生物化学课件-氨基酸代谢.ppt

1、第一节第一节 蛋白质的营养作用蛋白质的营养作用第二节第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败蛋白质的消化、吸收与腐败第三节第三节 氨基酸的一般代谢氨基酸的一般代谢第四节第四节 氨的代谢氨的代谢第五节第五节 个别氨基酸的代谢个别氨基酸的代谢催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。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4.1 kcal/g的能量，的能量，人体每日人体每日18%能量由蛋白质提供。能量由蛋白质提供。氮平衡氮平衡 (nitrogen balance

2、)摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。之间的关系。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代谢的概况。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、孕妇等）排出氮（儿童、孕妇等）氮负平衡：氮负平衡：摄入氮摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）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3050 g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为我国营养学会

3、推荐成人每日蛋白质需要量为80 g。营养必需氨基酸营养必需氨基酸 (essential amino acid)指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有基酸，共有8种：种：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。其余其余12种氨基酸体内可以合成，称为种氨基酸体内可以合成，称为非必需氨基酸。非必需氨基酸。蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值 (nutrition value)蛋白质的互补作用蛋白质的互补作用蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，取决于取决于必需氨基

4、酸必需氨基酸的数量、种类、比例。的数量、种类、比例。指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸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。可以互相补充而提高营养价值。蛋白质消化的生理意义蛋白质消化的生理意义由大分子转变为小分子，便于吸收。由大分子转变为小分子，便于吸收。消除食物蛋白质的抗原性，防止过敏、毒性反应。消除食物蛋白质的抗原性，防止过敏、毒性反应。蛋白质在胃和小肠中被消化成氨基酸和寡肽蛋白质在胃和小肠中被消化成氨基酸和寡肽胃蛋白酶原胃蛋白酶原(pepsinogen)胃蛋白酶胃蛋白酶 + 多肽碎片多肽碎片胃酸、胃蛋白酶胃酸、胃蛋白酶(pepsin) 胃蛋白酶

5、的最适胃蛋白酶的最适pH为为1.52.5，对蛋白质肽键的作用特，对蛋白质肽键的作用特异性较差，主要水解由芳香族氨基酸、蛋氨酸和亮氨异性较差，主要水解由芳香族氨基酸、蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键，产物主要为多肽及少量氨基酸。酸所形成的肽键，产物主要为多肽及少量氨基酸。小肠小肠是蛋白质消化的主要部位。是蛋白质消化的主要部位。胰酶胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适是消化蛋白质的主要酶，最适pH为为7.0左右，左右， 包括内肽酶和外肽酶。包括内肽酶和外肽酶。内肽酶内肽酶 (endopeptidase) 特异水解蛋白质肽链内部的特异水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。一些肽键，如胰

6、蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。外肽酶外肽酶 (exopeptidase) 自肽链的末段开始，每次水解自肽链的末段开始，每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶（一个氨基酸残基，如羧基肽酶（A、B）、氨基肽酶。）、氨基肽酶。胰蛋白酶胰蛋白酶(trypsin)肠激酶肠激酶(enterokinase)胰蛋白酶原胰蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶(elastase)弹性蛋弹性蛋白酶原白酶原糜蛋白酶糜蛋白酶(chymotrypsin)糜蛋白糜蛋白酶原酶原羧基肽酶羧基肽酶(A或或B)(carboxypeptidase)羧基肽酶原羧基肽酶原(A或或B)可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。可保护胰组织免受蛋白酶的自身

7、消化作用。保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。酶原还可视为酶的贮存形式。酶原还可视为酶的贮存形式。小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用：主要是寡肽酶主要是寡肽酶 (oligopeptidase)的作用，例如氨基肽的作用，例如氨基肽酶酶 (aminopeptidase)及二肽酶及二肽酶 (dipeptidase)等，最等，最终产物为氨基酸。终产物为氨基酸。吸收部位：主要在小肠吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收机制：耗能的主动吸收过程吸收机制：耗能的主动吸收过程吸收方式：通过载体蛋白吸

