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文檔簡介
氨基酸代謝
MetabolismofAminoAcids第十二章第一節
氨基酸的代謝概況
OverviewofMetabolismofAminoAcids
一、氮平衡狀態反映氨基酸攝入與消耗的狀態
氮平衡(nitrogenbalance)
氨基酸的攝入和消耗的狀態
氮總平衡:攝入氮=排出氮(正常成人)氮正平衡:攝入氮>排出氮(兒童、孕婦等)氮負平衡:攝入氮<排出氮(饑餓、消耗性疾病患者)測定尿與糞中的含氮量(排出氮)及攝入食物的含氮量(攝入氮)可以反映體內氨基酸的代謝狀況。氨基酸代謝庫(metabolicpool)食物蛋白經消化吸收的氨基酸(外源性氨基酸)與體內組織蛋白降解產生的氨基酸(內源性氨基酸)混在一起,分布于體內各處參與代謝,稱為氨基酸代謝庫。(一)外源性氨基酸和內源性氨基酸組成氨基酸代謝庫二、氨基酸在體內滿足各種生理需求組織蛋白質降解所產生的氨基酸(二)氨基酸在體內主要功能1.大部分氨基酸用于蛋白質生物合成蛋白質的合成食物蛋白質消化、吸收的氨基酸2.氨基酸的碳骨架可進入能量代謝氨基酸代謝庫中的氨基酸過多,食物蛋白質中某些氨基酸超過機體合成蛋白質的需要時,這些氨基酸就會進入分解代謝,徹底氧化,產生能量。機體每日產生的能量約有18%來自氨基酸的氧化分解。饑餓時蛋白質降解釋放氨基酸。這些氨基酸并不直接氧化供能,而是轉變成為葡萄糖或酮體;產生的葡萄糖則滿足饑餓時機體對葡萄糖的需要,酮體也可進入能量代謝。3.氨基酸代謝轉換而產生多種物質氨基酸可通過代謝轉變而產生多種物質含氮化合物,包括神經遞質、核苷酸、激素及其他多種含氮生理活性物質。產生一些重要的化學基團,具有重要調節功能,或者用于非營養物質的(轉化)代謝。氨基酸衍生的化合物生理功能天冬氨酸、谷氨酰氨、甘氨酸嘌呤堿含氮堿基、核酸成分天冬氨酸嘧啶堿含氮堿基、核酸成分甘氨酸卟啉化合物血紅素、細胞色素甘氨酸、精氨酸、甲硫氨酸肌酸、磷酸肌酸能量儲存色氨酸5-羥色胺、尼克酸神經遞質、維生素苯丙氨酸、酪氨酸兒茶酚胺、甲狀腺素神經遞質、激素酪氨酸黑色素皮膚色素谷氨酸γ-氨基丁酸神經遞質甲硫氨酸、鳥氨酸精胺、亞精胺細胞增殖促進劑半胱氨酸牛磺酸結合膽汁酸成分
氨基酸衍生的重要含氮物氨基酸代謝庫食物蛋白質消化吸收
組織蛋白質分解體內合成氨基酸
(非必需氨基酸)氨基酸代謝概況α-酮酸脫氨基作用酮體氧化供能糖胺類脫羧基作用氨尿素代謝轉變其他含氮化合物
(嘌呤、嘧啶等)合成目錄第二節
體內氨基酸的來源
SourcesofAminoAcidsinBody
(一)氨基酸可分為營養必需氨基酸和營養非必需氨基酸營養必需氨基酸(nutritionallyessentialaminoacid)指體內需要而又不能自身合成,必須由食物供給的氨基酸,共有8種:Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。其余12種氨基酸體內可以合成,稱非必需氨基酸。(nutritionallynon-essentialaminoacid)
一、機體從食物蛋白質獲取氨基酸組氨酸和精氨酸雖能在人體內合成,但合成量不多,長期缺乏也能造成負氮平衡,可以將這兩種氨基酸視為營養半必需氨基酸(nutritionallysemi-essentialaminoacid)。(二)機體攝取食物蛋白質以滿足對氨基酸的需要蛋白質的生理需要量成人每日最低蛋白質需要量為30~50g,我國營養學會推薦成人每日蛋白質需要量為80g。蛋白質的營養價值
營養必需氨基酸種類多、數量足的蛋白質,其營養價值高,反之則營養價值低。
營養價值低的蛋白質混合食用,則營養必需氨基酸可以互相補充,從而提高營養價值,稱為食物蛋白質的互補作用。食物蛋白質的互補作用谷物中含賴氨酸少,色氨酸多豆類中含色氨酸少,賴氨酸多(三)食物蛋白在胃和腸道被消化成氨基酸和寡肽蛋白質消化的生理意義由大分子轉變為小分子,便于吸收。消除種屬特異性和抗原性,防止過敏、毒性反應。1.食物蛋白質在胃中消化胃蛋白酶的最適pH為1.5~2.5,水解由芳香族氨基酸的羧基所形成的肽鍵
,產物主要為多肽及少量氨基酸。
胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)2.蛋白質在小腸被水解成氨基酸和小肽——小腸是蛋白質消化的主要部位⑴胰液蛋白酶消化蛋白質產生寡肽和少量氨基酸胰酶是消化蛋白質的主要酶,最適pH為7.0左右,包括內肽酶和外肽酶。內肽酶(endopeptidase)水解蛋白質肽鏈內部的一些肽鍵,如胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶。外肽酶(exopeptidase)自肽鏈的末段開始每次水解一個氨基酸殘基,如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。氨基肽酶內肽酶羧基肽酶氨基酸
+氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意圖腸液中酶原的激活胰蛋白酶原糜蛋白酶原彈性蛋白酶原羧肽酶原腸激酶(enterokinase)
胰蛋白酶糜蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶
(trypsin)
(exopeptidase)
(elastase)(carboxypeptidase)胰蛋白酶胰蛋白酶的自身激活作用較弱。由于胰液中各種蛋白酶均以酶原形式存在,同時胰液中還存在胰蛋白酶抑制劑,能保護胰腺組織免受蛋白酶的自身消化。可保護胰組織免受蛋白酶的自身消化作用。保證酶在其特定的部位和環境發揮催化作用。酶原還可視為酶的儲存形式。酶原激活的意義
⑵小腸黏膜細胞的消化酶水解寡肽為氨基酸
主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用,例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等,最終產生氨基酸。——在小腸黏膜細胞中進行(四)氨基酸的吸收是一個主動轉運過程吸收部位:主要在小腸黏膜細胞吸收形式:氨基酸、寡肽、二肽吸收機制:耗能的主動吸收過程氨基酸吸收載體載體蛋白與氨基酸、Na+組成三聯體,由ATP供能將氨基酸、Na+轉入細胞內,Na+再由鈉泵排出細胞。轉運蛋白(transporter)中性氨基酸載體堿性氨基酸載體酸性氨基酸載體亞氨基酸與甘氨酸載體β-氨基酸轉運蛋白γ-谷氨酰基循環對氨基酸的轉運作用γ-谷氨酰基循環(γ-glutamylcycle)過程:谷胱甘肽對氨基酸的轉運谷胱甘肽再合成半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶γ-谷氨酸環化轉移酶氨基酸5-氧脯氨酸谷氨酸
5-氧脯氨酸酶ATPADP+Piγ-谷氨酰半胱氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶ATPADP+Pi細胞外
γ-谷氨酰基轉移酶細胞膜谷胱甘肽
GSH細胞內γ-谷氨酰基循環過程γ-谷氨酰氨基酸氨基酸目錄轉運體系將小肽轉運進入腸黏膜細胞吸收部位:小腸近端轉運體系:二肽或三肽轉運體系吸收機制:耗能的主動吸收過程(五)未被吸收的蛋白質被腸道細菌代謝在消化過程中,有一小部分蛋白質未被消化或雖經消化、但未被吸收,腸道細菌對這部分蛋白質及其消化產物的代謝。腐敗作用的產物大多有害,如胺、氨、苯酚、吲哚等;也可產生少量的脂肪酸及維生素等可被機體利用的物質。蛋白質的腐敗作用(putrefaction)1.腸道細菌使氨基酸脫羧基產生胺類蛋白質
氨基酸胺類蛋白酶
脫羧基作用
組氨酸組胺
賴氨酸尸胺
色氨酸
色胺
酪氨酸酪胺
假神經遞質(falseneurotransmitter)
某些物質結構與神經遞質結構相似,可取代正常神經遞質從而影響腦功能,稱假神經遞質。苯乙胺苯乙醇胺酪胺
β-羥酪胺β-羥酪胺和苯乙醇胺結構類似兒茶酚胺,它們可取代兒茶酚胺與腦細胞結合,但不能傳遞神經沖動,使大腦發生異常抑制。2.在腸道細菌作用下氨基酸脫氨基生成氨
未被吸收的氨基酸滲入腸道的尿素氨(ammonia)腸道細菌脫氨基作用尿素酶降低腸道pH,NH3轉變為NH4+以胺鹽形式排出,可減少氨的吸收,這是酸性灌腸的依據。3.腐敗作用產生其他有害物質酪氨酸
苯酚半胱氨酸
硫化氫
色氨酸
吲哚除了胺類和氨以外,通過腐敗作用還可產生一些其他有害物質,例如苯酚、吲哚、甲基吲哚及硫化氫等。二、體內蛋白質降解生成氨基酸(一)體內蛋白質被不斷地轉換更新蛋白質降低其原濃度一半所需要的時間,用t1/2表示。蛋白質轉換(proteinturnover)
