? ? ? ? ? Metabolism of Amino Acids

1
????
?????
Metabolism of Amino Acids
??????????? ??? yuanyuanch_at_njmu.edu.cn
2
? ? ? ?
??? ??????? ??? ???????? ??? ??????? ???
?????????? ??? ??????????????
3
???
????????
Overview of Metabolism of Amino Acids
4
??????
(?)??????????????????
(?)????????????????
??(?)???(?????)???(??)?????(??)???(????)??
(?)??????????????
???????????????4.1 kcal/g???, ????18?????????
5
?.???
??? (nitrogen balance)
????????(???)????(???)????(???)??????
??????
???????????????,?????????????
??????? ???(????) ??????? gt
???(??????) ??????? lt ???(??????????)
6
?.??????????????
(?)??????
?????????????(??????)???????????????(??????)????,?
??????????,???????? (metabolic pool)?
??????????????????????
7
(?)??????????
1.???????????????
??????????????
??????
??????????????
8
2.??????????????
?????????????,????????????????????????,???????????
??,????,????? ???????????18??????????? ??????????
?????????????????,???????????????????????????????
??,???????????
?
?
?
9
3.??????????????
??????????????????????,???????????????????????????
???????????,????????,??????????(??)???
10
???????????
??? ?????? ????
????????????? ??? ?????????
???? ??? ?????????
??? ????? ????????
???????????? ??????? ????
??? 5-??????? ????????
???????? ????????? ???????
??? ??? ????
??? ?-???? ????
???????? ?????? ???????
???? ??? ???????
11
???????
??????
?? ???
????
?? ???
????
?-??
??????
??? ??
CO2H2O
??
NH3
????
??????
??
?? ???
?????
?? ???
?? CO2
??
???????? ??????
????
12
???
????????
Sources of Amino Acids in Body
13
?.?????????????
(?)???????
??????? (essential amino acid) ?????????????,?????
??????,??8?Val?Ile?Leu?Thr?Met?Lys?Phe?Trp?
??12??????????,???????? (nutritionally
non-essential amino acid)
???????????????,??????,????????????,??????????????
????? (nutritionally semi-essential amino acid)?
14
(?)?????????
?????????
???????????????3050 g, ???????????????????80 g?
???????? (nutrition value)
??????????????????????,??? ???????????????
????????
???????????????,????????????????????
15
(?)????????
???????????????????
??????????
??????????,????? ???????????,??????????
16
1.????????????????
???????
????? (pepsinogen)
???? ????
(pepsin)
???????pH?1.52.5,??????????????,?????????????????
????????,??????????????
17
2.????????????????
??????????????
(1) ????????????????????
????????????,??pH?7.0??, ??????????
??? (endopeptidase) ????????????????,?????????????
????
??? (exopeptidase) ????????,???? ???????,?????(A?B
)??????
18
??????????
???
???
???
O
O
O ?
?
? H2NCHCNHCHHNCHCNH
CHNHCHCNHCHCOOH ?
? ?
? ? ?
R1 R2
R3
R4 Rn-1
Rn
???
O
? H2NCHCNHCHCOOH ?
? RX RX1
???
???
19
????????
?????
???(enterokinase)
????(trypsin)
?????(elastase)
??????
????(chymotrypsin)
?????
????(A?B) (carboxypeptidase)
?????(A?B)
????????????????????????????????,???????????????,?
?????????????????
20
???????
??????????????????? ???????????????????? ?????????
????
21
(2) ??????????????????
??????????
?????? (oligopeptidase)???, ??????
(aminopeptidase)???? (dipeptidase)?,?????????
22
(?)??????
????????????? ????????????? ????????????? ????
???????? ?-??????
23
1.???????
?????????Na?????,?ATP???????Na?????,Na?????????
??????? ??????? ??????? ?????????? ?-???????
???? (transporter)
24
2.?-??????
?-?????? (?-glutamyl cycle),??Meister??
????????? ???????
25
COOH ? CHNH2 ? CH2 ? CH2 COOH ?
? CNHCH ? ? O
R
???
???
???
?-??? ???
???
COOH ? H2NCH ?
R
?-?? ??? ???
COOH ? H2NCH ?
R
??????? (Cys-Gly)
?-? ?? ?? ??
5-????
???
??
ATP
5-?????
???? GSH
????
???
ADPPi
???
?-??? ???? ???
ADPPi
???? ???
ATP
ATP
?-???????
ADPPi
?-????????
26
????
?????????????????? ??????????????? ???????????
27
(?)????????????
???????? (putrefaction)
??????,???????????????????????,???????????????????
??
???????????,????????????????????????????????????
28
1.?????????
???
?????
???
???
?? (amines)
??? ? ?? (histamine) ??? ? ?? (tyramine)
??? ? ?? (tryptamine) ??? ? ??
(cadaverine) ???? ? ??? (phenylethylamine)
29
????? (false neurotransmitter)
???????????????,????????????????,???????
CH2NH2 ? CH2 ?
CH2NH2 ? HCOH ?
CH2NH2 ? CH2 ?
CH2NH2 ? HCOH ?
? OH
? OH
???
????
??
?-???
30
??? ????
??????
?-???
????
?-????????????????,???????????????,?????????,?????
?????
31
2.??????
????????
?????
? (ammonia)
???????
???
????pH,NH3???NH4???????, ???????,??????????
32
3.????????????
???
??
????
???
???
??
?????,??????????????, ????????,??????????, ???????
???
33
?.????????????
????????????12???,?????????
???????????,??7080?????????????
34
(?)?????????????
?????(protein turnover)
????????????????????
??????(half life)
?????????????????,?t1/2???
????????????,?????????????
35
(?)????????
1.??????????????????
????????????????,???????,?????????????????,???????
?????
36
2.????????
????????????????,?????????????????????????????????
?,?????????????????????????????,??????????????????
??????
37
3.???????????
??????????,????????????,??????????????????????????
??????,??????????????
38
(?)???????????
1.?????????ATP-????????
???ATP??? ???????????? (cathepsin)?? ????????????
????????
39
(No Transcript)
40
?????????????,?????????,??????? ?
???????????????????? ??????????????,?????????
????????????????????,
??????????? ??/??????????,?????????
41
2.??????????ATP-???????
??ATP??? ????????????
?? (ubiquitin) 76????????? (8.5kD) ?????????????
??????????
42
????????????
(1) ????????????????
??????????????????,??????
(2) ??????????????
???????????????
43
????????????
??????????????????,?????,????,????????3???,????ATP
?
???? (proteasome)???????????
44
E1?????E2?????E3???????
45
?????
ATP
AMPPPi