8、收吸收方式：通过载体蛋白吸收 -谷氨酰基循环谷氨酰基循环七种转运蛋白七种转运蛋白(transporter)中性氨基酸转运蛋白中性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白亚氨基酸转运蛋白亚氨基酸转运蛋白 氨基酸氨基酸转运蛋白转运蛋白二肽转运蛋白二肽转运蛋白三肽转运蛋白三肽转运蛋白载体蛋白与氨基酸、载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由组成三联体，由ATP供能将供能将氨基酸、氨基酸、Na+转入细胞内，转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。再由钠泵排出细胞。谷氨酸谷氨酸5-氧脯氧脯氨酸酶氨酸酶ATPADP+Pi半胱氨酰甘氨酸半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)

9、半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸肽酶肽酶 -谷氨谷氨酰环化酰环化转移酶转移酶氨基酸氨基酸5-氧脯氨酸氧脯氨酸 -谷氨酰半胱氨酸谷氨酰半胱氨酸 -谷氨酰谷氨酰半胱氨酸半胱氨酸合成酶合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽谷胱甘肽合成酶合成酶ATPADP+Pi细胞外细胞外 -谷谷氨酰氨酰基转基转移酶移酶细胞膜细胞膜谷胱甘肽谷胱甘肽 GSH细胞内细胞内氨基酸氨基酸 -谷氨酰谷氨酰氨基酸氨基酸 COOH H2NCH R COOH H2NCH R COOH CHNH2 CH2 CH2 COOH CNHCH O RO N COOH H利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系此种转运也是

10、耗能的主动吸收过程此种转运也是耗能的主动吸收过程吸收作用在小肠近端较强吸收作用在小肠近端较强肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的作用。的作用。腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。用的物质。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 (histamine) 酪氨酸酪氨酸 酪胺酪胺 (tyramine) 色氨酸色氨酸 色胺色胺 (try

11、ptamine) 赖氨酸赖氨酸 尸胺尸胺 (cadaverine)苯丙氨酸苯丙氨酸 苯乙胺苯乙胺 (phenylethylamine)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(ammonia)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，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。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出，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，经肝的代谢转变而解毒，只有小部

12、分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。故不会发生中毒现象。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，主要被降解，主要是肌肉蛋白质。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%被重新被重新利用合成新的蛋白质。利用合成新的蛋白质。蛋白质的半寿期蛋白质的半寿期 (half-life)不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。变化。蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示。表示。不依赖不依赖ATP和泛素；和泛素；利用溶酶体中的

13、组织利用溶酶体中的组织蛋白酶蛋白酶 (cathepsin)降降解外源性蛋白、膜蛋解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。白和长寿蛋白质。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蛋白质泛素泛素 (ubiquitin)76个氨基酸组成的多肽个氨基酸组成的多肽 (8.5kD)；因普遍存在于真核生物而得名；因普遍存在于真核生物而得名；其一级结构高度保守。其一级结构高度保守。E1：泛素激活酶；：泛素激活酶；E2：泛素结合酶；：泛素结合酶；E3：泛素蛋白连接酶：泛素蛋白连接酶食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解

14、产生的氨基酸及体内合成的非必体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各需氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库处参与代谢，称为氨基酸代谢库 (metabolic pool)。外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库。外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库。合成合成分解分解嘌呤、嘧啶、肌酸嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物等含氮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氨基脱氨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

15、酸酮酸谷氨酰胺谷氨酰胺尿素尿素食物食物蛋白质蛋白质组织组织蛋白质蛋白质血液血液氨基酸氨基酸组织组织氨基酸氨基酸氨氨基基酸酸代代谢谢库库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 -酮酸的过程。酮酸的过程。联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径。联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径。转氨基作用转氨基作用 (transamination)：在转氨酶的作用下，某在转氨酶的作用下，某一氨基酸去掉一氨基酸去掉 -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 -酮酸得酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。到此氨基生成相应的氨基酸的过程。 R1 HCNH2 COO

