生化11蛋白質(zhì)降解PPT課件

1、1概述一、蛋白質(zhì)是生物最重要的基本組成之一 氨基酸作為蛋白質(zhì)的基本構(gòu)成單位在體內(nèi)新陳代謝中始終處于動態(tài)平衡中，即不斷地合成與分解。1.體內(nèi)氨基酸的來源 由食物或培養(yǎng)基中攝取； 利用無機氮源(固氮作用)； 蛋白質(zhì)分解； 利用糖、脂肪分解產(chǎn)物合成。第1頁/共138頁22.體內(nèi)氨基酸的代謝去處 合成細胞蛋白質(zhì)； 分解成胺類、轉(zhuǎn)變成其他含氮物質(zhì)如嘌呤、嘧啶等其他重要非蛋白質(zhì)含氮化合物； 分解成酮酸和氨，轉(zhuǎn)變成糖和脂肪；或進一步分解成CO2、水、銨鹽、酰胺和尿素等。第2頁/共138頁3氨基酸庫細胞內(nèi)所有游離存在的氨基酸稱為氨基酸庫。細胞內(nèi)所有游離存在的氨基酸稱為氨基酸庫。外源蛋白質(zhì)消化吸收細胞內(nèi)蛋白質(zhì)分

2、解 體內(nèi)合成氨基酸氨基酸代謝庫 -酮酸 脫氨基作用 脂氧化供能糖氨 尿素鳥氨酸循環(huán)合成 胺 類CO2脫羧基作用代謝轉(zhuǎn)變其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶、激素、卟啉等)氨基酸代謝概況氨基酸代謝概況第3頁/共138頁4非蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸蛋白質(zhì)氨基酸蛋白質(zhì)氨基酸(20種)極性氨基酸極性氨基酸 8種種非極性氨基酸非極性氨基酸 7種種丙氨酸丙氨酸 Ala亮氨酸亮氨酸 leu異亮氨酸異亮氨酸 Ile苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe甲硫氨酸甲硫氨酸 Met脯氨酸脯氨酸 Pro纈氨酸纈氨酸 Val甘氨酸甘氨酸 Gly絲氨酸絲氨酸 Ser蘇氨酸蘇氨酸 Thr半胱氨酸半胱氨酸 Cys酪氨酸酪氨酸 Tyr色氨酸色氨酸

3、 Trp天冬酰氨天冬酰氨 Asn谷氨酰胺谷氨酰胺 Gln酸性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸堿性氨基酸中性氨基酸中性氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 Asp谷氨酸谷氨酸 Glu賴氨酸賴氨酸 Lys精氨酸精氨酸 Arg組氨酸組氨酸 His 氨基酸類別一覽氨基酸類別一覽第4頁/共138頁5第一節(jié) 蛋白質(zhì)的降解1. 溶酶體：無選擇的降解蛋白質(zhì)。2. ATP-依賴的蛋白質(zhì)降解：泛肽，給選擇降解的蛋白質(zhì)加以標記。泛肽以高度保守、氨基酸序列極少變化而聞名(76個氨基酸)，人與酵母只有3個氨基酸殘基不同。泛肽的主要作用：標記降解蛋白質(zhì)。第5頁/共138頁6第6頁/共138頁7第7頁/共138頁8 三位科學家發(fā)現(xiàn)，一種被稱為

4、泛素的多肽在需要能量的蛋白質(zhì)降解過程中扮演著重要角色。這種多肽由76個氨基酸組成，它最初是從小牛的胰臟中分離出來的。它就像標簽一樣，被貼上標簽的蛋白質(zhì)就會被運送到細胞內(nèi)的“垃圾處理廠”(一種稱為蛋白酶體的結(jié)構(gòu))，在那里被降解。第8頁/共138頁9E1:泛素活化酶E2:泛素結(jié)合酶E3:泛素蛋白質(zhì)連接酶泛素與選擇性降解泛素與選擇性降解蛋白質(zhì)的連接蛋白質(zhì)的連接泛素泛素泛素宣布無用的蛋白質(zhì)泛素宣布無用的蛋白質(zhì)異肽鍵異肽鍵第9頁/共138頁10泛素活化酶泛素結(jié)合酶泛素結(jié)合酶泛素蛋白泛素蛋白質(zhì)連接酶質(zhì)連接酶宣布無用的蛋白質(zhì)泛素泛素泛素泛素泛素泛素泛素泛素第10頁/共138頁113.蛋白質(zhì)的消化與吸收蛋白質(zhì)

5、的消化與吸收蛋白質(zhì)的消化 人和動物食用蛋白質(zhì)后經(jīng)多種蛋白酶水解成氨基酸被腸壁細胞吸收； 某些特殊情況下，少量蛋白質(zhì)也可能直接被吸收進入血液，可能引起食物蛋白過敏； 微生物分泌蛋白酶到細胞外，將培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)分解后吸收； 土壤肥料中的蛋白質(zhì)和動植物尸體中的有機氮化物被土壤微生物分解成氨基酸或簡單氮化物后可被植物吸收。第11頁/共138頁12蛋白水解酶類肽鏈內(nèi)切酶產(chǎn)生小肽。 胃蛋白酶：水解由芳香族氨基酸(苯丙、酪)的-NH2形成的肽鍵； 胰蛋白酶：水解由堿性氨基酸(賴、精)的-COOH形成的肽鍵; 胰凝乳蛋白酶：水解由芳香族氨基酸的-COOH形成的肽鍵；肽鏈外切酶產(chǎn)生自由氨基酸。 氨肽酶：水解靠

