氨基酸代謝Metabolism of Amino Acids - 生物化學(xué)與分.ppt

1、“成熟細(xì)胞可以被重新編程為多功能的干細(xì)胞(即誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞)”,氨基酸代謝 Metabolism of Amino Acids,Chapter 7,Jianjun Xie, MD, PhD,Department of Biochemistry and Molecular Biology, Medical College of Shantou University,Review,Proteins are macromolecules composed of amino acids linked together through peptide bonds. Major elements: C

2、(5055%), H (7%), O (1920%), N (1319%), S (4%); Trace elements: P, Fe, Cu, Zn, I, Amino acid (AA) is the basic building blocks of proteins. About 300 AAs in nature, but only 20 AAs are used for protein synthesis in biological systems.,AAs are grouped as (1) non-polar, hydrophobic; (2) polar, neutral;

3、 (3) basic; and (4) acidic AAs.,Non-polar, hydrophobic: Gly (甘氨酸), Ala (丙氨酸), Val (纈氨酸), Leu (亮氨酸), Ile (異亮氨酸), Phe (苯丙氨酸), Pro (脯氨酸) Polar, neutral: Trp (色氨酸), Ser (絲氨酸), Tyr (酪氨酸), Cys (半胱氨酸), Met (甲硫氨酸), Asn (天冬酰胺), Gln (谷氨酰胺), Thr (蘇氨酸) Basic: Lys (賴氨酸), Arg (精氨酸), His (組氨酸) Acidic: Asp (天冬氨酸),

4、Glu(谷氨酸),The higher order structure of a protein is the product of its primary, secondary, tertiary, and quaternary structure.,Clinical association,Sickle cell anemia,Mad cow disease,Alzheimers disease,Huntingtons disease,主 要 內(nèi) 容,蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用 蛋白質(zhì)的消化、吸收與腐敗 氨基酸的一般代謝 氨的代謝 個別氨基酸的代謝,第一節(jié),蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用Nutritional F

5、unction of Protein,一、 蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要性,1. 維持細(xì)胞、組織的生長、更新和修補:最重要的功能。,2. 參與多種重要的生理活動:生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。,3. 氧化供能 人體每日18%能量由蛋白質(zhì)提供。每克蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化分解可釋放17.19kJ的能量。僅為次要功能，可由脂肪和糖類代替。 人體的三大營養(yǎng)物質(zhì)：葡萄糖、脂肪、蛋白質(zhì)，主要的供能物質(zhì)是葡萄糖，其次是脂肪，最后才會啟用蛋白質(zhì)。三大營養(yǎng)物質(zhì)可以通過三羧酸循環(huán)等相互轉(zhuǎn)換。,二、蛋白質(zhì)需要量和營養(yǎng)價值,1. 氮平衡(nitrogen balance) 攝入食物的含氮量與排泄物（尿與糞）中含氮量之間的關(guān)系?？梢蚤g接反映體內(nèi)蛋

6、白質(zhì)合成以及分解代謝的狀況。,2. 蛋白質(zhì)的生理需要量,成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為3050g，我國營養(yǎng)學(xué)會推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g。,3. 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值,其余12種氨基酸體內(nèi)可以合成，稱非必需氨基酸。精氨酸和組氨酸能在人體合成，但量不大，有時需從食物中攝取，故稱營養(yǎng)半必需氨基酸。,記憶必需氨基酸的小提示，攜來一兩本淡色書, 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值(nutrition value)：食物蛋白質(zhì)在體內(nèi)的利用率。,蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值取決于必需氨基酸的數(shù)量、種類、量質(zhì)比。含必需氨基酸種類多、數(shù)量足的蛋白質(zhì)，其營養(yǎng)價值就高，如動物蛋白質(zhì)等。, 蛋白質(zhì)的互補作用,指營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)混合食用，其必需

7、氨基酸可以互相補充而提高營養(yǎng)價值。,Legumes(豆類) poor in Trp（色）, but rich in Lys; Cereals (谷類) poor in Lys（賴）, but rich in Trp Protein deficiencykwashiorkor (蛋白質(zhì)營養(yǎng)不良綜合征), generalized edema and liver enlargement, abdomen bulged.,Suggestion: the combined-action of protein in diet,第二節(jié)蛋白質(zhì)的消化、吸收和腐敗,Digestion, Absorption an

