第十章 氨基酸
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第十章兴奋性氨基酸类递质第一节 谷氨酸能神经元的分布及纤维联系谷氨酸广泛分布于哺乳动物的CNS中,是CNS中含量最高的一种氨基酸,在人类大脑皮层中可达9~11μmol/g。
一. 谷氨酸能神经元的分布谷氨酸在中枢神经系统中的分布不均,以大脑皮层、小脑和纹状体的含量最高,脑干和下丘脑的含量较低。
二. 谷氨酸能神经元的纤维联系㈠大脑皮质的传出性联系㈡与海马有关的神经联系㈢其它嗅球发出的纤维经外侧嗅束止于前梨状皮质。
下橄榄核的纤维,可投射于小脑浦肯野细胞小脑的颗粒细胞发出的纤维,终止于浦肯野细胞的树突。
第二节 谷氨酸的生物合成、降解、释放与再摄取一.谷氨酸的合成和储存谷氨酸是组成蛋白质的20种氨基酸之一,在脑内有其合成的酶系统。
目前已知谷氨酸在脑内的合成主要有两个途径:㈠作为三羧酸循环的一个分支,由于三羧酸循环存在于线粒体中,合成的谷氨酸需要进行运输,因此主要跟代谢作用有关。
㈡谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的作用下水解成谷氨酸。
由于谷氨酰胺酶可以由胞体运输到突触末梢,因此可以在突触末梢内合成谷氨酸。
该途径是谷氨酸合成的主要途径。
目前已经证明在中枢神经系统中突触末梢存在储存谷氨酸的囊泡。
而且谷氨酸在囊泡中的富集是由囊泡膜上的谷氨酸转运体(Vesicular glutamate transporters VGLUTs)来完成的。
这是一种低亲和力的谷氨酸转运体,目前已经克隆得到三种VGLUTs。
二.谷氨酸的释放谷氨酸的释放是具有Ca2+离子依赖性的。
但是在胶质细胞中,去极化虽然可以使胶质细胞释放谷氨酸,但并不依赖于Ca2+离子的存在。
三. 谷氨酸的重摄取㈠神经元重摄取和神经胶质细胞重摄取谷氨酸递质被消除的方式主要是通过重摄取。
㈡摄取机制谷氨酸的重摄取依赖于突触前膜上的高亲和力谷氨酸转运体(GluTs)来完成。
该转运体是生电性的,五种GluTs在分子结构特征上具有一些共性。
高亲和力和低亲和力谷氨酸转运体无论在分布还是功能上都有显著的差别,其比较见(表11-1)表11-1低亲和力与高亲和力谷氨酸转运体的比较低亲和力转运体高亲和力转运体分布部位突触囊泡膜突触质膜亲和性(K m) 1.6mmol/l 2-20μmol/lNa+依赖性无依赖依赖Cl-依赖性依赖无依赖专一性 L-GluL,D-Glu,L,D-Asp等生理功能将谷氨酸富集入囊泡以备释放降低胞外谷氨酸浓度(灭活)四. 谷氨酸的代谢谷氨酸-谷氨酰胺循环:第三节谷氨酸受体分类及其调节剂谷氨酸受体分为五型:即NMDA受体、AMPA受体、KA受体、L-AP4受体和代谢性谷氨酸受体。
第十章蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢一、名词解释1、氨基酸代谢库2、必需氨基酸、非必需氨基酸、半必需氨基酸3、氧化脱氨基作用4、转氨基作用5、联合脱氨基作用6、嘌呤核苷酸循环7、鸟氨酸循环8、生糖氨基酸、生酮氨基酸、生糖兼生酮氨基酸9、泛素10、S-腺苷甲硫氨酸11、一碳单位二、填空1、氨基酸代谢库中的内源氨基酸是由和组成。
2、多肽链经胰蛋白酶降解后,产生新肽段羧基端主要是和氨基酸残基。
3、胰凝乳蛋白酶专一性水解多肽链由氨基酸端形成的肽键。
4、氨基酸的最主要脱氨基方式是。
5、转氨酶和脱羧酶的辅酶通常是。
6、谷氨酸经脱氨后产生和氨,前者进入进一步代谢。
7、尿素循环中产生的和两种氨基酸不是蛋白质氨基酸。
8、尿素分子中两个N原子,分别来自和。
9、在人体中氨在中通过循环生成经排泄。
10、体内最重要的转氨酶有和。
11、肝细胞线粒体中的氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ的催化作用需要______﹑_____,______参与。
12、精氨酸在的催化下,生成尿素和。
13、氨基酸脱下氨的主要去路有、和。