指體內蛋白質的不斷降解與合成的動態平衡。蛋白質半壽期(halflife)
(二)體內蛋白質在不同因素的控制下被降解1.蛋白質功能調控的機制之一是降解蛋白質具有調節功能的蛋白質在需要時合成,隨后被迅速降解,某些因素導致這些蛋白質的半壽期延長,則會導致基因表達的異常。
2.結構蛋白需要更新組織細胞的結構蛋白多為長壽蛋白質,但仍然以一定的速率被降解。細胞代謝過程中經常產生影響蛋白質結構的物質,通過氧化作用而損傷蛋白質。這些蛋白質即通過特定的機制被降解,細胞則重新合成相同的蛋白質以替代被降解的蛋白質。3.饑餓狀態引起蛋白質降解在機體處于饑餓狀態時,機體也會降解一部分蛋白質,釋放出氨基酸。氨基酸分解代謝的中間產物通過糖異生途徑轉變成葡萄糖,對維持血糖水平具有重要意義。(三)真核細胞內有兩條主要的蛋白質的降解途徑不依賴ATP利用溶酶體中的組織蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和長壽命的細胞內蛋白1.外在和長壽蛋白質在溶酶體通過ATP-非依賴途徑降解溶酶體的主要功能是消化作用,是細胞內的消化器官,含有多種蛋白酶。
根據完成生理功能的不同階段可將溶酶體分為:
初級溶酶體——由高爾基體分泌形成,含有多種水解酶原。
次級溶酶體——正在進行或完成消化作用的消化泡,內含水解酶和相應底物。殘體——后溶酶體,已失去酶活性,僅留未消化的殘渣。
2.異常和短壽蛋白質在蛋白酶體通過需要ATP的泛素途徑降解
依賴ATP
降解異常蛋白和短壽命蛋白泛素(ubiquitin)76個氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名一級結構高度保守(1)泛素化使蛋白質貼上了被降解的標簽泛素與選擇性被降解蛋白質形成共價連接,并使其激活。(2)泛素化的蛋白質在蛋白酶體降解
泛素介導的蛋白質降解過程蛋白酶體對泛素化蛋白質的降解。泛素化過程E1:泛素活化酶E2:泛素結合酶E3:泛素蛋白連接酶泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPi泛素COS
E1HS-E2HS-E1泛素COSE2泛素COSE1被降解蛋白質HS-E2泛素COSE2泛素CNH被降解蛋白質OE3α-亞基β-亞基
β-亞基α-亞基核心顆粒調節顆粒調節顆粒蛋白酶體是一個26S蛋白質復合物,由20S的核心顆粒(coreparticle,CP)和19S的調節顆粒(regulatoryparticle,RP)組成蛋白酶體門催化部位門蛋白酶體的核心顆粒是由4個環——2個α環和2個β環組成的圓柱體,每個α環由7個α類型的亞基組成,它們位于圓柱體的頂端。每個β環由7個β類型的亞基組成,它們位于圓柱體的中央。蛋白酶體核心顆粒三、營養非必需氨基酸可在體內通過不同途徑合成(一)α-酮戊二酸還原氨化生成谷氨酸H2ONH4+α-酮戊二酸L-谷氨酸(二)丙酮酸和草酰乙酸通過轉氨基作用生成丙氨酸和天冬氨酸丙酮酸轉氨酶丙氨酸谷氨酸或天冬氨酸α-酮戊二酸或草酰乙酸(三)谷氨酰胺合成酶利用谷氨酸和游離氨合成谷氨酰胺L-谷氨酰胺L-谷氨酸NH4+Mg-ATPMg-ADP+PiNH3+NH3+(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-天冬氨酸天冬酰胺合成酶NH3+NH3+GlnGluMg-ATPMg-AMP+PPi(五)利用3-磷酸甘油酸合成絲氨酸轉氨酶NH3+NH3+NAD+NADH+H+L-絲氨酸磷酸羥基丙酮酸磷酸-L-絲氨酸D-3-磷酸甘油醛
α-KA
α-AAH2OPi(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-γ-半縮醛Δ2-吡咯-5-羧酸H2ONADH+H+NADH+H+NAD+NAD+H2ONH3+NH2+NH+H3N+(八)甲硫氨酸分解代謝過程可產生半胱氨酸NH3+NH3+NH3+NH3+NH3+NH3+H2OH2OL-絲氨酸L-同型半胱氨酸L-半胱氨酸L-同型絲氨酸胱硫醚(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-丙氨酸L-酪氨酸NADP+NADPH+H+酶II酶IO2H2OCH2–CH–COO-CH2–CH–COO-NH3+NH3+HO(十)組氨酸和精氨酸是營養性半必需氨基酸組氨酸(histidine)和精氨酸(arginine)都是營養半必需氨基酸,當組氨酸短期缺乏時,成年人和成年大鼠能夠維持氮平衡,而正在生長的動物需要食物中的組氨酸,假如延長研究時間,成年人也需要補充組氨酸。第三節
