12、Metabolism of Protein and Amino Acid

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1 12、Metabolism of Protein and Amino Acid
Part 1 Nutrition of Protein 一、Nitrogen Balance 正常成人pr分解代谢水平: 总400g：300g循环，100g消耗(产能排泄), 外源补充 Site： 组织内250g，消化道150g 成人分解pr主体：内源蛋白组织内分解

2 氨基酸的转化 组织蛋白质 食物蛋白质 氨基酸代谢库 其他含氮化合物 (purine,pyrimide) CO2 胺类 α- 酮酸 NH3
合成 分解 消化吸收 氨基酸代谢库 (metabolic pool) 转变 脱羧基作用 合成 脱氨基作用 其他含氮化合物 (purine,pyrimide) CO2 胺类 α- 酮酸 NH3 酮体 糖 氧化供能 尿素

3 Substance with nitrogen
Protein from food Synthesis in vivo Protein in vivo Resource 氨基酸代谢库Amino acid pool NH3 CO2 Fate Ammonia α-Ketoacid Amines （胺） Glucose Substance with nitrogen Urea Keto bodies Energy

4 In=Out In>Out In<Out 摄入氮量和排除氮量的关系 All Nitrogen Balance－
摄入氮量＝排除氮量 Positive Nitrogen Balance－ 摄入氮量>排除氮量 Negative Nitrogen Balance－ 摄入氮量<排除氮量 In=Out In>Out In<Out

5 二、Essential ,Non-Essential
and Semi-Essential Amino Acid Essential Amino Acids 8 EAA- Lys Trp Val Leu Ile Thr Met Phe Two SEAA- His Arg

6 “High Quality” Protein
*

7 羧肽酶(Carboxypeptidase) 氨肽酶(Aminopeptidase)
常见蛋白酶: Trypsin Chymotrypsin Pepsin 嗜热菌蛋白酶(Thermolysin) 羧肽酶(Carboxypeptidase) 氨肽酶(Aminopeptidase)

8 消化道内几种蛋白酶的专一性 氨肽酶 羧肽酶 （Phe.Tyr.Trp） （Arg.Lys） （脂肪族） 胰凝乳蛋白酶 胃蛋白酶 弹性蛋白酶
胰蛋白酶 氨肽酶 （Phe. Trp）

9 水解位点 Trypsin：R1=Lys和Arg侧链（专一性较强，水解速度快）。R2=Pro 水解受抑

10 Chymotrypsin 糜蛋白酶 Peptide Chain 水解位点 R1=Phe, Trp,Tyr时 水解快; R1= Leu，Met 和His水解稍慢。 R2=Pro 水解受抑。

11 Pepsin胃蛋白酶 Pepsin：R1和R2＝Phe, Trp, Tyr; Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。
水解位点 Pepsin：R1和R2＝Phe, Trp, Tyr; Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。 R1=Pro 水解受抑

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13 Active Site E5-26 Trypsin Chymotrypsin Elastase cut at Lys, Arg
cut at Trp, Phe, Tyr cut at Ala, Gly O O –C–N–C–C–N– C NH3 + O O –C–N–C–C–N– C O O –C–N–C–C–N– CH3 Deep and negatively charged pocket Ser 蛋白脢家族以其專一性區來辨識基質種類，基質的特性決定辨識區的構形。 Trypsin 有一個細長的專一性口袋，帶底還有一個 Asp 189，因此其基質都是 Lys 與 Arg 等帶有正電荷的長條胺基酸。 構形的確決定了很多蛋白質的功能與作用。 Shallow and non-polar pocket COO- C Asp Non-polar pocket Juang RH (2004) BCbasics E5-26

14 Thermolysin：R2=Phe, Trp, Tyr; Leu，Ile, Met以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。
嗜热菌蛋白酶 水解位点 Thermolysin：R2=Phe, Trp, Tyr; Leu，Ile, Met以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。 R2=Pro或Gly 水解受抑。 R1或R3=Pro 水解受抑。

15 谷氨酸蛋白酶： R1=Glu、Asp(磷酸缓冲液); R1=Glu (磷酸缓冲液或醋酸缓冲液)
谷氨酸蛋白酶和精氨酸蛋白酶 水解位点 谷氨酸蛋白酶： R1=Glu、Asp(磷酸缓冲液); R1=Glu (磷酸缓冲液或醋酸缓冲液) 精氨酸蛋白酶： R1=Arg

16 Trypsin、Chymotypsin、 Elastase
Part 2 Degradation, Absorption， Putrefaction and Detoxification of Proteins 只能成为Free Aa，少量二肽，三肽才能吸收。 （一）Degradation(分解，消化) Trypsin、Chymotypsin、 Elastase Pepsin peptide fragment Food Pr Duodenum (十二指肠) Stomach(胃) Carboxypeptidase B、A Small peptides (十二指肠)

17 Papain, Bromelain（菠萝蛋白酶） Ficin （无花果蛋白酶）etc in Plant
Aminopeptidase Aa,Bipeptide and tripeptide etc Oligo-peptides Dipeptidase,Tripeptidase (消化道各种酶的协同作用产生) Free Aa (肠粘膜细胞) Papain, Bromelain（菠萝蛋白酶） Ficin （无花果蛋白酶）etc in Plant

18 and Transformation （二）Absorption of Amino Acid ② 其它转运方式:
① Free Aa进入Cell主要方式：主动转运，需 Na+、ATP 及Carrier，转运与Na+同步进行。 ② 其它转运方式: r-Glutamyl cycle (r-谷氨酰循环)，快速转运1Aa消耗3ATP，与GSH谢有关。 ③ 膜上亦有二肽，三肽转运载体蛋白，需ATP, Na+, 二、三肽入小肠粘膜细胞内再分解为Aa

19 蛋白质的吸收 K+-ATPase Aa 外 膜 内 Aa 氨基酸进入组织细胞的需钠主动转运机制 Na+ K+ Na+ 载体蛋白质
ADP+Pi K+ Na+ Na+ Aa 氨基酸进入组织细胞的需钠主动转运机制

