生物化學：Chapter 8 含氮小分子物質(zhì)的代謝

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1、 第第 八八 章章 含氮小分子物質(zhì)的代謝含氮小分子物質(zhì)的代謝Amino Acid Metabolism氨氨 基基 酸酸 代代 謝謝CHNH2R1COOHCR2COOHOCR1COOHOCHNH2R2COOH+轉(zhuǎn)氨酶生物化學生物化學 Biochemistry內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用（概述）蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用（概述）第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解蛋白質(zhì)的酶促降解第三節(jié)第三節(jié) 氨基酸的一般代謝氨基酸的一般代謝第四節(jié)第四節(jié) 氨的同化及氨基酸的生物合成氨的同化及氨基酸的生物合成生物化學生物化學 Biochemistry第第 一一 節(jié)節(jié)蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用Nutriti

2、onal Function of Proteins生物化學生物化學 Biochemistry1. 作為生物催化劑作為生物催化劑酶酶2. 細胞組織構(gòu)成細胞組織構(gòu)成結(jié)構(gòu)蛋白如微管蛋白、膜蛋白等結(jié)構(gòu)蛋白如微管蛋白、膜蛋白等3. 激素功能激素功能胰島素、促甲腎上腺素等胰島素、促甲腎上腺素等4. 運動功能運動功能肌動蛋白、纖毛蛋白等肌動蛋白、纖毛蛋白等5. 防御功能防御功能抗體、干擾素等抗體、干擾素等6. 運輸功能運輸功能血紅蛋白結(jié)合運輸氧血紅蛋白結(jié)合運輸氧7. 信息傳遞信息傳遞膜上受體蛋白、酪氨酸膜上受體蛋白、酪氨酸多巴胺（神經(jīng)遞質(zhì)）多巴胺（神經(jīng)遞質(zhì)）8. 調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)作用轉(zhuǎn)錄因子、細胞周期蛋白等轉(zhuǎn)錄

3、因子、細胞周期蛋白等9. 儲存功能儲存功能種子貯藏蛋白、血漿白蛋白種子貯藏蛋白、血漿白蛋白10. 糖蛋白糖蛋白肌體保護、載體、信號識別肌體保護、載體、信號識別一、蛋白質(zhì)的生物學功能一、蛋白質(zhì)的生物學功能生物化學生物化學 Biochemistry二、蛋白質(zhì)的需要量二、蛋白質(zhì)的需要量（一）氮平衡（一）氮平衡（nitrogen balance） 了解從食物中攝入的蛋白質(zhì)是否滿足需要，可了解從食物中攝入的蛋白質(zhì)是否滿足需要，可根據(jù)氮平衡來確定。根據(jù)氮平衡來確定。生物化學生物化學 Biochemistry（二）蛋白質(zhì)的最低需要量為了維持其氮的總平衡，每日必須攝入的為了維持其氮的總平衡，每日必須攝入的蛋白

4、質(zhì)的量，稱為蛋白質(zhì)的量，稱為蛋白質(zhì)的最低需要量蛋白質(zhì)的最低需要量。蛋白質(zhì)的最低需要量常因畜禽的品種和生蛋白質(zhì)的最低需要量常因畜禽的品種和生理狀態(tài)等差異而有所不同。理狀態(tài)等差異而有所不同。成人每日的蛋白質(zhì)最低需要量為成人每日的蛋白質(zhì)最低需要量為30-50g30-50g。生物化學生物化學 Biochemistry（三）蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值（三）蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值 = 氮的保留量氮的吸收量 100%蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值是指飼料蛋白質(zhì)被動物機體蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值是指飼料蛋白質(zhì)被動物機體合成組織蛋白質(zhì)的利用率。合成組織蛋白質(zhì)的利用率。生物化學生物化學 Biochemistry 不同蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值不

5、同，因為它們所含有的不同蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值不同，因為它們所含有的必需氨基酸必需氨基酸的種類和數(shù)量有所差別。的種類和數(shù)量有所差別。 必需氨基酸必需氨基酸（essential amino acidessential amino acid）是指動物）是指動物體內(nèi)體內(nèi)不能合成不能合成或或合成量不足合成量不足，不能滿足機體生理活，不能滿足機體生理活動需要，必須由日糧提供的一類氨基酸。動需要，必須由日糧提供的一類氨基酸。 非必需氨基酸（非必需氨基酸（nonessential amino acidnonessential amino acid）是指）是指動物自身能夠合成，不需要由日糧提供的氨基酸。動物自身能夠

6、合成，不需要由日糧提供的氨基酸。必需氨基酸必需氨基酸人體營養(yǎng)需要，而又不能自身合成的必需氨基酸人體營養(yǎng)需要，而又不能自身合成的必需氨基酸共共8 8種：種： Val(Val(纈纈) )、Ile(Ile(異亮異亮) )、Leu(Leu(亮亮) )、Phe(Phe(苯丙苯丙) )、Met(Met(蛋蛋) )、Trp(Trp(色色) )、Thr(Thr(蘇蘇) )、Lys(Lys(賴賴) )。蛋白質(zhì)的互補作用蛋白質(zhì)的互補作用合理混合食用營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)，使食合理混合食用營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)，使食物中必需氨基酸可以互相補充，從而提高營養(yǎng)價物中必需氨基酸可以互相補充，從而提高營養(yǎng)價值。值。生物化學生物