氨基酸氮的代謝
CatabolismofAminoAcidNitrogen一、脫氨基是氨基酸分解代謝的起始反應轉氨基作用(transamination):在轉氨酶(transaminase)的作用下,某一氨基酸去掉α-氨基生成相應的α-酮酸,而另一種α-酮酸得到此氨基生成相應的氨基酸的過程。(一)待分解的氨基酸經轉氨酶作用移去α-氨基
反應式大多數氨基酸可參與轉氨基作用,但賴氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸除外
轉氨酶又稱氨基轉移酶(aminotransferase)體內存在多種轉氨酶,不同氨基酸與α-酮酸之間的轉氨基作用只能由專一的轉氨酶催化。體內有兩種重要的轉氨酶:谷氨酸轉氨酶
谷-丙轉氨酶(glutamate-pyruvatetransaminase,GPT或ALT)
谷-草轉氨酶(glutamate-oxaloacetatetransaminase,GOT或AST).丙氨酸轉氨酶
轉氨酶
正常人各組織GOT及GPT活性(單位/克濕組織)血清轉氨酶活性,臨床上可作為疾病診斷和預后的指標之一。(二)所有的轉氨酶均有相同的輔基和相同的作用機制轉氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛氨基酸
磷酸吡哆醛α-酮酸
磷酸吡哆胺谷氨酸α-酮戊二酸轉氨酶目錄轉氨基作用不僅是體內多數氨基酸脫氨基的重要方式,也是機體合成非必需氨基酸的重要途徑。通過此種方式并未產生游離的氨。轉氨基作用的生理意義
聯合脫氨基轉氨基和氧化脫氨基偶聯轉氨基和嘌呤核苷酸循環偶聯(三)聯合脫氨基作用將氨基最終從氨基酸除去并產生氨存在于肝、腦、腎中輔酶為
NAD+或NADP+GTP、ATP為其抑制劑GDP、ADP為其激活劑催化酶:
L-谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O(glutamatedehydrogenase)
谷氨酸脫氫酶催化L-谷氨酸氧化脫氨基轉氨基作用和谷氨酸氧化脫氨的結合被稱為轉氨脫氨作用(transdeamination),又稱聯合脫氨作用。轉氨基偶聯氧化脫氨基作用氨基酸
谷氨酸
α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+轉氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脫氫酶此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式,也是體內合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、腎組織進行。
轉氨基偶聯嘌呤核苷酸循環蘋果酸
腺苷酸代琥珀酸次黃嘌呤核苷酸
(IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶α-酮戊二酸氨基酸
谷氨酸α-酮酸轉氨酶1草酰乙酸天冬氨酸轉氨酶
2腺苷酸脫氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)此種方式主要在肌肉組織進行二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺形式轉運正常情況下,血氨水平在47~65μmol/L氨是以無毒丙氨酸及谷氨酰胺兩種形式經血液轉運。運輸到肝合成尿素,或運至腎以銨鹽的形式排出。(一)丙氨酸-葡萄糖循環將氨從肌肉運輸到肝反應過程生理意義①肌肉中氨以無毒的丙氨酸形式運輸到肝。②肝為肌肉提供葡萄糖。丙氨酸-葡萄糖循環(alanine-glucosecycle)丙氨酸葡萄糖