20 -谷氨酰循环 细胞内 细胞膜 细 胞 外 -谷氨酰 氨基酸 -谷 氨酰 基转 移酶 | -谷氨酸 环化酶 AA 5-氧脯氨酸
半胱氨酰甘氨酸 甘氨酸 半胱氨酸 肽酶 ATP 5-氧脯 氨酸酶 ATP 谷胱 甘肽 -谷氨酰 半胱氨酸 合成酶 谷氨酸 ADP+Pi ATP ADP+Pi -谷氨酰 半胱氨酸 ADP+Pi 谷胱甘肽 合成酶

21 经消化吸收的Aa进入细胞后，主要有3 fate： ① 合成新蛋白质 ② 产生许多重要生物分子的前体，如H，pu, py, V…，或分解成其它代谢产物排除体外 ③ 过多则产能，4千卡/g(糖4千卡/g，脂9千卡/g)

22 氨基酸代谢概况 食物蛋白质 体蛋白 氨基酸 特殊途径 生物固氮硝酸还原 激素 卟啉 NH4+ -酮酸 CO2 胺 嘧啶 嘌呤 NH3
（次生物质代谢） 体蛋白 氨基酸 特殊途径 生物固氮硝酸还原 激素 卟啉 NH4+ -酮酸 CO2 胺 嘧啶 嘌呤 NH3 糖及其代谢中间产物 脂肪及其代谢中间产物 鸟氨酸循环 尼克酰氨衍生物 SO4 2 - TCA 肌酸胺 NH4+ 尿素 尿酸 H2O CO2

23 （腐败作用） Putrefaction of Protein
大肠中细菌分解产生胺、脂肪酸、醇、酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢、甲烷、氨、二氧化碳、维生素等的作用。 脂肪酸、维生素等有利于机体的物质被重新吸收。 吲哚、甲基吲哚等有毒物质经过生理解毒作用而排除体外。

24 腐败产物大多有毒,大部分可直接排除体外,少数由肝脏酶作用而解毒后,排除体外。
physiological detoxification （解毒） 腐败产物大多有毒,大部分可直接排除体外,少数由肝脏酶作用而解毒后,排除体外。 detoxification ways: ◇Oxidative detoxification (Specific enzyme) ◇Conjugated detoxification (毒素+无毒物)

25 Part 3 Common Metabolism of Aa
一、 Deamination of AA Aa失去－NH2的作用称为脱氨基作用 ◆ Oxidative Deamination ◆ Transamination ◆ 联合脱氨（Transdeamination) ◆ Nonoxidative deamination

26 ★ Oxidative Deamination
-AA在酶作用下，氧化成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。 反应通式： H NH2 R-C-COOH - AA oxidase R-C-COOH +H2O2+NH3 +O2+H2O O H NH2 R-C-COOH - AA oxidase H2O R-C-COO- R-C-COOH + NH3 NH2 FP FPH2 O FPH2+O2 FP+H2O2

27 1、 FAD or FMN为辅酶或辅基的脱氢酶类
（黄素酶） 受氢体不同分为2类： ⑴需氧黄（素）酶（Aerobic flavoenzyme） 氧为直接受氢体，2H＋O H2O2 S-2H FMN or FAD H2O2 S FMNH2 or FADH O2 （已氧化代谢物） e.g. Amino acid oxidase or Amino acid DHase 2H ---- 需氧黄酶 ---- 2H

28 不是氧为直接受氢体，催化底物脱下的氢先传给中间传递体，再传给分子氧而生成水。
⑵不需氧黄酶（Anaerobic flavoenzyme） 不是氧为直接受氢体，催化底物脱下的氢先传给中间传递体，再传给分子氧而生成水。 S-2H FMN or FAD 传递体-2H ½ O2 S FMNH 传递体 H2O or FADH2 e.g. Succinate DHase[琥珀酸脱氢酶]（FAD） Acyl CoA DHase[脂肪酰CoA脱氢酶]（FAD) 2H ---- 2H ---- 不需氧黄酶 2H ----

29 2、NAD or NADP为辅酶的脱氢酶 （不需氧脱氢酶） S-2H NAD+ or NADP+ 传递体-2H ½ O2
S NADH+H+ or 传递体 H2O NADPH+H+ 2H ---- 2H ---- 不需氧脱氢酶 2H ----

30 AA氧化酶的种类 L-AA oxidase:催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。 D-AA oxidase:体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。 L-Glu DHase:专一性强，分布广泛(动、植、微生物)，活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。 +NAD(P)H+NH3 CH2 - COOH CHNH2 +NAD(P)++H2O 谷氨酸 脱氢酶 ATP GTP NADH变构抑制 ADP GDP变构激活 C=O 体内（正） 体外（逆）

31 转氨基作用或氨基移换作用 α-氨基酸1 转氨酶 R1-CH-COO- R2-C-COO- NH+3 O || R2-CH-COO-
转氨酶催化下， α-氨基酸氨基转移到α-酮酸的酮基碳原子上，原α-氨基酸生成相应α-酮酸，而α-酮酸则形成相应的α-氨基酸 α-氨基酸1 R1-CH-COO- NH+3 | R2-C-COO- O || α-酮酸2 α-酮酸1 R1-C-COO- O || R2-CH-COO- NH+3 | α-氨基酸2 转氨酶 （辅酶：磷酸吡哆醛）

32 ★Transamination[转氨作用]
α-Aa与α-ketoacid之间-NH2转移作用，一种脱氨形式。 Glu Pyruvate GPT[谷丙转氨酶] α-ketoglutarate （α-kG） Ala

33 吡哆素和磷酸吡哆素 磷酸吡哆素: ①磷酸吡哆醛（pyridoxal phosphate,PLP）
②磷酸吡哆胺（pyridoxamine phosphate ,PMP）。 磷酸吡哆素是转氨酶、脱羧酶、消旋酶的辅酶，转氨酶通过磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺的相互转换，起转移氨基的作用