6、近肽鏈N端的肽鍵； 羧肽酶：水解靠近肽鏈C端的肽鍵； 二肽酶：水解一切二肽。第12頁/共138頁( (苯丙氨酸苯丙氨酸, , 酪酪氨酸氨酸, ,色氨酸色氨酸) )(脂肪族脂肪族)羧肽酶羧肽酶( (苯丙氨酸苯丙氨酸, , 色氨酸色氨酸) )消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶胰胰蛋蛋白白酶酶彈彈性性蛋蛋白白酶酶胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶胃胃蛋蛋白白酶酶( (精氨酸精氨酸, ,賴氨酸賴氨酸) )第13頁/共138頁14胰糜蛋白酶原胰糜蛋白酶原彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧基肽酶原羧基肽酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶原腸激酶腸激酶胰糜蛋白酶胰糜蛋白酶彈性蛋白酶原彈性蛋白酶原羧基

7、肽酶羧基肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶第14頁/共138頁蛋白質(zhì)多肽胃蛋白酶更小的肽氨基酸血液胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶氨肽酶羧肽酶胃小腸蛋白質(zhì)的消化和吸收蛋白質(zhì)的酶促水解彈性蛋白酶多肽寡肽二肽氨基酸蛋白質(zhì)第15頁/共138頁16吸收需要特定的膜蛋白轉(zhuǎn)運各類氨基酸需要特定的載體轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi) 中性氨基酸載體 堿性氨基酸載體 酸性氨基酸載體 亞氨基酸及甘氨酸載體第16頁/共138頁17第二節(jié) 氨基酸的分解代謝 氨基酸的脫氨基作用 氨基酸的脫羧基作用 氨基酸代謝產(chǎn)物的去向 氨基酸與糖類和脂類物質(zhì)最顯著的區(qū)別含有-氨基，要徹底氧化，脫氨基非常重要。氨基酸分解代謝的共同途徑第17頁/共138頁18一、氨基酸的脫氨基作用

8、一、氨基酸的脫氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用氧化脫氨基作用氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用聯(lián)合脫氨基作用聯(lián)合脫氨基作用第18頁/共138頁191.轉(zhuǎn)氨基作用(氨基移換作用) 轉(zhuǎn)氨酶催化，-氨基酸和-酮酸之間氨基轉(zhuǎn)移作用。 R1-CH-COO- +NH3 | R2-C-COO- O| -氨基酸氨基酸1-酮酸酮酸2 R1-C-COO- O| R2-CH-COO- +NH3 |轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶( (輔酶：輔酶：磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛) )-氨基酸氨基酸2-酮酸酮酸1第19頁/共138頁20要點：反應可逆。體內(nèi)除Lys、Pro和羥脯氨酸外，大多數(shù)氨基酸都可進行轉(zhuǎn)氨基作用。轉(zhuǎn)氨酶均以磷酸吡哆醛為輔

9、酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反應中起傳遞氨基的作用。 第20頁/共138頁21 -氨基酸氨基酸磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛醛亞胺醛亞胺酮亞胺酮亞胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 -酮酸酮酸磷酸吡哆醛的作用機理轉(zhuǎn)氨酶第21頁/共138頁22體內(nèi)存在多種轉(zhuǎn)氨酶，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶需要以-酮戊二酸或草酰乙酸( (少部分的) )作為氨基受體。轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨基本質(zhì)上沒有真正脫氨。第22頁/共138頁23體內(nèi)重要的轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT或GPT)：肝中活性最高。谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST或GOT)：心肌中活性最高。第23頁/共138頁24 肝細胞中轉(zhuǎn)氨酶活力比其他組織高出許多，是血液的100倍 抽血化驗若轉(zhuǎn)氨酶比正常水平偏

10、高則有可能肝組織受損破裂，肝細胞的轉(zhuǎn)氨酶進入血液。(結(jié)合乙肝抗原等指標進一步確定是什么原因引起的)。查肝功為什么要抽血化驗轉(zhuǎn)氨酶指數(shù)呢？臨床意義第24頁/共138頁25轉(zhuǎn)氨酶 催化轉(zhuǎn)氨反應的酶很多，大多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶以-酮戊二酸為氨基受體，而對氨基供體無嚴格要求。 動物和高等植物的轉(zhuǎn)氨酶一般只催化L-氨基酸的轉(zhuǎn)氨，某些細菌中也有可以催化D-和L-兩種構(gòu)型氨基酸轉(zhuǎn)氨的轉(zhuǎn)氨酶。 第25頁/共138頁26葡萄糖丙氨酸循環(huán)葡萄糖丙氨酸循環(huán) 肌肉內(nèi)的轉(zhuǎn)氨酶以丙酮酸作為氨基受體，轉(zhuǎn)氨作用得到的產(chǎn)物是丙氨酸，再被送到肝臟，在肝臟通過轉(zhuǎn)氨基作用又產(chǎn)生丙酮酸，通過糖異生形成葡萄糖，再回到肌肉，酵解產(chǎn)生丙酮酸，這一過程