7、化學 Biochemistry第第 二二 節(jié)節(jié)蛋白質(zhì)的酶促降解蛋白質(zhì)的酶促降解Enzyme Digestion of Proteins生物化學生物化學 Biochemistry蛋白質(zhì)的酶促降解一、水解蛋白質(zhì)的酶的種類和專一性一、水解蛋白質(zhì)的酶的種類和專一性肽酶肽酶內(nèi)肽酶內(nèi)肽酶endopeptidase外肽酶外肽酶exopeptidase蛋白酶蛋白酶proteinase氨肽酶氨肽酶aminopeptidase羧肽酶羧肽酶carboxypeptidase水解肽鏈內(nèi)部肽鍵，對形成肽水解肽鏈內(nèi)部肽鍵，對形成肽鍵的氨基酸殘基有一定專一性鍵的氨基酸殘基有一定專一性生物化學生物化學 Biochemistry

8、氨肽酶：氨肽酶：專一性地從肽鏈的氨基端水解肽鍵專一性地從肽鏈的氨基端水解肽鍵羧肽酶：羧肽酶：專一性地從肽鏈的羧基端水解肽鍵專一性地從肽鏈的羧基端水解肽鍵C-末端末端N末端末端氨肽酶氨肽酶CHR1N+HHHCOOCHNR2HCOCHNR3HCCHR4NHCOCHR5NHCOO-羧肽酶羧肽酶生物化學生物化學 Biochemistry肽鏈內(nèi)切酶肽鏈內(nèi)切酶廣泛地分布于各種生物中廣泛地分布于各種生物中蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶）蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶） 植物：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶等。植物：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶等。 動物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等。動物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰

9、凝乳蛋白酶等。 具有專一性具有專一性的的肽鏈內(nèi)切酶肽鏈內(nèi)切酶，常用于蛋白質(zhì)一，常用于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定級結(jié)構(gòu)測定生物化學生物化學 Biochemistry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（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶生物化學生物化學 Biochemistry二、細胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解 胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的意義 胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)：溶酶系統(tǒng)和泛素系統(tǒng)蛋白質(zhì)降解的泛素途徑蛋白質(zhì)降解的泛素途徑多多泛素化蛋白泛素化蛋白ubiquitin生物化學生物

10、化學 Biochemistry第第 三三 節(jié)節(jié)氨基酸的一般代謝氨基酸的一般代謝General Metabolism of Amino Acid 脫氨基作用脫氨基作用-酮酸的代謝酮酸的代謝 脫羧基作用脫羧基作用氨的代謝氨的代謝生物化學生物化學 Biochemistry氨基酸代謝庫氨基酸代謝庫 食物蛋白質(zhì)經(jīng)消化吸收產(chǎn)生的氨基酸（外食物蛋白質(zhì)經(jīng)消化吸收產(chǎn)生的氨基酸（外源性氨基酸）與體內(nèi)組織蛋白質(zhì)降解生成源性氨基酸）與體內(nèi)組織蛋白質(zhì)降解生成的氨基酸以及其它物質(zhì)經(jīng)代謝轉(zhuǎn)變而來的的氨基酸以及其它物質(zhì)經(jīng)代謝轉(zhuǎn)變而來的氨基酸（內(nèi)源性氨基酸）混在一起，分布氨基酸（內(nèi)源性氨基酸）混在一起，分布于體內(nèi)各處，參與代謝

11、，稱為于體內(nèi)各處，參與代謝，稱為氨基酸代謝氨基酸代謝庫庫（metabolic poolmetabolic pool）。）。 氨基酸的來源和去路氨基酸的來源和去路 氨基酸代謝庫脫氨基作用脫羧基作用NH3 -酮酸酮體氧化供能糖尿素肝胺類CO2轉(zhuǎn)變其他含氮化合物消化吸收分解合成食物蛋白質(zhì)組織蛋白質(zhì) 體內(nèi)合成的非必需氨基酸一、氨基酸的脫氨基作用一、氨基酸的脫氨基作用 轉(zhuǎn)氨基轉(zhuǎn)氨基 氧化脫氨基氧化脫氨基 聯(lián)合脫氨基聯(lián)合脫氨基 非氧化脫氨基非氧化脫氨基 脫酰胺基作用脫酰胺基作用在酶的催化下，氨基酸脫去氨基的作用稱在酶的催化下，氨基酸脫去氨基的作用稱為為脫氨基作用脫氨基作用（deaminationdeami

12、nation），包括：），包括：1. 轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用（transamination） 在在轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶(transaminase)(transaminase)的作用下，某一種氨基酸的作用下，某一種氨基酸的的 - -氨基轉(zhuǎn)移到另一種氨基轉(zhuǎn)移到另一種 - -酮酸的酮酸的 - -碳上，生成相應碳上，生成相應的氨基酸，而原來的氨基酸則轉(zhuǎn)變成的氨基酸，而原來的氨基酸則轉(zhuǎn)變成 - -酮酸。酮酸。 CHNH2R1COOHCR2COOHOCR1COOHOCHNH2R2COOH+轉(zhuǎn)氨酶生物化學生物化學 BiochemistryCOOCRHNH3氨基酸（ CH22COCOO-酮戊二酸COO+轉(zhuǎn)氨酶COOCR

