《生物化学10氨基酸代谢ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学10氨基酸代谢ppt课件.ppt（67页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、,氨基酸的一般代谢,氨基酸合成代谢概况,第十章 氨基酸代谢,蛋白质的酶促降解,食物蛋白经过消化吸收后，以氨基酸的形式通过血液循环运到全身的各组织。这种来源的氨基酸称为外源性氨基酸。机体各组织的蛋白质在组织酶的作用下，也不断地分解成为氨基酸；机体还能合成部分氨基酸(非必需氨基酸)；这两种来源的氨基酸称为内源性氨基酸。外源性氨基酸和内源性氨基酸彼此之间没有区别，共同构成了机体的氨基酸代谢库(metabolic pool)。氨基酸代谢库通常以游离氨基酸总量计算，机体没有专一的组织器官储存氨基酸，氨基酸代谢库实际上包括细胞内液、细胞间液和血液中的氨基酸。,1.1 外源性氨基酸和内源性氨基酸,1.2 氨
2、基酸代谢概况(图),蛋白酶（肽酶）,肽链内切酶,肽链外切酶,二肽酶,组织蛋白酶,1.3 蛋白酶,肽链内切酶,胃蛋白酶,：水解芳香族氨基酸的NH2形成的肽键。,胰蛋白酶,：水解碱性氨基酸的COOH形成的肽键。,胰凝乳蛋白酶,：水解芳香族氨基酸的COOH形成的肽键。,肽链外切酶,氨肽酶,羧肽酶,1.4 肽链内切酶和肽链外切酶,从氨基酸的结构上看，除了侧链R基团不同外，均有-氨基和-羧基。氨基酸在体内的分解代谢实际上就是氨基、羧基和R基团的代谢。氨基酸分解代谢的主要途径是脱氨基生成氨ammonia)和相应的-酮酸；氨基酸的另一条分解途径是脱羧基生成CO2和胺。,R基团部分生成的酮酸可进一步氧化分解生
3、成CO2和水，并提供能量，也可经一定的代谢反应转变生成糖或脂在体内贮存,2.1 氨基酸的一般代谢,脱氨基作用是指氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成-酮酸的过程。这是氨基酸在体内分解的主要方式。参与人体蛋白质合成的氨基酸共有20种，它们的结构不同，脱氨基的方式也不同，主要有氧化脱氨、转氨、联合脱氨和非氧化脱氨等，以联合脱氨基最为重要。,、,2.2 氨基酸的脱氨基作用,氧化脱氨基作用(Oxidative Deamination)是指在酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时脱去氨基的过程。L-谷氨酸在线粒体中由L-谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogonase)催化氧化脱氨。L-谷氨酸脱氢酶系不
4、需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+作为辅酶。氧化反应通过L-谷氨酸脱氢转给NAD(P)+形成-亚氨基戊二酸，再水解生成-酮戊二酸和氨。L-谷氨酸脱氢酶为变构酶。GDP和ADP为变构激活剂，ATP和GTP为变构抑制剂。在体内，L-谷氨酸脱氢酶催化可逆反应。一般情况下偏向于L-谷氨酸的合成(G30kJmal1)，因为高浓度氨对机体有害，此反应平衡点有助于保持较低的氨浓度。但当谷氨酸浓度高而NH3浓度低时，则有利于脱氨和-酮戊二酸的生成。,2.2.1 氧化脱氨基作用(1),NH2CHRCOOH,氨基酸氧化酶,NH=CRCOOH+2H,NH=CRCOOH+H2O,RCOCOOH+NH3,2H+O2,H
