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氨 基 酸 代 谢Metabolism of Amino Acids第 七 章王晓华蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein 第一节一、 蛋白质的功能1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补2. 参与多种重要的生理活动催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。3. 氧化供能人体每日18%能量由蛋白质提供,每克蛋白质在体内氧化分解可释放17.19kJ (4.1 kcal)的能量。 1. 氮平衡(nitrogen balance)摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人）氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述2. 生理需要量 成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。 蛋白质的营养价值(nutrition value)蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。蛋白质的互补作用 指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins（一）胃中的消化作用胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。一、 蛋白质的消化蛋白质消化的生理意义由大分子转变为小分子，便于吸收。 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。（二）小肠中的消化小肠是蛋白质消化的主要部位。内肽酶(endopeptidase)水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。外肽酶(exopeptidase)自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。肠液中酶原的激活胰蛋白酶(trypsin)肠激酶(enterokinase)胰蛋白酶原弹性蛋白酶(elastase)弹性蛋白酶原糜蛋白酶(chymotrypsin)糜蛋白酶原羧基肽酶(A或B)(carboxypeptidase)羧基肽酶原(A或B)可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。酶原还可视为酶的贮存形式。酶原激活的意义蛋白水解酶作用示意图2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。二、氨基酸的吸收吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收机制：耗能的主动吸收过程（一）氨基酸吸收载体载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。载 体类型中性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白亚氨基酸转运蛋白氨基酸转运蛋白二肽转运蛋白三肽转运蛋白（二）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程：谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成细胞外-谷 氨酰 基转 移酶细胞膜谷胱甘肽 GSH细胞内-谷氨酰基循环过程目 录关键酶利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系此种转运也是耗能的主动吸收过程吸收作用在小肠近端较强（三）肽的吸收三、 蛋白质的腐败作用肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其消化产物所起的作用腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。蛋白质的腐败作用(putrefaction)（一）胺类(amines)的生成假神经递质(false neurotransmitter)某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。苯乙醇胺和-羟酪胺结构类似儿茶酚胺（多巴胺、去甲肾上腺素），它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。-羟化酶-羟化酶（二） 氨的生成降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。（三）其它有害物质的生成正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。第三节氨基酸的一般代谢General Metabolism of Amino Acids氨基酸代谢概况目 录尿素其它含氮化合物定义指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。脱氨基方式氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基 三、联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径氨基酸氧化酶脱去氨基（一）转氨基作用(transamination)1. 定义在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相应的-酮酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。2. 反应式大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。3. 转氨酶正常人各组织GOT（AST）及GPT（ALT）活性 (单位/克湿组织)血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。4. 转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛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一条途径。通过此种方式并未产生游离的氨。5. 转氨基作用的生理意义（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用存在于肝、脑、肾中辅酶为 NAD+ 或NADP+GTP、ATP为其抑制剂GDP、ADP为其激活剂催化酶： L-谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸NH3-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O唯一（三）联合脱氨基作用两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。2. 类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用1. 定义 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 转氨基偶联氧化脱氨基作用H2O+NAD+此种方式既是氨基酸脱氨基的最主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的最主要方式。主要在肝、肾组织进行。 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环此种方式主要在肌肉组织进行（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基（肝肾）三、-酮酸的代谢（一）经氨基化生成非必需氨基酸（二）转变成糖及脂类（三）氧化供能第四节氨 的 代 谢Metabolism of Ammonia氨是机体正常代谢产物，具有毒性。体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。