34 吡哆醇 吡哆醛 吡哆胺 ATP ADP ATP ADP ATP ADP 磷酸吡哆胺 磷酸吡哆醇 磷酸吡哆醛 吡哆醇氧化酶 吡哆胺转氨酶 激酶
磷酸吡哆胺转氨酶 磷酸吡哆醇 氧化酶 磷酸吡哆胺 磷酸吡哆醇 磷酸吡哆醛

35 ① 13种转氨酶，特异性不清楚 ②大多数Transaminase都需要α-ketoglutarate或Glu, 即对Glu专一，而对另一Aa无专一性。最重要：GPT， GOT(谷草转氨酶） Glu-Leu，Glu-Tyr…等 ③都以P－吡哆醛(PLP)为辅酶 ④转氨作用不仅可使Aa脱氨，而且-NH2转运， 血糖维持上起重要调节作用。

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40 Transaminations Glutamate-Pyruvate Aminotransferase Gln α-KG + +
Pyruvate Ala Glu α-KG OAA Asp (GPT in liver) Glutamate-Oxaloacetate Aminotransferase (GOT in muscle)

41 意义： 转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。 *通过此种方式并未产生游离的氨-氨基转运
Not all amino acids undergo transamination： Thr, Pro, lys

42 联合脱氨基作用 （1）概念 （2）类型 转氨基作用和 氧化脱氨基作 用联合进行的 脱氨基作用方 式。 a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联
b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联

43 ★ Transdeamination 联合脱氨（转氨+脱氢脱氨） （ 动物组织主要采取的方式） 指转氨＋氧化脱氨－联合作用，使Aa脱氨的过程。 有两种形式： L-Glu DHase为中心的联合脱氨 Purine nucleotide Cycle [嘌呤核苷酸循环]

44 1.转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联 α-酮戊二酸 谷氨酸 NH3+NADH+H+ 氨基酸 α-酮酸 H2O+NAD+ L-谷氨酸脱氢酶
* 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也为体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。

45 1. 以L-Glu DHase为中心的联合脱氨 由于转氨并不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基和氧化脱氨联合在一起才能迅速脱氨。 氨基的常规受体 + Aminotransferase L-Glu DHase 或NADP＋ 思考题：在饥饿状态下，此途径如何运转？

46 联合脱氨基作用的特点 1. 转氨基与氧化脱氨基作用偶联 2. 产生 NH3 3. 合成非必需氨基酸的重要途径 4. 肝、肾、脑中最活跃

47 肌、肝中主要靠此Cycle ，脑中50％的NH3。
2、Purine nucleotide cycle 嘌呤核苷酸循环 特点： 肌、肝中主要靠此Cycle ，脑中50％的NH3。

48 转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 天冬氨酸 草酰乙酸 延胡索酸 苹果酸 此种方式主要在肌肉组织进行 N HN R-5`-P O 次黄嘌呤
(IMP) H ∣ C COOH CH2 HOOC 腺苷酸 代琥珀酸 腺苷酸代琥 珀酸合成酶 α-酮戊 二酸 氨基酸 谷氨酸 α-酮酸 转氨酶 1 腺苷酸 脱氨酶 H2O NH3 草酰乙酸 天冬氨酸 转氨酶 2 延胡索酸 N R-5`-P NH2 腺嘌呤 核苷酸 (AMP) 苹果酸 此种方式主要在肌肉组织进行

49 NH3 NH2 NH2 Asp α-AA α-KG NH2 GOT AMP Glu NH2 NH2 IMP 腺苷酸代 琥珀酸 H2O GPT
腺苷酸脱氨酶 H2O 腺苷酸代 琥珀酸 NH2 GPT GOT AMP Glu Fumarate NH2 α-Keto acid OAA NH2 Malate

50 嘌呤核苷酸循环联合脱氨（1） 氨基酸 -酮戊二酸 天冬氨酸 -酮酸 GOT GPT 谷氨酸 草酰乙酸

51 嘌呤核苷酸循环联合脱氨（2） NH3 GTP GOT 天冬氨酸 IMP 草酰乙酸 H2O 苹果酸 延胡索酸 AMP 腺苷酸代琥 珀酸合成酶
腺苷酸代琥珀酸 AMP

52 ★氨基酸的脱酰胺作用 CH2 - CONH2 CHNH3+ COO- CH2 - COO- CHNH3+ Glutaminase +NH3
两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。 CH2 - CONH2 CHNH3+ COO- CH2 - COO- CHNH3+ 谷氨酰胺酶 Glutaminase +NH3 + H2O CONH2 CH2 - COO- CHNH3+ 天冬酰胺酶 Asparaginase - CH2 +H2O +NH3 - CHNH3+ - COO- 中性Gln是体内－NH2贮存、运送的重要形式，它不仅为pr, py, pu等合成提供－NH2，而且是解除氨毒性的重要方式。

53 ★Nonoxidative deamination （多在微生物中）
包括： Direct deamination Dehydrated deamination; Desulfurated hydrogen deamination Hydrolyze deamination Reducing deamination.