5、2O2,2H2O2,2H2O+O2,2NH2CHRCOOH+O2,2RCOCOOH+2NH3,2.2.1 氧化脱氨基作用(2),2.2.2 转氨基作用（除Lys、Thr）,转氨基作用(Transamination)指在转氨酶催化下将-氨基酸的氨基转给-酮酸，生成相应的-酮酸和一种新的-氨基酸的过程。体内绝大多数氨基酸通过转氨基作用脱氨。参与蛋白质合成的20种-氨基酸中，除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸和脯氨酸不参加转氨基作用，其余均可由特异的转氨酶催化参加转氨基作用。转氨基作用最重要的氨基受体是-酮戊二酸，产生谷氨酸作为新生成氨基酸：,因而体内有较强的谷草转氨酸(glutamic pyruvic tr
6、ansaminase,GPT)和谷丙转氨酸(glutamic oxaloacetic trans aminase，GOT)活性。转氨基作用是可逆的，该反应中G0，所以平衡常数约为1。反应的方向取绝于四种反应物的相对浓度。因而，转氨基作用也是体内某些氨基酸(非必需氨基酸)合成的重要途径。,2.2.2 转氨基作用,转氨基作用过程可分为两个阶段：(1)一个氨基酸的氨基转到酶分子上，产生相应的酮酸和氨基化酶：,2.2.2 转氨基作用机理(1),2)NH2转给另一种酮酸，(如酮戊二酸)生成氨基酸，并释放出酶分子：,2.2.2 转氨基作用机理(2),为传送NH2基因，转氨酶需其含醛基的辅酶磷酸吡哆醛（py
7、ridoxal5phosphate，PLP)的参与。在转氨基过程中，辅酶PLP转变为磷酸吡哆胺(pyridoxamine5phosphate,PMP)。PLP通过其醛基与酶分子中赖氨酸氨基缩合形成Schiff碱而共价结合子酶分子中。,2.2.3 联合脱氨基作用(1),联合脱氨基作用是体内主要的脱氨方式。主要有两种反应途径：1.由L谷氨酸脱氢酶和转氨酶联合催化的联合脱氨基作用：先在转氨酶催化下，将某种氨基酸的-氨基转移到-酮戊二酸上生成谷氨酸，然后，在L-谷氨酸脱氢酶作用下将谷氨酸氧化脱氨生成-酮戊二酸，而-酮戊二酸再继续参加转氨基作用。L-谷氨酸脱氢酶主要分布于肝、肾、脑等组织中，而-酮戊二酸
8、参加的转氨基作用普遍存在于各组织中，所以此种联合脱氨主要在肝、肾、脑等组织中进行。联合脱氨反应是可逆的，因此也可称为联合加氨。,一种氨基酸经过两次转氨作用可将-氨基转移至草酰乙酸生成门冬氨酸。门冬氨酸又可将此氨基转移到次黄嘌呤核苷酸上生成腺嘌呤核苷酸(通过中间化合物腺苷酸代琥珀酸)。其脱氨过程可用下图表示。,2.嘌呤核苷酸循环(purine nucleotide cycle)：骨骼肌和心肌组织中L-谷氨酸脱氢酶的活性很低，因而不能通过上述形式的联合脱氨反应脱氨。但骨骼肌和心肌中含丰富的腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)，能催化腺苷酸加水、脱氨生成次黄嘌呤核苷酸(IMP)。,
9、2.2.3 联合脱氨基作用(2),腺嘌呤核苷酸循环,2.2.3 联合脱氨基作用(3),非氧化脱氨基作用(nonoxidative deamination)可分为脱水脱氨基、脱硫化氢脱氨基、直接脱氨基和水解脱氨基等4种方式。1.脱水脱氨基如丝氨酸可在丝氨酸脱水酶的催化下生成氨和丙酮酸。,2.2.4 非氧化脱氨基作用,苏氨酸在苏氨酸脱水酶的作用下，生成酮丁酸，再经丙酰辅酶，琥珀酰AoC参加代谢，如下图所示：,2.2.4.1 脱水脱氨基,2.脱硫化氢脱氨基 半胱氨酸可在脱硫化氢酶的催化下生成丙酮酸和氨。,2.2.4.2 脱硫化氢脱氨基,3.直接脱氨基 天冬氨酸可在天冬氨酸酶作用下直接脱氨生成延胡索酸
