生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记|2016临床执业医师考试生物化学复习资料
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第一节 概述
一、主要途径
1. 蛋白质代谢以氨基酸为核心,(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)细胞内外液中所有游离氨基酸称为游离氨基酸库,其含量不足氨基酸总量的1%,却可反映机体氮代谢的概况。食物中的蛋白都要降解为氨基酸才能被机体利用,体内蛋白也要先分解为氨基酸才能继续氧化分解或转化。
2. 游离氨基酸可合成自身蛋白,可氧化分解放出能量,可转化为糖类或脂类,也可合成其他生物活性物质。合成蛋白是主要用途,约占75%,而蛋白质提供的能量约占人体所需总能量的10-15%。蛋白质的代谢平衡称氮平衡,一般每天排出5克氮,相当于30克蛋白质。
3. 氨基酸通过特殊代谢可合成体内重要的含氮化合物,如神经递质、嘌呤、嘧啶、磷脂、卟啉、辅酶等。磷脂的合成需S-腺苷甲硫氨酸,氨基酸脱羧产生的胺类常有特殊作用,如5-羟色胺是神经递质,缺少则易发生抑郁、自杀;组胺与过敏反应有密切联系。
二、消化
外源蛋白有抗原性,需降解为氨基酸才能被吸收利用。只有婴儿可直接吸收乳汁中的抗体。
可分为以下两步:
1. 胃中的消化:胃分泌的盐酸可使蛋白变性,容易消化,还可激活胃蛋白酶,保持其最适pH,并能杀菌。胃蛋白酶可自催化激活,分解蛋白产生蛋白胨。胃的消化作用很重要,但不是必须的,胃全切除的人仍可消化蛋白。
2. 肠是消化的主要场所。肠分泌的碳酸氢根可中和胃酸,为胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等提供合适环境。肠激酶激活胰蛋白酶,再激活其他酶,所以胰蛋白酶起核心作用,胰液中有抑制其活性的小肽,防止在细胞中或导管中过早激活。外源蛋白在肠道分解为氨基酸和小肽,经特异的氨基酸、小肽转运系统进入肠上皮细胞,小肽再被氨肽酶、羧肽酶和二肽酶彻底水解,进入血液。所以饭后门静脉中只有氨基酸。
三、内源蛋白的降解
1. 内源蛋白降解速度不同,一般代谢中关键酶半衰期短,如多胺合成的限速酶-鸟氨酸脱羧酶半衰期只有11分钟,而血浆蛋白约为10天,胶原为1000天。体重70千克的成人每天约有400克蛋白更新,进入游离氨基酸库。
2. 内源蛋白主要在溶酶体降解,少量随消化液进入消化道降解,某些细胞器也有蛋白酶活性。内源蛋白是选择性降解,半衰期与其组成和结构有关。有人认为N-末端组成对半衰期有重要影响(N-末端规则),也有人提出半衰期短的蛋白都含有一个富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸的区域(PEST区域)。如研究清楚,就可能得到稳定的蛋白质产品。
四、氨基酸的吸收
食用蛋白质后15分钟就有氨基酸进入血液,30到50分钟达到最大。氨基酸的吸收与葡萄糖类似,有以下方式:
1. 需要载体的主动转运,需要钠,消耗离子梯度的势能。已发现6种载体,运载不同侧链种类的氨基酸。
2. 基团转运,需要谷胱甘肽,每转运一个氨基酸消耗3个ATP,而用载体转运只需三分之一个。此途径为备用的旁路,一般无用。
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第二节 脱氨和脱羧