13、O+COOCH2）2CCOONH3+（谷氨酸L-L-酮酸+)H生物化學生物化學 Biochemistry要點：要點： 反應可逆。反應可逆。 體內(nèi)除體內(nèi)除LysLys、ProPro和羥脯氨酸外，大多和羥脯氨酸外，大多數(shù)氨基酸都可進行轉(zhuǎn)氨基作用。數(shù)氨基酸都可進行轉(zhuǎn)氨基作用。 轉(zhuǎn)氨酶均以轉(zhuǎn)氨酶均以磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛為輔酶。磷酸為輔酶。磷酸吡哆醛是吡哆醛是VBVB6 6的衍生物。反應中起傳遞氨的衍生物。反應中起傳遞氨基的作用。基的作用。 轉(zhuǎn)氨基作用機制轉(zhuǎn)氨基作用機制體內(nèi)重要的轉(zhuǎn)氨酶體內(nèi)重要的轉(zhuǎn)氨酶 丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶/ /谷丙轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶（alanine amino-alanine

14、 amino-transferase, transferase, ALTALT或或glutamic pyruvic transaminase, glutamic pyruvic transaminase, GPTGPT），催化丙氨酸（），催化丙氨酸（AlaAla）、）、-酮戊二酸與丙酮酸、谷酮戊二酸與丙酮酸、谷氨酸（氨酸（GluGlu）之間的可逆轉(zhuǎn)化。）之間的可逆轉(zhuǎn)化。Ala-酮戊二酸-酮戊二酸丙酮酸GluALT草酰乙酸AspGluAST正常情況下，正常情況下，谷丙轉(zhuǎn)氨酶（谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPTGPT）在血清中的活性很低，肝中活）在血清中的活性很低，肝中活性最高性最高。當肝組織受損時，大量的。當肝

15、組織受損時，大量的GPTGPT逸入血液，造成血清中逸入血液，造成血清中GPTGPT活性升高。如急性肝炎時，血清中的活性升高。如急性肝炎時，血清中的GPTGPT活性明顯上升?；钚悦黠@上升。Ala-酮戊二酸-酮戊二酸丙酮酸GluALT草酰乙酸AspGluAST 天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶/ /谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（aspartate amino-aspartate amino-transferase, ASTtransferase, AST或或glutamic oxalo-acetic transaminase, glutamic oxalo-acetic transaminase, G

16、OTGOT），催化天冬氨酸（），催化天冬氨酸（AspAsp）、）、-酮戊二酸與草酰乙酸、谷酮戊二酸與草酰乙酸、谷氨酸（氨酸（GluGlu）之間的轉(zhuǎn)化。）之間的轉(zhuǎn)化。正常情況下，正常情況下，谷草轉(zhuǎn)氨酶（谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOTGOT）在血清中的活性很低，心?。┰谘逯械幕钚院艿?，心肌中活性最高中活性最高。當心肌組織受損時，大量的。當心肌組織受損時，大量的GOTGOT逸入血液，造成逸入血液，造成血清中血清中GOTGOT活性升高。如心肌梗塞時，血清中的活性升高。如心肌梗塞時，血清中的GOTGOT活性明顯活性明顯上升。上升。生物化學生物化學 Biochemistry 正常人各組織正常人各組織GOT及及GPT

17、活性活性 (單位單位/克濕組織克濕組織)血清轉(zhuǎn)氨酶活性，臨床上可作為疾病診斷和血清轉(zhuǎn)氨酶活性，臨床上可作為疾病診斷和預防的指標之一。預防的指標之一。組織組織GOTGPT 心心1560007100肝肝14200044000骨骼肌骨骼肌990004800腎腎9100019000組織組織GOTGPT 胰腺胰腺脾脾肺肺血清血清2800020001400012001000070020162. L-谷氨酸氧化脫氨基作用谷氨酸氧化脫氨基作用 NAD +L-谷氨酸脫氫酶NADH+H +ATP、GTPADP、GDP -酮戊二酸L-谷氨酸CCH2CH2CCOOHOOHOCHNH2CH2CH2CCOOHOOHCCH

18、2CH2CCOOHOOHNH+H2O-H2O+ NH3(NADP+) (NADPH+H +)生物化學生物化學 Biochemistry要點：要點： 反應可逆。反應可逆。 L-L-谷氨酸脫氫酶為不需氧脫氫酶，輔酶為谷氨酸脫氫酶為不需氧脫氫酶，輔酶為NADNAD+ +或或NADPNADP+ +。 此酶分布廣泛，但以肝、腎、腦中活性較強。此酶分布廣泛，但以肝、腎、腦中活性較強。 此酶為別構(gòu)酶。此反應與能量代謝密切相關。此酶為別構(gòu)酶。此反應與能量代謝密切相關。 生物化學生物化學 Biochemistry3. 聯(lián)合脫氨基作用聯(lián)合脫氨基作用 在在轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用和和氧化脫氨基作用氧化脫氨基作用的聯(lián)合作