11、為葡萄糖-丙氨酸循環(huán)。 是肌肉與肝之間氨的轉(zhuǎn)運形式。 意義：既使肌肉中的氨以無毒的丙氨酸形式運到肝，肝又為肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。第26頁/共138頁27+ H2ONADH + H+ NH3氨基酸-酮戊 二酸谷氨酸-酮酸NAD+丙酮酸AlaAlaAlaG丙酮酸GG-酮戊 二酸谷氨酸尿素肌肉血液肝 實質(zhì)：將肌肉中有毒的氨轉(zhuǎn)化為無毒的丙氨酸運輸?shù)礁闻K。在肝臟中，氨可轉(zhuǎn)變成尿素，從尿液中排出。第27頁/共138頁28轉(zhuǎn)氨基作用生理意義 轉(zhuǎn)氨基與轉(zhuǎn)氨基與氧化脫氨基作用聯(lián)合，是體內(nèi)多數(shù)氨是體內(nèi)多數(shù)氨基酸脫氨基的主要方式；基酸脫氨基的主要方式； 是機體合成非必需氨基酸的重要途徑；是機體合成非必需氨基酸

12、的重要途徑； 是聯(lián)系糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的橋梁。是聯(lián)系糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的橋梁。轉(zhuǎn)氨基作用特點：轉(zhuǎn)氨基作用特點：只有氨基的轉(zhuǎn)移，沒有氨的生成。只有氨基的轉(zhuǎn)移，沒有氨的生成。第28頁/共138頁292.氧化脫氨基作用 氨基酸氧化脫氫的同時，脫去氨基釋放出游離的氨，生成相應的-酮酸。 催化氧化脫氨的酶有兩類：氨基酸氧化酶、氨基酸脫氫酶。 -氨基酸氨基酸 氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶(FAD、FMN)-酮酸酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO-+NH3 O|H2O+O2H2O2H2ONH3L-谷氨酸脫氫酶氨第29頁/共138頁30p氨基酸氧化酶：黃素蛋白，是需氧脫氫酶類，以FAD或FMN

13、為輔基，催化脫下的氫直接與氧結(jié)合，生成H2O2。uL-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶NH3氨第30頁/共138頁31p氨基酸脫氫酶：不需氧脫氫酶，以NAD或NADP為受氫體，脫下的氫不直接交給氧，而是經(jīng)電子傳遞鏈產(chǎn)生H2O和ATP。u其中最重要的是L-谷氨酸脫氫酶。L-谷氨酸脫氫酶分布廣，活性強。 NAD +L-谷氨酸脫氫酶NADH+H +ATP、GTPADP、GDP -酮戊二酸L-谷氨酸CCH2CH2CCOOHOOHOCHNH2CH2CH2CCOOHOOHCCH2CH2CCOOHOOHNH+H2O-H2O+ NH3(NADP+) (NADPH+H +)NH3氨第31頁/共138頁32 L-氨

14、基酸氧化酶 脫下的氫傳給氧形成過氧化氫，沒有ATP產(chǎn)生，產(chǎn)生的過氧化氫通過過氧化氫酶分解成水和氧以解毒。此類酶活力低，不是主要的氧化脫氨基酶類。 L-谷氨酸脫氫酶 普遍存在，活力高，專一性強，催化谷氨酸脫氫形成-酮戊二酸，是氧化脫氨的主要途徑；脫下的氫通過呼吸鏈傳遞可產(chǎn)生2.5個ATP。第32頁/共138頁33有毒！有毒！L-谷氨酸脫氫酶NAD+H2O NADH+H+NH3COO(CH2)2OCCOO -酮戊二酸 -谷氨酸COO(CH2)2CHNH3COO+谷氨酸谷氨酸氧化脫氨氧化脫氨第33頁/共138頁34若外環(huán)境氨大量進入細胞，或細胞內(nèi)氨大量積累三羧酸循環(huán)-酮戊二酸氨中毒原理氨中毒原理 -

15、酮戊二酸大量轉(zhuǎn)化 NADPH大量消耗 三羧酸循環(huán)中斷，能量供應受阻，某些敏感器官( (如神經(jīng)、大腦) )功能障礙。 表現(xiàn)：語言障礙、視力模糊、昏迷、死亡。NH3 +-酮戊二酸 +NADPH +H+ 谷氨酸 +NADP+ +H2O第34頁/共138頁353.非氧化脫氨基作用 指除氧化脫氨基作用以外的一些脫氨基方式。主要有六種方式。2HRCHCOO HNH2NH3氫 化 酶脂 肪 酸+RCH2COO H還原脫氨基作用直接脫氨基作用 第35頁/共138頁36HOCH2CHCOOHNH2H2OCH2CNH3NHCH3L-絲氨酸脫水酶分子重排絲氨酸亞氨基丙酸-氨基丙烯酸自發(fā)水解丙酮酸COOHNH2CCO