HS-E1
HS-E2
HS-E1
E1?????E2?????E3???????
46
??????????????,????????????????
2???7????
20S????? (CP)
26S?????
2???7????
19S??? ?? (RP)
18???, 6?????ATP???
47
????
???????26S??????,?20S????? (core particle,
CP)?19S?????(regulatory particle, RP)??
????
?-??
?-??
????
?-??
?-??
????
48
? ? ? ?? ?? ? ? ?
????????
???????????4??2????2?????????,?????7?????????,??
??????????????7?????????,???????????
49
(No Transcript)
50
????????????
51
?.???????????
(?)?-?????????????
COOH ? CH2 ? CH2 NH4 ? CO ? COOH
COOH ? CH2 ? CH2 H2O ?
CHNH2 ? COOH
??????
NADPHH NAD
?-????
L-???
52
(?)?????????????????????????
???
??? ? ????
???
???
?-???? ? ????
53
(?)?????????????
COOH ? CH2 ? CH2 ? CHNH2 ? COOH
OCNH2 ? CH2 ? CH2
? CHNH2 ? COOH
L-????
L-???
??????
NH4
Mg-ATP Mg-ADPPi
54
(?)??????????
OCNH2 ? CH2 ? CHNH2
? COOH
COOH ? CH2 ? CHNH2 ? COOH
L-????
L-????
???????
OCNH2 ? CH2 ? CH2
? CHNH2 ? COOH
COOH ? CH2 ? CH2 ? CHNH2 ? COOH
Mg-ATP Mg-ADPPPi
Gln
Glu
55
(?)??3-??????????
NAD NADHH
???????
D-3-?????
?-AA ?-KA
???
Pi H2O
L-???
??-L-???
56
(?)????????????????
2H
NAD NADHH
?????
??????
???
??
???
CH3
CH2O ??
CH2O ??
?????? ???
??????
??? ???
???
???
???? ??????
??????
???
???
57
(?)?????????
NADHH NAD
H2O
L-???
L-???-?-???
H2O
NAD NADHH
?2-??-5-??
L-???
58
(?)?????????????????
H2O
L-???
L-??????
???
H2O
L-????
L-?????
59
(?)????????
????????????????????
NADP NADPHH
? II
?????? ??????
? I
O2
H2O
L-????
L-???
60
(?)?????????????????
??? (histidine)???? (arginine)??????????,?????????
,???????????????,?????????????????,????????,??????
??????
61
???
???????
Metabolism of Amino Acid Nitrogen
62
?.??????????????
(?)?????????????
????? (transamination)
???? (transaminase)????,????????-????????-??,?????
-???????????????????
63
???
R1 ? HCNH2 ? COOH
R2 ? CO ? COOH
R2 ? HCNH2 ? COOH
R1 ? CO ? COOH
???