肌肉蛋白質氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解途徑肌肉丙氨酸血液丙氨酸葡萄糖α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循環糖異生肝丙氨酸-葡萄糖循環葡萄糖目錄(二)谷氨酰胺是運輸氨的重要分子
反應過程在腦、肌肉合成谷氨酰胺,運輸到肝和腎后再分解為氨和谷氨酸,從而進行解毒。生理意義谷氨酰胺是氨的解毒產物,也是氨的儲存及運輸形式。谷氨酰胺谷氨酸AspAsnH2ONH3天冬酰胺酶白血病細胞不能臨床上用此酶分解血的Asn治療白血病COOHCH2CHNH2COOHCONH2CH2CHNH2COOH三、肝合成尿素是機體排泄氨的主要方式①在肝內合成尿素,這是最主要的去路②合成非必需氨基酸及其他含氮化合物③合成谷氨酰胺
谷氨酸+NH3谷氨酰胺
谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi④腎小管泌氨分泌的NH3在酸性條件下生成NH4+,隨尿排出體內氨的去路(一)在肝進行的鳥氨酸循環合成尿素——主要在肝細胞的線粒體及胞液中尿素生成的過程由HansKrebs和KurtHenseleit提出,稱為鳥氨酸循環(orinithinecycle),又稱尿素循環(ureacycle)或Krebs-Henseleit循環。
CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(N-乙酰谷氨酸,Mg2+)COH2NO
~
PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸反應在線粒體中進行1.CO2、氨和ATP縮合形成氨基甲酰磷酸反應由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)催化N-乙酰谷氨酸為其激活劑,反應消耗2分子ATPN-乙酰谷氨酸(AGA)鳥氨酸氨基甲酰轉移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸2.氨基甲酰磷酸與鳥氨酸反應生成瓜氨酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鳥氨酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3由鳥氨酸氨基甲酰轉移酶(ornithinecarbamoyltransferase,OCT)催化反應在線粒體中進行,瓜氨酸生成后進入胞液。線粒體內膜存在一種堿性氨基酸轉運蛋白,將瓜氨酸向線粒體外轉運,同時將鳥氨酸向線粒體內轉運。3.瓜氨酸與天冬氨酸反應生成精氨酸代琥珀酸反應在胞液中進行
精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸4.精氨酸代琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸反應在胞液中進行5.精氨酸裂解釋放出尿素并再形成鳥氨酸
鳥氨酸循環2ADP+PiCO2+NH3
+H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鳥氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸蘋果酸α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi鳥氨酸尿素線粒體胞液目錄反應小結原料:2分子氨,一個來自于游離氨,另一個來自天冬氨酸,但都是各種氨基酸分解代謝過程中所脫掉的氨基。
過程:先在線粒體中進行,再在胞液中進行。耗能:3個ATP,4個高能磷酸鍵,尿素合成過程不可逆
。(二)尿素合成受膳食蛋白質和兩個調節酶活性的調節食物蛋白的攝入量影響尿素的合成
高蛋白質膳食增加體內氨基酸的量,體內分解代謝的氨基酸多,因而增加尿素合成。
2.N-乙酰谷氨酸別位激活氨基甲酰磷酸合酶Ⅰ啟動尿素合成
3.精氨酸代琥珀酸合酶活性促進尿素合成AGA、谷氨酸為其激活劑1.血氨來源氨基酸脫氨基作用和胺類的分解均可以產生氨(產生的氨主要以谷氨酰胺和丙氨酸的形式在血液中運輸,正常情況下并不會增加血液中游離氨的濃度)RCH2NH2RCHO+NH3胺氧化酶(三)尿素合成障礙引起高血氨癥和氨中毒