16、OHH2OCH3COCOOHNH3自發(fā)水解丙酮酸H2OCH3COCOOHHSCH2COOHH2SCHNH2脫硫氫基酶CH2CNHCH3分子重排亞氨基丙酸-氨基丙烯酸COOHNH2CCOOHL-半胱氨酸脫水脫氨基作用脫巰基脫氨基作用 第36頁/共138頁37OC(CH2)2CHNH2COOHH2OHOOCNH3谷氨酰胺谷氨酰胺酶谷氨酸(CH2)2CHNH2COOHNH2OCCH2CHNH2COOHH2O天冬酰胺NH2天冬酰胺酶HOOCNH3天冬氨酸CHNH2COOHCH2氧化-還原脫氨基作用脫酰胺基作用(在動植物、微生物中都存在)RCHCOOHNH2+RCHCOOHNH2酶RCOCOOHRCH2

17、COOH+2NH3酮酸有機酸第37頁/共138頁38 由轉(zhuǎn)氨基作用與氧化脫氨基作用聯(lián)合進行脫氨基的作用。 a. 轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián) b. 轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)4.聯(lián)合脫氨基作用意義是氨基酸脫氨基的最主要方式；是氨基酸脫氨基的最主要方式；也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的最主要方式。也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的最主要方式。第38頁/共138頁39轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶-酮酸酮酸-氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸L-谷氨酸谷氨酸( (肝、腎、腦) )轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)第39頁/共138頁40-氨基酸氨基酸-酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草

18、酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸腺苷酰琥珀酸蘋果酸蘋果酸延胡索酸延胡索酸腺苷酸腺苷酸次黃苷酸次黃苷酸轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)骨骼肌、心肌、肝臟和腦組織主要以嘌呤核苷酸脫氨基為主。裂解酶第40頁/共138頁41二、氨基酸的脫羧基作用脫羧酶，輔基磷酸吡哆醛。R CH COOHNH2CO2RCH2NH2氨基酸胺氨基酸脫羧酶第41頁/共138頁42 氨基酸 磷酸吡哆醛 醛亞胺 一級胺 磷酸吡哆醛第42頁/共138頁43一些重要的氨基酸脫羧基反應一些重要的氨基酸脫羧基反應谷氨酸 -氨基丁酸(GABA)： 主要存在于大腦中。COOHCH2CH2CHNH2COOH脫羧酶CH2CH2COOHCHNH

19、2+CO2谷氨酸-氨基丁酸對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有普遍的抑制作用，是一種神經(jīng)系統(tǒng)的主要抑制性遞質(zhì)。第43頁/共138頁44(GABA)NH2NNHCH2CHHCOO脫羧酶組氨酸NH2NNHCH2CH2+CO2組胺(降血壓)組氨酸 組胺： 血管舒張劑，具有擴張血管降低血壓功效； 促進胃液分泌； 動物性食物腐敗產(chǎn)生大量組胺。第44頁/共138頁45酪氨酸 酪胺： 使血壓升高。CH2CHHHONH2COO脫羧酶酪氨酸HONH2CH2CH2+CO2酪胺(升血壓)第45頁/共138頁46肉類蛋白質(zhì)腐敗：鳥氨酸 腐胺， 賴氨酸 尸胺H2NCH2(CH2)3CHNH2HCOO脫羧酶賴氨酸尸胺H2NCH2(CH2)3

20、CH2NH2+CO2H2NCH2(CH2)2CHNH2HCOO脫羧酶H2NCH2(CH2)2CH2NH2+CO2鳥氨酸腐胺 大多數(shù)胺類對動物有毒，體內(nèi)有胺氧化酶，能將胺氧化為醛和氨。第46頁/共138頁47氨基酸的脫氨、脫羧基作用 某些細菌和酵母的氨基酸可脫氨同時脫羧的方式進行分解代謝，生成少一個碳原子的伯醇、NH3和CO2。如：異亮氨酸生成活性戊醇亮氨酸生成異戊醇纈氨酸生成異丁醇第47頁/共138頁48三、三、氨的命運氨的命運排氨動物：某些水生或海洋動物，如原生動物和線蟲以及魚類、水生兩棲類等。排尿酸動物：鳥類和陸生的爬行動物。排尿素動物：絕大多數(shù)陸生動物。高等植物：以谷氨酰胺或天冬酰胺形式

21、儲存氨，不排氨。第48頁/共138頁49氨、尿素及尿酸的結(jié)構(gòu)氨 尿酸 尿素第49頁/共138頁50氨的轉(zhuǎn)運主要是通過谷氨酰胺的形式。 谷氨酰胺由血液運送到肝臟，肝細胞的谷氨酰胺酶又將其分解為谷氨酸和氨。谷氨酰胺合成酶NH3 + 谷氨酸 + ATP 谷氨酰胺 + ADP + Pi 第50頁/共138頁51谷氨酰胺的合成酶酶谷氨酰-5-磷酸(與酶相結(jié)合)谷氨酸谷氨酰胺第51頁/共138頁(主要是肌肉)各組織細胞脫氨谷氨酸 -酮戊二酸谷氨酸肝臟肌肉劇烈運動丙酮酸NH3糖異生脫氨酵解蛋白質(zhì)分解產(chǎn)能第52頁/共138頁53尿素的生成 1932德國學者Hans Krebs提出尿素循環(huán)或鳥氨酸循環(huán)。動物形成