19、的聯(lián)合作用下，使各種氨基酸脫下氨基的過程。用下，使各種氨基酸脫下氨基的過程。它它是體內(nèi)各種氨基酸脫氨基的主要形式是體內(nèi)各種氨基酸脫氨基的主要形式。部位：在肝臟、腎臟中部位：在肝臟、腎臟中（1）轉(zhuǎn)氨酶與）轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶聯(lián)合脫氨基谷氨酸脫氫酶聯(lián)合脫氨基生物化學生物化學 Biochemistry由于由于肌肉、心臟肌肉、心臟中的中的L-L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶活性較弱，發(fā)生在活性較弱，發(fā)生在肌肉、心臟、大腦肌肉、心臟、大腦中的脫氨基反應中的脫氨基反應是另外一種特殊的聯(lián)是另外一種特殊的聯(lián)合脫氨基作用，叫做合脫氨基作用，叫做嘌呤核苷酸循環(huán)嘌呤核苷酸循環(huán)(purine nucleotide c

20、ycle)(purine nucleotide cycle)。-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酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸蘋果酸蘋果酸延胡索酸延胡索酸腺苷酸腺苷酸（AMP）次黃嘌呤核苷酸（次黃嘌呤核苷酸（IMP）轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶腺苷酸代琥珀腺苷酸代琥珀酸合成酶酸合成酶腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶 （2）轉(zhuǎn)氨酶與嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨基轉(zhuǎn)氨酶與嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨基部位：在骨骼肌、心肌、大腦中部位：在骨骼肌、心肌、大腦中 通過轉(zhuǎn)氨基作用生成谷氨酸通過轉(zhuǎn)氨基作用生成谷氨酸 谷氨酸與草酰乙酸在谷草轉(zhuǎn)氨酶作用谷氨酸與草酰乙酸在

21、谷草轉(zhuǎn)氨酶作用下生成天冬氨酸下生成天冬氨酸 天冬氨酸與天冬氨酸與IMPIMP在在GTPGTP和腺苷酸代和腺苷酸代琥珀酸合成酶作用下生成腺苷酸代琥琥珀酸合成酶作用下生成腺苷酸代琥珀酸珀酸 腺苷酸代琥珀酸裂解生成腺苷酸代琥珀酸裂解生成AMPAMP和延胡索酸和延胡索酸 AMP AMP經(jīng)腺苷酸脫氨酶催化，并經(jīng)腺苷酸脫氨酶催化，并水解重新生成水解重新生成IMPIMP 延胡索酸經(jīng)延胡索酸經(jīng)TCATCA循環(huán)重新生成循環(huán)重新生成草酰乙酸草酰乙酸4. 非氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用 主要在微生物中進行。主要在微生物中進行。（1 1）還原脫氨基作用）還原脫氨基作用生物化學生物化學 Biochemistry（2

22、2）脫水脫氨基作用）脫水脫氨基作用生物化學生物化學 Biochemistry（3 3）裂解脫氨基作用）裂解脫氨基作用生物化學生物化學 Biochemistry5. 脫酰胺基作用脫酰胺基作用1 1、概念、概念3 3、脫羧產(chǎn)物的進一步轉(zhuǎn)化脫羧產(chǎn)物的進一步轉(zhuǎn)化（次生物質(zhì)代謝次生物質(zhì)代謝）直接脫羧直接脫羧 胺胺羥化脫羧羥化脫羧 羥胺羥胺 2 2、類型、類型: :二、氨基酸的脫羧基作用二、氨基酸的脫羧基作用氨基酸在脫羧酶的作用下氨基酸在脫羧酶的作用下脫掉羧基脫掉羧基生成相應的生成相應的一級一級胺類化合物胺類化合物的作用。脫羧酶的輔酶為磷酸的作用。脫羧酶的輔酶為磷酸吡哆醛。吡哆醛。生物化學生物化學 Bio

23、chemistry 直接脫羧基作用直接脫羧基作用生物化學生物化學 Biochemistry 羥化脫羧基作用羥化脫羧基作用CO2酪氨酸酪氨酸多巴多巴多巴胺多巴胺生物化學生物化學 Biochemistry動物機體中一些胺類的來源及功能三、三、 - -酮酸的代謝酮酸的代謝 氨基酸 -酮酸NH3合成非必需氨基酸轉(zhuǎn)變成糖和脂肪氧化供能脫掉氨基后的脫掉氨基后的 - -酮酸可轉(zhuǎn)變成：酮酸可轉(zhuǎn)變成： -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰 CoA延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰 CoA三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物PEP葡萄糖葡萄糖脂肪酸脂肪酸酮體酮體生物化學生物化學

24、Biochemistry 生糖氨基酸：生糖氨基酸：在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成糖的氨基酸。在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成糖的氨基酸。 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。在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸。有有LeuLeu（亮）和（亮）和LysLys（賴）。（賴）。 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)變既能轉(zhuǎn)變成糖也能轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸。有成酮體的氨基酸。有IleIle（異亮）、（異亮）、PhePhe（苯（苯丙）、丙）、TyrTyr（酪）、（酪）、TrpTrp（色）、（色）、ThrThr（蘇）。（蘇）。氨基酸碳鏈骨架的代謝走向琥珀酰琥珀酰CoA CoA 延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酮