?????????? (aminotransferase)
??????????????,????????????????????
64
(?)?????????
????????????
???
?????
???
???
?-??
?????
?-????
65

• ?????????,???????-??????????????????????

???????????
?-???? (glutamate-pyruvate transaminase, GPT)
???????? (ALT) ?-????
(glutamate-oxaloacetate transaminase, GOT)
????????? (AST)
66
???
???
???
????
GPT (?????)
GOT (?????)
?-????
?-????
???
????
67
???????GPT?GOT ??
(??/????)
?? GPT GOT ?? GPT GOT
? 44000 142000 ?? 2000 28000
? 19000 91000 ? 1200 14000
? 7100 156000 ? 700 10000
??? 4800 99000 ?? 16 20
???????,???????????????????
68
? ? ? ? ?
H ? HOOCCNH2
? R1

Schiff?
HOOCCO ? R1

? ? ? ? ?
Schiff????
69
??????????
???????????????????????,??????????????????
???????????????
70
(?)???????
???????????????????
??????????? ?????????????
?????
71
????????L-????????
NAD(P)HH
H2O
NH2 ? CHCOOH ? (CH2)2COOH
NH ? CCOOH ? (CH2)2COOH
O ? CCOOH ? (CH2)2COOH
NH3
NAD(P)
L-???
?-????
????
???L-?????? (glutamate dehydrogenase)
????????? ????????? ???NAD?NADP GTP?ATP????? GDP
?ADP?????
72
???????
??????????????????, ????????
(ransdeamination), ?????????
???????-?????-???
73
????????????
???
?-????
NH3NADHH
???
L-??????
???
?-??
H2ONAD
?????????????????, ?????????????????? ????????????
?
74
????????????
?????????????
????? ?????
NH3
???
?-????
????
??? ???
???? ??? (IMP)
H2O
??? 1
??? 2
???????
??? ??? (AMP)
???
????
?-??
????
???
75
?.????????
?????,?????4765 ?mol/L
???????????????????????????????,?????????????
76
(?)???-?????
???-????? (alanine-glucose cycle)?????????
???? ?????????????????? ??????????
77
??
??
?
? ? ?
?? ???
???
???
??
????
???
?????
???
NH3
NH3
???
???
???
???
?-????
???
???
? ? ?
?-?? ??
???-?????
78
(?)????????
????
ATP
ADPPi
???????
??? NH3
???? H2O
?????
???????????,????????????????,???????
????
???????????,???????????? ????????????????????
79
???????? ?Asn?????
COOH ? CH2 ? CHNH2 ? COOH
????
NH3
Asp
???????
?????
CONH2 ? CH2 ? CHNH2 ? COOH
H2O
???
Asn
80
?.????
???????,???????? ???????????????? ?????? ?????
??? ???
???NH3????????NH4,?????
81
(?)?????
??????????????
????????Hans Krebs?Kurt Henseleit??,???????
(orinithine cycle),?????? (urea
cycle)?Krebs-Henseleit???
82
1.NH3?CO2?ATP??????????
????????????
CO2 NH3 H2O
2ATP 2ADP2Pi
?????????I (N-?????,Mg2)
O ? H2NCOPO32-
??????
83
?????????I (carbamoyl phosphate synthetase I,
CPS-I)??????????????
N-??????????,????2??ATP?
COOH
? CH3C-NH-CH ? ? O
(CH2)2 ?
COOH
N-?????(AGA)
84
2.?????????????????
NH2 ? CO ? NH ? (CH2)3 ?
CHNH2 ? COOH
NH2 ? (CH2)3 ? CHNH2 ? COOH
NH2 ? CO ? OPO32-
??????????