氨基酸失去氨基称为脱氨,(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)是机体氨基酸分解代谢的第一步。绝大多数氨基酸先脱氨生成a-酮酸,再氧化或转化为其他物质。有氧化脱氨和非氧化脱氨两类,前者普遍存在,后者存在于某些微生物。
一、氧化脱氨
(一)过程:氨基酸在氨基酸氧化酶催化下脱氢生成亚氨基酸,再水解生成酮酸和氨。脱下的氢由黄素蛋白传递给氧,生成过氧化氢,再分解为水和氧。总反应如下:
2氨基酸+O2=2酮酸+2NH3
过氧化氢也可氧化酮酸生成脂肪酸和二氧化碳。
(二)有关酶
1. L-氨基酸氧化酶:可催化多数氨基酸,但甘氨酸、侧链含羟基、羧基、氨基的氨基酸无效,需专门的酶。以FAD或FMN为辅基,人的酶以FMN为辅基。
2. D-氨基酸氧化酶:存在于肝、肾,以FAD为辅基。
3. 氧化专一氨基酸的酶:如甘氨酸氧化酶、D-天冬氨酸氧化酶、L-谷氨酸脱氢酶等。后者重要,分布广泛,活力高,受别构调节,能量不足时激活,加快氧化。以NAD或NADP为辅酶,不需氧,通过呼吸链再生。在体外可用于合成味精。
二、非氧化脱氨
1. 还原脱氨:严格无氧时氢化酶催化生成羧酸和氨。
2. 水解脱氨:水解酶催化,生成a-羟酸和氨。
3. 脱水脱氨:丝氨酸和苏氨酸在脱水酶催化下生成烯,重排成亚氨基酸,自发水解生成酮酸和氨。脱水酶以磷酸吡哆醛为辅基。
4. 脱巯基脱氨:半胱氨酸在脱硫氢基酶催化下脱去硫化氢,重排、水解,生成丙酮酸和氨。
5. 氧化-还原脱氨:两个氨基酸一个氧化,一个还原,脱去两个氨,生成酮酸和脂肪酸。
三、脱酰胺作用
谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶可催化脱酰胺,生成相应的氨基酸。此酶分布广泛,专一性强。
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四、转氨基作用
1. 定义:指a-氨基酸和酮酸之间氨基的转移作用。(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)氨基酸的a-氨基转移到酮酸的酮基上,生成酮酸,原来的酮酸形成相应的氨基酸。转氨作用普遍存在,除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸和脯氨酸外都参与转氨,对其分解及合成有重要作用。
2. 转氨酶:种类很多,多需要谷氨酸,对另一个氨基酸要求不严,以活力最大的命名。其反应是可逆的,由浓度控制。都含磷酸吡哆醛,乒乓机制。吡哆醛还参与脱羧、脱水、脱硫化氢及消旋等反应。
五、联合脱氨
指脱氨与转氨联合,是氨基酸降解的主要方式,有两种方式:
1. 氨基酸先转氨生成谷氨酸,再由谷氨酸脱氢酶脱去氨基。普遍存在。
2. 腺苷酸循环:氨基转给谷氨酸,再生成天冬氨酸,与次黄嘌呤核苷一磷酸生成腺苷酸代琥珀酸,再裂解成腺苷酸和延胡索酸。腺苷酸水解成次黄嘌呤核苷酸,放出氨;延胡索酸水化、氧化再生草酰乙酸。此途径主要存在于肌肉和脑,其腺苷酸脱氨酶活性较高。肝脏谷氨酸脱氢酶活力高,但90%转化为天冬氨酸。
六、脱羧
少数氨基酸先脱羧生成一级胺。此反应由脱羧酶催化,含磷酸吡哆醛,专一性强,每种酶只催化一种L-氨基酸。此酶在各种组织中普遍存在,生成的胺有重要生理作用,如脑中谷氨酸脱羧生成的g-氨基丁酸是神经递质。