25、戊二酸酸檸檬酸檸檬酸乙酰乙酰CoACoA丙酮酸丙酮酸PEPPEP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CoACoA丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸絲氨酸絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸色氨酸色氨酸異亮氨酸異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異亮氨酸異亮氨酸 蛋氨酸蛋氨酸絲氨酸絲氨酸 蘇氨酸蘇氨酸 纈氨酸纈氨酸酮體酮體亮氨酸亮氨酸 賴氨酸賴氨酸酪氨酸酪氨酸 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 谷氨酰胺谷氨酰胺組氨酸組氨酸 纈氨酸纈氨酸COCO2 2COCO2 2氨

26、基酸、糖及脂肪代謝的聯(lián)系氨基酸、糖及脂肪代謝的聯(lián)系TCATCA生物化學生物化學 Biochemistry四、氨四、氨 的的 代代 謝謝Metabolism of Ammonia生物化學生物化學 Biochemistry（一）氨的去路（一）氨的去路1.1.重新合成氨基酸重新合成氨基酸2.2.合成谷氨酰胺合成谷氨酰胺（體內(nèi)運輸氨和儲存氨的方式體內(nèi)運輸氨和儲存氨的方式）3.3.形成形成NHNH4 4+ +（以胺鹽形式排出體外以胺鹽形式排出體外）4.4.合成其他含氮物質(zhì)合成其他含氮物質(zhì)5.5.合成無毒的尿素合成無毒的尿素（哺乳動物氨的主要去路哺乳動物氨的主要去路）生物化學生物化學 Biochemist

27、ry（二）尿素的生成（二）尿素的生成 是體內(nèi)是體內(nèi)解除氨毒的主要方式解除氨毒的主要方式。肝臟合成的尿素進入。肝臟合成的尿素進入血液，再由血液運輸?shù)侥I臟，從尿中排出，是哺乳血液，再由血液運輸?shù)侥I臟，從尿中排出，是哺乳動物體內(nèi)氨的主要去路。動物體內(nèi)氨的主要去路。 鳥氨酸循環(huán)鳥氨酸循環(huán)又叫又叫尿素循環(huán)尿素循環(huán)。1. 尿素的生成部位：尿素的生成部位： 肝細胞的線粒體和胞液肝細胞的線粒體和胞液2. 實驗根據(jù)如下：實驗根據(jù)如下： 大鼠肝切片與大鼠肝切片與NHNH4 4+ +保溫數(shù)小時，保溫數(shù)小時，NHNH4 4+ +，尿素尿素； 向肝臟切片的緩沖液中加入鳥氨酸、瓜向肝臟切片的緩沖液中加入鳥氨酸、瓜氨酸和精

28、氨酸后，尿素氨酸和精氨酸后，尿素； 上述三種氨基酸結(jié)構(gòu)上彼此相關；上述三種氨基酸結(jié)構(gòu)上彼此相關； 早已證實肝中有精氨酸酶。早已證實肝中有精氨酸酶。生物化學生物化學 Biochemistry尿素NH3 + CO2H2ONH3鳥氨酸瓜氨酸精氨酸H2OH2O精氨酸酶線粒體胞液H2O鳥氨酸瓜氨酸+氨甲酰磷酸 合成酶-I2ATP2ADP + PiH2NC OOP氨甲酰磷酸鳥氨酸氨甲酰 轉(zhuǎn)移酶PiNH2CNHO(CH2)3CHNH2COOH胞液NH3+CO2NH2(CH2)3CHNH2COOH3. 鳥氨酸循環(huán)的詳細步驟鳥氨酸循環(huán)的詳細步驟（1）線粒體內(nèi)的反應步驟）線粒體內(nèi)的反應步驟 第一步反應消耗第一步反

29、應消耗2 2分子分子ATPATP，生成的氨甲酰磷酸，生成的氨甲酰磷酸是一種高能磷酸化合物，反應不可逆。是一種高能磷酸化合物，反應不可逆。 在氨甲?；D(zhuǎn)移酶作用下，氨甲酰磷酸將其氨在氨甲?；D(zhuǎn)移酶作用下，氨甲酰磷酸將其氨甲?；D(zhuǎn)移給鳥氨酸生成瓜氨酸，釋放磷酸。甲?；D(zhuǎn)移給鳥氨酸生成瓜氨酸，釋放磷酸。 反應中的鳥氨酸來自于胞液，通過線粒體膜上反應中的鳥氨酸來自于胞液，通過線粒體膜上的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至線粒體內(nèi)。的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至線粒體內(nèi)。 瓜氨酸在線粒體內(nèi)形成后轉(zhuǎn)移至胞液中參與后瓜氨酸在線粒體內(nèi)形成后轉(zhuǎn)移至胞液中參與后面反應。面反應。 氨甲酰磷酸合成酶為變構(gòu)酶，氨甲酰磷酸合成酶為變構(gòu)酶，N-N-乙酰谷氨