H3PO4
??????
???
???
85
????????????? (ornithine carbamoyl transferase,
OCT)??,OCT??CPS-I??????
?
??????????????????,???????????,??????????????
?
?????????,???????????
?
86
3.???????????????????
?????????
NH2 ? CO ? NH ? (CH2)3 ?
CHNH2 ? COOH
NH2 COOH ? ? CNCH ?
? NH CH2 ? ? (CH2)3
COOH ? CHNH2 ? COOH
COOH ? H2NCH
? CH2 ? COOH
??????????

Mg2
ATP
AMPPPi
H2O
????
???????
???
87
4.???????????????????
?????????
NH2 COOH ? ? CNCH ?
? NH CH2 ? ? (CH2)3
COOH ? CHNH2 ? COOH
NH2 ? CNH ? NH ? (CH2)3 ? CHNH2
? COOH
COOH ? CH
? CH ? HOOC
??????????

???
????
???????
88
5.????????????????
?????????
NH2 ? CNH ? NH ? (CH2)3 ?
CHNH2 ? COOH
NH2 ? (CH2)3 ? CHNH2 ? COOH
NH2 ? CO ? NH2
????

H2O
??
???
???
89
NH3HCO3-H2O
?????
???
2ATP 2ADPPi
?
??
?????? Pi
?
??? ???
??? ???
???? ?-????
??? ??? ???? ???
?-?? ????
ATP AMPPPi
?
?
??
?
???
???
????
??????????I ??????????? ???????????
??????????? ?????
90
????
?? 2 ???,????????,?????
????,??????????????
???????? ?????????????,
???????,???????? ??3?ATP,4??????,
??????????
91
(?)???????
1.???????????????
???????????????,???????????,????????
2.N-?????????????????I ??????
AGA?????????
3.??????????????????
92
???????????????
? ????
????????? 4.5
?????????? 163.0
?????????? 1.0
?????????? 3.3
???? 149.0
93
1.????????
???????????????????? ????????????????????????,????
???????????????
????
RCH2NH2
RCHO NH3
??????????????????????
94
(?)????????
???????????????????
????????????????
??????????????????????,????????????,???????????
95
???????????????????
?????
????
??? NH3
H2O
??????????????????,??????????????NH3????
96
2.?????????????
??????????? (hyperammonemia)
???????????,???????????????????
?????????????,???? (ammonia poisoning)?
97
???????????
1??????????????I????? 2?????????????????????? ??
?????????????????
????? ?????????????????????? ???????????????????
98
3.????????????
? ?????????-????,?????????
NH3
NH3
?-????
???
????
???-?????
?????
TCA?
99
? ????????????,?????????,??????
? ?????????????-???????????????????????????,??????
????-??????,???????
100
?
???
??????????
Metabolism of the Carbon Skeletons of Amino Acids
101
?.?-??????????????
?????????????-?? (?-ketoacid)??????????,???????,??
??????,????????????,???????????
102
?.????????????????????
??????CoA??????????? ????? (ketogenic
amino acid)? ???????????????????? ?????
(glucogenic amino acid)? ???????????????,?????
??????,???????????? (glucogenic and
ketogenic amino acid)?
103
?????????????
?? ???
????? ???????????????? ??????????????????????????????? ?????????????
????? ???????
???????? ?????????????? ???????
104
??????
????
??? ?????????
?
??
????
?-????
???
PEP
??? ???? ??? ??? ???
???
????CoA
??CoA
???? ??? ???
??
??? ??? ??? ??? ????
???
????
T C A
???? ????
CO2
?-????
???
????
