第十章氨基酸和核苷酸代谢精品课件.pptx

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1、,第十章 氨基酸与核苷酸代谢,本章内容,氨基酸代谢,核苷酸代谢,蛋白质是表达生物遗传信息、体现生命特征最重要的物质基础。蛋白质的功能是维持组织细胞的生长、更新、修补，参与催化、运输、代谢调节，氧化供能，每克蛋白质氧化可释放17 kJ能量，成人每日约有18%的能量从蛋白质获得。,蛋白质的消化,胃蛋白酶胰液中的蛋白酶：对肽键有一定的专一性内肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶外肽酶：羧基肽酶A和羧基肽酶B小肠粘膜细胞中的氨基肽酶和二肽酶（寡肽酶）。,第一节 氨基酸的分解代谢,合成组织蛋白,氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨基，联合脱氨基和转氨基，其中以联合脱氨基作用最为重要。,（一）、氨基酸

2、的脱氨基作用,1、转氨基作用：在转氨酶的作用下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的-碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成-酮酸。,特点： 反应可逆。体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。转氨基作用并未产生游离的氨。转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。,体内重要的转氨酶,丙氨酸氨基转移酶（ALT或, GPT）：肝中活性最高。天冬氨酸氨基转移酶（AST或GOT）：心肌中活性最高。,正常人各组织ALT及AST活性 (单位/克湿组织),组织,(GOT),(GPT),心,156000,7100,肝,142000,44000,骨骼

3、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,2、氧化脱氨基作用,指在氨基酸氧化酶作用下，氨基酸脱氢并脱去氨基的过程。体内催化氧化脱氨基的酶中以L-谷氨酸脱氢酶最重要。,3、联合脱氨基作用,在转氨酶和谷氨酸脱氢酶的联合作用下，使各种氨基酸脱下氨基的过程。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。其逆反应也是体内生成非必需氨基酸的途径。主要在肝、肾组织进行。,（二）氨基酸的 脱羧基作用,Glu -氨基丁酸 + CO2 (抑制中枢神经传导)

4、Asp -Ala + CO2 (泛酸组分)His 组胺 CO2 (降低血压)Tyr 酪胺 CO2 (升高血压)Cys 巯基乙胺 CO2 (CoA组分)Lys 尸胺 + CO2 (促进细胞增殖)Org 腐胺 + CO2 (促进细胞增殖),常见氨基酸脱羧基作用转换,1、氨的来源去路,（三）氨基酸分解产物的去路,体内氨的来源,（1）. 氨基酸脱氨基作用：是主要来源。（2）. 肠道吸收的氨：4g/日蛋白质的腐败作用（氨基酸被肠道细菌分解产生氨）肠道尿素的水解（尿素经肠道细菌尿素酶水解产生氨）,正常人血氨浓度一般不超过 60mol/L。,肠道对氨的吸收与肠道pH有关：,（3）. 肾小管上皮细胞泌氨,是肌

5、肉与肝之间氨的转运形式。意义：既使肌肉中的氨以无毒的Ala形式运到肝，肝又为肌肉提供生成丙酮酸的葡萄糖。,丙氨酸-葡萄糖循环,氨的排泄去路,氨的去路：鸟氨酸循环-尿素的生成,1.生成部位（1） 主要是在肝细胞的线粒体及胞液中进行，肾和脑中也可合成极少量的尿素。切除动物肝，动物的血、尿中几乎检测不到尿素。,（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)，又称尿素循环或Krebs- Henseleit循环。 鸟氨酸循环是体内解除氨毒的主要方式。也是体内氨的最主要去路。,Krebs-Henseleit实验：,大鼠肝切片与NH

6、4+保温数小时，NH4+，尿素；加入鸟氨酸、瓜氨酸和Arg后，尿素；上述三种氨基酸结构上彼此相关；早已证实肝中有精氨酸酶。,(1) 氨基甲酰磷酸的合成,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。,鸟氨酸循环的详细步骤,(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

7、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,CO

8、OH,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

9、)精氨酸水解生成尿素, 反应在胞液中进行。 精氨酸酶为肝中特有的酶。,H2O,(1) -酮酸经氨基化生成非必需氨基酸。,(3) -酮酸转变成糖及脂类。,(2) -酮酸可通过TCA循环和氧化磷酸化彻 底氧化为H2O和CO2，生成ATP。,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,