30、酸為乙酰谷氨酸為此酶的變構(gòu)激活劑此酶的變構(gòu)激活劑。（2）胞液內(nèi)反應步驟）胞液內(nèi)反應步驟尿素H2O鳥氨酸瓜氨酸精氨酸酶精氨酸代琥珀酸合成酶AMP + PPiNH2CNHO(CH2)3CHNH2COOHATP+AspNH2CNHN(CH2)3CHNH2COOHCHCOOHCH2COOH精氨酸代 琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶CHCOOHCHCOOH延胡索酸NH2CNHNH(CH2)3CHNH2COOHArgNH2(CH2)3CHNH2COOHNH2CNH2O入線粒體循環(huán)使用 第一步反應由精氨酸代琥珀酸合成酶催化，第一步反應由精氨酸代琥珀酸合成酶催化，需要需要ATP提供能量（消耗提供能量（消耗2個高能磷

31、酸鍵），該個高能磷酸鍵），該酶是鳥氨酸循環(huán)的限速酶。酶是鳥氨酸循環(huán)的限速酶。 催化精氨酸水解的精氨酸酶存在于哺乳動物催化精氨酸水解的精氨酸酶存在于哺乳動物體內(nèi)，尤其是肝臟內(nèi)有很高的活性。體內(nèi)，尤其是肝臟內(nèi)有很高的活性。 鳥氨酸通過線粒體內(nèi)膜上的載體轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進入鳥氨酸通過線粒體內(nèi)膜上的載體轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進入線粒體，再次參與循環(huán)；生成的尿素則排出體外。線粒體，再次參與循環(huán)；生成的尿素則排出體外。生物化學生物化學 Biochemistry總反應式：總反應式： NH3+CO2+3ATP+Asp+2H2O尿素尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸延胡索酸天冬氨酸的再生天冬氨酸的再生鳥氨酸循環(huán)要點鳥氨

32、酸循環(huán)要點 尿素分子中的氮，一個來自氨甲酰磷酸（或游離的尿素分子中的氮，一個來自氨甲酰磷酸（或游離的NHNH3 3），另一個來自），另一個來自AspAsp； 生成生成1 1分子尿素可以清除分子尿素可以清除2 2分子氨基氮及分子氨基氮及1 1分子分子COCO2 2。 每合成每合成1 1分子尿素需消耗分子尿素需消耗4 4個個P P（2 2分子分子ATPATP生成生成ADPADP；1 1分子分子ATPATP生成生成AMPAMP）；）； 循環(huán)中消耗的循環(huán)中消耗的AspAsp可通過延胡索酸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，可通過延胡索酸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，再通過轉(zhuǎn)氨基作用，從其他再通過轉(zhuǎn)氨基作用，從其他 - -氨基酸獲得氨基

33、而再氨基酸獲得氨基而再生；生； 精氨酸代琥珀酸合成酶為尿素合成的限速酶。精氨酸代琥珀酸合成酶為尿素合成的限速酶。氨中毒和高血氨癥氨中毒和高血氨癥 正常情況下，血氨的來源與去路保持動態(tài)平衡，氨在肝臟正常情況下，血氨的來源與去路保持動態(tài)平衡，氨在肝臟中合成尿素是維持這個平衡的關鍵。中合成尿素是維持這個平衡的關鍵。 肝臟受損時，尿素的合成發(fā)生障礙，血中的尿素減少，肝臟受損時，尿素的合成發(fā)生障礙，血中的尿素減少，血血氨濃度升高氨濃度升高，進入腦組織的氨會增加，引起腦功能紊亂，進入腦組織的氨會增加，引起腦功能紊亂，嚴重的會引起中毒。嚴重的會引起中毒。 腦組織中的氨與腦組織中的氨與-酮戊二酸形成谷氨酸，并

34、進一步生成谷酮戊二酸形成谷氨酸，并進一步生成谷氨酰胺而解毒，從而消耗了大量的氨酰胺而解毒，從而消耗了大量的-酮戊二酸。酮戊二酸。 -酮戊二酸是三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，它的減少會使酮戊二酸是三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，它的減少會使TCA循環(huán)不能正常進行，循環(huán)不能正常進行，ATP生成減少，能量供應不足，使腦生成減少，能量供應不足，使腦高度損傷。高度損傷。生物化學生物化學 Biochemistry 肝臟中尿素的合成是去除氨的主要途徑，尿素肝臟中尿素的合成是去除氨的主要途徑，尿素循環(huán)的任意步驟出問題，都可能產(chǎn)生疾病。循環(huán)的任意步驟出問題，都可能產(chǎn)生疾病。 高血氨癥就是病人血液中的氨水平明顯增高，高血氨癥就是病

35、人血液中的氨水平明顯增高，如果完全缺少尿素循環(huán)中某一個酶，在出生不久如果完全缺少尿素循環(huán)中某一個酶，在出生不久就會昏迷和死亡；如果是部分缺乏，則引起智力就會昏迷和死亡；如果是部分缺乏，則引起智力發(fā)育遲緩、嗜睡和經(jīng)常嘔吐。發(fā)育遲緩、嗜睡和經(jīng)常嘔吐。第四節(jié)第四節(jié) 氨的同化及氨基酸氨的同化及氨基酸的生物合成的生物合成一、一、氮素循環(huán)（自學）氮素循環(huán)（自學）二、生物固氮（自學）二、生物固氮（自學）三、硝酸還原作用（自學）三、硝酸還原作用（自學）四、氨的同化（自學）四、氨的同化（自學）五、氨基酸的生物合成五、氨基酸的生物合成六、氨基酸與一碳基團代謝六、氨基酸與一碳基團代謝一、自然界的氮素循環(huán)（自學）一、