8、d Putrefaction of Proteins,一、外源性蛋白質(zhì)消化成氨基酸和寡肽后被吸收,（一）蛋白質(zhì)在胃和腸道被消化被成氨基酸和寡肽,蛋白質(zhì)消化的生理意義,由大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿樱阌谖铡?消除種屬特異性和抗原性，防止過敏、毒性反應(yīng)。,食物中的變應(yīng)原成分是復(fù)雜的，目前對食物變應(yīng)原的提取、檢出和純化僅限于少數(shù)幾種常見的食品，如牛奶、雞蛋、魚類、花生、豆類、堅果類、肉類和小麥等，這些食物的變應(yīng)原性已通過特異性皮試、特異性IgE檢測和食物激發(fā)試驗等所證實，并發(fā)現(xiàn)食物變應(yīng)原是一種水溶性糖蛋白，其分子量通常小于70kd。近年來證實某些水果如桃子中的變應(yīng)原成分與花粉相似，是一種類脂轉(zhuǎn)移蛋白（li

9、pid-transfer proteins）。 經(jīng)過細(xì)菌類、真菌類、加熱和消化酶等因素的影響，食物變應(yīng)原可有一定改變，如儲藏時間過長、細(xì)菌真菌的污染常可使食物的變應(yīng)原性增強，而加熱和消化酶往往可使變應(yīng)原性減弱。但也有許多食品變應(yīng)原在受到劇烈的物理或化學(xué)作用后其變應(yīng)原性的變化仍然不大。,1. 蛋白質(zhì)胃中被不完全消化,胃蛋白酶原由主細(xì)胞分泌，可被壁細(xì)胞分泌的胃酸激活成胃蛋白酶。 自身激活作用。 胃蛋白酶的最適pH為1.52.5，對蛋白質(zhì)肽鍵作用特異性差，多水解由芳香族氨基酸及甲硫氨酸、亮氨酸等形成的肽鍵。產(chǎn)物主要為多肽及少量氨基酸。 凝乳作用：酪蛋白與鈣離子形成乳凝塊。,消化過程,（Due to

10、lack of protein splitting enzymes, no digestion of protein takes place in the mouth.）,What causes stomach ulcer?,Stomach Ulcer 間接作用?；?端調(diào)控序列甲基化后與核內(nèi)甲基化CG序列結(jié)合蛋白(methyl CG-binding protein)結(jié)合,阻止了轉(zhuǎn)錄因子與基因形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物; DNA去甲基化為基因的表達(dá)創(chuàng)造了一個良好的染色質(zhì)環(huán)境。DNA去甲基化常與DNase I高敏感區(qū)同時出現(xiàn),后者為基因活化的標(biāo)志。,具有轉(zhuǎn)錄活性的DNA,在甲基化后與MBD (methyl-

11、binding domain )蛋白如MBD2、MeCP2結(jié)合, 而該蛋白上連著的組蛋白脫乙?；?HDAC1和2)使組蛋白脫乙?；?導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化,轉(zhuǎn)錄抑制。,甲基化與腫瘤 抑癌基因的高甲基化和癌基因的去甲基化！,（2）甲硫氨酸為肌酸合成提供甲基：,肌酸和磷酸肌酸是能量儲存、利用的重要化合物。 肝是合成肌酸的主要器官。 肌酸以甘氨酸為骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。 肌酸在肌酸激酶的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峒∷帷＜∷峒っ冈谛募?、骨骼肌和腦組織中含量豐富。 肌酸和磷酸肌酸代謝的終產(chǎn)物為肌酸酐,隨尿排出。,+,目 錄,肌酸的代謝,（1） 半胱氨酸與胱氨酸的互變,2半胱氨酸有多種代謝途

12、徑,二硫鍵：維持蛋白空間構(gòu)象。 巰基酶：活性與半胱氨酸的巰基直接相關(guān)；如琥珀酸脫氫酶等。 重金屬等毒物可與酶分子的巰基結(jié)合而抑制酶的活性；如：有機磷中毒等。 還原型谷胱甘肽保護(hù)酶分子上的巰基。,半胱氨酸可生成牛磺酸：,?；撬崾墙Y(jié)合膽汁酸的組成成份之一。參與脂類的消化。,含硫氨基酸分解可產(chǎn)生硫酸根，半胱氨酸是主要來源。,PAPS為活性硫酸， 是體內(nèi)硫酸基的供體,半胱氨酸生成活性硫酸根：, 半胱氨酸與谷氨酸及甘氨酸合成谷胱甘肽：,還原型谷胱甘肽（GSH）有保護(hù)酶分子上巰基及抗氧化作用。,GSH過氧化物酶,GSH還原酶,NADPH+H+,NADP+,GSH與GSSG（氧化型）間的轉(zhuǎn)換,谷胱甘肽的生理