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第三节 氮的排泄
氨对机体有毒,特别是对脑。血液中1%的氨即可使神经中毒。水生动物可直接排氨,陆生动物排溶解度较小的尿素,卵生动物排不溶的尿酸。
一、氨的转运
(一)谷氨酰胺合成酶将氨与谷氨酸合成谷氨酰胺,消耗一个ATP。谷氨酰胺中性无毒,容易通过细胞膜,进入血液运到肝脏后被谷氨酰胺酶分解,放出氨。
(二)肌肉通过葡萄糖-丙氨酸循环转运氨。氨经谷氨酸转给丙氨酸,运到肝后再转氨生成谷氨酸。丙酮酸异生为葡萄糖返回肌肉。这样肌肉活动产生的丙酮酸和氨都得到处理,一举两得。
二、尿素的生成
1. 在线粒体中氨甲酰磷酸合成酶I将氨和CO2合成氨甲酰磷酸,(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)消耗2个ATP。N-乙酰谷氨酸是此酶的正调节物。酶II在细胞质,与核苷酸的合成有关。
2. 氨甲酰磷酸与鸟氨酸形成瓜氨酸和磷酸,由鸟氨酸转氨甲酰酶催化,需镁离子。
3. 瓜氨酸出线粒体,进入细胞质,与天冬氨酸生成精氨琥珀酸。精氨琥珀酸合成酶需镁离子,消耗1个ATP的两个高能键。
4. 精氨琥珀酸裂解酶催化其裂解,生成精氨酸和延胡索酸。
5. 精氨酸酶催化水解生成鸟氨酸和尿素。
6. 总反应为:
NH4++CO2+3ATP+Asp+2H2O=尿素+延胡索酸+2ADP+2Pi+AMP+Ppi
共除去2分子氨和1分子CO2,消耗4个高能键。前两步在线粒体中进行,可避免氨进入血液引起神经中毒。此途径称为尿素循环或鸟氨酸循环,缺乏有关酶会中毒死亡。
三、其他途径
爬虫和鸟排泄不溶的尿酸,可保持水,但耗能高。具体见核酸代谢。此外,蜘蛛排鸟嘌呤,某些鱼排氧化三甲胺,高等植物合成谷氨酰胺和天冬酰胺,储存体内。
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第四节 碳架氧化
20种氨基酸分别以5种物质进入三羧酸循环:(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸和色氨酸生成乙酰辅酶A,精氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和谷氨酸生成a-酮戊二酸,甲硫氨酸、异亮氨酸、缬氨酸生成琥珀酰辅酶A;苯丙氨酸和酪氨酸还生成延胡索酸;天冬氨酸和天冬酰胺生成草酰乙酸。分解主要在肝和肾进行,某些中间物可转化为糖、酮体及生物活性物质,见下节。氨基酸脱羧形成胺后不能进入三羧酸循环。
一、乙酰辅酶A途径
(一)由丙酮酸生成乙酰辅酶A
1. 丙氨酸:由谷丙转氨酶转氨生成丙酮酸
2. 丝氨酸:脱水脱氨生成丙酮酸,由丝氨酸脱水酶催化,含磷酸吡哆醛。
3. 甘氨酸:可接受羟甲基,转变成丝氨酸。由丝氨酸转羟甲基酶催化,以磷酸吡哆醛为辅基,甲烯基四氢叶酸为供体,需锰。此途径主要作为丝氨酸的合成途径,甘氨酸的分解主要是作为一碳单位供体,由甘氨酸裂解酶裂解生成甲烯基四氢叶酸和二氧化碳及氨,次要途径是氧化脱氨生成乙醛酸,再氧化成甲酸或草酸。甘氨酸与谷胱甘肽、肌酸、胆碱、嘌呤、卟啉的合成都有关系。
4. 苏氨酸:由苏氨酸醛缩酶裂解成甘氨酸和乙醛,乙醛可氧化成乙酸再生成乙酰辅酶A。也可脱水生成a-酮丁酸,或脱去脱羧形成氨基丙酮。
5. 半胱氨酸:可转氨生成b-巯基丙酮酸,再由转硫酶脱去硫化氢生成丙酮酸。也可先氧化成半胱氨酸亚磺酸,再转氨、脱去亚硫酸形成丙酮酸。产生的硫化氢要氧化成亚硫酸,再氧化成硫酸,由尿排出。