16、HR2 C=O COOH R2 HCNH2 COOHR1 C=O COOH转氨酶转氨酶+大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、苏氨酸、脯氨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。酸、羟脯氨酸除外。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谷丙转氨酶谷丙转氨酶 (GPT)，又称丙氨酸转氨酶，又称丙氨酸转氨酶 (ALT)谷草转氨酶谷草转氨酶 (GOT)，又称天冬氨酸转氨酶，又称天冬氨酸转氨酶 (AST)GPT （磷酸吡哆醛）（磷酸吡哆醛）GOT （磷酸吡哆醛）（磷酸吡哆醛）谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸 -

17、酮戊二酮戊二酸酸 -酮戊二酮戊二酸酸丙酮酸丙酮酸丙氨酸丙氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。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。组织组织GPTGOT组织组织GPTGOT肝肝44000142000胰腺胰腺200028000肾肾1900091000脾脾120014000心心7100156000肺肺70010000骨骼肌骨骼肌480099000血清血清1620（单位（单位/克湿组织）克湿组织）转氨酶的辅酶是转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛、磷酸吡多胺磷酸吡哆醛、磷酸吡多胺转氨酶催化的反应没有游离氨的释放转氨酶催化的反应没有游离氨的释放转

18、氨酶催化反应是可逆反应转氨酶催化反应是可逆反应合成非必需氨基酸合成非必需氨基酸氨基的受体：丙酮酸、草酰乙酸、氨基的受体：丙酮酸、草酰乙酸、 -酮戊二酸酮戊二酸脯氨酸、赖氨酸、苏氨酸例外脯氨酸、赖氨酸、苏氨酸例外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。转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要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要途径。方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。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存在于肝、脑、肾中存在于肝、脑、

19、肾中是一种不需氧脱氢酶是一种不需氧脱氢酶辅酶为辅酶为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 NH2 CHCOOH (CH2)2COOH NH CCOOH (CH2)2COOH O CCOOH (CH2)2COOH亚谷氨酸亚谷氨酸定义：转氨基作用与谷氨酸脱氢作用的结合，定义：转氨基作用与谷氨酸脱氢作用的结合， 称作联合脱氨基作用。称作联合脱氨基作用。 使氨基酸脱下使氨基酸脱下 -氨基生成氨基生成 -酮酸。酮酸。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+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶

20、 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，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。也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。苹果酸苹果酸腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸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 -酮戊二酸酮戊二酸氨氨基基酸酸 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) HHOOCCH2CCOOH HN NNNN R-5-PNH2 NNNN R

21、-5-P OHNNNN R-5-P -氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶O2 + FMNH2NH4+ + H2O2（一）（一） -酮酸可彻底氧化分解并提供能量酮酸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)主要主要有三条代谢去路。有三条代谢去路。类别类别氨基酸氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸

22、、谷氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸生酮氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸苏氨酸、色氨酸琥珀酰琥珀酰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

23、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 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CO2CO2T C A 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主要来源。氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。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蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨

24、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酵解途糖酵解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异生糖异生肝肝葡葡萄萄糖糖反应过程反应过程谷氨酸谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺 + H2O谷氨酰胺合成酶

25、谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶生理意义生理意义谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。氨通过谷氨酰胺从脑和肌肉等组织运往肝或肾氨通过谷氨酰胺从脑和肌肉等组织运往肝或肾谷氨酸谷氨酸 + 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 在肝内合成尿素，这是最主要的去路在肝内合成尿素，这是最主要的去路体内氨的去路体内氨的去路 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+，随尿排出

26、。，随尿排出。尿素生成的过程由尿素生成的过程由Hans Krebs和和Kurt Henseleit提出，提出，称为称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环 (orinithine cycle)，又称，又称尿素循环尿素循环 (urea cycle)或或Krebs-Henseleit循环。循环。CO2 + NH3 + H2O氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶I（N-乙酰谷氨酸，乙酰谷氨酸，Mg2+）氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸反应在肝细胞线粒体中进行反应在肝细胞线粒体中进行 O H2NCOPO32-2ATP2ADP+2PiN-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸(AGA)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