13、功用： 解毒作用：與毒物或藥物結(jié)合，消除其毒性作用； 參與氧化還原反應(yīng)：作為重要的還原劑，參與體內(nèi)多種氧化還原反應(yīng)； 保護(hù)巰基酶的活性：使巰基酶的活性基團(tuán)-SH維持還原狀態(tài)； 維持紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定：消除氧化劑對紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞作用。,（二）苯丙氨酸、酪氨酸與色氨酸代謝途徑不同,1苯丙氨酸和酪氨酸代謝有聯(lián)系又有區(qū)別,苯丙氨酸經(jīng)羥化轉(zhuǎn)變?yōu)槔野彼幔?此反應(yīng)為苯丙氨酸的主要代謝途徑。 苯丙氨酸羥化酶主要存在于肝組織。,苯丙酮酸尿癥(phenyl keronuria, PKU),體內(nèi)苯丙氨酸羥化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常轉(zhuǎn)變?yōu)槔野彼?，苯丙氨酸?jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并從尿中排出的一種遺傳代

14、謝病。,體內(nèi)苯丙酮酸堆積使腦發(fā)育障礙，患者智力低下。治療原則為早期發(fā)現(xiàn)，低苯丙氨酸膳食。,體內(nèi)代謝尿黑酸的酶先天缺陷時，尿黑酸分解受阻，可出現(xiàn)尿黑酸癥。, 酪氨酸可徹底氧化分解或轉(zhuǎn)變?yōu)閮翰璺影泛秃谏? 酪氨酸經(jīng)尿黑酸轉(zhuǎn)變成乙酰乙酸和延胡索酸：, 酪氨酸可轉(zhuǎn)變?yōu)閮翰璺影泛秃谏?帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成減少。 在黑色素細(xì)胞中，酪氨酸可經(jīng)酪氨酸酶等催化合成黑色素。 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)。,白化病(albinism)是一種較常見的皮膚及其附屬器官黑色素缺乏所引起的疾病，由于先天性缺乏酪氨酸酶，或酪氨酸

15、酶功能減退，黑色素合成發(fā)生障礙所導(dǎo)致的遺傳性白斑病。這類病人通常是全身皮膚、毛發(fā)、眼睛缺乏黑色素，因此表現(xiàn)為眼睛視網(wǎng)膜無色素，虹膜和瞳孔呈現(xiàn)淡粉色，怕光，看東西時總是瞇著眼睛。皮膚、眉毛、頭發(fā)及其他體毛都呈白色或白里帶黃。人們將這類病人俗稱為“羊白頭”。白化病屬于家族遺傳性疾病，為常染色體隱性遺傳，常發(fā)生于近親結(jié)婚的人群中。, 苯丙氨酸和酪氨酸脫羧羥化產(chǎn)生假性神經(jīng)遞質(zhì),兩種氨基酸在腦內(nèi)脫羧羥化產(chǎn)生假性神經(jīng)遞質(zhì)苯乙醇胺及-羥酪胺(鱆胺)，假性神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)量增多可能與肝昏迷的發(fā)生有關(guān)。,酪氨酸參與甲狀腺激素合成：,2色氨酸分解可生成乙酰乙酰CoA,色氨酸,5-羥色胺,一碳單位,丙酮酸 + 乙酰乙酰C

16、oA,維生素 PP,（三）支鏈氨基酸分解包括轉(zhuǎn)氨、脫羧和徹底氧化3階段,支鏈氨基酸,纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸,氨基酸的重要含氮衍生物,+ NO,+ O2,NADPH+H+ NADP+,一氧化氮合酶 （NOS）,精氨酸,瓜氨酸,一氧化氮,一氧化氮的一些來源和一些效應(yīng),一氧化氮的 一些來源,體內(nèi)天然物質(zhì) 藥物 Ca耗竭 抽煙 火 其它可燃物質(zhì),:N=O:,臭氧耗竭和地球變暖 自由基的相互作用 許多生理效應(yīng)（有益的和有害的） 血壓 記憶力 中風(fēng) 糖尿病 食管炎 抗菌素 血小板凝集 關(guān)節(jié)炎 炎癥 心絞痛 心臟收縮 陰莖勃起 基因調(diào)節(jié)等,一些效應(yīng),一氧化氮 帶獨立電子的自由基,.,.,NO與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