腸道細菌腐敗作用產生氨氨基酸在腸道細菌作用下產生的氨尿素經腸道細菌尿素酶水解產生的氨臨床上對高血氨病人采用弱酸性透析液作結腸透析,而禁止用堿性的肥皂水灌腸,就是為了減少氨的吸收。腎小管上皮細胞分泌的氨主要來自谷氨酰胺
谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺酶酸性尿有利于腎小管細胞中的氨擴散入尿,但堿性尿則妨礙腎小管細胞中的NH3的分泌。血氨濃度升高稱高氨血癥(hyperammonemia),常見于肝功能嚴重損傷時,尿素合成酶的遺傳缺陷也可導致高氨血癥。高氨血癥時可引起腦功能障礙,稱氨中毒(ammoniapoisoning)。2.尿素合成障礙可導致高血氨癥遺傳性缺陷導致高氨血癥1型血氨過多癥,氨基甲酰磷酸合酶I缺陷引起。
2型血氨過多癥,因鳥氨酸氨基甲酰轉移酶缺失所致。瓜氨酸血癥,精氨酸代琥珀酸合酶活性缺失或活性極低。精氨酸代琥珀酸尿癥,精氨酸代琥珀酸裂解酶缺失。高精氨酸血癥,紅細胞精氨酸酶的水平降低。TAC↓
腦供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3
腦內α-酮戊二酸↓3.血氨濃度過高可導致氨中毒①高血氨可減少腦內α-酮戊二酸,導致能量代謝障礙。②腦星狀細胞內谷氨酰胺增多,可導致水分滲入細胞,引起腦水腫。③谷氨酸以及由谷氨酸產生的γ-氨基丁酸都是主要的信號分子。過多谷氨酸用于合成谷氨酰胺,可導致腦內谷氨酸和γ-氨基丁酸減少,影響腦的功能。第四節
氨基酸碳鏈骨架的代謝CatabolismoftheCarbonSkeletonsofAminoAcids一、α-酮酸(α-ketoacid)經氨基化生成非必需氨基酸氨基酸經脫氨基作用生成的α-酮酸并不一定進入分解代謝,而是重新氨基化,形成原來的氨基酸,或經過一個循環反應過程后,重新形成原來的氨基酸。分解產生乙酰CoA和乙酰乙酸的氨基酸即為生酮氨基酸(ketogenicaminoacid)。產生丙酮酸和三羧酸循環中間物的氨基酸即為生糖氨基酸(glucogenicaminoacid)。氨基酸分解后可產生兩個產物分子,分別轉變成葡萄糖和酮體,因而屬于生糖兼生酮氨基酸(glucogenicandketogenicaminoacid)。二、氨基酸脫氨基后的碳鏈骨架可轉變成糖或酮體琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸檸檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸絲氨酸蘇氨酸色氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸甲硫氨酸絲氨酸蘇氨酸纈氨酸酮體亮氨酸賴氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸谷氨酰胺組氨酸纈氨酸CO2CO2氨基酸分解代謝產生用于合成葡萄糖和酮體的材料
TCA循環目錄氨基酸經脫氨基產生α-酮酸在體內可通過TAC和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2,同時生成ATP。三、氨基酸脫氨基后的碳鏈骨架可徹底氧化分解供能
丙酮酸
可進入線粒體氧化產生乙酰CoA,進入三羧酸循環而徹底氧化酮體
可直接分解產生乙酰CoA
三羧酸循環的中間產物
通過三羧酸循環中的反應轉變成蘋果酸,運輸到線粒體外,在胞質內依次轉變成草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸,然后進入線粒體徹底氧化氨基酸分解代謝的中間產物主要有3類:一般在下列3種代謝狀況下,氨基酸才氧化降解:①細胞的蛋白質進行正常的合成和降解時,蛋白質合成并不需要蛋白質降解釋放出的某些氨基酸,這些氨基酸會進行氧化分解。②食品富含蛋白質,消化產生的氨基酸超過了蛋白質合成的需要,由于氨基酸不能在體內儲存,過量的氨基酸在體內被氧化降解。③機體處于饑餓狀態或未控制的糖尿病狀態時,機體不能利用或不能合適地利用糖作為能源,細胞的蛋白質被用做重要的能源。第五節