(二)由乙酰乙酰辅酶A生成乙酰辅酶A
1. 苯丙氨酸:由苯丙氨酸-4-单加氧酶催化生成酪氨酸,消耗一个NADPH。
2. 酪氨酸:先转氨生成4-羟苯丙酮酸,再氧化、脱羧、开环,裂解成延胡索酸和乙酰乙酸。延胡索酸进入三羧酸循环,乙酰乙酸由琥珀酰辅酶A活化生成乙酰乙酰辅酶A,硫解形成两个乙酰辅酶A。
3. 亮氨酸:先转氨、脱羧生成异戊酰辅酶A,再脱氢、末端羧化、加水生成羟甲基戊二酰辅酶A(HMG CoA),裂解成乙酰乙酸和乙酰辅酶A。
4. 赖氨酸:先由两条途径生成L-a-氨基己二酸半醛,其一是与a-酮戊二酸缩合成酵母氨酸,再放出谷氨酸;其二是先脱去a氨基再环化、开环,将氨基转移到a 位。生成半醛后氧化成酸,转氨生成a-酮己二酸,脱羧生成戊二酰辅酶A,脱氢、脱羧形成巴豆酰辅酶A,最后水化、脱氢成乙酰乙酰辅酶A。
5. 色氨酸:较复杂,先氧化,依次脱去甲醛、丙氨酸,最后形成a-酮己二酸,生成乙酰乙酰辅酶A。其11个碳原子共生成一个乙酰乙酰辅酶A,一个,4个二氧化碳和一个甲酸。
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二、a-酮戊二酸途径
由精氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和谷氨酸5种。
1. 精氨酸:由精氨酸酶水解成鸟氨酸和尿素,再转氨生成谷氨酸g半醛,由脱氢酶氧化成谷氨酸,转氨或脱氨形成。a-酮戊二酸。
2. 组氨酸:组氨酸分解酶脱去氨基形成尿刊酸,再水合、开环生成N-甲亚氨基谷氨酸,谷氨酸转甲亚氨酶催化转给四氢叶酸,形成谷氨酸。
3. 谷氨酰胺:可由谷氨酰胺酶水解;可将酰胺转给a-酮戊二酸,生成两个谷氨酸;也可转到a-酮戊二酸的g-羧基上,形成的g-酮谷酰胺酸可水解生成a-酮戊二酸。
4. 脯氨酸:先由脯氨酸氧化酶形成双键,再加水开环形成谷氨酸g半醛,用NAD氧化成谷氨酸。
三、琥珀酰辅酶A途径
有甲硫氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。
1. 甲硫氨酸:与ATP生成S-腺苷甲硫氨酸,转甲基后水解,生成高半胱氨酸,在胱硫醚-b-合成酶催化下与丝氨酸合成胱硫醚,胱硫醚-g-分解酶催化脱去半胱氨酸和氨基,生成a-酮丁酸,脱羧成丙酰辅酶A,丙酰辅酶A羧化酶催化生成D-甲基丙二酰辅酶A,消旋酶生成L-型,变位生成琥珀酰辅酶A。
2. 异亮氨酸:转氨,脱羧生成a-甲基丁酰辅酶A,经b-氧化生成乙酰辅酶A和丙酰辅酶A,最后生成琥珀酰辅酶A。
3. 缬氨酸:转氨,脱羧形成异丁酰辅酶A,脱氢、水化后再水解,生成b-羟异丁酸,脱氢生成甲基丙二酸半醛,氧化为甲基丙二酰辅酶A,再变位生成琥珀酰辅酶A。
四、延胡索酸途径
苯丙氨酸和酪氨酸的部分碳链形成延胡索酸,另一部分为乙酰乙酸。
五、草酰乙酸途径
天冬酰胺酶催化生成天冬氨酸,再转氨生成草酰乙酸,进入三羧酸循环。天冬酰胺酶可控制白血病。
六、生糖氨基酸和(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)生酮氨基酸
生成乙酰乙酰辅酶A的苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸和色氨酸称为生酮氨基酸;其他氨基酸称为生糖氨基酸。苯丙氨酸和酪氨酸既生糖又生酮。因为丙酮酸可生成乙酰辅酶A,再生酮,所以二者的界限并不是非常严格的。