10、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,2、-酮酸的代谢去路,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,丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸,异亮氨酸亮氨酸色氨酸,天冬

11、氨酸天冬酰胺,苯丙氨酸酪氨酸,异亮氨酸 蛋氨酸丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸,酮体,亮氨酸 赖氨酸酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸,CO2,CO2,二、氨基酸的合成,T C A,有C架（ -酮酸）,有AA提供氨基(最主要为谷AA，领头AA),氨基酸合成的共性,包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu),共同碳架：EMP中的丙酮酸,-,COOH,CH3,CHNH2,-,-,谷丙转氨酶,+,+,丙酮酸,谷AA,丙AA,-酮戊二酸,1、 丙氨酸族氨基酸的合成,(GPT),2丙酮酸,-酮异戊酸,缩合,CO2,转氨基,缬氨酸,-酮异己酸,亮氨酸,转氨基,-,CH3,C=O,COO-,-,-,CH2,-,CH3,CH

12、3-CH,-,C=O,COOH,-,-,CH3-CH,-酮异戊酸,丙氨酸族其它氨基酸的合成,包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys),甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸,2、丝氨酸族氨基酸的合成,三种氨基酸的关系,乙醛酸,甘AA,丝AA,半胱AA,3-磷酸甘油酸,丝氨酸半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）,包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、苏(Thr)、甲硫(Met)、异亮(Ile),共同碳架：TCA中的草酰乙酸,+,+,转氨,天冬AA,3、 天冬氨酸族氨基酸的合成,（植，细),动物,天冬酰胺合酶,ATP,ADP,天冬氨酸激酶,CH2,-,C-O-P=O,

13、CHNH2,COOH,-,-,O=,OH,OH,NADPH+H+,NADP+,天冬氨酸激酶,天冬氨酰磷酸,-天冬氨酸半醛,L-高丝氨酸,甲硫氨酸,苏氨酸,异亮氨酸（4个C来自Asp,2个C来自丙酮酸）,-二氨基庚二酸,赖氨酸,CO2,天冬氨酸,天冬氨酸族其它氨基酸的合成,-天冬氨酸半醛,几种氨基酸的关系,包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、羟脯(Hyp)、精(Arg),共同碳架：TCA中的-酮戊二酸,-酮戊二酸,Glu 为还原同化作用,+NH3 +NADH,+NAD+ +H2O,谷AA,脱H酶,（动物和真菌，不普遍）,谷氨酰胺+ -酮戊二酸,2谷AA（普遍）,Glu合酶,

14、NADPH+H+ NADP+,4、谷氨酸族氨基酸的合成,由谷AA 脯AA,NAD(P)H,NAD(P)+,ATP,ADP,Mg2+,NADH,NAD+,1/2O2,H,HO,(谷AA),(谷氨酰半醛),(-二氢吡咯-5-羧酸),(脯AA),(羟脯AA),-酮戊二酸,谷AA,谷氨酰胺,脯AA,羟脯AA,鸟AA,瓜AA,精AA,几种氨基酸的关系,5、组氨酸族和芳香族氨基酸的合成,包括：组AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、苯丙AA(Phe),组AA族碳架：PPP中的磷酸核糖,芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP),NH,CH,N,来自核糖,来自谷氨酰胺的酰胺基

15、,从谷氨酸经转氨作用而来,来自ATP,芳香族氨基酸的关系,色氨酸,若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体，因此芳香族氨基酸合成时相同的一段过程叫莽草酸途径,儿茶酚胺(catecholamine)与黑色素(melanin)的合成,白化病,脑细胞和肾上腺髓质细胞,黑色素细胞,第二节 核苷酸代谢,一、 核酸的酶促降解,2、核酸酶： （1）.按底物分：核糖核酸酶（RNase）：酶稳定、耐高温， RNA；脱氧核糖核酸酶（DNase）：种类多、工具酶，DNA；非特异性核糖核酸酶：有的酶可作用于DNA和RNA,1、降解方式 核酸酶 核酸+水 核苷酸 3，5-磷酸二酯键水解 核酸水解：DNA 稳定，耐酸碱；RN