14、不同氨基酸与之间通过作用生成谷氨酸,这是氨基酸分解代谢反应,催化这一反应的酶叫酶,其辅酶是。
15、嘌呤核苷酸循环将氨基酸的和结合,生成,随后裂解为和延胡索酸。
16、人体内合成尿素的直接前体是,它水解后生成尿素和,后者又与反应,生成,这一产物再与反应,最终合成尿素,这就是尿素循环,尿素循环的后半部是在中进行的。
17、嘌呤核苷酸循环最终将氨释放出的化合物称,催化此反应的酶是。
18、氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ定位于细胞内的,它催化和合成氨甲酰磷酸。
19、人体内不能合成而需要从食物供应的氨基酸称为。
20、是除氨的主要器官,它可通过将NH3和CO2合成无毒的,而禽类则合成的是。
21、合成一分子尿素需消耗分子的高能键。
22、生酮氨基酸经代谢后可产生,它是合成酮体的原料。
23、提供一碳单位的氨基酸有、、和等。
常见的一碳单位有、、、、和等。
24、生物体中活性蛋氨酸是,它是活泼的供应者。
氨基酸代谢习题第十章氨基酸代谢习题一、是非题1.在一般的情况下,氨基酸不用来作为能源物质。
2.组氨酸脱羧产生的组胺可使血管舒张、血压降低。
3.酪氨酸脱羧产生的酪胺可使血管收缩、血压升高。
4.芳香族氨基酸生物合成的前体是酵解和柠檬酸循环途径的中间物。
5.酪氨酸可以由苯丙氨酸直接生成,所以不是必需氨基酸。
6.苯丙氨酸的分解主要是通过酪氨酸分解途径来完成。
7.植物可以直接吸收空气中的氮。
8.氨基酸通过氧化脱去α-氨基的过程中都生成FADH2。
9.必需氨基酸是指在生活细胞中不能合成,需要人工合成的氨基酸。
10.“代谢库”是指细胞、组织或生物个体内储存某种物质的总量。
11.所有氨基酸的转氨反应,都需要磷酸吡哆醛作辅酶。
12.尿素在肾脏细胞内合成,由肾小管排出。
13.肌酸是指肌肉中的有机酸,是糖类分解代谢的中间物。
14.血红素、细胞色素和叶绿素分子中的卟琳环是由甘氨酸和琥珀酰CoA合成的。
15.去甲肾上腺素和肾上腺素都是酪氨酸的衍生物。
二、填空题1.Ala、Ap和Glu都是生糖氨基酸,它们脱去氨基分别生成、和2.Trp脱羧后生成,其生理作用是;在脑组织中,在外周组织中3.分解生成丙酮酸的氨基酸有、、、和五种。
4.分解生成乙酰乙酰辅酶A的氨基酸有、、、和五种。
6.分解生成琥珀酰辅酶A的氨基酸有、和三种。
7.通过生成草酸乙酸进行分解的氨基酸有和两种。
8.多巴(二羟苯丙氨酸)和多巴醌(苯丙氨酸3,4醌)是酪氨酸在酶的作用下转变为的中间产物。
9.参与肌酸合成的三种氨基酸是、和10.谷氨酸脱去羧基后生成,它的生理作用是11.亮氨酸、和是三种分枝氨基酸,它们分解的过程是先生成相应的酮酸,然后由酶催化脱氢,生成相应的酰基CoA。
12.腐胺是、脱羧后的产物,由腐胺衍生的精胺和亚精胺合称多胺,这是因为。
13.人体尿素的合成在脏中进行。
14.三种芳香族氨基酸有一段共同的合成途径,起始物是和,经过若干步骤生成莽草酸,然后在转变为15.脯氨酸的合成是由通过几步反应后,而成。
食品检验与分析第十章蛋白质和氨基酸的测定蛋白质是生命体内非常重要的一类生物大分子,它在细胞结构和机能维持、代谢调控以及免疫防御等方面起着重要作用。
因此,对蛋白质的准确测定和定量分析具有极其重要的意义。
本章主要介绍蛋白质和氨基酸的测定方法。
蛋白质的测定方法主要分为定性测定和定量测定两大类。
定性测定方法包括生物试验法、电泳法、免疫学方法和核磁共振法等。
定量测定方法包括比色法、碱液法、生物试验法、紫外分光光度法和蛋白质序列测定法等。
比色法是常用的蛋白质定量方法之一,它利用蛋白质与试剂形成复合物,复合物在特定波长下具有特异性吸光度。
根据吸光度与蛋白质浓度的线性关系,就可以测定蛋白质的含量。
常用的比色法有布拉德福法、Lowry法和BCA法等。
布拉德福法是最常用的蛋白质定量方法之一、该法利用菜酶素染色反应,使蛋白质呈现紫色,然后通过比色法测定溶液的吸光度,从而测定蛋白质的含量。
布拉德福法的优点是灵敏度高,适用于各种类型的蛋白质测定。