27、消耗2分子分子ATP。氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶I (CPS-I)是鸟氨酸循环过程中的是鸟氨酸循环过程中的限速酶。限速酶。 COOH CH3C-NH-CH O (CH2)2 COOH鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 NH2 (CH2)3 CHNH2 COOHNH2 C=O OPO32- NH2 C=O NH (CH2)3 CHNH2 COOH鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸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。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

28、 transferase, OCT)催化，催化，OCT常与常与CPS-I构成复合体。构成复合体。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 NH2 C=O NH (CH2)3 CHNH2 COOH瓜氨酸瓜氨酸+ COOH H2NCH CH2 COOH NH2 COOH CNCH NH CH2 (CH2)3 COOH CHNH2 COOH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反应在胞液中进行。反应在胞液中进行。+ NH2 CO

29、OH CNCH NH CH2 (CH2)3 COOH CHNH2 COOH NH2 CNH NH (CH2)3 CHNH2 COOH COOH CH CH HOOC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H2O精氨酸精氨酸 NH2 CNH NH (CH2)3 CHNH2 COOH精氨酸酶精氨酸酶NH2 CO NH2 NH2 (CH2)3 CHNH2 COOH+线粒体线粒体胞液胞液氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶I 鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶 精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶 精氨酸酶精氨酸酶NH3+HCO3-+H

30、2O2ATP2ADP+Pi氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 Pi鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 ATPAMP+PPi 天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 氨基酸氨基酸 精氨酸精氨酸 草酰乙酸草酰乙酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸代琥珀酸代琥珀酸尿素尿素精氨酸精氨酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸原料：原料：2分子氨，一个来自于分子氨，一个来自于NH3，另一个来自，另一个来自Asp。过程：通过鸟氨酸循环合成尿素，过程：通过鸟氨酸循环合成尿素， 反应先在线粒体，后在胞液中进行。反应先在线粒体，后在胞液中进行。耗能：耗能：3个个ATP，4个高能磷酸键。个高能磷酸键。1、高蛋白质膳食促进尿素合

31、成、高蛋白质膳食促进尿素合成2、AGA激活激活CPS-I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酶酶相对活性相对活性氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶4.5鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶163.0精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶1.0精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶3.3精氨酸酶精氨酸酶149.0血氨浓度升高称血氨浓度升高称高血氨症高血氨症 (hyperammonemia)常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。高血氨症时可引起脑功能障碍，称高血氨症

32、时可引起脑功能障碍，称氨中毒氨中毒 (ammonia poisoning)。尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒TCA脑供能不足脑供能不足 -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 -酮戊二酸酮戊二酸氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶氨基酸氨基酸胺类胺类RCH2NH2 + CO2磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类化合物氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类化合物RCOOH羧酸羧酸O2H2OH2O2NH31/2O2单胺氧化酶单胺氧化酶RCH2NH2胺胺RCHO醛醛 R HCNH2 COOHGABA COOH (CH2)2 CH2NH2

33、 CO2L- 谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶 COOH (CH2)2 CHNH2 COOHL-谷氨酸谷氨酸谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成 -氨基丁酸氨基丁酸 ( -aminobutyric acid, GABA)GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用L-组氨酸组氨酸组胺组胺组氨酸脱羧酶组氨酸脱羧酶CO2HN NCH2CHCOOH NH2组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺 (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

34、胃蛋白酶原及胃酸的分泌。刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。HN NCH2CH2NH25-羟色氨酸羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶色氨酸羟化酶5-羟色氨酸羟色氨酸脱羧酶脱羧酶CO2色氨酸色氨酸色氨酸经色氨酸经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。CH2CHCOOH NH2NHNHHOCH2CHCOOH NH2NHHOCH2CH2NH2鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸鸟氨酸腐胺腐胺S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)脱羧基脱

35、羧基SAM CO2SAM脱羧酶脱羧酶CO2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精胺精胺 (spermine)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。某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类物质某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类物质丙丙胺胺转转移移酶酶某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为子的基团，称为一碳单位一碳单位 (one carbon unit)。一碳单位不能游离存在，常与一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸四氢叶酸 (FH4)结合结合而转运和参与代谢。而转运和参与代