10、和氨。,2.2.4.3 直接脱氨基,NH2CHRCOOH,RCH2NH2+CO2,2.3 脱羧基作用,氨基酸可在氨基酸脱羧酶(decarboxylose)催化下进行脱羧基作用(decarboxylation)，生成二氧化碳和一个伯胺类化合物，脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。,-氨基丁酸(-aminobutyric acid GABA)由谷氨酸脱羧基生成，催化此反应的酶是谷氨酸脱羧酶。此酶在脑、肾组织中活性很高，所以脑中GABA含量较高。,GABA是一种仅见于中枢神经系统的抑制性神经递质，对中枢神经元有普遍性抑制作用。在脊髓，作用于突触前神经末梢，减少兴奋性递质的释放，从而引起突触前抑制，在脑则引起突
11、触后抑制。,2.3.1-氨基丁酸（1）,GABA可在GABA转氨酶(GABAT)作有下与酮戊二酸反应生成琥珀酸r半醛(succinic acid semialdehyde)，进而氧化生成琥珀酸,神经元胞体和突触的线粒体内含有大量的GABA转氨酶。由此就构成了GABA旁路。它能使-酮戊二酸经此旁路生成琥珀酸，活跃三羧酸循环，可为脑组织提供约20%的能量。谷氨酸具有兴奋作用，GABA有抑制作用，两者可共同调节神经系统的功能。临床上对于惊厥和妊娠呕吐的病人常常使用维生素B6治疗，其机理就在于提高脑组织内谷氨酸脱羧酶的活性，使GABA生成增多，增强中枢抑制作用。,2.3.1-氨基丁酸（2）,图 脑中T
12、CA循环和GAB代谢旁路,2.3.1-氨基丁酸（3）,不同动物转化NH3的终产物：,水生动物 排NH3,两栖类 尿素,鸟类、爬虫类 尿酸,哺乳动物 尿素,2.4 氨基酸分解产物的代谢,肝脏是生成尿素的主要器官,氨是有毒的物质，人体必须及时将氨转变成无毒或毒性小的物质，然后排出体外。主要去路是在肝脏合成尿素、随尿排出；一部分氨可以合成谷氨酰胺和门冬酰胺，也可合成其它非必需氨基酸；少量的氨可直接经尿排出体外。尿中排氨有利于排酸。,2.4.1 氨的来源和去路,氨的来源和去路,1.葡萄糖丙氨酸循环：肌肉组织中以丙酮酸作为转移的氨基受体，生成丙酸经血液运输到肝脏。在肝脏中，经转氨基作用生成丙酮酸，可经糖
13、异生作用生成葡萄糖，葡萄糖由血液运输到肌肉组织中，分解代谢再产生丙酮酸，后者再接受氨基生成丙氨酸。这一循环途径称为“丙氨酸-葡萄糖循环（alanine-glucose cycle)。通过此途径，肌肉氨基酸的NH2基，运输到脏脏以NH3或天冬氨酸合成尿素。(图),葡萄糖丙氨酸循环,2.4.2 氨的转运(1),饥饿时通过此循环将肌肉组织中氨基酸分解生成的氨及葡萄糖的不完全分解产物丙酮酸，以无毒性的丙氨酸形式转运到肝脏作为糖异生的原料。肝脏异性生成的葡萄糖可被肌肉或其它外周组织利用。2.氨与谷氨酸在谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase)的催化下生成谷氨酰胺(glutamine)，
14、并由血液运输至肝或肾，再经谷氨酰酶(glutaminaes)水解成谷氨酸和氨。谷氨酰胺主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。,2.4.2 氨的转运(2),根据动物实验，人们很早就确定了肝脏是尿素合成的主要器官，肾脏是尿素排泄的主要器官。1932年Krebs等人利用大鼠肝切片作体外实验，发现在供能的条件下，可由CO2和氨合成尿素。若在反应体系中加入少量的精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸可加速尿素的合成，而这种氨基酸的含量并不减少。为此，Krebs等人提出了鸟氨酸循环(ornithine cyclc)学说。其后由Ratner和Cohen详细论述了其各步反应。鸟氨酸循环可概括为：,2.4.3 尿素合成,尿素中的两