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第五节 氨基酸衍生物
一、一碳单位
(一)定义:含一个碳原子的基团称为一碳单位,(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)甲烷和二氧化碳例外。主要有亚氨甲基、甲酰基、羟甲基、亚甲基(甲叉基、甲烯基)次甲基(甲川基、甲炔基)和甲基。
一碳单位是甲基供体,与肾上腺素、肌酸、胆碱、嘌呤、嘧啶等的合成有关。其载体是四氢叶酸,连接在5位和10位氮上。
(二)来源
1. 甘氨酸裂解酶裂解甘氨酸,生成甲烯基四氢叶酸和二氧化碳及氨。甘氨酸脱氨生成的乙醛酸可产生次甲基四氢叶酸,乙醛酸氧化生成的甲酸可生成甲酰基四氢叶酸。
2. 苏氨酸可分解产生甘氨酸,形成一碳单位。
3. 丝氨酸的b-碳可转移到四氢叶酸上,生成亚甲基四氢叶酸和甘氨酸。
4. 组氨酸分解时产生亚氨甲酰谷氨酸,生成亚氨甲酰四氢叶酸。脱氨后产生次甲基四氢叶酸。
5. 甲硫氨酸生成的S-腺苷甲硫氨酸可提供甲基,产生的高半胱氨酸可从四氢叶酸接受甲基形成甲硫氨酸。可供给50种受体。
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二、生物活性物质
1. 酪氨酸与黑色素:酪氨酸酶先催化羟化,形成二羟苯丙氨酸,即多巴,再将多巴氧化成多巴醌,多巴醌可自发聚合形成黑色素。缺乏酪氨酸酶引起白化病。
2. 儿茶酚胺类激素:酪氨酸由酪氨酸羟化酶催化生成多巴,脱羧形成多巴胺,b-羟化形成去甲肾上腺素,再从S-腺苷甲硫氨酸接受甲基形成肾上腺素。此三种激素称为儿茶酚胺类激素,对心血管和神经系统有重要作用。
3. 色氨酸羟化、脱羧形成5-羟色胺,是神经递质,与神经兴奋、小动脉和支气管平滑肌收缩、胃肠道肽类激素的释放有关。色氨酸脱氨脱羧可形成吲哚乙酸,是植物生长激素。色氨酸分解的中间物可转变为尼克酸,但合成率很低。
4. 肌酸合成:先由精氨酸和甘氨酸合成胍基乙酸,再由S-腺苷甲硫氨酸转甲基,生成肌酸。可磷酸化,作为储备能源,称为磷酸原。
5. 组氨酸脱羧形成组胺,可使平滑肌舒张、微血管扩张、胃酸分泌,引起支气管哮喘、丘疹等过敏反应。临床用抗组胺药物治疗过敏。组胺还是感觉神经递质。
6. 多胺合成:是碱性小分子,含多个氨基的长链脂肪族化合物,如精胺、亚精胺、尸胺、腐胺等。鸟氨酸脱羧形成腐胺,再与S-腺苷甲硫氨酸生成亚精胺,再反应则生成精胺。精胺有退热降压作用。多胺常与核酸并存,可能在转录和细胞分裂的调节中起作用。
7. 谷氨酸脱羧生成g-氨基丁酸,是有抑制作用的神经递质,在生物体中广泛存在。
8. 半胱氨酸氧化成磺基丙氨酸,脱羧形成牛磺酸。可形成牛磺胆酸,参与脂类吸收。
三、氨基酸代谢缺陷症
缺乏代谢中的某种酶,可引起代谢缺陷症,多为先天遗传,已发现30多种。如缺乏苯丙氨酸-4-单加氧酶引起的苯丙酮尿症,(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)苯丙氨酸转氨生成苯丙酮,聚集在血液中,由尿排出。在儿童时期限制摄入苯丙氨酸可防止智力迟钝。缺乏尿黑酸氧化酶则酪氨酸生成尿黑酸,氧化成黑色物质,称为尿黑酸症。缺乏a- 酮异戊酸脱氢酶引起支链氨基酸代谢障碍,血和尿中支链氨基酸及其酮酸增多,称为枫糖尿症。