22、尿素后排出體外，解毒；植物與微生物形成尿素，貯存氨；總反應式：總反應式：NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2Pi + AMP +PPi + 延胡索酸延胡索酸第53頁/共138頁54Krebs最早提出的最早提出的尿素循環(huán)尿素循環(huán)第54頁/共138頁55氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸鳥氨酸鳥氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸1胞液線粒體尿素尿素 -酮戊酮戊二酸二酸 -酮戊二酸酮戊二酸2345尿素循環(huán)全圖2ATP+HCO3-

23、+NH3 H2N-C-OPO32-+2ADP+PiO -酮戊酮戊二酸二酸第55頁/共138頁56氨基甲酰磷酸的合成( (線粒體中) )HCO3- + NH3 + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶(N-乙酰谷氨酸，Mg2+)COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸具體步驟第一個N原子第56頁/共138頁57氨甲酰磷酸合成機理羰基磷酸碳酸氫根離子氨基甲酸酯氨甲酰磷酸ATP第57頁/共138頁58瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成( (線粒體中線粒體中) )鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶H3PO4+氨基甲酰磷酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鳥鳥氨氨酸酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鳥鳥氨氨酸酸NH2

24、COOPO32-NH2COOPO32-NHCHCOOHNH2NH2CO瓜瓜氨氨酸酸(CH2)3胞液胞液第58頁/共138頁59谷氨酸氨甲酰磷酸鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鳥氨酸鳥氨酸精氨酸延胡索酸天冬氨酸1胞液尿素-酮戊二酸23452ATP+HCO3-+NH3 H2N-C-OPO32-+2ADP+PiO瓜氨酸瓜氨酸線粒體第59頁/共138頁60 兩步反應均不可逆； 氨甲酰磷酸合成酶-I(CPS-I)為變構(gòu)酶，N-乙酰谷氨酸(N-AGA)為此酶的變構(gòu)激活劑； 此階段消耗2個ATP；N-乙酰谷氨酸(AGA)COOHCH3C-NH-CH(CH2)2COOHOCOOHCH3C-NH-CH(CH2

25、)2COOHO第60頁/共138頁61精氨琥珀酸合成精氨琥珀酸合成(胞液中胞液中)精氨琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸精氨琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜瓜氨氨酸酸(CH2)3COOHCHH2NCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH第二個N原子第61頁/共138頁62精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨琥珀酸COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH

26、精氨琥珀酸裂解酶精氨酸的合成精氨酸的合成(胞液中胞液中)第62頁/共138頁63延胡索酸酶第63頁/共138頁64 草酰乙酸草酰乙酸 再生階段再生階段 檸檬酸的生成檸檬酸的生成階段階段 氧化脫氧化脫 羧階段羧階段檸檬酸循環(huán)(線粒體)第64頁/共138頁65蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用細胞液細胞液線粒體膜線粒體膜天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸蘋果酸蘋果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)蘋果酸脫氫酶NADH+H+蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶(、 、 、 為膜上的轉(zhuǎn)運載體)

27、呼吸鏈第65頁/共138頁66精氨酸水解生成尿素精氨酸水解生成尿素(胞液中胞液中)尿素鳥氨酸精氨酸精氨酸酶入線粒體循環(huán)使用第66頁/共138頁67鳥氨酸循環(huán)要點鳥氨酸循環(huán)要點尿素分子中的氮，一個來自氨甲酰磷酸(或游離的NH3)，另一個來自天冬氨酸；每合成1分子尿素需消耗4個高能磷酸鍵；循環(huán)中消耗的天冬氨酸可通過延胡索酸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，再通過轉(zhuǎn)氨基作用，從其他 -氨基酸獲得氨基而再生。第67頁/共138頁68鳥氨酸循環(huán)的生理意義鳥氨酸循環(huán)是生物合成鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸的途徑。是尿素合成途徑，是機體氨代謝的重要方式和解毒方式。尿素合成在肝臟進行。肝臟病變時，由于尿素合成受阻會引起肝昏迷。 肝功能

28、受損尿素合成障礙血氨升高氨進入腦 -酮戊二酸濃度下降TCA減弱ATP形成減少大腦功能障礙昏迷。第68頁/共138頁69氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鳥氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸 -酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基質(zhì)線粒體胞液胞液尿素鳥氨酸循環(huán)第69頁/共138頁70尿素循環(huán)的調(diào)節(jié) 氨甲酰磷酸合成酶I存在于線粒體中，它被N-乙酰谷氨酸別構(gòu)激活。 當氨基酸降解加速時，谷氨酸濃度升高，N-乙酰谷氨酸也增高，激活了氨甲酰磷酸合成酶I，從而使尿素循環(huán)速度加快。 當尿素循環(huán)中某些酶遺傳性不足時，除精氨酸酶外，都

