的过程。,2.其辅酶为 NAD+或NADP+。,1.L-谷氨酸脱氢酶广泛存在于肝、脑、肾等组织中。,(二)转氨基作用(transamination),1.定义 转氨基作用（transamination）是指一种-氨基酸与另一种-酮酸在转氨酶（transaminase）或氨基转移酶（aminotransferase）的催化下，生成相应的-酮酸和另一-氨基酸的过程。,在各种转氨酶中，以催化有L-谷氨酸（或其相应的-酮戊二酸）参加反应的转氨酶最为重要。例如，丙氨酸氨基转移酶（alanine transaminase，ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase，AST）。,AST,正常人各组织ALT及AST活性(单位/克湿组织),测定血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和判断预后的主要指标之一。,组织,(GOT),(GPT),心,156000,7100,肝,142000,44000,骨骼肌,99000,4800,肾,91000,19000,胰腺,脾,肺,血清,28000,2000,14000,1200,10000,700,20,16,ALT,AST,组织,(GOT),(GPT),ALT,AST,(三)联合脱氨基作用,1.转氨基与氧化脱氨基的联合,定义 由两种或两种以上酶的联合催化作用使氨基酸的-氨基脱下并产生游离氨的过程称为联合脱氨基作用。,联合脱氨基作用是体内氨基酸脱氨基的主要方式。常见的联合脱氨基作用有两种。,2.嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle）,在肌肉组织中，由于L-谷氨酸脱氢酶活性低，氨基酸是通过另一种联合脱氨基方式脱去氨基。由于反应过程中有嘌吟核苷酸参与循环式的反应，故称其为嘌呤核苷酸循环。,（一）体内氨的来源,1.氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源,胺类的分解也可以产生氨。,2.肠道吸收的氨,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。,3.肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺。,正常人血氨浓度一般不超过 58.7mol/L。,二、氨的代谢(Metabolism of Ammonia),（二）氨的转运,氨对人体是有毒的物质，各组织产生的氨必须以无毒的形式经血液运输到肝脏合成尿素，或者运输到肾脏以铵盐的形式随尿排出。,氨在血液中主要以谷氨酰胺和丙氨酸两种形式转运。,（三）氨的主要去路,去路,1.尿素的合成,1.生成部位(1)在肝内合成无毒的尿素然后由肾排出。肝是合成尿素的主要器官。肾及脑等其他组织也能合成尿素，但合成量甚微。,(2)尿素生成的过程由Krebs和Henseleit 于1932年提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)。,(1)氨基甲酰磷酸的生成,反应在线粒体中进行。氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase,CPS-)催化的反应为不可逆反应。,N-乙酰谷氨酸(AGA)为其激活剂，反应消耗2分子ATP。,(2)瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常与CPS-构成复合体，为不可逆反应。,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,NH,CH,COOH,NH,2,NH,2,C,O,瓜,氨,酸,(CH,2,),3,NH,2,(CH,2,),3,CH,COOH,NH,2,NH,2,(CH,2,),3,CH,COOH,NH,2,鸟,氨,酸,NH,2,C,O,O,PO,3,2,-,NH,2,C,O,O,PO,3,2,-,(3)精氨酸的合成,反应在胞液中进行。精氨酸代琥珀酸合成酶是限速酶。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,ATP,AMP+PPi,Mg2+,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,NH,(CH,2,),3,CH,COOH,NH,2,NH,2,C,N,COOH,C,H,CH,2,COOH,COOH,C,H,H,2,N,CH,2,COOH,NH,CH,COOH,NH,2,NH,2,C,O,瓜,氨,酸,(CH,2,),3,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,COOH,CH,CH,HOOC,+,NH,(CH,2,),3,CH,COOH,NH,2,NH,2,C,NH,NH,(CH,2,),3,CH,COOH,NH,2,NH,2,C,N,COOH,C,H,CH,2,COOH,NH,(CH,2,),3,CH,COOH,NH,2,NH,2,C,N,COOH,C,H,CH,2,COOH,(4)精氨酸水解生成尿素,H2O,图8-4 尿素生成的中间步骤,鸟氨酸循环,2ADP+Pi,线粒体,胞 液,2合成谷氨酰胺,在谷氨酰胺合成酶催化下，氨与谷氨酸反应生成谷氨酰胺。