15、个N原子分别由氨和天冬氨酸提供，而C原子来自HCO-3，五步酶促反应，二步在线粒体中，三步在胞液中进行。其详细过程可分为以下五步：,CPS作用机理,CPS作用机理,氨基甲酰磷酸(carbamyl phosphate)是在Mg+、ATP及N乙酰谷氨酸(Nacetyl glutamic acid,AGA)存在的情况下，由氨基甲酰磷酸合成酶I(carbamyl phosphate synthetaseI,CPSI)催化NH3和HCO在肝细胞线粒体中合成。,真核细胞中有两种CPS：(1)线粒体CPS-利用游离NH3为氮源合成氨基甲酰磷酸，参与尿素合成。(2)胞液CPS-，利用谷氨酰胺作N源，参与嘧啶的
16、从头合成。,2.4.3.1 氨基甲酰磷酸的合成(1),CPS-催化的反应包括下述三步(图)。(1)ATP活化HCO-3生成ADP和羰基硫酸(carbonyl phosphate)(2)NH2与羰基硫酸作用替代硫酸根，生成氨基甲酸(carbamate)和Pi。(3)第2个ATP对氨甲酸磷酸化，生成氨基甲酰磷酸和ADP。此反应是不可逆的，消耗2分子ATP。CPS1是一种变构酶，AGA是此酶变构激活剂。由乙酰CoA和谷氨酸缩合而成。,肝细胞线粒体中谷氨酸脱氢酶和氨基甲酰磷酸合成酶I催化的反应是紧密偶联的。谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸氧化脱氨，生成的产物有NH3和NADH+H+。NADH经NADH氧化呼吸链
17、传递氧化生成H2O，释放出来的能量用于ADP磷酸化生成ATP。因此谷氨酸脱氢酶催化反应不仅为氨基甲酰磷酸的合成提供了底物NH3，同时也提供了该反应所需要的能量ATP。氨基甲酰磷酸合成酶I将有毒的氨转变成氨基甲酰磷酸，反应中生成的ADP又是谷氨酸脱氢酶的变构激活剂，促进谷氨酸进一步氧化脱氨。这种紧密偶联有利于迅速将氨固定在肝细胞线粒体内，防止氨逸出线粒体进入细胞浆，进而透过细胞膜进入血液，引起血氨升高。,2.4.3.1 氨基甲酰磷酸的合成(2),鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine transcarbamoylase)存在于线粒体中，通常与CPSI形成酶的复合物催化氨基甲酰磷酸转甲酰基给鸟氨
18、酸生成瓜氨酸。(注意：鸟氨酸，瓜氨酸均非标准-氨基酸，不出现在蛋白质中)。此反应在线粒体内进行，而鸟氨酸在胞液中生成，所以必需通过一特异的穿棱系统进入线粒体内。,2.4.3.2 瓜氨酸的生成,瓜氨酸穿过线粒体膜进入胞浆中，在胞浆中由精氨酸代琥珀酸合成酶(Argininosuccinate Synthetase)催化瓜氨酸的脲基与天冬氨酸的氨基缩合生成精氨酸代琥珀酸，获得尿素分子中的第二个氮原子。此反应由ATP供能。,2.4.3.3 精氨酸代琥珀酸的合成,精氨酸代琥珀酸裂解酶(Argininosuccinase)催化精氨酸代琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸,上述反应中生成的延胡索酸可经三羧酸循环的中
19、间步骤生成草酰乙酸，再经谷草转氨酶催化转氨作用重新生成天冬氨酸。由此，通过延胡索酸和天冬氨酸，使三羧酸循环与尿素循环联系起来,2.4.3.4 精氨酸的生成,尿素循环的最后一步反应是由精氨酸酶(arginase)催化精氨酸水解生成尿素并再生鸟氨酸，鸟氨酸再进入线粒体参与另一轮循环。,尿素合成是一个耗能的过程，合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键。(3个ATP水解生成2个ADP，2个Pi，1个AMP和PPi)。从尿素循环底物水平上，能量的消耗大于恢复。由L谷氨酸脱氢酶催化脱氨和延胡索酸经草酰乙酸再生成天冬氨酸反应中均有NADH的生成。经线粒体再氧化可生成6个ATP(图7-8)。,2.4.3.5 尿