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第六节 氨基酸的合成代谢
一、概述(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)
20种基本氨基酸的生物合成途径已基本阐明,其中人类不能合成的10种氨基酸,即苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸称为必须氨基酸。
氨基酸的合成途径主要有以下5类:
1. 谷氨酸类型,由a-酮戊二酸衍生而来,有谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸,蕈类和眼虫还可合成赖氨酸。
2. 天冬氨酸类型,由草酰乙酸合成,包括天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、苏氨酸和异亮氨酸,细菌和植物还合成赖氨酸。
3. 丙酮酸衍生类型,包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸,为异亮氨酸和赖氨酸提供部分碳原子。
4. 丝氨酸类型,由3-磷酸甘油酸合成,包括丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸。
5. 其他,包括苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸。
二、脂肪族氨基酸的合成
(一)谷氨酸类型
1. 谷氨酸:由a-酮戊二酸与氨经谷氨酸脱氢酶催化合成,消耗NADPH,而脱氨时则生成NADH。
2. 谷氨酰胺:谷氨酰胺合成酶可催化谷氨酸与氨形成谷氨酰胺,消耗一个ATP,是氨合成含氮有机物的主要方式。此酶受8种含氮物质反馈抑制,如丙氨酸、甘氨酸等,因为其氨基来自谷氨酰胺。
谷氨酰胺可在谷氨酸合成酶催化下与a-酮戊二酸形成2个谷氨酸,这也是合成谷氨酸的途径,比较耗费能量,但谷氨酰胺合成酶Km小,可在较低的氨浓度下反应,所以常用。
3. 脯氨酸:谷氨酸先还原成谷氨酸g-半醛,自发环化,再还原生成脯氨酸。可看作分解的逆转,但酶不同,如生成半醛时需ATP活化。
4. 精氨酸:谷氨酸先N-乙酰化,在还原成半醛,以防止环化。半醛转氨后将乙酰基转给另一个谷氨酸,生成鸟氨酸,然后与尿素循环相同,生成精氨酸。
5. 赖氨酸:蕈类和眼虫以a-酮戊二酸合成赖氨酸,先与乙酰辅酶A缩合成高柠檬酸,异构、脱氢、脱羧生成a-酮己二酸,转氨,末端羧基还原成半醛,经酵母氨酸转氨生成赖氨酸。
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(二)天冬氨酸类型(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)
1. 天冬氨酸:由谷草转氨酶催化合成。
2. 天冬酰胺:由天冬酰胺合成酶催化,谷氨酰胺提供氨基,消耗一个ATP的两个高能键。细菌可利用游离氨。也消耗两个。
3. 赖氨酸:细菌和植物先将天冬氨酸还原成半醛,再与丙酮酸缩合成环,还原后开环并N-琥珀酰化,末端羧基转氨后脱去琥珀酸,异构,脱羧,形成赖氨酸。
4. 甲硫氨酸:先合成半醛,还原成高丝氨酸,再将羟基酰化。然后可由两个途径生成高半胱氨酸,一是在硫解酶催化下与硫化氢生成高半胱氨酸,二是与半胱氨酸合成胱硫醚,再裂解放出高半胱氨酸和丙酮酸。最后由5甲基四氢叶酸提供甲基,生成甲硫氨酸。胱硫醚途径与分解时不同,合成时有琥珀酰基,分解时放出丙酮酸。