16、A易在碱中水解,（2）.按作用方式分：核酸外切酶：从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶。（非特异性）,外切核酸酶对核酸的水解位点,牛脾磷酸二酯酶（ 5端外切5得3）,蛇毒磷酸二酯酶（ 3端外切3得5）,核酸内切酶：水解DNA或RNA分子内的磷酸二酯键的酶（特异性强）。,RNAase I,RNAase I,RNAase T1,RNAase T1,Py嘧啶 Pu嘌呤,RNAase I作用于嘧啶与嘌呤、嘧啶与嘧啶间的二酯键,RNAase T1作用于嘌呤与嘌呤间的二酯键,内切核酸酶对RNA的水解位点示意图,（3）限制性核酸内切酶 能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列，并在特定位点切割DNA双链的核酸

17、内切酶统称为限制性核酸内切酶。,磷酸解,水解,1、核苷酸的分解,二、 核苷酸的分解代谢,核苷酸,核苷酸酶,核苷 + Pi,2、核苷的分解,腺嘌呤,次黄苷,脱氨酶,次黄嘌呤,核苷酶,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤,黄嘌呤氧化酶,核苷酶,脱氨酶,核苷酸酶,鸟苷,鸟嘌呤,3、 嘌呤的分解代谢,不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也不同。人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解成尿酸，其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脱氨，分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤，再进一步代谢生成尿酸。,尿酸,尿酸氧化酶,尿囊素,尿囊素酶,尿囊酸,尿囊酸酶,尿素酶,乙醛

18、酸,灵长类鸟类爬虫类昆虫,硬骨鱼,两栖类,软骨鱼,海洋瓣腮类,甲壳类,灵长类外的哺乳类,尿酸过多导致痛风,高尿酸血症是痛风的前奏曲，喜欢吃肉喝酒的患者，必须多加节制。否则，痛风发作时，拇趾、足背、足跟、踝、指、腕等小关节都有可能红肿剧痛，反复发作，关节畸形，形成痛风石。,血液中的尿酸浓度过高，形成尿酸结晶沉积在组织中。如沉积在关节就会引起关节炎，沉积在肾脏就会导致肾结石。痛风多发生于中老年人、肥胖者和脑力劳动者。,结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇（allopurinol）对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用（竞争性抑制），可用来治疗痛风。,别嘌呤醇,次黄嘌呤,痛风症 - 血中尿酸8mg,RNA：Cyt

19、、Ura,4、嘧啶碱的分解代谢,胞嘧啶,尿嘧啶,CO2,DNA：Thy 胸腺嘧啶,-氨基异丁酸,CO2,乙酰CoA,丙酮酸,3-磷酸甘油醛,（e.g 葡萄糖）,脂肪酸,单糖,甘油,核苷酸,氨基酸,糖类,脂肪,蛋白质,核酸,三羧酸循环,NADH+H+,FADH2,电子传递链氧化磷酸化,NAD+,FAD,CO2,H2O,O2,ADP,ATP,分解,合成,分解,合成,糖类，脂类,糖类氨基酸,？,？,三、核酸的生物合成,从头合成途径（denovo synthesis） ：用氨基酸、一碳单位、二氧化碳和磷酸核糖等简单物质原料，经一系列酶促反应，合成嘌呤（或嘧啶）核苷酸的途径。,补救合成途径（salvag

20、e synthesis）：用现成嘌呤（或嘧啶）作原料，经过简单反应过程，合成核苷酸的途径。,核苷酸合成的两条途径,核糖、氨基酸、CO2、NH3,核糖核苷酸,脱氧核苷酸,辅酶,RNA,核苷,碱基,脱氧核苷,DNA,补救途径 从头合成,嘌呤、嘧啶环上各原子的来源：,嘌呤,嘧啶,1、嘌呤核苷酸的合成,从头合成途径,R-5-P（5-磷酸核糖）,PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）,在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下,IMP,AMP,GMP,H2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）,IMP生成总反应过程,腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶,A

21、MP和GMP的生成,(2) 核糖磷酸转移酶,(2)补救途径,5-磷酸核糖焦磷酸,嘌呤核苷酸,嘌呤磷酸核糖转移酶,节约能量和一些氨基酸的消耗。 有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。 HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症。,嘌呤核苷酸补救合成的生理意义,症状: 尿酸升高痉挛 神经失常 攻击行为 自残,Lesch-Nyhan综合症,2、 嘧啶核苷酸的生物合成,（1）从头合成途径,胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,胸腺嘧啶核苷酸的合成,dUMP,脱氧胸苷一磷酸dTMP,（2）嘧啶核苷酸的补救合成,经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be,写在最后,谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over. I Hope You Will Continue To Work Hard,演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日,