20、素的生成,尿素循环的能量代谢,2.4.3.6 尿素循环的能量代谢,CPSI是线粒体内变构酶，其变构激活剂AGA由N乙酰谷氨酸合成酶催化生成，并由特异水解酶水解。肝脏生成尿素的速度与AGA浓度相关。当氨基酸分解旺盛时，由转氨作用引起谷氨酸浓度升高，增加AGA的合成，从而激活CPS-I，加速氨基甲酰磷酸合成，推动尿素循环。精氨酸是AGA合成酶的激活剂，因此，临床利用精氨酸治疗高氨血症。,2.4.3.7 尿素循环的调节,正常生理情况下，血氨处于较低水平。尿素循环是维持血氨低浓度的关键。当肝功能严重损伤时，尿素循环发生障碍，血氨浓度升高，称为高氨血症。氨中毒机制尚不清楚。一般认为，氨进入脑组织，可与酮
21、戊二酸结合成谷氨酸，谷氨酸又与氨进一步结合生成谷氨酰胺，从而使酮戊二酸和谷氨酸减少，导致三羧酸循环减弱，从而使脑组织中ATP生成减少。谷氨酸本身为神经递质，且是另一种神经递质-氨基丁酸(-aminobutyrate,GABA)的前体，其减少亦会影响大脑的正常生理功能，严重时可出现昏迷。,2.4.3.8 高氨血症和氨中毒,氨基酸经联合脱氨或其它方式脱氨所生成的-酮酸有下述去路。1.生成非必需氨基酸-酮酸经联合加氨反应可生成相应的氨基酸。八种必需氨基酸中，除赖氨酸和苏氨酸外其余六种亦可由相应的-酮酸加氨生成。但和必需氨基酸相对应的-酮酸不能在体内合成，所以必需氨基酸依赖于食物供应。2.氧化生成CO
22、2和水 这是-酮酸的重要去路之一。由图7可以看出-酮酸通过一定的反应途径先转变成丙酮酸、乙酰CoA、或三羧酸循环的中间产物，再经过三羧酸循环彻底氧化分解。三羧酸循环将氨基酸代谢与糖代谢、脂肪代谢紧密联系起来。,2.5-酮酸的代谢,氨基酸与糖、脂肪的关系,2.5.1 氨基酸与糖、脂肪的关系,使用四氧嘧啶(alloxan)破坏犬的胰岛细胞，建立人工糖尿病犬的模型。待其体内糖原和脂肪耗尽后，用某种氨基酸饲养，并检查犬尿中糖与酮体的含量。若饲某种氨基酸后尿中排出葡萄糖增多，称此氨基酸为称生糖氨基酸(glucogenic amino acid)；若尿中酮体含量增多，则称为生酮氨基酸(ketogenic
23、amino acid)。尿中二者都增多者称为生糖兼生酮氨基酸(glucogenic and ketogenic amino acid)。从表7-1中可以看出，凡能生成丙酮酸或三羧酸循环的中间产物的氨基酸均为生糖氨基酸；凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的氨基酸均为生酮氨基酸；凡能生成丙酮酸或三羧酸循环中间产物同时能生成乙酰CoA或乙酰乙酸者为生糖兼生酮氨基酸。,2.6 转变生成糖和酮体,亮氨酸为生酮氨基酸，赖氨酸、异亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸为生糖兼生酮氨基酸，其余氨基酸均为生糖氨基酸.,2.6.1 氨基酸和糖、脂肪的共有中间代谢产物,1.酮戊二酸衍生类型,2.草酰乙酸衍生类型,3.丙酮酸衍生
24、类型,4.甘油酸-3-磷酸衍生类型,5.赤藓糖-4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型,6.组氨酸生物合成,3.1 氨基酸合成代谢概况,组成人体蛋白质的氨基酸中，有些氨基酸只能在植物及微生物体内合成，人体必须从食物中摄取，这些氨基酸即必需氨基酸(escential amino acids)，其余的氨基酸可利用代谢中间产物合成，称为非必需氨基酸(nonescential amino acids)。(表7-2)除酪氨酸外，体内非必需氨基酸由四种共同代谢中间产物(丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸及3-磷酸甘油)之一作其前体简单合成。如前所述，酪氨酸由苯丙氨酸必需氨基酸羟化生成，严格讲酪氨酸不是非必需氨基酸，对