54 -联合脱氨！！！ a、Oxidative Deamination活力低，分布不广。 体内主要途径是?? 综上所述： 除Gly、Glu外
b、Nonoxidative deamination(脱水、脱－SH，水解，还原，氧还)主要见于微生物 c、Glu DHase活力高，但主要催化肝内Glu合成 d、转氨活性高, 分布广, 但不能最后脱下－NH2 体内主要途径是?? -联合脱氨！！！

55 小 结 脱氨基作用 1. 氧化脱氨 2.非氧化脱氨 3.氨基酸的脱酰胺作用（重点） 4.转氨基作用 5.联合脱氨基（两个内容,重点）

56 二、Decarboxylation脱 羧 基 作 用
专一性强 AA 胺类化合物 脱羧酶 （PLP） 胺类化合物 R1 COOH H-C-NH2 - H R2 O=C - R1 COOH H-C-N= C - H R2 ︱ + + H2O ︱ ︱ 醛亚胺 PLP CO2 H2O R1 H H-C-NH2 - H R2 O=C - R1 H H-C-N= C - R2 + 一级胺 PLP

57 1、Aa decarboxylation是正常代谢途径，但不是主要途
径，脱羧后形成一级胺类。 R-NH2CH2-COOH R-CH2-NH2 + CO2 2 、除His外，脱羧酶皆以P－吡哆醛为Coenzyme 以P－吡哆醛为辅酶的还有：转氨酶、脱水酶、脱-SH酶、D-Aa消旋酶 3、酶专一性很强，绝对专一。人体内无Gly、Ala、Thr、Pro、Hyp脱羧酶 4 、一级胺去路 (命运)如下： 脱羧酶（磷酸吡哆醛)

58 a. R-CH2-NH2 + O2 + H2O NH3+H2O2 R-CHO R-COOH Metabolism of Lipid 一级胺
胺氧化酶 （解毒过程） NH3+H2O2 R-CHO R-COOH Metabolism of Lipid

59 b. 用作药理作用物（用完必须尽快分解） Glu——γ氨基丁酸，作为神经递质 His——组胺，具有降压作用 Tyr——酪胺，具有升压功效 Lys——尸胺 Orn——腐胺 Trp——甲基色胺－粪臭素 Trp——5-OH-色胺，具有血管收缩作用 Phe——苯胺——苯胺衍生物 腐败－微生物作用产生大量胺化物

60 Part 4 Metabolism of Deamination Product of AA Products: α-ketoacid Ammonium（NH3）

61 一、Metabolism of Ammonia
合成新pr重新利用NH3，余大量 NH3 如不能 尽快清除而在细胞内积累，将会引起“氨中毒”：大量NH3与α-ketoglutarate 结合，而使Krebs cycle的中间物损耗过量，体内氧化过程减慢，大脑缺能所致。 血中NH3含量0.5mg% , > 1mg%即中毒昏迷。

62 各种生物排NH3方式： Urea(尿素，脲) 水生动物：排Ammonium 陆生（人和其它哺乳动物）：排 鸟类、爬行类：排
Uric acid 植物：不排放，以Asn、Gln形式回收利用，贮存。

63 Resource of ammonia (Human and Animal) ① Aa经脱氨作用和胺的分解产生； ② 肠道细菌分解Aa产生； ③ 肾上皮细胞，由Gln分解而来。

64 氨的转运（氨以Ala 和Gln 2种形式运输）
1、Ala-Glc Cycle，氨运入肝脏 Aa + Pyruvate (Muscle) Ala 经血液 循环 Liver,联合脱氨 Pyruvate Glc 血液循环 Muscle Pyruvate 再次转氨 NH3 糖异生

65 1.丙氨酸-葡萄糖循环 ( alanine-glucose cycle)
（肌肉中氨的主要输出形式，占70%） ⑴ 意义： ① 肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝 ② 肝为肌肉提供葡萄糖 ⑵ 过程：

66 Ala-Glc cycle | Urea NH3 Glc Glc NH3 NH3 -KG Glu Pyr Glu -KG Pyr Ala
Blood | Liver PROTEIN MUSCLE Muscle Urea NH3 Glc Glc AA NH3 NH3 -KG Glu Pyr Glu -KG Pyr Ala Ala Ala

67 一举两得 肌肉 血液 肝 葡萄糖 葡萄糖 尿素 NH3 丙酮酸 谷氨酸 丙氨酸 α-酮戊二酸 丙氨酸 丙氨酸-葡萄糖循环 肌肉 蛋白质 葡
糖异生 尿素循环 氨基酸 酵解途径 NH3 NH3 丙酮酸 谷氨酸 丙氨酸 α-酮戊二酸 谷氨酸 丙酮酸 丙氨酸 转氨酶 丙 氨 酸 酵解 丙酮酸 α-酮戊 二酸 糖异生 丙氨酸 肌肉 剧烈运动 糖原 脱氨 NH3 蛋白质分解产能

68 2.谷氨酰胺的运氨作用 （主要是脑、肌肉中氨的转运） ⑴ 过程： 临床上用谷氨酸盐 降低血氨 ⑵ 意义：
谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶 ATP ADP+Pi 谷氨酰胺酶 * 在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。 临床上用谷氨酸盐 降低血氨 ⑵ 意义： 谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。

69 2、Gln转运氨 Glu + NH3 Gln Gln Glu + NH3 谷氨酰胺合成酶 (Blood cycle) 谷氨酰胺酶
Glutamine synthetase 谷氨酰胺合成酶 （Brain,muscle etc) (Blood cycle) 谷氨酰胺酶 Glutaminase Glu + NH3 (Liver, kidney）

70 Excretion of ammonium 氨的排泄
1. NH3可用于Amino acid和Amine的合成以便储存和利用 2. 也作为废物排除体外，不同动物采取不同的排除形式。 人和其它哺乳动物以Urea形式排除体外，即所谓“Ornithine Cycle or Urea Cycle”，由系列酶的催化完成。

71 以Ammonium排出：NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）
以Urate排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。（陆生爬虫及鸟类） ：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物） 重新利用合成AA：合成酰胺（高等植物中）;嘧啶环的合成（核酸代谢） 1、氨的去路： 以UREA排出

72 P P P P 尿素循环（Ornithine Cycle，in liver） 1、Process（liver cell Mit） （Mit）
a. 氨甲酰－ 合成 P NH4+的活化 氨甲酰磷酸合成酶-I CO2 + NH4+ + H2O NH2-CO  P （Mit） 2ADP + Pi 2ATP 氨基甲酰磷酸合成酶II HCO3- + Gln NH2-CO  + Glu （Cytosol） P 2ATP 2ADP + Pi CTP b. 瓜氨酸(Cit)合成 NH2-CO +鸟氨酸（Orn） 瓜氨酸 Orn转氨甲酰基酶 P