29、不會因此發(fā)生尿素的重大減量，但會產(chǎn)生“高氨血癥”。產(chǎn)生智力遲鈍、嗜睡等癥狀。第70頁/共138頁711 1. -酮酸的代謝酮酸的代謝 (氨基酸碳骨架的轉(zhuǎn)化途徑)再合成氨基酸：經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸；氧化生成CO2和H2O；轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛椭?。四、氨基酸代謝產(chǎn)物的去向四、氨基酸代謝產(chǎn)物的去向第71頁/共138頁72氧化成CO2和H2O：以各種方式進入TCA 形成丙酮酸(丙酮酸等三碳氨基酸)或乙酰CoA(色氨酸等)進入TCA； 轉(zhuǎn)變成TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物， 如谷氨酸轉(zhuǎn)變成-酮戊二酸，天冬氨酸轉(zhuǎn)變成草酰乙酸，有些氨基酸需經(jīng)一些變化后進入TCA； 脫羧醛脂肪酸乙酰CoA； -酮酸進入TCA循環(huán)徹底氧化的主

30、要進入點有： 丙酮酸、乙酰CoA、 -酮戊二酸、草酰乙酸、延胡索酸、琥珀酰CoA、脂肪酸第72頁/共138頁氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑草酰乙酸草酰乙酸 - -酮戊二酸酮戊二酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoACoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸丙酮酸丙酮酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸組氨酸組氨酸脯氨酸脯氨酸異亮氨酸異亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸纈氨酸纈氨酸磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸葡萄糖葡萄糖檸檬酸檸檬酸氧化生成CO2和H2O 脂肪酸丙氨酸丙氨酸蘇氨酸蘇氨酸甘氨酸甘氨酸絲

31、氨酸絲氨酸半胱氨酸半胱氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸賴氨酸賴氨酸色氨酸色氨酸第73頁/共138頁74 生糖氨基酸生糖氨基酸(大部分氨基酸)：凡是在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸。 -酮酸丙酮酸糖 生酮氨基酸生酮氨基酸：在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸。 -酮酸乙酰CoA脂肪 生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸：既能轉(zhuǎn)變成糖也能轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸。轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛椭w包括：乙酰乙酸、-羥丁酸、丙酮。第74頁/共138頁75第75頁/共138頁762. NH3的代謝的代謝以酰胺的形式貯存(形成谷氨酰胺和天冬酰氨將NH3貯存起來，需要時可釋放出來用于合成新氨基酸或嘌呤、嘧

32、啶核苷酸等)；合成新的氨基酸；合成尿素(對植物和微生物而言是一種NH3貯存方式)；合成氨基甲酰磷酸(是合成嘧啶核苷酸、瓜氨酸、精氨酸和尿素的重要物質(zhì))。第76頁/共138頁773. CO2的去路的去路 大部分直接排出； 小部分被固定成為細胞內(nèi)組分：通過丙酮酸羧化支路被固定(丙酮酸固定CO2成蘋果酸，磷酸烯醇式丙酮酸固定CO2成草酰乙酸)。4. 胺的去路胺的去路 脫羧形成的胺可在氧化酶作用下生成醛，醛在脫氫酶作用下，加水脫氫生成有機酸，有機酸氧化生成乙酰CoA，乙酰CoA進入TCA。第77頁/共138頁78氨基酸分解代謝小結(jié)排出體外被固定成草酰乙酸或蘋果酸氧化有機酸乙酰CoA-氧化脫氨-酮酸 N

33、H3脫羧CO2胺氨 基 酸糖、脂肪CO2 +H2OTCA氨基酸鳥氨酸循環(huán)酰胺嘌呤、嘧啶、蛋白質(zhì)等氨甲酰磷酸尿素第78頁/共138頁79-CH=NH 亞氨甲基亞氨甲基H-CO- 甲?；柞；?CH2OH 甲醇基甲醇基-CH= 次甲基次甲基-CH2- 亞甲基亞甲基-CH3 甲基甲基氨基酸與一碳單位 氨基酸在分解過程中產(chǎn)生的含一個碳原子的基團(不包括CO2)。特點：特點： 不能游離存在，一般以不能游離存在，一般以四四氫葉酸氫葉酸為載體參與反應為載體參與反應氨基酸衍生的其它重要物質(zhì)第79頁/共138頁80第80頁/共138頁81第81頁/共138頁82一碳單位的生理功用參與嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的

34、合成。將氨基酸與核苷酸代謝密切相連。參與許多物質(zhì)的甲基化過程。一碳單位代謝障礙會影響DNA、蛋白質(zhì)的合成，引起巨幼紅細胞性貧血?；前奉愃幖鞍奔奏┻实仁峭ㄟ^影響一碳單位代謝及核苷酸合成而發(fā)揮藥理作用。第82頁/共138頁83氨基酸代謝缺陷癥 苯丙酮尿癥是缺乏苯丙氨酸羥化酶，導致苯丙氨酸代謝異常，苯丙氨酸不能轉(zhuǎn)變成為酪氨酸，導致苯丙氨酸及其酮酸蓄積并從尿中大量排出。 尿黑酸癥因缺乏尿黑酸氧化酶，酪氨酸分解而來的尿黑酸不能進一步分解為乙酰乙酸，導致病人排出尿黑酸，在空氣中被氧化，成為黑色。是第一個被闡明機制的遺傳病。第83頁/共138頁84白化病多巴多巴酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸尿黑酸尿黑酸第84