谷氨酰胺合成酶存在于神经、肾、肝和小肠等组织中。产生的谷氨酰胺随血液循环运到肾，以铵盐形式随尿排出。谷氨酰胺的生成是神经组织解除氨毒的方式，也是氨的储存及运输形式。此外，它还可为某些含氮化合物的合成提供原料，如嘌呤和嘧啶的合成。临床上对氨中毒患者可服用或输入谷氨酸盐，以降低血氨的浓度。,3氨的再利用,氨还可通过联合脱氨基作用的逆反应合成某些非必需氨基酸，或以氨、谷氨酰胺和天冬酰胺形式参与嘌呤、嘧啶的合成。,(四)高氨血症和氨中毒,1.血氨浓度升高称高氨血症，此时可引起脑功能障碍，称氨中毒。常见于肝功能严重损伤、尿素合成酶系的遗传缺陷。,2.氨中毒的可能机制,三、-酮酸代谢,(一)合成非必需氨基酸,(三)转变成糖及脂肪。,(二)氧化功能,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,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-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,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T C A 循环,第3节 个氨别基酸的代谢,一、氨基酸脱羧基作用,(Individual Metabolism of Amino Acids),(一)-氨基丁酸(-aminobutyric acid,GABA),GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。,(二)组胺(histamine),组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,(三)5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT),CO2,5-HT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。,(四)多胺(polyamines),鸟氨酸,腐胺,S-腺苷蛋氨酸(SAM),脱羧基SAM,鸟氨酸脱羧酶,CO2,SAM脱羧酶,CO2,精脒(spermidine),5-甲基-硫-腺苷,丙胺转移酶,精胺(spermine),多胺是调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。,丙胺转移酶,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。,(五)牛磺酸(taurine),二、一碳单位的代谢,定义 某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。,种类,(一)一碳单位的载体,5,6,7,8-四氢叶酸(FH4),一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上。,N5CH=NHFH4,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,一碳单位主要来源于氨基酸代谢。,(二)一碳单位与氨基酸代谢,(三)一碳单位的互相转变,N10CHOFH4,N5,N10=CHFH4,N5,N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H+,H2O,NADPH+H+,NADP+,NADH+H+,NAD+,NH3,(六)一碳单位的功能,1.作为合成嘌呤和嘧啶的原料。2.把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。,（四）一碳单位的生理功能,一碳单位的主要生理功用是作为合成嘌呤和嘧啶的原料，故在核酸的的生物合成中占有重要地位。一碳单位代谢与细胞的增殖、组织生长和机体发育等重要过程密切相关；一碳单位的另一个生理功用是参与体内多种物质的甲基化过程。体内许多具有重要功能化合物的合成需要甲基化反应，可由S腺苷蛋氨酸直接提供甲基。