36、谢。四氢叶酸是一碳单位的运载体。四氢叶酸是一碳单位的运载体。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) -CHO亚胺甲基亚胺甲基 (formimino) -CH=NH H N NH2NC C 8 7CH N C CCH2NH C 5N 6 H OH O COOH CNHCHCH2CH2COOH叶酸叶酸 H N NH2NC C 8 7CH2 N C CHCH2NH C 5N 6 H OH O COOH CNHCHCH2CH2COOH5, 6, 7, 8-四氢叶酸四氢叶酸 二氢叶酸还

37、原酶二氢叶酸还原酶 二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶叶酸叶酸 二氢叶酸二氢叶酸 四氢叶酸四氢叶酸 NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ NADP+（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 N5N CH2 CH3 HN10 N 5N CH2 H2CN10 N 5N CH2 HCN10 N5N CH2 HCN10 O N 5N CH2 HC HN10 HN 丝氨酸丝氨酸 N5, N10CH2FH4甘氨酸甘氨酸 N5, N10CH2FH4组氨酸组氨

38、酸 N5CH=NHFH4色氨酸色氨酸 N10CHOFH4一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的分解代谢色氨酸的分解代谢N10CHOFH4N5, N10=CHFH4N5, N10CH2FH4N5CH3FH4N5CH=NHFH4NADPH+H+NADP+NH3H+H2ONADH+H+NAD+把氨基酸代谢和核酸代谢联系了起来。把氨基酸代谢和核酸代谢联系了起来。N10-CHO-FH4与与N5, N10=CH-FH4分别为嘌呤合成分别为嘌呤合成提供提供C2与与C8，N5, N10-CH2-FH4为胸腺嘧啶核苷酸为胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基。合成提供甲

39、基。一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成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CH2SH CHNH2 COOHCH2SSCH2 CHNH2 CHNH2 COOH COOHSCH3 CH2 CH2 CHNH2 COOH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) COOH CHNH2 CH2 CH2 +SCH2 CH3 腺嘌呤腺嘌呤 OHO OH SCH3 CH2 CH2 CHNH2 COOH P P P CH2 腺嘌呤腺嘌呤 OHO OH甲基转移酶甲基转移酶RHRCH3腺苷

40、腺苷SAMS-腺苷同型腺苷同型半胱氨酸半胱氨酸同型半胱氨酸同型半胱氨酸 COOH CHNH2 CH2 CH2 +SCH2 CH3 腺嘌呤腺嘌呤 OHO OH COOH CHNH2 CH2 CH2 +SCH2 H 腺嘌呤腺嘌呤 OHO OHCOOH CHNH2 CH2 CH2 SH 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肌酸肌酸 (creatine)和磷酸肌酸和磷酸肌酸 (creatine phosphate)是能量

41、是能量储存、利用的重要化合物。储存、利用的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供提供甲基而合成。甲基而合成。肌酸在肌酸激酶肌酸在肌酸激酶 (CK)的作用下，转变为磷酸肌酸。的作用下，转变为磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐 (creatinine)。 NH2HNC NH (CH2)3 CHNH2 COOH+精氨酸精氨酸CH2NH2 COOH甘氨酸甘氨酸脒基转移酶脒基转移酶鸟氨酸鸟氨酸胍乙酸胍乙酸+ NH2 (CH2)3 CHNH2 COOHNH

42、2 CNH NH CH2 COOH甲基转移酶甲基转移酶SAMS-腺苷同型腺苷同型半胱氨酸半胱氨酸 NH2HNC NCH3 CH2 COOH肌酸肌酸肌酸激酶肌酸激酶ADP ATPH2O磷酸肌酸磷酸肌酸肌酸酐肌酸酐 NHPHNC NCH3 CH2 COOHPiHNC NHN CCH2H3C-2H+2H2CH2SH CHNH2 COOHCH2SSCH2 CHNH2 CHNH2 COOH COOH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分之一。CH2SH CHNH2 COOHCH2SO3H CHNH2 COOHCH2SO3H CH2NH23 O磺基丙氨酸磺基丙氨酸脱羧酶脱羧酶半胱氨