73 2. Process in cytosol 瓜氨酸出Mit 精氨酰琥珀酸 Arg + Fumarate 瓜氨酸 + Asp 精氨酰琥珀酸
精氨酰琥珀酸合成酶 瓜氨酸 + Asp 精氨酰琥珀酸 ATP AMP + PPi 精氨酰琥珀酸裂合酶 Malate Arg,H2O OAA NH2-CO-NH2 鸟氨酸 (Urea) Asp

74 鸟氨酸循的全过程 Urea 氨基甲酰磷酸 NH3 + CO2 + H2O 鸟氨酸 瓜氨酸 线粒体 Asp 瓜氨酸 鸟氨酸 H2O -KG
2ATP 2ADP+ Pi N-乙酰谷氨酸 氨基甲酰磷酸 NH3 + CO2 + H2O 鸟氨酸 Pi 瓜氨酸 线粒体 鸟氨酸循的全过程 Asp 瓜氨酸 Urea 鸟氨酸 H2O -KG ATP AMP+PPi Glu AA -酮酸 精氨酸代琥珀酸 胞液 OAA 精氨酸 Fumarate Malate

75 尿素循环 1 2 3 5 4 线粒体 O H2N-C- 2ADP+Pi 氨甲酰磷酸 谷氨酸 谷氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸 氨基酸 氨基酸 瓜氨酸
2ATP+CO2+NH3+H2O 2ADP+Pi 氨甲酰磷酸 -酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酸 2 鸟氨酸 -酮戊二酸 瓜氨酸 氨基酸 -酮戊二酸 氨基酸 瓜氨酸 鸟氨酸 谷氨酸 NH2-C-NH2 O 3 尿素循环 天冬氨酸 尿素 5 精氨琥珀酸 精氨酸 4 细胞溶液 延胡索酸

76 鸟氨酸循环 O NH2-C-NH2 氨基酸 谷氨酸 胞液 谷氨酸 尿素 鸟氨酸 H2O 鸟氨酸 氨甲酰磷酸 精氨酸 线粒体 延胡索酸 瓜氨酸
2ATP+CO2+NH3+H2O H2O 鸟氨酸 2ADP+Pi 氨甲酰磷酸 精氨酸 线粒体 延胡索酸 瓜氨酸 精氨琥珀酸 AMP+PPi 基质 瓜氨酸 ATP 天冬氨酸 -酮戊二酸 草酰乙酸 谷氨酸 氨基酸

77 尿素循环与柠檬酸循环的联系 Mit CO2＋NH4+ α－KG 瓜氨酸 Asp Glu 氨甲酰磷酸 OAA 精氨酸代琥珀酸 鸟氨酸
Malate Arg Fumarate Cycle Cytosol

78 （1）氨甲酰P供1分子NH2、Asp 供 1分子NH2，CO2提供1分子CO2 （2）Arg-琥珀酸合成需 1ATP（2 高能键）
每合成一个Urea循环一次，需： （1）氨甲酰P供1分子NH2、Asp 供 1分子NH2，CO2提供1分子CO2 （2）Arg-琥珀酸合成需 1ATP（2 高能键） （3）1分子urea入肾、尿排出 总耗能4高能键 （4）酶类 Mit：氨甲酰-P合成酶，2ATP，Orn转氨甲酰酶(Cit) Cyt：Arg-琥合成酶，耗2高能键 Arg-琥裂合酶 ，Arg酶(Arginase)，Asp 转氨酶 Glu脱氢酶 酶缺陷病人将NH3中毒：智力迟钝，神经发育停滞。 小儿忌pr，喂α-酮戊二酸及酮酸

79 •生理意义：体内氨的主要去路, 解氨毒的重要途径。
 CO2  2NH3（其中1分子来自于天冬氨酸*）  4ATP 限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶 总反应方程式： 2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O Urea + 2ADP + AMP + 2Pi +PPi •生理意义：体内氨的主要去路, 解氨毒的重要途径。 鱼类等水生，NH3 + Glu Gln（运出细胞） Glu+NH 水 鸟类，尿酸（uric acid）合成复杂，NA代谢中提到。

80 二、Metabolism of α-keto acid
脱羧骨架 FA metabolism（amine胺、aldehyde醛、acid酸） CO2－排出及合成新物质 NH3－合成New Aa，Protein and Urea 脱氨后的α－keto acid骨架： 20种不同keto acid分解方式不同，可以生糖或生酮。但最终都进TCA Cycle，按进入方式可分为6类。

81 1、生成Aa α－ keto acid NEAA(非必需氨基酸) 2、氧化成CO2和H2O
Pyruvate、OAA 、α-ketoglutarate TCA Cycle 3、转变为FA和Sugar Glucogenic Aa (All non-essential Aa，13/14) Ketogenic Aa (Lys ?, Leu) Glucogenic with Ketogenic Aa (Ile、Lys、Phe、Trp、Tyr，5）即 异赖3芳 如Ala、Ser、Cys也可形成AcCoA OAA， 生糖Aa和生酮Aa的界定并非严格 Amination

82

83 氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径 进入方式 2 进入方式 1 进入方式 3 苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸 丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸
丝氨酸 半胱氨酸 进入方式 1 异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸 葡萄糖 丙酮酸 磷酸烯醇式酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 进入方式 3 天冬氨酸天冬酰氨 草酰乙酸 苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 组氨酸 脯氨酸 延胡索酸 柠檬酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸 琥珀酰CoA -酮戊二酸 氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径

84 氨基酸、糖及脂肪代谢的联系 T A C 脂肪 糖 葡萄糖或糖原 甘油三酯 α-磷酸甘油 脂肪酸 磷酸丙糖 PEP 丙氨酸 半胱氨酸 丝氨酸
苏氨酸 色氨酸 丙酮酸 乙酰乙酰CoA 酮体 异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸 乙酰CoA 亮氨酸 赖氨酸 酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 草酰乙酸 柠檬酸 天冬氨酸 天冬酰胺 T A C CO2 延胡索酸 α-酮戊二酸 谷氨酸 精氨酸 谷氨酰胺组氨酸 缬氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 琥珀酰CoA CO2 异亮氨酸 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸

85 Part 5 Catabolism of Amino Acids
一、One Carbon Group Metabolism 具一个C原子的基团称一C单位，体内一C单位包括： 甲基 －CH3 亚甲基 －CH2－（甲叉基，甲烯基） 次甲基 －CH＝（甲川基，甲炔基） 甲酰基 －HCO 亚氨甲基 －CH = NH（亚氨甲基） 羟甲基 －CH2OH 凡属一C单位的转移和转化都叫一C单位代谢 一C代谢与FH4，FH2，S－腺苷－Met有关

86 载体:THFA(F THFA)还原酶催化，NADPH2供氢
部位：N5 和 N10

87 一C单位供体Aa 一C单位除与Aa代谢有关外，还与Pu、Py合成，肾 上腺素、肌酸、胆碱、卵磷脂合成有关，生物学意义重要。
主要来源:苏、组、甘、 甲 、丝 (记住！！） 1、Gly 甲川FH4 （PuC8）；甲酰FH4（PuC2） 2、Thr 乙醛 + Gly 3、Ser 甲叉FH4 + Gly 4、His 亚氨甲基FH4；甲川FH4 5、Met S-腺苷-Met Met 是近50种物质的CH3供体，如肌酸、胆碱，肾上腺素等。失去的甲基由N5－CH3－FH4补充，供给。

88 二、Catabolism of Gly and Ser
TCA CYCLE PYRUVATE Ser Gly 甘氨酸代谢途径

89 三、 Catabolism of Met ，CysH and Cys
Met S-腺苷 Met S-腺苷同型Cys 同型Cys (高Cys) PPi + Pi ATP CH3 腺苷 FH4 N5-CH3-FH4 Propionyl CoA Succinyly CoA TCA CYCLE

90 游离Cys极少，CysH与Cys的代谢基本相同 。
Cys Pyruvate + NH3 H2SO4 3-磷酸腺苷－5－磷酸硫酸 （活性硫酸根） 牛黄酸 Other Metabolism

91 × × Phe Tyr Other metabolism 尿黑酸 Attention:!!!!!
四、Catabolisn of Tyr, Trp and Phe × 酪胺、肾上腺素、黑色素等 Phe Tyr Phe hydroxylase Other metabolism 尿黑酸 尿黑酸氧化酶 × 乙酰乙酸（生酮） 延胡索酸（生糖） 苯乙酸 苯乳酸 黑色物质 Attention:!!!!! Phe hydroxylase缺，患苯丙酮尿症(Phenylketonuria) 尿黑酸氧化酶基缺，患黑酸尿症（Alcaptonuria）

92 Phenylketonuria (PKU) Disease
苯丙酮尿症 Deficiency of Phe hydroxylase Occurs in 1:16,000 live births in U.S. Seizures, mental retardation, brain damage Treatment: ?? Screening of all newborns mandated in all states Tyr Phe Phenylpyruvate (urine) Transamination

93 ①转化为Pyruvate AcCoA（生糖和生酮）
Trp (生糖、酮) ①转化为Pyruvate AcCoA（生糖和生酮） ② 转化为尼克酸 （合成维生素原料，特例，但少） NAD/NADP ③ 转化为5－羟基色胺（动物，血管收缩、体温调节等） ④ 转化为吲哚乙酸（植物生长刺激素）

94 Tryptophan Metabolism: Serotonin Formation
Indole ring CO2 hydroxylase Trp 5-Hydroxy- Tryptamine (5-HT); (Serotonin) Decarboxylase O2 Tryptophan (Trp) 5-Hydroxy-tryptophan

95 Serotonin Metabolism: Melatonin
2 Steps Melatonin Serotonin Melatonin: Formed principally in pineal gland Synthesis controlled by light, among other factors Induces skin lightening Suppresses ovarian卵巢function Possible use in sleep disorders （松果腺）

96 五、Metabolism of Other Aa （自学） （一）Leu, Ile and Val （代谢途径相似） Leu AcCoA + AcAcCoA Ile AcCoA + Propionyl CoA Val Propionyl CoA Succinyl CoA

97 （二） Catabolism of Thr Thr Gly + 乙醛（转化为AcCoA） α-ketobutyrate
(Liver、kidney and some microorganism) α-ketobutyrate Propionyl CoA Butyrate + Propionate (Some microorganism) （三） Catabolism of His His Glu （四） Catabolism of Lys Lys Glu + AcAcCoA

98 （六）Catabolism of Ala 、Glu and Asp
（五）Catabolism of Arg Arg Urea + Orn Orn Glu （六）Catabolism of Ala 、Glu and Asp Affter Oxidative Deamination and Transamination, Form Pyruvate, α-ketoglutarate and OAA ? Another improtant rout of Glu is GAGA 支路： Glu脱羧的γ-aminobutyrate 是神经递质和大脑细胞能源物质。

99 GABA Formation Glutamate Gamma-aminobutyrate (GABA)
decarboxylase CO2 Glutamate Gamma-aminobutyrate (GABA) γ-氨基丁酸 GABA is an important inhibitory neurotransmitter in the brain Drugs (e.g., benzodiazepines苯(并)二氮卓类,苯(并)二氮卓类) that enhance the effects of GABA are useful in treating epilepsy （癫痫）

100 六 Aa and Bioactive Substance Aa是很多物质的前体，如 H，V，CoE，生物碱，卟啉，抗菌素，色素，神经递质。
① GSH 在Aa转运入Cell中(已讲)。同时，它是机体氧化还原体系的重要成员。 ② 肌酸－ （脊椎动物贮能形式） －肌酸在骨肌中含量较丰富，是脊椎动物贮能的一种形式。非脊椎中则为 －Arg。 P P P