25、每日膳食中苯丙氨酸的需要量同时亦反映了对酪氨酸的需要量。,非必需氨基酸,半必需氨基酸：His,必需氨基酸：,Lys、Trp、Thr、Phe、Ile、Leu、Val、Met,3.2 氨基酸的生物合成,3.3 酮戊二酸衍生类型,-酮戊二酸与NH3在L-谷氨酸脱氢酶催化下(辅酶为NADPH)，还原氨基化生成L-谷氨酸；L-谷氨酸与NH3在谷氨酰胺合成酶催化下，消耗ATP而形成谷氨酰胺；L-谷氨酸羧基还原成谷氨酸半醛,然后环化成二氢吡咯-5-羧酸，再由二氢吡咯还原酶作用还原成L-脯氨酸。L-谷氨酸也可在转乙酰基酶催化下生成N-乙酰谷氨酸，再在激酶作用下，消耗ATP后转变成N-乙酰-谷氨酰磷酸，然后在还
26、原酶催化下由NADP提供氢而还原成N-乙酰谷氨酸-半醛。最后经转氨酶作用，谷氨酸提供-氨基而生成N-乙酰鸟氨酸，经去乙酰基后转变成鸟氨酸。通过鸟氨酸循环而生成精氨酸。由上所述，-酮戊二酸衍生型可合成谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸等非必需氨基酸。,3.4 草酰乙酸衍生类型,在谷-草转氨酶催化下，草酰乙酸与谷氨酸反应生成L-天冬氨酸；天冬氨酸经天冬酰胺合成酶催化，在谷氨酰胺和ATP参与下，从谷氨酰胺上获取酰胺基而形成L-天冬酰胺；细菌和植物还可以由L-天冬氨酸为起始物合成赖氨酸或转变成甲硫氨酸。另外，L-天冬氨酸为起始物合成L-高丝氨酸，再转变成苏氨酸。L-天冬氨氨酸与丙酮酸作用进而合成异亮氨酸
27、。由此可见，草酰乙酸衍生类型可合成L-天冬氨酸、天冬酰胺、赖氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸和异亮氨酸等6种氨基酸。,3.5 丙酮酸衍生类型,以丙酮酸为起始物可合成L-丙氨酸,L-缬氨酸和L-亮氨酸.,3.6 甘油酸-3-磷酸衍生类型,由甘油酸-3-磷酸起始,经酶促可分别合成丝氨酸、半胱氨酸和甘氨酸。丝氨酸由糖代谢中间产物3磷酸甘油经三步反应生成。(1)3磷酸甘油酸在3磷酸甘油酸脱氢酶催化下生成了3一磷酸羟基丙酮酸(3phosphohydroxypyruvate)。(2)由谷氨酸提供氨基经转氨作用生成3-磷酸丝氨酸(3phosphoserine)。(3)3-磷酸丝氨酸水解生成丝氨酸。丝氨酸以两种途径参与
28、甘氨酸的合成：(1)由丝氨酸羟甲酰转移酶(serine hydroxy methyltransforese)催化直接生成甘氨酸，同时生成N5，N10甲酰FH4。(2)由N5，N10CHO-FH4，CO2和NH+4在甘氨酸合成酶(glycine aynthase)催化下缩合生成。在蛋氨酸代谢中已讨论过，人体中半胱氨酸可由蛋氨酸分解代谢中间产物同型半胱氨酸和丝氨酸合成，半胱氨酸的巯基来源于必需氨基酸-蛋氨酸，故有人将其称为半必需氨基酸（semiessential amino acid)。而在植物及微生物中，半胱氨酸在丝氨酸乙酰转移酶催化下被乙酰基取代生成O-乙酰丝氨酸(O-acetyl serin
29、e)。(2)乙酰基被巯基取代生成半胱氨酸。反应中的羟基由PAPS经PAPS还原酶及亚硫酸还原酶(sulfite reductase)催化生成。,3.7 赤藓糖4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型,芳香族氨基酸中苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸可由赤藓糖4-磷酸为起始物在有烯醇丙酮酸磷酸条件下酶促合成分支酸，在经氨基苯甲酸合成酶作用可转变成邻氨基苯甲酸，最后生成色氨酸；分支酸还可转变成预苯酸，在预苯酸脱氢酶作用下声称对羟基苯丙酸，最后生成酪氨酸；在预苯酸脱水酶作用下预苯酸转变成苯丙酮酸，最后形成苯丙氨酸。,3.8 组氨酸生物合成,组氨酸酶促生物合成由磷酸核糖焦磷酸开始，首先把核糖-5-磷酸部分连接到ATP分