???CoA
CO2
??? ???? ??? ???
???? ???
???? ??? ??? ??? ???
105
?.?????????????????????
??????? ???-????????TAC ???????????H2O?CO2,????ATP
?
106
???????????????3?
??? ????????????CoA,???????????? ?? ?????????CoA ?
????????? ?????????????????,???????,??????????????
????????????,???????????
107
?????3??????,????????
??????????????????,???????????????????????,???????
?????? ????????,???????????????????,????????????,
??????????????? ????????????????????,????????????
???????,???????????????
108
???
??????????????
Conversion of Amino Acids to Special Products
109
?.??????????
(?)????? (decarboxylation)
???????????????????
??
R ? HCNH2 ?
COOH
?????? (decarboxylase)
RCH2NH2 CO2
?????
???
??????????????,????????????,??????????????????
O2 H2O
H2O2 NH3
1/2O2
RCOOH ??
RCH2NH2 ?
RCHO ?
?????
110
(?)??????????????????
1. ?-????
???????????????-???? (?-aminobutyric acid, GABA)
COOH ? (CH2)2 ? CHNH2 ? COOH
COOH ? (CH2)2 ? CH2NH2
L- ??????
???
CO2
GABA
L-???
GABA????????,??????????
111
2.??
????????? (histamine),???????????,???????????,????
??????????
??????
CH2CHCOOH ? NH2
CH2CH2NH2
HN N
HN N
CO2
L-???
??
???????????,???????????,????????????????
112
3.5-???
????5-??????5-??? (5-hydroxytryptamine, 5-HT)
???
??????
5-????
5-???? ???
5-HT?????????????? ??????????????
CO2
5-HT
113
4.?????
????????????????
????
??????
??
???
???
? ? ? ? ?
CO2
SAM???
S-?????? (SAM)
???SAM
CO2
5?-??-?-??
?? (spermidine)
?? (spermine)
?????
?? (polyamines)?????????????????????(????????????)
????,??????????????
114
?.????
(?)????????????
??????????????????????????,?????? (one carbon
unit)? ??????????,?????? (FH4)??????????? ????????
??????
115
???????
?? (methyl) -CH3 ???
(methylene) -CH2- ??? (methenyl)
-CH ??? (formyl)
-CHO ???? (formimino) -CHNH
116
???????
H N
N H2NC C 8 7CH ? ?
? N C CCH2NH
C 5N 6 ?
H OH
??
O COOH ?
? CNHCHCH2CH2COOH
H N
N H2NC C 8 7CH2 ? ?
? N C CHCH2NH
C 5N 6 ?
H OH
5, 6, 7, 8-????
O COOH ?
? CNHCHCH2CH2COOH
???????
??????? ?? ????
???? NADPHH
NADP NADPHH NADP
117
(?)???????????????
1.?????????????????
NH2
?
?????? HOCH2CHCOOH FH4
N5,N10CH2FH4 H2NCH2COOH
???
N5,N10-?????? ???

??????? H2NCH2COOHFH4NAD
N5,N10CH2FH4(NADHH
)NH3CO2 ???
N5,N10-??????
118
(No Transcript)
119
FH4?????????
(??????????FH4???N5?N10??)
N5CH3FH4
N5CHNHFH4
N10CHOFH4
N5,N10CH2FH4
N5,N10CHFH4
120
2.?????????
N10CHOFH4
H H2O
NH3
N5, N10CHFH4
N5CHNHFH4
NADPHH NADP
N5, N10CH2FH4
NADHH NAD
N5CH3FH4
121
???????
????????????????????
N10-CHO-FH4?N5, N10CH-FH4??????? ??C2?C8,N5,
N10-CH2-FH4???????? ???????
?????????????????
122
?.????????
?????
???
????
????
CH2SH ? CHNH2 ? COOH
CH2SSCH2 ? ? CHNH2
CHNH2 ? ? COOH
COOH
SCH3 ? CH2 ? CH2 ? CHNH2 ? COOH
123
(?)??????????
1. S-??????????????
SCH3 ? CH2 ? CH2 ? CHNH2 ? COOH
?????