氨基酸代謝轉換產生的特殊產物ConversionofAminoAcidstoSpecialProducts
一、機體利用某些氨基酸產生具有生物活性的胺類化合物(一)脫羧基(decarboxylation)作用將氨基酸轉變成胺類化合物氨基酸脫羧酶(decarboxylase)氨基酸胺類RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛RCH2NH2RCHORCOOH醛胺單胺氧化酶羧酸NH3H2O2+H2OO2+胺類是體內重要的生物活性物質,在參與特定的生理反應之后,胺類物質可通過生物轉化作用而被分解。1.谷氨酸脫羧生成γ-氨基丁酸
L-谷氨酸GABACO2L-谷氨酸脫羧酶GABA是抑制性神經遞質,其作用是抑制突觸傳導
γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA)(二)氨基酸脫羧基(decarboxylation)可產生重要的生物活性物質腦、腎2.組氨酸脫羧生成組胺L-組氨酸組胺組氨酸脫羧酶CO2組胺是強烈的血管舒張劑,可增加毛細血管的通透性,還可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。組胺(histamine)3.色氨酸經5-羥色氨酸生成5-羥色胺色氨酸5-羥色氨酸5-HT色氨酸羥化酶5-羥色氨酸脫羧酶CO25-HT在腦內作為神經遞質,起抑制作用;在外周組織有收縮血管的作用。5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)4.精氨酸和甲硫氨酸可合成多胺類物質
鳥氨酸腐胺
S-腺苷甲硫氨酸
(SAM)脫羧基SAM
鳥氨酸脫羧酶CO2SAM脫羧酶CO2精脒(spermidine)丙胺轉移酶5'-甲基-硫-腺苷丙胺轉移酶
精胺(spermine)多胺(polyamines)是調節細胞生長的重要物質。在生長旺盛的組織(如胚胎、再生肝、腫瘤組織)含量較高,其調節酶鳥氨酸脫羧酶活性較強。精氨酸精氨酸酶二、分解氨基酸獲得一碳單位定義
某些氨基酸代謝過程中產生的只含有一個碳原子的基團,稱為一碳單位(onecarbonunit)。
(一)一碳單位是由四氫葉酸轉運的分子結構成分甲基
(methyl)-CH3甲烯基
(methylene)-CH2-甲炔基
(methenyl)-CH=甲酰基
(formyl)-CHO亞胺甲基
(formimino)-CH=NH
種類FH4的生成FFH2FH4FH2還原酶FH2還原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+
四氫葉酸是一碳單位的載體(二)一碳單位主要經氨基酸分解而獲得1.一碳單位從幾種氨基酸分解過程中產生絲氨酸甘氨酸
色氨酸組氨酸FH4攜帶一碳單位的形式
(一碳單位通常是結合在FH4分子的N5、N10位上)N5—CH3—FH4N5、N10—CH2—FH4N5、N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH42.一碳單位的互相轉變N10—CHO—FH4N5,N10=CH—FH4N5,N10—CH2—FH4N5—CH3—FH4N5—CH=NH—FH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸三種含硫氨基酸三、含硫氨基酸可產生重要的化學修飾基團1.S-腺苷甲硫氨酸是甲基的直接供體腺苷轉移酶PPi+Pi+甲硫氨酸ATPS-腺苷甲硫氨酸(SAM)(一)甲硫氨酸是甲基轉移的中間載體甲基轉移酶RHRH—CH3腺苷SAMS-腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM為體內甲基的直接供體修飾DNA的結構而控制基因表達修飾非營養物質而使之失活合成反應中通過加甲基而生成膽堿、肌酸、肉堿以及腎上腺素等生物活性物質S-腺苷甲硫氨酸在甲基轉移酶(methyltransferase)催化下,將甲基轉移至其他物質使其甲基化。2.甲硫氨酸轉甲基后可通過甲硫氨酸循環(methioninecycle)再生甲硫氨酸S-腺苷同型
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