101 乙酰胆碱是兴奋性神经递质，胆碱经胆碱乙酰化E 催化而成乙酰胆碱.
③ GABA(  -NH2-丁酸)  -氨基丁酸是抑制性神经递质 ④ 5-OH-Trp与吲哚乙酸、组胺 5－OH－Trp是一种血管收缩素，升压 Trp—吲哚乙酸催熟（植物） 组胺是一种血管舒张素，降压。 ⑤ 乙酰胆碱与卵磷脂 由Ser形成，Met提供甲基 乙酰胆碱是兴奋性神经递质，胆碱经胆碱乙酰化E 催化而成乙酰胆碱. 卵磷脂是生物膜重要组份

102 ⑥ 卟啉 卟啉是血色素，胆红素，Cyt，叶绿素等环的核心部分，它们的基本结构都是四吡咯环。合成吡咯环的是 Gly + 琥珀酰CoA——胆色素原（吡咯环衍生物） ⑦ Tyr与黑色素、肾上腺素、多巴胺 ⑧ Cys与牛黄酸 ⑨ 甲基苯丙胺—过份兴奋

103 Summarization 1、内源和外源性蛋白质主要靠各种Proteases水解为Aa ① 合成New Protein； ② 产生许多重要生物分子的前体，如H，pu, py, V… ③分解成其它代谢产物排除体外 2、Free Aa进Cell有 2 ways: ①Positive transform主动转运 ② r-Glutamyl cycle，ATP、GSH参加

104 3、Aa入细胞后，脱羧（ R-CH2-NH2 + CO2 ）;
脱氨（α－Keto acid 和Glu的转氨最重要。方式：转氨－氧化脱氨和嘌呤核苷酸循环)。转氨酶（PLP）和NDA/NADP参加。 4、氨的转运形式为Gln。 5、Urea通过尿素循环形成，直接前体为Arg，Asp和ATP等参加。 6、生糖Aa(非必须氨基酸)，2种生酮Aa (Leu, Lys? ), 生糖兼生酮Aa (异赖3芳) 7、 Aa的碳骨架以6 pathways enter TCA Cycle

105 ① Ala, Ser, Cys, Gly, Thr Pyruvate AcCoA
② Asp and Asn OAA ③ Gln, His, Pro, Arg Glu α-ketoglutarate Succinyl CoA AcCoA ⑤ Phe ,Leu,Tyr,Lys,Trp AcAcCoA AcCoA ⑥ Tyr, Phe Fumarate ④ Met, Ile, Val

106 Part 6 Anabolism of AA 1、不同生物合成Aa的能力不同，合成的种类差异大。机体维持正常生长所必需，自身不能合成，只有从外界获得的Aa，叫EAA（人和大白鼠为10种）。能自己合成的为NEAA。 2、氨基酸合成碳骨架来源于TCA CYCLE、EMP、PPP。按其途径划分为：

107 ①α－酮戊二酸提供碳骨架 包括Glu、Met、Thr、Ile、Lys（以OAA）
② 3-磷酸甘油酸提供碳骨架 包括Ser、Cys、Gly ③ 其始物为赤藓糖－4－磷酸和PEP 包括Phe 、Tyr、Trp（Trp合成中还有PRPP和Ser参加） ④ His合成是嘌呤核苷酸代谢的一个分支。合成需要PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸）和ATP的N-C基团

108

109

110 一、氨的同化 生物体N的来源 定义：生物体将无机态氨转化为含氮有机化合物的过程（N素亦称生命元素）

111 生物固N机制的研究历史： ：完整的细胞水平（分离固氮微生物） ：无细胞水平（发现固N需要铁氧还蛋白等 作电子传递体，需要ATP等） 1966-目前：分子水平（Nitragenase固N酶纯化，组分I为钼铁蛋白；组分II为铁蛋白，1992年测定其空间结构）

112 硝酸还原生成（植物体中的N源） 氨同化的途径 Glu的形成途径 氨甲酰磷酸形成途径 NO3- NH3 NO2- AA 其它含N 化合物
亚硝酸还原酶 硝酸还原酶 NH3 NO2- AA 其它含N 化合物 Pro

113 1、Glu合成途径 NH3 Glu other AA Glu DHase（细菌） CH2 - COOH C=O CH2 - COOH
CHNH2 +NH3 +NADH +NAD+ +H2O 此反应要求有较高浓度的NH3，足以使光合磷酸化解偶联，不可能是无机氨转为有机氮的主要途径 α-KG （From TCA cycle)

114 谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径） CH2 - CONH2 CHNH2 COOH CH2 - COOH CHNH2 +NH3 +ATP
+ADP +Pi+H2O 谷氨酰胺(贮存了氨） 可做为NH3的供体将其转移 CH2 - CONH2 CHNH2 COOH CH2 - COOH C=O CH2 - COOH CHNH2 +2H + 2 Glu合成酶 总反应: NH3 +ATP + α-酮戊二酸+2H 谷AA+ADP+H2O+Pi

115 2、氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物） 原料：NH3 CO2 ATP 氨甲酰激酶 NH3 + CO2 + ATP O
利用体内代谢的氨 原料：NH3 CO2 ATP 氨甲酰激酶 氨甲酰磷酸 Mg2+ NH3 + CO2 + ATP O H2N-C-OPO3H2 + ADP = 氨甲酰磷酸合成酶 辅因子 NH3 + CO2 + 2ATP O H2N-C-OPO3H2 + 2ADP+Pi Mg2+ 在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨来的。

116 二、氨基酸的合成 主要通过转氨基作用 AA-R1 α-酮酸R2 转氨酶 α-酮酸R1 AA-R2 许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换站”，先 Glu 其它AA。 氨基酸合成 ｛ 有C架（ α-酮酸） AA提供氨基(最主要为Glu，领头AA)