30、子中的嘌呤环的第1号氮原子上生成N-糖苷键相连的中间物N-1-（核糖-5-磷酸）-ATP，经过一系列反映最后合成L-组氨酸。,某些氨基酸在代谢过程中能生成含一个碳原子的基团，经过转移参与生物合成过程。这些含一个碳原子的基团称为一碳单位(C1 unit或one carbon unit)。有关一碳单位生成和转移的代谢称为一碳单位代谢。体内的一碳单位有：甲基(CH3，methyl)、甲烯基(CH2,methylene)，甲炔基(CH,methenyl)、甲酰基(-CHO,formyl)及亚氨甲基(-CHNH,formimino)等。它们可分别来自甘氨酸、组氨酸、丝氨酸、色氨酸、蛋氨酸等。,一碳单位的
31、来源,3.9 氨基酸与一碳单位,一碳单位不能游离存在，通常与四氢叶酸(Tetrahydrofolic acid,FH4)结合而转运或参加生物代谢，FH4是一碳单位代谢的辅酶。四氢叶酸由叶酸(folic acid)衍生而来。叶酸需经二次还原方可转变为活性辅酶形式FH4(图7-13)。两次还原均由二氢叶酸还原酶(dihyclrofolate reductase)所催化。,3.10 一碳单位代酸的辅酶,四氢叶酸的生成,一碳单位共价连接于FH4分子的N5、N10位或N5和N10位上。,3.11 四氢叶酸的生成,一碳单位主要来源于丝氨酸，在丝氨酸羟甲基转移酶催化为甘氨酸过程中产生的N5，N10-CH2-
32、FH4；甘氨酸在甘氨酸合成酶(glycine synthase)催化下可分解为CO2，NH+4和N5，N10-CH2-FH4。此外，苏氨酸和丝氨酸都可经相应酶催化转变为丝氨酸。因此亦可产生N5，N10-CH2-FH4。在组氨酸转变为谷氨酸过程中由亚胺甲基谷氨酸提供了N5-CHNHFH4。色氨酸分解代谢能产生甲酸，甲酸可与FH4结合产生N10-CH2-FH4。,3.12 一碳单位的来源及转换,体内一碳单位分别处于甲酸、甲醛不同的氧化水平，在相应的酶促氧化还原反应下可相互转换。这些反应中，N5-CH3-FH4的生成基本是不可逆的。N5-CH3-FH4可将甲基转移给同型半胱氨酸生成蛋氨酸和FH4。催
33、化此反应的酶是N5-CH3-FH4同型半胱氨酸甲基转移酶，辅酶为甲基B12。此反应不可逆，故N5-CH3-FH4不能自蛋氨酸生成。,3.13 N5-CH3-FH4的生成,蛋氨酸分子中的甲基也是一碳单位。在ATP的参与下蛋氨酸转变生成S腺苷蛋氨酸(Sadenosylmethionine,又称活性蛋氨酸)。S-腺苷蛋氨酸是活泼的甲基供体。因此四氢叶酸并不是一碳单位的唯一载体。,3.14 蛋氨酸,1.一碳单位是合成嘌呤和嘧啶的原料，在核酸生物合成中有重要作用。如N5N10CHFH4直接提供甲基用子脱氧核苷酸dUMP向dTMP的转化。N10-CHO-FH4和N5N10-CH=FH4分别参与嘌呤碱中C2
34、，C3原子的生成。2.SAM提供甲基可参与体内多种物质合成。例如肾上腺素、胆碱、胆酸等。一碳单位代谢将氨基酸代谢与核苷酸及一些重要物质的生物合成联系起来。一碳单位代谢的障碍可造成某些病理情况，如巨幼红细胞贫血等。磺胺药及某抗癌药(氨甲喋呤等)正是分别通过干扰细菌及瘤细胞的叶酸、四氢叶酸合成，进而影响核酸合成而发挥药理作用的。,3.15 一碳单位的功能,二、含硫氨基酸的代谢含硫氨基酸共有蛋氨酸、半胱氨酸和胱氨酸三种，蛋氨酸可转变为半胱氨酸和胱氨酸，后两者也可以互变，但后者不能变成蛋氨酸，所以蛋氨酸是必需氨基酸。(一)蛋氨酸代谢1.转甲基作用与蛋氨酸循环蛋氨酸中含有S甲基，可参与多种转甲基的反应生
