生物化学 氨基酸代谢

生物化学氨基酸代谢思维导图：氮平衡：动物在一定时间内摄入蛋白质的含氮量与同期内排泄物中会含氮量之间的关系。、氨基酸将α-氨基转给α-酮戊二酸，形成谷氨酸等等

氨基酸代谢

• 蛋白质水解
  • 食物
    • 氮平衡：动物在一定时间内摄入蛋白质的含氮量与同期内排泄物中会含氮量之间的关系。
    • 蛋白质最低需要量：成年健康动物，在糖和脂肪充分供应的前提下，为维持氮总平衡所必须摄入的蛋白质最低量。
  • 细胞内蛋白质水解
    • 蛋白质周转：蛋白质在特定代谢部位不断进行选择性更新。
    • 意义：
      • ①清除异常蛋白，如突变蛋白，他们的积累对细胞有害
      • ②降解过多的酶和调节蛋白
      • ③及时选择清除已经完成功能的蛋白，使细胞代谢顺利进行。
    • 溶酶体系统：
      • 真核细胞中，酸性，通过吞噬蛋白质，然后水解，为非选择性，特殊情况下专一性激活（长期饥饿）
      • 糖尿病、肌肉受伤、子宫萎缩引起溶酶体活性增高，加速局部组织蛋白质水解。
      • 不耗能
    • 泛素途径：
      • 选择性蛋白质降解，广泛存在于真核细胞中，保守性强
        • 1.目标蛋白的泛素化标记
          • 泛素活化酶（E1），泛素载体蛋白（E2），泛素—蛋白连接酶（E3）
          • 反应步骤
            • ①E1与泛素通过硫酯键连接（与ATP水解偶联）
            • ②泛素从E1转移到E2
            • ③E3把泛素转移到目标蛋白，与赖氨酸ε-氨基共价连接
        • 2.泛素化蛋白在酶体中降解
          • 蛋白酶体：26S多亚基，ATP依赖水解，产生7～9长度肽段
      • 特点
        • ①降解的蛋白需要“泛素标记”
        • ②泛素化蛋白被蛋白酶体识别，降解
        • ③是ATP依赖性蛋白质酶解
• 氨基酸的降解与转化
  • 转氨基反应和氧化脱氨
    • 1.转氨
      • 氨基酸将α-氨基转给α-酮戊二酸，形成谷氨酸
      • 转氨酶：辅基为磷酸吡哆醛（PLP），与氨基酸反应生成α-酮酸，转变为磷酸吡哆胺
      • 肝脏心脏中活性最高。进入血液，使血清转氨酶活性增高，是肝病，心肌梗死的指标
    • 2.脱氨
      • 谷氨酸脱氢酶：同时利用NAD+与NADP+。脊椎动物的由六个亚基组成，受别构调节。GTP和ATP抑制，GDP和ADP激活，所以细胞能荷降低可激活
      • 游离出氨，进入尿素循环，为可逆反应
    • 直接脱氨
    • NH4+大量堆积，使反应向生成谷氨酸方向进行，α-酮戊二酸缺少，影响三羧酸循环，影响ATP形成，易致脑损伤
    • “联合脱氨” α-氨基酸+NAD+（或NADP+）+H2O《==》NH4++α-酮酸+NADH（或NADPH）+H+
  • 尿素循环
    • 第一个氮原子来自氨甲酰磷酸——氨、碳酸盐和两分子ATP+氨甲酰磷酸合成酶
      • 线粒体基质
    • 第二个氮原子来自天冬氨酸
      • ①氨甲酰磷酸+鸟氨酸→瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）
        • 线粒体基质
      • ②瓜氨酸+天冬氨酸→精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合成酶）
      • ③精氨琥珀酸→精氨酸+延胡索酸（精氨琥珀酸酶）
      • ④精氨酸→尿素+鸟氨酸（精氨酸酶）
      • 胞液
  • 葡萄糖—丙氨酸循环
    • 葡萄糖和丙氨酸在肌肉和肝脏之间的交换 为肌肉消除游离氨，更新肌肉能量提供了间接途径
    • 葡萄糖→丙酮酸（糖酵解，丙酮酸→丙氨酸）
    • 丙胺酸→NH3+丙酮酸，NH3→尿素，丙酮酸→葡萄糖
  • 碳骨架的去路（脱氨后余下的α-酮酸）
    • ①转化为丙酮酸（丙、苏、甘、丝、半胱）
      • 进一步转化为乙酰CoA
    • ②转化为草酰乙酸（天冬酰胺）
      • 天冬酰胺→天冬氨酸（天冬酰胺酶）（治疗急性白血病），天冬酰胺→草酰乙酸（转氨酶）