117 1、丙氨酸族氨基酸的合成 包括：Ala、Val、Leu 共同碳架：EMP中的Pyruvate 记住！！！ CH2 - COOH C=O CH2 - COOH CHNH2 COOH CH3 C=O - COOH GPT - CHNH2 + + - - CH3

118 丙氨酸族其它氨基酸的合成 Val 2 Pyruvate α-酮异戊酸 α-酮异己酸 Leu CH3 CH3 - CH3-CH CH3-CH
转氨基 CO2 2 Pyruvate α-酮异戊酸 缩合 转氨基 α-酮异己酸 Leu CH3 CH3 - CH3-CH CH3-CH - - CH2 - C=O - C=O - COO- - COOH α-酮异戊酸

119 2、丝氨酸族氨基酸的合成 包括：Ser、Gly、Cys Gly碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸 COOH + + - CH2 C=O Glu
CHNH2 COOH CHO - COOH CH2NH2 - + + 乙醛酸 Gly Glu α-KG

120 COOH CH2OH CHNH2 - 2 Ser还有其它合成途径 碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸 记住哦！ H2O COOH
+NH3+CO2 +2H+ + 2e- Gly Ser Ser还有其它合成途径 碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸 记住哦！

121 - CHNH2 - HO-CH - COOH CHNH2 - HO-CH - Ser C=O - COOH C=O CH2O-P COOH
磷酸化途径 3-磷酸丝氨酸 3-磷酸甘油酸 COOH HO-CH CH2O-P - 转氨 3-磷酸羟基丙酮酸 H2O 磷酸酶 Pi H2O COOH CH2OH CHNH2 - COOH HO-CH CH2OH - Pi Ser COOH C=O CH2OH - 氧化 转氨基 甘油酸 3-羟基丙酮酸 非磷酸化途径

122 Ser +乙酰-CoA O-乙酰-Ser + CoA
半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中） 转乙酰基酶 Ser +乙酰-CoA O-乙酰-Ser + CoA O-乙酰-Ser + 硫化物 Cys +乙酸 三种氨基酸的关系 提供硫氢基团 乙醛酸 Gly Ser Cys 3-磷酸甘油酸

123 半胱氨酸的合成途径（动物中） H2O L-高半胱氨酸 + Ser 胱硫醚 L-Cys H2O

124 ｛ 3、天冬氨酸族氨基酸的合成 共同碳架：TCA中的OAA!!! 记住哈!! 包括：Asp、Asn、Lys、Thr、Met、Ile CH2
- COO- C=O CH2 - COO- CH+NH3 CH2 - COO- CH+NH3 CH2 - COO- C=O 转氨 + + 天冬酰胺合酶 Mg2+ ｛ Asp + NH3 + ATP Asn + H2O + AMP + PPi Asp + Gln + ATP Asn + Glu + AMP + PPi （植,细菌） （动）

125 天冬氨酸族其它氨基酸的合成 OH O= C-O-P=O CH2 - COOH CHNH2 OH - CH2 - CHNH2 - COOH
ATP ADP OH - CH2 NADPH+H+ Asp kinase - CHNH2 - Asp kinase COOH NADP+ CH2 - CHO CHNH2 COOH 天冬氨酰磷酸 Asp β-天冬 氨酸半醛 L-高丝氨酸 Met α,ε-二氨基庚二酸 Thr CO2 Ile （4个C来自Asp,2个C来自丙酮酸） Lys

126 几种氨基酸的关系 OAA Lys Thr Met Ile Asn Asp β-天冬氨酸半醛

127 4、谷氨酸族氨基酸的合成 包括：Glu、Gln、Pro、Hyp、Arg 共同碳架：TCA中的α-KG！！！ α-KG Glu 为还原同化作用
DHase α-KG+ NH3 +NADH Glu +NAD+ +H2O Synthetase Glu +NH3 +ATP Gln+ADP+Pi+H2O （动物和真菌，不普遍） Glu合酶 Gln + α-KG Glu（普遍） NADPH+H+ NADP+

128 由Glu Pro - - CH2 COOH CHNH2 CH2 COOH CHNH2 CHO H2C CH2 HC N CHCOOH
(△’-二氢吡咯-5-羧酸) CH2 - COOH CHNH2 CH2 - COOH CHNH2 CHO NAD(P)H NAD(P)+ H2C CH2 HC N CHCOOH Mg2+ ATP ADP (谷氨酰半醛) NADH H NAD+ HO C CH2 H2C NH CHCOOH H2C CH2 NH CHCOOH 1/2O2 (羟脯AA) (Pro)

129 由Glu 其它AA CH2 - CH2NH2 CHNH2 COOH CH2 - COOH CHNH2 COOH CHO - - CH2
鸟氨酸 N-乙酰谷氨酰半醛 CH2 - CH2NH2 CHNH2 COOH CH2 - COOH CHNH2 COOH CHO - - CH2 NADPH+H+ NADP+ CH2 转乙酰酶 转氨作用 - - CH2 CH2 AcCoA CoA O= O= - - HC-NH-C-CH3 HC-NH-C-CH3 - - COOH COOH CH2 - CHNH2 COOH NH CH2 - CHNH2 COOH NH NH2 CH2 - CHNH2 COOH NH NH2 COOH 氨甲酰磷酸 C-NH2 - C=N-CH C=O - - - - CH2 转甲酰酶 - - - - COOH 裂解酶 磷酸 精氨酸 延胡索酸 天冬氨酸 精氨酰琥珀酸 瓜氨酸

130 几种氨基酸的关系 Asn α-KG Glu Pro 羟脯AA Arg 鸟AA 瓜AA

131 5、组氨酸族和芳香族氨基酸合成！！ 包括：His、Trp、Tyr、Phe His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) N 来自ATP CH2 HC C CH-NH2 COOH - CH 来自核糖 NH 来自谷氨酰胺的酰胺基 从Glu经转氨作用而来

132 芳香族氨基酸的关系 Trp PEP 4-磷酸赤藓糖 莽草酸 分支酸 预苯酸 Tyr Phe
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