36、自然界的氮素循環(huán)（自學）硝酸鹽硝酸鹽亞硝酸亞硝酸氮氮生物固氮生物固氮工業(yè)固氮工業(yè)固氮固氮生物固氮生物動植物動植物硝酸鹽還原硝酸鹽還原大氣固氮大氣固氮大氣氮素大氣氮素巖漿源的巖漿源的固定氮固定氮火成巖火成巖反硝化作用反硝化作用氧化亞氮氧化亞氮蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)入地下水入地下水動植物廢物動植物廢物死的有機體死的有機體生物化學生物化學 Biochemistry生物化學生物化學 Biochemistry1. 生物生物3H26e-2NH3N2+b、ATPATP酶活性：能催化酶活性：能催化ATPATP分解，從中獲取分解，從中獲取能量推動電子向還原底物上轉(zhuǎn)移。能量推動電子向還原底物上轉(zhuǎn)移。（1）結(jié)構(gòu)組成）結(jié)構(gòu)組成

37、（2）作用機理：）作用機理：（3）特點：）特點：是一種多功能酶是一種多功能酶N2還原劑還原劑鐵蛋白鐵蛋白鉬鐵蛋白鉬鐵蛋白a a、氧化還原酶：不僅能催化、氧化還原酶：不僅能催化N N2 2還原，還可還原，還可催化催化N N2 2O O化合物等還原?；衔锏冗€原。鐵蛋白：鐵蛋白：二聚體、含二聚體、含F(xiàn)eFe和和S S， 形成形成FeFe4 4S S4 4 簇簇 鉬鐵蛋白：鉬鐵蛋白：四聚體（四聚體（2 22 2），）， 含含MoMo、FeFe和和S S生物化學生物化學 BiochemistryNH+4NO-32e-6e-硝酸還原酶硝酸還原酶亞硝酸還原酶亞硝酸還原酶NO-2生物化學生物化學 Bioch

38、emistrya、鐵氧還蛋白、鐵氧還蛋白硝酸還原酶硝酸還原酶b、NAD(P)H-硝酸還原酶硝酸還原酶H2ONO-3+2Fd還原態(tài)還原態(tài)+ 2H+NO-2+2Fd氧化態(tài)氧化態(tài)+NAD(P)H +H+NO-2+NAD(P)+H2ONO3-生物化學生物化學 Biochemistry2H2Oa a、鐵氧還蛋白、鐵氧還蛋白亞硝酸還原酶亞硝酸還原酶NO-2+ 6Fd還原態(tài)還原態(tài)+ 8H+NH+4+ 6Fd氧化態(tài)氧化態(tài)+ 2H2Ob b、NAD(P)HNAD(P)H亞硝酸還原酶亞硝酸還原酶NO-2+3NAD(P)H +NH+4+ 3NAD(P)+5H+生物化學生物化學 Biochemistry四、氨的同化（

39、自學）四、氨的同化（自學）生物化學生物化學 Biochemistry 凡是機體不能自己合成，必需來自凡是機體不能自己合成，必需來自外界的氨基酸，稱為必需氨基酸。外界的氨基酸，稱為必需氨基酸。生物化學生物化學 Biochemistry（1 1）非必需氨基酸的生物合成）非必需氨基酸的生物合成各族氨基酸的前體及相互關系各族氨基酸的前體及相互關系a a、由、由-酮酸氨基化生成酮酸氨基化生成b b、由某些非必需氨基酸轉(zhuǎn)化而來、由某些非必需氨基酸轉(zhuǎn)化而來c c、由某些必需氨基酸轉(zhuǎn)變而來、由某些必需氨基酸轉(zhuǎn)變而來谷氨酸族谷氨酸族天冬氨天冬氨酸族酸族丙氨丙氨酸族酸族絲氨絲氨酸族酸族His 和和芳香族芳香族生物

40、化學生物化學 Biochemistry 某些氨基酸在分解代謝過程中產(chǎn)生的含有某些氨基酸在分解代謝過程中產(chǎn)生的含有一個碳原子的基團，稱為一個碳原子的基團，稱為一碳基團一碳基團或或一碳一碳單位單位（one carbon unitone carbon unit）。）。 一碳單位不能游離存在，常與一碳單位不能游離存在，常與FHFH4 4結(jié)合而轉(zhuǎn)結(jié)合而轉(zhuǎn)運和參加代謝。運和參加代謝。 體內(nèi)的一碳單位有：體內(nèi)的一碳單位有：甲基甲基(-CH(-CH3 3) )、亞甲基、亞甲基 (-CH(-CH2 2-)-)、次甲基、次甲基(=CH-)(=CH-)、甲?；?、甲?；?-CHO)(-CHO)和和亞氨甲基亞氨甲基(-