PPiPi
????
ATP
S-?????? (SAM)
124
SAM??????????
COOH ? CHNH2 ? CH2 ? CH2 ? SH
RH
RCH3
??
?????
SAM
S-???? ????
??????
125
S-???????????? (methyl transferase)???,???????????
?????
??DNA?????????? ???????????? ???????????????????
???????????????
126
2.??????
ATP
????
FH4
(VitB12)
PPiPi
N5CH3FH4 ????
N5CH3FH4
S-??????
??????
??
RH
-CH3
R
H2O
S-???? ????
????????????????? (methionine cycle)??
127
(?)??????
(1) ????????????
CH2SH ? CHNH2 ? COOH
CH2SSCH2 ? ? CHNH2
CHNH2 ? ? COOH
COOH
-2H
2
2H
128
(2) ???????????
CH2SH ? CHNH2 ? COOH
CH2SO3H ? CHNH2 ? COOH
CH2SO3H ? CH2NH2
3 O
????????
CO2
L-????
?????
???
?????????????????
129
(3) ????????????
?????????????,??????????
AMP - SO3-
SO42- ATP
(??-5?-????)
3-PO3H2-AMP-SO3-
(3?-????-5?-????,PAPS)
O
? CH2OPOSO3- ? ? ?
OH ?
??? ? ? ?
O
PAPS
? ? HO
? ? OPO3H2
PAPS??????,??????????
130
?.??????????????
(?)??????????
(1) ???????????
COOH ? CHNH2 ? CH2 ?
COOH ? CHNH2 ? CH2 ?
???????
??????
??????
H2O
O2
? OH
NADPHH
NADP
???
????
????????????????
131
?????? (phenyl keronuria, PKU)
???????????,??????????????,?????????????????????,?
??????????????
COOH ? CO ? CH2 ?
COOH ? CHNH2 ? CH2 ?
COOH ? CH2 ?
???????
(?????)
????
????
???
132
(2) ??????????????
???? (catecholamine)???
CO2
??????
???
?? (dopa)
??? (dopamine)
S-????????
SAM
?????? (norepinephrine)
???? (epinephrine)
133
???(melanin) ???
????
???
??(dopa)
???
???
??
???
134
???? (Parkinson disease)??????????
???????,??????????????????
????????,???????,????????,????? (albinism)?
135
(3) ????????????????????
??????????????????????????-???(??),?????????????
?????????
136
(?)????????
5-???
????
???
??? ????CoA
??? PP
137
(?)???????????
???????????,???????? ?? (creatine)????? (creatine
phosphate)??????????????? ???????????? ?????????,?
???????,SAM???????? ?????????????????(creatinine)?
?
?
?
?
?
138
?????
NH2 ? CNH ? NH ? CH2 ? COOH
NH2 ? (CH2)3 ? CHNH2 ? COOH
CH2NH2 ? COOH

?????

???
???
???
???
SAM
Pi
????
?????
ADP ATP
HN
????
C NH
S-???? ????
??
N C
???
C H2
H3C
H2O
139
(?)???????????????
HOCH2CH2N(CH3)
3S-??????
HOCH2CHCOOH ? NH2
HOCH2CH2NH2
CO2
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140
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CoA???????
141
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?????? ???
NO
(nitric oxide synthase, NOS)
142
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1.????????????? (1)????????????(2)?????????????(3)???
2.????????????????? (1)??????????(2)??????(3)????????
3.???????? (1)?????(2)?????(3)a-?????
4.???? (1)????(2)????(3)????
5.???????? (1)?????????(2)????????????????(3)???????SAM?PAPS(4)??????????