Lowry法是另一种常用的蛋白质定量方法,该法利用碱液将蛋白质氢氧化,生成肽链片段,然后与Folin-Phenol试剂发生酸碱反应,生成蓝色产物,通过比色法测定吸光度,从而得到蛋白质的含量。
BCA法是一种基于比色法的蛋白质定量方法,该法利用铜离子和双酚试剂反应生成复合物,复合物在特定波长下具有最大吸光度,通过测定吸光度可以得到蛋白质的含量。
BCA法的优点是灵敏度高,适用于各种类型的蛋白质测定。
氨基酸是构成蛋白质的基本单位,对氨基酸的快速准确测定具有重要意义。
氨基酸的测定方法主要分为色谱法和比色法两大类。
色谱法是氨基酸测定的常用方法之一,主要包括气相色谱法和高效液相色谱法。
气相色谱法将氨基酸转化为甲醯基衍生物,然后通过气相色谱进行分离和定量。
高效液相色谱法使用分离柱进行分离,可以达到更高的分离效率和灵敏度。
比色法是氨基酸测定的另一种常用方法,主要有二色法和氨基酸定量方法。
二色法利用氨基酸与染料之间的化学反应产生色素,通过比色法测定吸光度,从而确定氨基酸的含量。
第十章氨基酸代谢植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮,合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化合物。
人和动物消化吸收动、植物蛋白质,得到氨基酸,合成蛋白质及含氮物质。
有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮,合成氨基酸。
第一节蛋白质消化、降解及氮平衡一、蛋白质消化吸收哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性蛋白酶。
经上述酶的作用,蛋白质水解成游离氨基酸,在小肠被吸收。
被吸收的氨基酸(与糖、脂一样)一般不能直接排出体外,需经历各种代谢途径。
肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽,吸收作用在小肠的近端较强,因此肽的吸收先于游离氨基酸。
二、蛋白质的降解人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。
成人每天有总体蛋白的1%~2%被降解、更新。
不同蛋白的半寿期差异很大,人血浆蛋白质的t1/2约10天,肝脏的t1/2约1~8天,结缔组织蛋白的t1/2约180天,许多关键性的调节酶的t1/2均很短。
真核细胞中蛋白质的降解有两条途径:一条是不依赖A TP的途径,在溶酶体中进行,主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。
另一条是依赖A TP和泛素的途径,在胞质中进行,主要降解异常蛋白和短寿命蛋白,此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。
泛素是一种8.5KD(76a.a.残基)的小分子蛋白质,普遍存在于真核细胞内。
一级结构高度保守,酵母与人只相差3个a.a残基,它能与被降解的蛋白质共价结合,使后者活化,然后被蛋白酶降解。
三、氨基酸代谢库食物蛋白中,经消化而被吸收的氨基酸(外源性a.a)与体内组织蛋白降解产生的氨基酸(内源性a.a)混在一起,分布于体内各处,参与代谢,称为氨基酸代谢库。
氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。
肌肉中a.a占代谢库的50%以上。
肝脏中a.a占代谢库的10%。
肾中a.a占代谢库的4%。
血浆中a.a占代谢库的1~6%。
肝、肾体积小,它们所含的a.a浓度很高,血浆a.a是体内各组织之间a.a转运的主要形式。
氨基酸代谢库图四、氮平衡食物中的含氮物质,绝大部分是蛋白质,非蛋白质的含氮物质含量很少,可以忽略不计。
氮平衡:机体摄入的氮量和排出量,在正常情况下处于平衡状态。
即,摄入氮=排出氮。
氮正平衡:摄入氮>排出氮,部分摄入的氮用于合成体内蛋白质,儿童、孕妇。