41、CH=NH)(-CH=NH)。生物化學生物化學 Biochemistry（一）一碳單位與四氫葉酸（一）一碳單位與四氫葉酸 四氫葉酸（四氫葉酸（FHFH4 4）是一碳單位的）是一碳單位的載體載體，可看，可看作是一碳單位代謝的作是一碳單位代謝的輔酶輔酶。其功能部位是。其功能部位是N N5 5和和N N1010。四氫葉酸（四氫葉酸（FH4）NHHNNNH2NCH2HN12345678910OHCONHHCCOOHCH2CH2COOH生物化學生物化學 Biochemistry四氫葉酸（四氫葉酸（FH4）NADPH(H+)NADP+NADPH(H+)NADP+葉酸二氫葉酸四氫葉酸二氫葉酸還原酶二氫葉酸還

42、原酶NHHNNNH2NCH2HN12345678910OHCONHHCCOOHCH2CH2COOH生物化學生物化學 Biochemistry（二）一碳單位來源和轉(zhuǎn)化（二）一碳單位來源和轉(zhuǎn)化 一碳單位主要來源于一碳單位主要來源于 SerSer（絲）、（絲）、GlyGly（甘）、（甘）、HisHis（組）、（組）、TrpTrp（色）（色）的的分解代謝。分解代謝。生物化學生物化學 BiochemistryHOCH2CHCOOHNH2H2OCH2FH4FH4Ser絲氨酸羥甲基 轉(zhuǎn)移酶N5，N10+ Gly亞甲基亞甲基CH2COOHH2NCH2FH4FH4GlyNAD+NADH+H+甘氨酸裂解酶N5，N

43、10+ CO2 + NH3亞甲基亞甲基生物化學生物化學 BiochemistryNNHCH2CHCOOHNH2HOOCCHNHCH2CHCH2COOHHNHisFH4GluN5CH=NHFH4亞氨甲基谷氨酸亞氨甲基轉(zhuǎn)移酶亞氨甲基亞氨甲基TrpHCOOHN10CHO FH4N10CHO FH4FH4+ATP犬尿氨酸甲酸合成酶ADP+Pi甲酰基甲?；锘瘜W生物化學 Biochemistry一碳單位的相互轉(zhuǎn)變一碳單位的相互轉(zhuǎn)變H2OCH2FH4N5CH=NH FH4N10CHOFH4CH FH4NH3NH3H2ONADPH+H+NAPD+NADH+H+NAD+N5CH3FH4N5,N10N5,N1

44、0亞氨甲基亞氨甲基次甲基次甲基甲?；柞；鶃喖谆鶃喖谆谆谆锘瘜W生物化學 Biochemistry（三）一碳單位的生理功用（三）一碳單位的生理功用 一碳單位主要是一碳單位主要是合成嘌呤和嘧啶的原料合成嘌呤和嘧啶的原料。 為體內(nèi)的為體內(nèi)的甲基化反應間接提供甲基甲基化反應間接提供甲基。 葉酸缺乏會影響一碳單位的轉(zhuǎn)運。葉酸缺乏會影響一碳單位的轉(zhuǎn)運。 磺胺藥及氨甲喋呤磺胺藥及氨甲喋呤通過抑制四氫葉酸的正常合成，通過抑制四氫葉酸的正常合成，干擾一碳單位在氨基酸及核酸代謝中的運轉(zhuǎn)，抑干擾一碳單位在氨基酸及核酸代謝中的運轉(zhuǎn)，抑制細菌和腫瘤細胞的代謝活動而發(fā)揮其藥理作用。制細菌和腫瘤細胞的代謝活動而發(fā)揮

45、其藥理作用。生物化學生物化學 Biochemistry磺胺藥對細菌磺胺藥對細菌FH2(二氫葉酸二氫葉酸)合成酶的抑制合成酶的抑制Glu +H2NCOOH +二氫蝶呤FH2FH4H2NSO2NHR磺胺藥氨甲蝶呤PABAFH2還原酶FH2合成酶細菌核酸細菌核酸的合成的合成抗菌消炎，抑制抗菌消炎，抑制細菌繁殖細菌繁殖蛋白質(zhì)的酶促降解和氨基酸代謝蛋白質(zhì)的酶促降解和氨基酸代謝1 蛋白質(zhì)的酶促降解蛋白質(zhì)的酶促降解 （1）肽酶和蛋白酶的類別）肽酶和蛋白酶的類別 （2）蛋白酶的專一性）蛋白酶的專一性2 氨基酸降解與轉(zhuǎn)化氨基酸降解與轉(zhuǎn)化 （1）脫氨基作用）脫氨基作用 氧化脫氨基作用氧化脫氨基作用：轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用；聯(lián)合脫氨基聯(lián)合脫氨基 （2）脫羧基作用）脫羧基作用 （3）氨基酸分解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化氨基酸分解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化總結(jié)3 3 氨和氨基酸的生物合成氨和氨基酸的生物合成（1）自然界的氮循環(huán)）自然界的氮循環(huán)（2）生物固氮）生物固氮（3）硝酸還原作用）硝酸還原作用（4）氨的同化作用）氨的同化作用（5）氨基酸的生物合成）氨基酸的生物合成 必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸的概念和非必需氨基酸的概念 氨基酸碳架的來源氨基酸碳架的來源（6）一碳單位一碳單位的代謝的代謝