17、,鳥苷酸環(huán)化酶,磷酸二酯酶,血管收縮,第六節(jié)營養(yǎng)非必需氨基酸的合成,Formation of Nutritionally Nonessential Amino Acids,（一）-酮戊二酸還原氨化生成谷氨酸,谷氨酸脫氫酶,H2O,NH4+, 酮戊二酸,L谷氨酸,（二）谷氨酸在谷氨酰胺合成酶催化下合成谷氨酰胺,谷氨酸合成酶,L谷氨酰胺,L谷氨酸,NH4+,MgATP,MgADP Pi,NH3+,NH3+,（三）丙酮酸和草酰乙酸通過轉(zhuǎn)氨基作用生成丙氨酸和天冬氨酸,丙酮酸,轉(zhuǎn)氨酶,丙氨酸,谷氨酸或天冬氨酸, 酮戊二酸 或草酰乙酸,（四）天冬氨酸在天冬酰胺合成酶催化下形成天冬酰胺,L天冬酰胺,L天冬氨

18、酸,天冬酰胺合成酶,NH3+,NH3+,Gln,Glu,MgATP,MgAMP PPi,（五）絲氨酸從糖酵解的中間產(chǎn)物D-3-磷酸甘油酸形成,（六）甘氨酸在哺乳動物中 有幾條合成途徑,（七）脯氨酸是從谷氨酸形成的,L谷氨酸,L脯氨酸,L谷氨酸 半縮醛,2吡咯5羧酸,H2O,NADH H+,NADH H+,NAD,NAD,H2O,NH3,NH2,NH,H3N,（八）半胱氨酸可由甲硫氨酸和絲氨酸合成,甲硫氨酸首先轉(zhuǎn)變?yōu)橥桶腚装彼?（九）苯丙氨酸在苯丙氨酸羥化酶催化下形成酪氨酸,四氫生物蝶呤,二氫生物蝶呤,L 苯丙氨酸,L 酪氨酸,NADP,NADPH H,酶 II,酶 I,O2,H2O,CH2

19、CH COO-,CH2 CH COO-,NH3+,NH3+,HO,（十）組氨酸和精氨酸是營養(yǎng)性半必需氨基酸,組氨酸和精氨酸雖能在人體內(nèi)合成，但合成量不多，長期缺乏也能造成負(fù)氮平衡，可以將這兩種氨基酸視為營養(yǎng)半必需氨基酸（nutritionally semi-essential amino acid）。,Thank You!,選擇題練習(xí) 氨基酸代謝,1. 體內(nèi)氨基酸脫氨基的主要方式是( ),A 轉(zhuǎn)氨基 B 聯(lián)合脫氨基 C 氧化脫氨基 D 非氧化脫氨基 E 脫水脫氨基,2. 體內(nèi)氨的主要代謝去路是( ),A 合成尿素 B 生成谷氨酰胺 C 合成非必需氨基酸 D 滲入腸道 E 腎泌氨排出,3. 關(guān)于

20、胃蛋白酶,不正確的是( ),A 以酶原的方式分泌 B 由胃粘膜主細(xì)胞產(chǎn)生 C 可由鹽酸激活 D 屬于外肽酶 E 具凝乳作用,4. 關(guān)于一碳單位代謝描述錯誤的是( ),A 一碳單位不能游離存在 B 四氫葉酸是一碳單位代謝輔酶 C N5-CH3-FH4是直接的甲基供體 D 組氨酸代謝可產(chǎn)生亞氨甲基 E 甘氨酸代謝克產(chǎn)生甲烯基,5. 氨基酸脫羧的產(chǎn)物是( ),A 氨和二氧化碳 B 胺和二氧化碳 C -酮酸和胺 D -酮酸和氨 E 草酰乙酸和氨,6. 哪種物質(zhì)缺乏會引起白化病?,A 苯丙氨酸羥化酶 B 酪氨酸轉(zhuǎn)氨酶 C 酪氨酸酶 D 酪氨酸脫羧酶 E 酪氨酸羥化酶,7. 血氨升高的主要原因是( ),A

21、 體內(nèi)氨基酸分解增加 B 食物蛋白質(zhì)攝入過多 C 腸道氨吸收增加 D 肝功能障礙 E 腎功能障礙,8. 氨基酸徹底分解的產(chǎn)物是( ),A 胺,二氧化碳 B 二氧化碳,水,尿素 C 尿酸 D 氨,二氧化碳 E 肌酸酐,肌酸,9. 甲基的直接提供體是( ),A S-腺苷甲硫氨酸 B 甲硫氨酸 C 同型半胱氨酸 D 膽堿 E N5-CH3-FH4,10. 哪種酶先天缺乏可產(chǎn)生尿黑酸尿癥?,A 酪氨酸酶 B 尿黑酸氧化酶 C 酪氨酸轉(zhuǎn)氨酶 D 酪氨酸羥化酶 E 苯丙氨酸羥化酶,11. Which one is glucogenic and ketogenic amino acid? ( ),A Gly B Ser C Cys D Ile E Asp,12. The ALT most active tissue is ( ),A blood serum B cardiac mu