氮负平衡:摄入氮<排出氮。
饥锇、疾病。
第二节氨基酸分解代谢氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。
氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基,形成的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O,产生A TP ,也可以为糖、脂肪酸的合成提供碳架。
一、脱氨基作用主要在肝脏中进行(一)氧化脱氨基第一步,脱氢,生成亚胺。
第二步,水解。
P219 反应式:生成的H2O2有毒,在过氧化氢酶催化下,生成H2O+O2↑,解除对细胞的毒害。
1、催化氧化脱氨基反应的酶(氨基酸氧化酶)(1)、L—氨基酸氧化酶有两类辅酶,E—FMNE—FAD(人和动物)对下列a.a不起作用:Gly、β-羟氨酸(Ser、Thr)、二羧a.a(Glu、Asp)、二氨a.a (Lys、Arg)真核生物中,真正起作用的不是L-a.a氧化酶,而是谷氨酸脱氢酶。
(2)、D-氨基酸氧化酶 E-FAD有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶,可催化D-a.a脱氨。
(3)、Gly氧化酶 E-FAD使Gly脱氨生成乙醛酸。
(4)、D-Asp氧化酶 E-FADE-FAD 兔肾中有D-Asp氧化酶,D-Asp脱氨,生成草酰乙酸。
(5)、L-Glu脱氢酶 E-NAD+ E-NADP+P220 反应式:真核细胞的Glu脱氢酶,大部分存在于线粒体基质中,是一种不需O2的脱氢酶。
此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶,是一个结构很复杂的别构酶。
在动、植、微生物体内都有。
A TP、GTP、NADH可抑制此酶活性。
ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。
因此当A TP、GTP不足时,Glu的氧化脱氨会加速进行,有利于a.a分解供能(动物体内有10%的能量来自a.a氧化)。
(二)非氧化脱氨基作用(大多数在微生物的中进行)P 221①还原脱氨基(严格无氧条件下)图②水解脱氨基图③脱水脱氨基图④脱巯基脱氨基⑤氧化-还原脱氨基两个氨基酸互相发生氧化还原反应,生成有机酸、酮酸、氨。
⑥脱酰胺基作用谷胺酰胺酶:谷胺酰胺+ H2O →谷氨酸+ NH3天冬酰胺酶:天冬酰胺+ H2O →天冬氨酸+ NH3谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中(三)转氨基作用转氨作用是a.a脱氨的重要方式,除Gly、Lys、Thr、Pro外,a.a都能参与转氨基作用。
转氨基作用由转氨酶催化,辅酶是维生素B6(磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺)。
转氨酶在真核细胞的胞质、线粒体中都存在。
转氨基作用:是α-氨基酸和α-酮酸之间氨基转移作用,结果是原来的a.a生成相应的酮酸,而原来的酮酸生成相应的氨基酸。
P223 结构式:不同的转氨酶催化不同的转氨反应。
大多数转氨酶,优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体,生成Glu。
如丙氨酸转氨酶,可生成Glu,叫谷丙转氨酶(GPT)。
肝细胞受损后,血中此酶含量大增,活性高。
肝细胞正常,血中此酶含量很低。
动物组织中,Asp转氨酶的活性最大。
在大多数细胞中含量高,Asp是合成尿素时氮的供体,通过转氨作用解决氨的去向。
转氨作用机制P224 图16-2此图只画出转氨反应的一半。
(四)联合脱氨基单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基,单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要,因为只有Glu 脱氢酶活力最高,其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。