35、成多种含甲基的生理活性物质。在腺苷转移酶催化下与ATP反应生成S-腺苷蛋氨酸(S-adenosgl methiomine,SAM)。SAM中的甲基是高度活化的，称活性甲基，SAM称为活性蛋氨酸。,3.16 蛋氨酸代谢（1）,SAM可在不同甲基转移酶(methyl transferase)的催化下，将甲基转移给各种甲接受体而形成许多甲基化合物，如肾上腺素、胆碱、甜菜碱、肉毒碱、肌酸等都是从SAM中获得甲基的。SAM是体内最主要的甲基供体。,3.16 蛋氨酸代谢（2）,SAM转出甲基后形成S-腺苷同型半胱氨酸（S adenosyl homocystine，SAH)，SAH水解释出腺苷变为同型半胱氨
36、酸(homocystine,hCys)。同型半胱氨酸可以接受N5桟H3桯F4提供的甲基再生成蛋氨酸，形成一个循环过程，称为蛋氨酸循环(methionine cycle)。此循环的生理意义在于蛋氨酸分子中甲基可间接通过N5-CH3-FH4由其它非必需氨基酸提供，以防蛋氨酸的大量消耗(图)。,图S-腺苷蛋氨酸循环,3.16 蛋氨酸代谢（3）,(二)半胱氨酸和胱氨酸的代谢1.半胱氨酸和胱氨酸的互变半胱氨酸含巯基(-SH)，胱氨酸含有二硫键（S-S-），二者可通过氧化还原而互变。胱氨酸不参与蛋白质的合成，蛋白质中的胱氨酸由半胱氨酸残基氧化脱氢而来。在蛋白质分子中两个半胱氨酸残基间所形成的二硫键对维持蛋
37、白质分子构象起重要作用。而蛋白分子中半胱氨酸的巯基是许多蛋白质或酶的活性基团。,3.17 半胱氨酸和胱氨酸的互变,2.半胱氨酸分解代谢 人体中半胱氨酸主要通过两条途径降解为丙酮酸。一是加双氧酶催化的直接氧化途径，或称半胱亚磺酸途径，另一是通过转氨的3-巯基丙酮酸途径。,3.18 半胱氨酸分解代谢,3.活性硫酸根代谢含硫氨基酸经分解代谢可生成H2S，H2S氧化成为硫酸。半胱氨酸巯基亦可先氧化生成亚磺基，然后再生成硫酸。其中一部分以无机盐形式从尿中排出，一部分经活化生成3磷酸腺苷-5-磷酸硫酸(3-phosphoadenosine5-phosphosulfate,PAPS)，即活性硫酸根。,3.1
38、9 活性硫酸根代谢,4.谷胱甘肽的合成谷胱甘肽(glutathiose,rglutamyl cysteinglglycine,GSH)是一种含酰胺键的三肽，由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成。GSH的合成通过谷氨酰基循环(glutamyl cycle)，由Meister提出，又称为Meister循环(图7-17)。-谷氨酰基循环有双重作用，一是GSH的再合成，二是通过GSH的合成与分解将外源氨基酸主动转运到细胞内。,3.20 谷胱甘肽的合成,-谷氨酰基循环,3.21-谷氨酰基循环,GSH的合成由-谷氨酰半胱氨酸合成酶(-glutamylcystein synthetase)和GSH合成酶(GSH
39、synthetase)所催化。由ATP水解供能。GSH的分解中-谷氨酰转肽酶(-glutamyl transpeptidase)、-谷氨酰环转移酶(-gltamyl cyclotransforase)和5氧脯氨酸酶(5oxoprolinase)及一个细胞内肽酶(protease)所催化。GSH在人体解毒、氨基酸转运及代谢中均有重要作用。GSH的活性基团是其半胱氨酸残基上的巯基，GSH有氧化型和还原型两种形式，可以互变。,谷胱甘胱还原酶催化上面反应，辅酶为NADPH，细胞中GSH与GSSG的比例为1001。GSH可保护某些蛋白质及酶分子的巯基不被氧化，从而维持其生物活性。如红细胞中含有较多GSH，对保护红细胞膜完整性及促使高铁血红蛋白还原为血红蛋白均有重要作用。此外，体内产生的过氧化物及自由基，亦可通过含硒的GSH过氧化酶而被清除，如：,3.22 谷胱甘肽,