35、頁/共138頁85白化鱷白化鱷第85頁/共138頁86苯丙酮尿癥(PKU) 苯丙酮尿癥是一種先天性的苯丙氨酸代謝的缺陷，它有嚴重的影響?；急奖虬Y的人不經(jīng)治療幾乎總是在智力發(fā)育上嚴重遲滯。這些病人的腦重量低于正常，他們的神經(jīng)鞘化不完全，而且他們的反射過分活躍。未經(jīng)治療的苯丙酮尿癥患者的估計壽命很短，一半在二十歲以前死亡，四分之三在三十歲以前死亡。第86頁/共138頁87苯丙酮尿癥患者的治療I 苯丙酮尿癥患者初生時看起來是正常的，但若不經(jīng)治療，到一周歲以前就會有嚴重的缺陷。苯丙酮尿癥的療法就是低苯丙氨酸飲食低苯丙氨酸飲食。 其目的是只提供剛好滿足生長和代謝所需要的苯丙氨酸。將原來苯丙氨酸含量低

36、的蛋白質(zhì)，如奶中的酪蛋白進行水解，并用吸附法除去苯丙氨酸。第87頁/共138頁88苯丙酮尿癥患者的治療II 必須在出生后不久就開始用低苯丙氨酸的飲食以防止對腦的不可逆的損害。在一項研究中，出生后數(shù)周內(nèi)就治療的苯丙酮尿癥患者的平均智商為93，而在一歲時開始治療的患者平均智商為53。 通過大規(guī)模的普查發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)苯丙酮尿的頻率大約是0.5/萬新生兒。這種病是常染色體隱性遺傳常染色體隱性遺傳的。第88頁/共138頁89第三節(jié) 氨基酸的生物合成第89頁/共138頁90概述 對動物來說：對動物來說： 必需氨基酸動物體內(nèi)不能合成的氨基酸，必須從外界獲得才能維持正常生長發(fā)育。苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、異亮氨酸

37、、纈氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸。 非必需氨基酸凡是動物體內(nèi)能合成的氨基酸。 對植物來說對植物來說：能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根來合成氨基酸。 對微生物來說：對微生物來說：不同微生物合成氨基酸的能力差異很大。第90頁/共138頁91 氨基酸合成的碳架來源： 檸檬酸循環(huán)、糖酵解、戊糖磷酸途徑、氨基酸分解途徑。 氨基酸合成的氨基來源： 起始于無機氮，即無機氮先轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔猓俎D(zhuǎn)變?yōu)楹袡C化合物。第91頁/共138頁92氨基酸生物合成的分族I異亮氨酸蕈類 細菌眼蟲 綠色植物第92頁/共138頁93氨基酸生物合成的分族II第93頁/共138頁94氨基酸生物合成的分族III

38、第94頁/共138頁95p生物體利用3種反應途徑把氨轉(zhuǎn)化為有機化合物，這些有機物進一步合成氨基酸：氨甲酰磷酸合成酶催化CO2(以HCO3-的形式)及ATP合成氨甲酰磷酸，通過尿素循環(huán)合成精氨酸。谷氨酸脫氫酶催化-酮戊二酸還原、氨化，生成谷氨酸。谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺。第95頁/共138頁96氨甲酰磷酸合成途徑( (微生物和動物) ) 原料：NH3 CO2 ATP 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。氨甲酰磷酸NH3 + CO2 + 2ATP H2N-C-OPO3H2 +2ADP+Pi OMg2+氨甲酰磷酸合成酶利用體內(nèi)代謝的氨第96頁/共138頁9

39、7谷AA脫氫酶( (細菌) ) 此反應要求有較高濃度的NH3，不是無機氨轉(zhuǎn)為有機氮的主要途徑。CH2-COOHCH2-C=OCOOH-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-+NH3 +NAD(P)H +NAD(P)+ +H2O-酮戊二酸(TCA循環(huán)產(chǎn)生的)谷氨酸第97頁/共138頁98谷氨酰胺合成酶( (高等植物的主要途徑) )NH3其谷氨酰胺(貯存了氨)CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-+NH3 +ATP +ADP +Pi+H2O 谷氨酰胺合成酶谷氨酸第98頁/共138頁99葡萄糖-6-6-磷酸20種氨基酸生物合成概貌I第99頁/

40、共138頁10020種氨基酸生物合成概貌II第100頁/共138頁101微生物和植物可以合成所有類型氨基酸。葡萄糖葡糖-6-磷酸甘油酸-3-磷酸丙酮酸三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)亮氨酸亮氨酸 異亮氨酸異亮氨酸纈氨酸纈氨酸 丙氨酸丙氨酸 -酮戊二酸色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸絲氨酸絲氨酸 半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸草酰乙酸天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸蘇氨酸谷氨酸谷氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺賴氨酸賴氨酸 精氨酸精氨酸 脯氨酸脯氨酸CO2+H2O核糖-5-磷酸組氨酸第101頁/共138頁102v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 Gl