机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基。
1、以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上,生成相应的α-酮酸和Glu,然后在L-Glu脱氨酶催化下,脱氨基生成α-酮戊二酸,并释放出氨。
P225 图16-3 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用2、通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用P 225结构式:次黄嘌呤核苷一磷酸(IMP)、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸P226 图16-4通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主二、脱羧作用生物体内大部分a.a可进行脱羧作用,生成相应的一级胺。
a.a脱羧酶专一性很强,每一种a.a都有一种脱羧酶,辅酶都是磷酸吡哆醛。
a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中,有些产物具有重要生理功能,如脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸,是重要的神经介质。
His脱羧生成组胺(又称组织胺),有降低血压的作用。
Tyr脱羧生成酪胺,有升高血压的作用。
但大多数胺类对动物有毒,体内有胺氧化酶,能将胺氧化为醛和氨。
三、氨的去向氨对生物机体有毒,特别是高等动物的脑对氨极敏感,血中1%的氨会引起中枢神经中毒,因此,脱去的氨必须排出体外。
氨中毒的机理:脑细胞的线粒体可将氨与α-酮戊二酸作用生成Glu,大量消耗α-酮戊二酸,影响TCA,同时大量消耗NADPH,产生肝昏迷。
氨的去向:(1)重新利用合成a.a、核酸。
(2)贮存Gln,Asn高等植物将氨基氮以Gln,Asn的形式储存在体内。
(3)排出体外排氨动物:水生、海洋动物,以氨的形式排出。
排尿酸动物:鸟类、爬虫类,以尿酸形式排出。
排尿动物:以尿素形式排出。
(一)氨的转运(肝外→肝脏)1、Gln转运Gln合成酶、Gln酶(在肝中分解Gln)Gln合成酶,催化Glu与氨结合,生成Gln。
Gln中性无毒,易透过细胞膜,是氨的主要运输形式。
Gln经血液进入肝中,经Gln酶分解,生成Glu和NH3。
2、 丙氨酸转运(Glc-Ala 循环)肌肉可利用Ala 将氨运至肝脏,这一过程称Glc-Ala 循环。
丙氨酸在PH7时接近中性,不带电荷,经血液运到肝脏在肌肉中,糖酵解提供丙酮酸,在肝中,丙酮酸又可生成Glc 。
肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸,两者都要运回肝脏,而以Ala 的形式运送,一举两得。
(二)氨的排泄1、 直接排氨排氨动物将氨以Gln 形式运至排泄部位,经Gln酶分解,直接释放NH 3。
游离的NH3借助扩散作用直接排除体外。
2、尿素的生成(尿素循环)排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环1932年,Krebs 发现,向悬浮有肝切片的缓冲液中,加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg 中的任一种,都可促使尿素的合成。
尿素循环途径(鸟氨酸循环):P230图16-6(1)、 氨甲酰磷酸的生成(氨甲酰磷酸合酶I )肝细胞液中的a.a 经转氨作用,与α-酮戊二酸生成Glu ,Glu 进入线粒体基质,经Glu 脱氢酶作用脱下氨基,游离的氨(NH 4+)与TCA 循环产生的CO 2反应生成氨甲酰磷酸。