,三、含硫氨基酸的代谢,含硫氨基酸,胱氨酸,蛋氨酸,半胱氨酸,(一)甲硫氨酸的代谢,1.甲硫氨酸与转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,蛋氨酸,ATP,S腺苷蛋氨酸(SAM),SAM为体内甲基的直接供体,2.甲硫氨酸循环(methionine cycle),蛋氨酸,S-腺苷同型 半胱氨酸,S-腺苷蛋氨酸,同型半胱氨酸,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,(二)半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1.半胱氨酸与胱氨酸的互变,2,半胱氨酸,胱氨酸,2.硫酸根的代谢,含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。,PAPS为活性硫酸，是体内硫酸基的供体。,PAPS,SO42-,+ATP,AMP-SO3-,(腺苷-5-磷酸硫酸),3-PO3H2-AMP-SO3-,(3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸，PAPS),3谷胱甘肽的组成,半胱氨酸是谷胱甘肽的组成成分之一，半胱氨酸与谷氨酸和甘氨酸以肽键相连形成谷胱甘肽。谷胱甘肽的重要作用之一是保护某些蛋白质及酶的巯基不被氧化从而维持其生物学活性。,四、芳香族氨基酸的代谢,芳香族氨基酸,苯丙氨酸酪氨酸色氨酸,案例8-2 患儿，女性，4岁，就诊时其母亲叙述：患儿出生时未见异常，8个月坐不稳，比同龄孩子发育迟缓。随着年龄长大，智力发育明显低于同龄人，生长迟缓、毛发浅淡，身上有特殊的发霉样的臭味。带到医院检查，尿液三氯化铁试验呈现绿色反应，二硝基苯肼试验呈黄色沉淀。问题：1该患儿初步诊断为什么病？2该病的防治原则有哪些？,(一)苯丙氨酸的代谢,当苯丙氨酸羟化酶先天性缺陷时，苯丙氨酸不能正常地转变成酪氨酸，体内的苯丙氨酸蓄积，并可经转氨基作用生成苯丙酮酸，后者进一步转变成苯乙酸等衍生物。此时，尿中出现大量苯丙酮酸等代谢产物，称为苯丙酮酸尿症(phenyl ketonuria,PKU)。,苯丙氨酸在结构上与酪氨酸相似，在体内苯丙氨酸可经苯丙氨酸羟化酶催化羟化生成酪氨酸，酪氨酸不能转变为苯丙氨酸。酪氨酸可进一步进行代谢。,（二）酪氨酸的代谢,多巴胺是脑中的一种神经递质，其含量不足是帕金森病（震颤性麻痹）发生的原因。多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素统称为儿茶酚胺，即含邻苯二酚的胺类。,1转变成儿茶酚胺,2.转变为黑色素(melanin),黑色素,酪氨酸酶,COOH,CHNH2,CH2,多巴,OH,OH,O,O,COOH,CHNH2,CH2,多巴醌,O,吲哚-5,6-醌,O,NH,聚合,(1)在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。(2)人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。,怎样防治白化病？白化病的发生率约为两万分之一，其主要危害是对视力的损害，部分白化病患者因并发免疫缺陷或肺纤维化，可在幼年或中年死亡，是需要干预的严重遗传病之一。白化病除对症治疗外，目前尚无根治办法，主要以预防为主。因为白化病属于常染色体隐性遗传病，血缘相近的双亲，同样都带有白化病隐性基因的机会比一般的夫妇高得多，因而近亲通婚其发病率会增高。所以，禁止近亲结婚是重要的预防措施之一。另外，婚前检查和产前基因诊断也是预防此病患儿出生的重要保障措施。预防上应尽量减少紫外辐射对眼睛和皮肤的损害。,链接,3.分解代谢,体内尿黑酸氧化酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症，表现为骨及组织有广泛的黑色物沉积。,尿黑酸氧化酶,酪氨酸转氨酶,OH,COOH,CO,CH2,羟苯丙酮酸,OH,OH,CH2COOH,尿黑酸,+,延胡索酸,草酰乙酸,五、支链氨基酸的代谢,支链氨基酸,亮氨酸,异亮氨酸,缬氨酸,(一)缬氨酸为生糖氨基酸；亮氨酸为生酮氨基酸；异亮氨酸为生糖兼生酮氨基酸。(二)支链氨基酸的代谢主要在骨骼肌中进行。,小 结,蛋白质是三大主要营养物质之一，其组成基本单位是氨基酸，体内氨基酸的来源主要是由食物蛋白消化吸收、组织蛋白分解及体内某些过程合成。体内氨基酸的去路主要是合成蛋白质、转化成有特殊生理活性的含氮化合物及氧化供能。氨基酸的一般分解代谢包括脱氨基作用和脱羧基作用。氨基酸脱氨基后生成氨及相应的-酮酸，这是氨基酸的主要分解途径。血液中的氨主要以谷氨酰胺和丙氨酸两种形式运输。氨的主要去路是合成尿素。-酮酸的代谢去路是生成非必需氨基酸、转变成糖和脂肪及氧化分解供能。,