41、u 其它AA。有C骨架(-酮酸)有AA提供氨基(最主要為谷AA)氨基酸的合成一、氨基酸合成的公共途徑一、氨基酸合成的公共途徑第102頁/共138頁1031.氨基化作用縮合脫水還原固定NH3重要反應還原氨基化作用：由L-氨基酸脫氫酶催化-酮酸與氨生成氨基酸過程。其中最主要的是谷氨酸脫氫酶。第103頁/共138頁104直接氨基化作用：有些有機酸，如延胡索酸，在L-天冬氨酸酶催化下，可以直接進行氨基化反應，生成天冬氨酸。第104頁/共138頁105酰胺化作用：動、植物及微生物中普遍存在谷氨酰胺合成酶和天冬酰氨合成酶。谷氨酸谷氨酰胺固定固定NH3重要反應重要反應天冬酰胺第105頁/共138頁106生物

42、界最普遍的合成生物界最普遍的合成谷氨酸谷氨酸的途徑：的途徑： 由由谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶催化催化-酮戊二酸接受酮戊二酸接受谷酰胺酰胺基谷酰胺酰胺基的氨生成谷氨酸。的氨生成谷氨酸。第106頁/共138頁1072.轉(zhuǎn)氨基作用 在轉(zhuǎn)氨酶作用下，將一種氨基酸上氨基轉(zhuǎn)移給-酮酸，生成新的氨基酸。 是分解代謝的重要途徑也是合成代謝重要途徑。 只有蘇氨酸、賴氨酸不參加轉(zhuǎn)氨。 生物體轉(zhuǎn)氨酶對谷氨酸和-酮戊二酸專一性高，易接受谷氨酸的氨基轉(zhuǎn)給其它酮酸，生成其他氨基酸。 轉(zhuǎn)氨作用與谷氨酸合成反應聯(lián)合時，可生成生物體內(nèi)大部分氨基酸。第107頁/共138頁108二、脂肪族氨基酸的合成二、脂肪族氨基酸的合成1.谷氨酸

43、族氨基酸的生物合成共同碳架：TCA中的-酮戊二酸u此類型可合成此類型可合成谷谷AA、谷氨酰胺、脯、谷氨酰胺、脯AA、精、精AA第108頁/共138頁109由-酮戊二酸形成谷氨酸a. 通過谷氨酸脫氫酶合成谷氨酸。b. 通過-酮戊二酸和其他氨基酸的轉(zhuǎn)氨反應合成谷氨酸。c. -酮戊二酸和谷氨酰胺反應生成2分子谷氨酸。谷氨酰胺谷氨酸合酶-酮戊二酸谷氨酸第109頁/共138頁110-酮戊二酸轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶氨基酸氨基酸-酮酸由-酮戊二酸形成谷氨酰胺第110頁/共138頁111谷氨酸和谷氨酰胺合成示意圖第111頁/共138頁112由-酮戊二酸形成脯氨酸-酮戊二酸 谷氨酸 -谷氨酰磷酸谷氨酸谷氨酸-半醛半醛 -

44、二氫吡咯二氫吡咯-5-羧酸羧酸 脯氨酸脯氨酸 激酶 還原酶自發(fā)環(huán)化 還原酶第112頁/共138頁113由-酮戊二酸形成精氨酸第113頁/共138頁114由-酮戊二酸形成賴氨酸-酮戊二酸酮戊二酸途徑途徑：蕈類和眼蟲；：蕈類和眼蟲；丙酮酸和天冬氨酸途徑丙酮酸和天冬氨酸途徑：細菌和綠色植物。：細菌和綠色植物。第114頁/共138頁115NH3+ -酮戊二酸還原氨基化谷氨酸谷氨酰胺谷氨酸-半醛二氫吡咯-5-羧酸自發(fā)環(huán)化脯氨酸N-乙酰谷氨酸鳥氨酸精氨酸NADH+H+NADATPADP+NH3NADPH+H+NADPNADPH+H+NADP鳥氨酸循環(huán)谷氨酸族氨基酸的生物合成第115頁/共138頁1162.

45、天冬氨酸族氨基酸的生物合成u包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、甲硫(Met)、蘇(Thr)、賴(Lys)、異亮(Ile)。共同碳架：TCA中的草酰乙酸異亮氨酸由蘇氨酸提供4個碳，丙酮酸提供2個碳第116頁/共138頁117天冬氨酸的合成谷草轉(zhuǎn)氨酶草酰乙酸 天冬氨酸第117頁/共138頁118天冬酰胺的合成天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶 哺乳動物中 細菌中天冬氨酸 天冬酰胺第118頁/共138頁119草酰乙酸天冬氨酸天冬酰胺天冬氨酸-半醛二氨基庚二酸賴氨酸高絲氨酸高半胱氨酸O-磷酸高絲氨酸甲硫氨酸蘇氨酸異亮氨酸天冬氨酸族氨基酸的合成轉(zhuǎn)氨+ATP+半胱氨酸甲基供體脫羧ATP AMP丙酮酸第119頁/共138頁1203.丙酮酸