5. 苏氨酸:天冬氨酸依次还原成半醛和高丝氨酸,被ATP磷酸化后由苏氨酸合成酶水解生成苏氨酸。
6. 异亮氨酸:有4个碳来自天冬氨酸,2个来自丙酮酸,一般列入天冬氨酸类型,但其合成与缬氨酸类似,见下。
(三)丙酮酸衍生物类型
1. 丙氨酸:由谷丙转氨酶合成,反应可逆,无反馈抑制。
2. 缬氨酸:丙酮酸脱羧、氧化成乙酰TPP,与另一个丙酮酸缩合,形成α-乙酰乳酸,然后甲基移位,脱水形成α-酮异戊酸,转氨生成缬氨酸。
3. 异亮氨酸:苏氨酸脱水脱氨生成α-酮丁酸,然后与缬氨酸相同,与活性乙醛缩合,移位、脱水、转氨,生成异亮氨酸。
4. 亮氨酸:开始与缬氨酸相同,形成α-酮异戊酸后与乙酰辅酶A合成α-异丙基苹果酸,异构、脱氢、脱羧,形成α-酮异己酸,转氨生成亮氨酸。
(四)丝氨酸类型
1. 丝氨酸:3-磷酸甘油酸脱氢生成3-磷酸羟基丙酮酸,转氨生成3-磷酸丝氨酸,水解形成丝氨酸。
2. 甘氨酸:丝氨酸经丝氨酸转羟甲基酶催化,形成甲叉FH4和甘氨酸。
3. 半胱氨酸:某些植物和微生物由O-乙酰丝氨酸和H2S反应生成,其H2S由硫酸还原而来。动物则由高半胱氨酸与丝氨酸合成胱硫醚,再分解成半胱氨酸和α-酮丁酸,与甲硫氨酸的分解相同。
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三、芳香族氨基酸的合成(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)
(一)形成分枝酸:芳香族氨基酸由植物和微生物合成,分枝酸是其共同前体。赤藓糖-4-磷酸与磷酸烯醇式丙酮酸缩合,生成莽草酸后与另一个PEP形成分枝酸,称为莽草酸途径。
(二)苯丙氨酸:分枝酸变位生成预苯酸,脱水脱羧形成苯丙酮酸,再转氨生成苯丙氨酸。
(三)酪氨酸:分枝酸变位,氧化脱羧形成对羟苯丙酮酸,转氨生成酪氨酸。也可由苯丙氨酸羟化形成。苯丙氨酸和酪氨酸的合成称为预苯酸支路。
(四)色氨酸:分枝酸接受谷氨酰胺的氨基,生成邻氨基苯甲酸,再与磷酸核糖焦磷酸(PRPP)缩合,核糖的C1与氨基相连,由焦磷酸水解驱动。然后核糖部分重排,脱水脱羧,生成吲哚-3-甘油磷酸,甘油被丝氨酸取代即生成色氨酸,由色氨酸合成酶催化。色氨酸的C1、C6来自PEP,2、3、4、 5位来自赤藓糖,7、8位来自核糖,氮来自谷氨酰胺,吲哚以外来自丝氨酸。
四、组氨酸合成
首先PRPP的C1与ATP的N1相连,脱去焦磷酸后开环,分解,放出5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,用于合成嘌呤。留下的咪唑甘油磷酸经氧化、转氨、脱磷酸形成组氨醇,氧化生成组氨酸。
五、氨基酸合成的调节
(一)产物的反馈调节
1. 简单反馈抑制:如由苏氨酸合成异亮氨酸,异亮氨酸抑制苏氨酸脱氨酶。
2. 协同抑制:如谷氨酰胺合成酶受8种物质抑制。
3. 多重抑制:催化PEP与赤藓糖-4-磷酸缩合的醛缩酶由三种同工酶,分别受三种产物的抑制。
4. 连续反馈抑制:产物抑制某中间过程,使其底物积累,抑制前面的反应。如半胱氨酸和甲硫氨酸等合成。
5. 其他:甘氨酸的合成受一碳单位和FH4的调节,丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸不受反馈抑制,与其酮酸保持可逆平衡。
(二)酶量调节:一些酶的合成受产物阻遏,如大肠杆菌的甲硫氨酸合成中的某些酶。阻遏调节速度较慢。