43、酸半胱氨酸磺基丙氨酸磺基丙氨酸牛磺酸牛磺酸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）PAPS为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体。为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体。腺嘌呤腺嘌呤 O HOOPO3H2 O CH2OPOSO3- OH PAPS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芳香族氨基酸代谢可产生神经递质芳香族氨基酸代谢可产生神经递质COOH CHNH2 CH2 COOH CHNH2 CH2 OHCOOH CHNH2 CH2 NH此反应为苯丙氨酸的

44、主要代谢途径。此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。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+ O2COOH CHNH2 CH2 COOH CHNH2 CH2 OH体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变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酸、为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。COOH CHNH2 CH2 COOH C=O CH2 COOH CH2 苯丙氨酸苯丙

45、氨酸苯丙酮酸苯丙酮酸苯乙酸苯乙酸苯丙氨酸转氨酶苯丙氨酸转氨酶（正常时很少）（正常时很少）黑色素黑色素聚合聚合COOH CHNH2 CH2 OH酪氨酸酪氨酸多巴多巴 (dopa)多巴醌多巴醌吲哚醌吲哚醌酪氨酸酶酪氨酸酶NH O OCOOH CHNH2 CH2 O OHOCOOH CHNH2 CH2 OHS-腺苷同型腺苷同型半胱氨酸半胱氨酸COOH CHNH2 CH2 OH酪氨酸酪氨酸多巴多巴 (dopa)酪氨酸羟化酶酪氨酸羟化酶HOCOOH CHNH2 CH2 OHCO2多巴胺多巴胺 (dopamine)HOCH2NH2 CH2 OH去甲肾上腺素去甲肾上腺素 (norepinephrine)肾上

46、腺素肾上腺素 (epinephrine)SAMHOCH2NH2 CHOH OHHOCH2NHCH3 CHOH OH体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸尿症。可出现尿黑酸尿症。COOH CHNH2 CH2 OHCOOH C=O CH2 OHOH OHCH2COOHCH2 C=O CH2 COOH COOH CH CH HOOC酪氨酸转氨酶酪氨酸转氨酶酪氨酸酪氨酸羟苯丙酮酸羟苯丙酮酸尿黑酸尿黑酸延胡索酸延胡索酸乙酰乙酸乙酰乙酸+色氨酸色氨酸5-羟色胺羟色胺一碳单位一碳单位丙酮酸丙酮酸 + 乙酰乙酰乙酰乙酰CoA维生素维生素 PP

47、支链氨基酸支链氨基酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸缬氨酸缬氨酸COOH CHNH2 CH2 CHCH3 CH3COOH CHNH2 CHCH3 CH2 CH3COOH CHNH2 CHCH3 CH3缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸相应的相应的 -酮酸酮酸相应的脂酰相应的脂酰CoA相应的相应的 , -烯脂酰烯脂酰CoA缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoA琥珀酰琥珀酰CoA氨基酸氨基酸衍生化合物衍生化合物生理功能生理功能Asp、Gln、Gly嘌呤碱嘌呤碱含氮碱基、核酸成分含氮碱基、核酸成分Asp嘧啶碱嘧啶碱含氮碱基、核酸成分含氮碱基、核酸成分Gly卟啉化合物卟啉化合物血红素、细胞色素血红素、细胞色素Gly、Arg、Met肌酸、磷酸肌酸肌酸、磷酸肌酸能量储存能量储存Trp尼克酸、尼克酸、5-羟色胺羟色胺维生素、神经递质维生素、神经递质Tyr、Phe儿茶酚胺儿茶酚胺神经递质、激素神经递质、激素Tyr、Phe黑色素黑色素皮肤色素皮肤色素Cys牛磺酸牛磺酸结合胆汁酸成分结合胆汁酸成分His组胺组胺血管舒张剂血管舒张剂Glu -氨基丁酸氨基丁酸神经递质神经递质Orn、Met精胺、精脒精胺、精脒细胞增殖促进剂细胞增殖促进剂Arg一氧化氮一氧化氮 (NO)细胞信号转导分子细胞信号转导分子