正常人血氨浓度一般不超过 60mol/L。 一、血氨的来源与去路1. 血氨的来源 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源, 胺类的分解也可以产生氨 肠道吸收的氨 肾小管上皮细胞分泌的氨被吸收入血2. 氨的转运(1)丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle)反应过程丙氨酸葡萄糖肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸-酮戊 二酸丙酮酸糖酵解途径肌肉丙氨酸血液丙氨酸葡萄糖-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖(2) 谷氨酰胺的运氨作用 反应过程在脑、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。3. 血氨的去路 在肝内合成尿素，这是最主要的去路 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺 肾小管上皮细胞分泌NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。三、尿素的生成（一）生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中。（二）生成过程尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。1. 氨基甲酰磷酸的合成 反应在线粒体中进行反应由氨基甲酰磷酸合成酶 (carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗 2分子ATP。2. 瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常与CPS-(氨基甲酰磷酸合成酶)构成复合体。反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。3. 精氨酸的合成反应在胞液中进行。+天冬氨酸精氨酸代琥珀酸限速酶精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸4. 精氨酸水解生成尿素反应在胞液中进行尿素鸟氨酸精氨酸鸟氨酸循环线粒体胞 液目 录（三）反应小结原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3 个ATP，（4 个高能磷酸键）。生理意义：把有毒的NH3转变成无毒的尿素排出体外（四）尿素生成的调节1. 食物蛋白质的影响高蛋白膳食 合成低蛋白膳食 合成CPS-的调节：AGA、精氨酸为其激活剂 CPS-启动尿素合成尿素生成酶系的调节：精氨酸代琥珀酸合成酶 活性促进尿素合成（五）尿素合成障碍可引起高氨血症和氨中毒血氨浓度升高称高氨血症 ( hyperammonemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)。氨中毒的可能机制TAC 脑供能不足脑内 -酮戊二酸高血氨第五节 个别氨基酸的代谢Metabolism of Individual Amino Acids 一、氨基酸脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)（一）-氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA)GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。磷酸吡哆醛（二）组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺 (histamine)组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。（三）牛磺酸(taurine)牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。氧化（四）色氨酸经5-羟色胺酸生成5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT)5-HT在脑内作为神经递质起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。（五）多胺(polyamines)鸟氨酸腐胺S-腺苷甲硫氨酸 (SAM )脱羧基SAM 鸟氨酸脱羧酶CO2SAM脱羧酶CO2精脒 (spermidine)丙胺转移酶5-甲基-硫-腺苷精胺 (spermine)多胺是调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。二、一碳单位的代谢定义（一）概述某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。 种类甲基 (methyl)-CH3甲烯基 (methylene)-CH2-甲炔基 (methenyl)-CH=甲酰基 (formyl)-CHO亚胺甲基 (formimino)-CH=NH （二）四氢叶酸是一碳单位的载体FH4的生成一碳单位FH4携带一碳单位的形式（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）N5CH3FH4N5、N10CH2FH4N5、N10=CHFH4N10CHOFH4N5CH=NHFH4一碳单位主要来源于氨基酸代谢（三）一碳单位与氨基酸代谢（四）一碳单位的互相转变N10CHOFH4N5, N10=CHFH4N5, N10CH2FH4N5CH3FH4N5CH=NHFH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3（五）一碳单位的生理功能作为合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来一碳单位代谢障碍可引起某些疾病,如：巨幼红细胞性贫血三、含硫氨基酸的代谢胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸（一）甲硫氨酸的代谢1. 甲硫氨酸与转甲基作用腺苷转移酶PPi+Pi+甲硫氨酸ATPS腺苷甲硫氨酸(SAM)甲基转移酶RHRCH3腺苷SAMS腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM为体内甲基的直接供体2. 甲硫氨酸循环(methionine cycle)甲硫氨酸S-腺苷同型 半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸FH4N5CH3FH4N5CH3FH4 转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+Pi参与肾上腺素、肌酸、肉毒碱合成3.甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatine phosphate)是能量储存的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。肌酸在肌酸激酶的作用下，转变为磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐(creatinine)。目 录（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变22. 硫酸根的代谢含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。PAPS为活性硫酸，是体内硫酸基的供体，使某些物质形成硫酸酯。3、半胱氨酸可转变成牛磺酸牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分之一。四、芳香族氨基酸的代谢（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。1. 儿茶酚胺(catecholamine)与黑色素(melanin)的合成神经递质羟化酶帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。帕金森病（）是一种常见的神经功能障碍疾病，其症