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第七节 氨基酸衍生物的合成(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)
一、谷胱甘肽
(一)功能:作为还原剂,保护红细胞等不被氧化损伤。一般还原型与氧化型的比值为500。谷胱甘肽与过氧化物反应可解毒。谷胱甘肽还参与氨基酸的转运。
(二)合成:谷氨酸的γ-羧基与半胱氨酸生成肽键,再与甘氨酸反应生成谷胱甘肽。共消耗2个ATP。
二、肌酸
需甘氨酸、精氨酸和甲硫氨酸,精氨酸提供胍基,甲硫氨酸提供甲基。
三、卟啉
(一)在线粒体中,甘氨酸与琥珀酰辅酶A缩合,生成5-氨基乙酰丙氨酸(ALA),ALA合成酶含磷酸吡哆醛,是限速酶,受血红素抑制。
(二)ALA从线粒体进入细胞质,2个缩合成一分子胆色素原,由ALA脱水酶催化。4分子胆色素原首尾相连,形成线性四吡咯,再环化,改变侧链和饱和度,生成原卟啉IX,与Fe2+螯合,生成血红素。如缺乏某些酶,可引起中间物积累,称为卟啉症。
(三)分解:单加氧酶使血红素断裂,形成线性的胆绿素,放出CO。胆绿素还原生成胆红素,是青肿伤痕变色的原因。胆红素在肝脏与2个葡萄糖醛酸结合,增加溶解度,从胆汁进入肠道。血红素中的铁可再循环。
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本 章 名 词 解 释
生物固氮作用(biological nitrogen fixatio):大气中的氮被原还为氨的过程。生物固氮只发生在少数的细菌和藻类中。
尿素循环(urea cycle):是一个由4步酶促反应组成的,可以将来自氨和天冬氨酸的氮转化为尿素的循环。循环是发生在脊椎动物的肝脏中的一个代谢循环。
脱氨(deamination):在酶的催化下从生物分子(氨基酸或核苷酸)中除去氨基的过程(环球网校医学考试网整理生物化学第十四章蛋白质代谢复习笔记)。
氧化脱氨(oxidative deamination):α-氨基酸在酶的催化下脱氨生成相应的α-酮酸的过程。氧化脱氨实际上包括氧化和脱氨两个步骤。(脱氨和水解)
转氨(transamination):一个α-氨基酸的α-氨基借助转氨酶的催化作用转移到一个α-酮酸的过程。
乒乓反应(ping-pong reaction):在该反应中,酶结合一个底物并释放一个产物,留下一个取代酶,然后该取代酶再结合第二个底物和释放出第二个产物,最后酶恢复到它的起始状态。
生糖氨基酸(glucongenic amino acid):降解可生成能作为糖异生前体的分子,例如丙酮酸或柠檬酸循环中间代谢物的氨基酸。
生酮氨基酸(acetonegenic amino acid):降解可生成乙酰CoA或酮体的氨侉酸。
苯酮尿症(phenylketonuria):是由于苯丙氨酸羟化酶缺乏引起苯丙酸堆积的代谢遗传病。缺乏丙酮酸羟化酶,苯丙氨酸只能靠转氨生成苯丙酮酸,病人尿中排出大量苯丙酮酸。苯丙酮酸堆积对神经有毒害,使智力发肓出现障碍。
尿黑酸症(alcaptonuria):是酪氨酸代谢中缺乏尿黑酸酶引起的代谢遗传病。这种病人的尿中含有尿黑酸,在碱性条件下暴露于氧气中,氧化并聚合为类似于黑色素的物质,从而使尿成黑色。
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