    • ③转化为α-酮戊二酸（精、组、脯）
      • 氨基酸→谷氨酸→α-酮戊二酸
    • ④转化为琥珀酰CoA（甲硫、异亮、缬、苏）
      • 氨基酸→丙酰CoA→琥珀酰CoA
    • ⑤降解为乙酰CoA和乙酰乙酸（酪、亮、异亮）
      • 槭糖尿病——异亮、亮、缬的氧化脱羧被阻断
    • ⑥降解为延胡索酸和乙酰乙酸（苯丙、酪）
      • 苯丙氨酸→酪氨酸（苯丙氨酸羟化酶）→尿黑酸（转氨酶，对—羟苯丙酮酸羟化酶）→延胡索酸+乙酰乙酸（尿黑酸氧化酶）， 缺少尿黑酸氧化酶，尿黑酸堆积，尿黑酸病；缺少苯丙氨酸羟化酶，苯丙酮尿症；酪氨酸转化为多巴，进一步转化为多巴胺。
    • ⑦提供一碳单位（丝、甲硫、甘、组、色）
      • 常见：甲基、亚甲基、甲酰基、羟甲基
      • 载体;四氢叶酸和S-腺苷甲硫氨酸
      • 一碳单位用于合成嘌呤和嘧啶，是蛋白质和核酸代谢的联系
        • 甲氨蝶呤（二氢叶酸还原酶竞争性抑制剂），干扰癌细胞繁殖
    • 生酮氨基酸：赖，亮 生糖氨基酸：其余所有 兼有：异亮，色，苯丙，酪，苏（一本老色苏）
• 氨基酸的生物合成
  • 生物固氮
    • （氮固定）在某些生物体内含有固氮酶，能催化N2还原为氨
    • 1.还原酶：两个亚基，铁硫蛋白，提供高还原势电子
    • 2.固氮酶：4个亚基，铁钼蛋白，利用电子还原N2，成为可溶铵根离子
    • N2+8电子+16ATP+16H2O——→2NH3+H2+16ADP+16Pi+8H^+
    • ①反应需要ATP，共16个 ②需要强还原剂 ③需要厌氧环境 ④常常伴随氢代谢（放氢和吸氢）
  • 植物硝酸还原转氨
    • 硝酸盐→亚硝酸盐→NH3
  • 氨的同化
    • 将无机盐掺入生物分子成为氨的同化； 多以谷氨酸和谷氨酰胺为中介
      • ①谷氨酸+NH3+ATP——→谷氨酰胺+ADP=Pi（谷氨酰胺合成酶） ②谷氨酰胺+α-酮戊二酸+NAD（P）H+H^+——→谷氨酸+NAD（P）+ （谷氨酸合酶）
      • NH3+CO2+ATP——氨甲酰磷酸+ADP（氨甲酰激酶） NH3+CO2+2ATP——氨甲酰磷酸+2ADP+Pi（氨甲酰磷酸合成酶I，线粒体）
    • 可逆反应，镁离子参与
  • 氨基酸的合成
    • 需要氨基。还有碳骨架，来源：
      • 丙氨酸族（丙、缬、亮）——糖酵解产生的丙酮酸
      • 丝氨酸族（丝、甘、半胱）——糖酵解中间产物3-磷酸甘油
      • 天冬氨酸族（天冬氨酸，天冬酰胺、赖、苏、甲硫）——草酰乙酸
      • 谷氨酸族（谷、谷氨酰胺、脯、精）——柠檬酸循环中间产物α-酮戊二酸
      • 苏香族（酪、色、苯丙）——糖酵解中间产物：磷酸烯醇式丙酮酸、磷酸戊糖途径：4-磷酸赤藓糖
      • 组氨酸——10步反应，5-磷酸核糖-1-焦磷酸与ATP的腺嘌呤吡啶环缩合，谷氨酸提1个氮原子
  • 氨基酸是前体
    • 谷胱甘肽的生物合成
      • 巯基缓冲剂和氧化还原缓冲剂
      • 原料：谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸
      • ATP+谷氨酸——→γ-谷氨酰磷酸 +半胱氨酸——→γ-谷氨酰半胱氨酸 +ATP——→γ谷氨酰半胱氨酰磷酸 +甘氨酸——→谷胱甘肽
    • 肌酸的生物合成
      • 肌酸：磷酸肌酸的前体；肌肉和神经储能
      • 甘氨酸+精氨酸——→胍基乙酸（转脒基酶） +S-腺苷甲硫氨酸——→肌酸（甲基转移酶）
    • 由精氨酸合成一氧化氮
      • 精氨酸+2O2+5电子——→瓜氨酸+NO（一氧化氮合酶）
      • NO（·N=O）为不稳定气态，有自由电子，活性高，寿命短 扩散进细胞生成硝酸和亚硝酸。
      • 是信号分子 ①能与鸟甘酸环化酶结合，刺激生成cGMP，帮助巨噬细胞吞噬细菌和肿瘤细胞； ②放松血管，降压； ③与超氧阴离子结合形成毒性更大的反应活性物质，参与细胞凋亡
• 动物不含分支酸，不能合成芳香族
• 微生物：天冬氨酸→天冬酰胺（天冬酰胺合成酶） 高等植物：以谷氨酰胺为氨基供体（天冬酰胺合成酶）
• 延胡索酸，使尿素循环与三羧酸循环联系