氨基酸代谢讲义.doc

氨基酸代谢一、教学基本要求在了解蛋白质生理功能基础上，解释氮平衡，必需氨基酸和蛋白质的互补作用，熟记八种必需氨基酸的名称。 记住蛋白质水解酶的作用特点。谷氨酰循环在氨基酸吸收和转运中的意义。 叙述氨基酸的代谢概况。 写出体内几种脱氨基方式及反应过程，典型转氨酶名称，辅酶成分及ALT(GPT),AST(GOT)的组织分布特点。列举转氨酶侧定的临床意义。 叙述血氨来源与去路，描述尿素合成过程及其调节。阐述肝昏迷学说。 结合-酮酸去路解释生糖、生酮和生糖兼生酮氨基酸。联系格代谢途径复述丙氨酸、天冬氨酸或谷氨酸如何氧化成水和CO2，如何异生为糖。解释一碳单位概念，熟记一碳单位来源，代谢辅酶，功能。简述甘氨酸、谷氨酸、组氨酸、含硫氨基酸和色氨酸代谢途径及意义。 熟记苯丙氨酸、酪氨酸重要代谢产物，与代谢障碍有关的酶，酶先天缺陷相关的临床疾患。二、教材内容精要（一）蛋白质的营养作用1.蛋白质的生理作用 （1）维持组织细胞的生长，更新和修补，这是蛋白质最重要的生理功能。 （2）参与体内重要生理过程的催化及调节作用，如酶（除核酶的本质是核酸外，体内大多数酶的本质是蛋白质）、蛋白质和多肽类激素、抗体（各种免疫球蛋白）、调节蛋白（如细胞信息传递过程中的G蛋白和钙调素等）、物质运输（如清蛋白、载脂蛋白等）、血液凝固（除参与血液凝固的各种酶外，还有纤维蛋白等）。蛋白质的基本组成单位氨基酸在代谢过程中可以产生多种活性物质，如组胺、5-羟色胺、多胺类、某些神经递质、一碳单位、谷胱甘肽、活性硫酸根（PAPS）、活性甲硫氨酸（SAM）。某些氨基酸还可参与嘌呤嘧啶核苷酸的合成。（3）氧化供能。每克蛋白质在体内氧化分解可产生约17.19 kJ(4.1 kcal)能量，但这只是蛋白质的次要功能。 2.蛋白质的需要量 （1）氮平衡又分为氮的总平衡、氮的负平衡和氮的正平衡。反映体内摄入的氮量与体内排出的氮量的平衡状况，也是反映体内蛋白质代谢的平衡状况。 （2）生理需要， 我国营养学会推荐为成人80 g/d。 （3）蛋白质营养价值蛋白质的营养价值取决于组成蛋白质的氨基酸的种类和数量。组成人体蛋白质20种氨基酸中有8种是必需氨基酸。必需氨基酸的定义：人体不能合成，必需由食物供给的氨基酸称必需氨基酸。八种必需氨基酸：赖氨酸、色氨酸、蛋（甲硫）氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸。【记忆方法】赖色缬亮异亮苏，甲硫苯丙共八种。（4）食物蛋白质的互补作用：营养价值较低的蛋白质混合作用，若必需氨基酸可以互相互补从而提高营养价值，称为食物蛋白质的互补作用。（二）蛋白质的消化、吸收与腐败 1.蛋白质的消化 主要是在胃和小肠中，由消化蛋白质的酶类完成。2.氨基酸的吸收（1）部位：小肠。（2）机理 耗能主动吸收：各种氨基酸载体的耗能转运。-谷氨酰循环(-glutatmyl cycle)。 （3）蛋白质的腐败作用 概念：食物中未被消化的蛋白质及未被吸收的蛋白质消化产物在肠道细菌的作用下，进行分解代谢的过程。 产物：胺，氨基酸脱羧产生。 氨，氨基酸脱氨基，血液尿素渗入肠道分解产生的氨。 其他，苯酚、吲哚、H2等。 注意：肠道的NH3在酸性环境下，可生成NH4，易于排出体外。在碱性环境下易以NH3的形式吸收入体内，因此，对于肝功严重障碍的病人，禁用肥皂水灌肠。（三） 氨基酸的一般代谢 1.氨基酸库 （1）概念：分布于体内各处，参与代谢的所有游离氨基酸的总称。 （2）来源：食物； 组织蛋白分解； 体内合成（非必需氨基酸）。 （3）去路：合成组织蛋白质；脱氨基；脱羧基；参与其他含氮氨化合物的合成。 2.氨基酸脱氨基作用 （1）途径：联合脱氨基作用。 （2）方式：a转氨基作用（transamination）与谷氨酸氧化脱氨的联合脱氨基作用（肝、肾等组织）。 b嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle）（骨骼肌、心肌等组织）。 3.要点 （1）两种重要转氨酶谷丙转氨酶（GPT)或丙氨酸转氨酶(ALT)。谷草转氨酶（GOT）或天冬氨酸转氨酶（AST）。GPT(ALT)在肝中活性最高，在肝组织损伤造成肝细胞被破坏或肝细胞膜通透性增加时，血清中GPT（ALT）活性增高。GOP（ASP）在心肌活性最高，在心肌损伤时血清中GOP（AST）活性增高。（2）转氨酶的辅酶是维生素B6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。 注意：氨基酸脱羧酶和血红素合成的限速酶-氨基-酮戊酸（ALA）合成酶（见血液的生化章）的辅酶也是磷酸吡哆醛。（3）嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基方式涉及嘌呤核苷酸代谢过程，是AMP的生成和转变的方式。4.-酮酸的代谢 三个代谢去路： （1）生成非必需氨基酸。 （2）转变成糖和脂类：除亮氨酸和赖氨酸是生酮氨基酸外，多数氨基酸是生糖氨基酸，其中异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸是生糖兼生酮氨基酸。 （3）氧化供能。 （四）氨的代谢 1.血氨的来源与去路 （1）来源：氨基酸脱氨基作用；肠道吸收，包括肠道氨基酸脱氨和尿素的分解；肾小管上皮细胞中谷氨酰胺分解。（2）去路：肝脏合成尿素；合成谷氨酰胺；合成非必需氨基酸；以NH4随尿排出体外。 2.氨的转运 （1）丙氨酸-葡萄糖循环 意义：将肌肉中氨基酸的氨基以无毒的丙氨酸形式运输到肝，同时肝脏又将丙氨酸脱氨生成的丙酮酸异生成葡萄糖运输到肌肉组织。 （2）谷氨酰胺的运氨作用意义：谷氨酰胺的生成是神经组织解氨毒的重要方式，也是氨的储存和运输方式。注意：如肌肉组织生成的氨以谷氨酰胺的形式运输到肝和肾，再分解出氨以合成无毒的尿素。谷氨酸与谷氨酰胺的相互转变，分别由两种不同的酶催化。 3.尿素的生成 要点： （1）组织：肝脏。 （2）亚细胞部位：线粒体和胞液。 （3）机理：鸟氨酸循环(ornithine cycle）。 （4）关键酶 氨基甲酰磷酸合成酶I：变构酶，受N-乙酰谷氨酸变构激活。 精氨酸代琥珀酸合成酶：活性最低，其活性大小决定鸟氨酸循环的速度。 （5）注意：体内催化氨基甲酰磷酸生成的酶有两种，一种是氨基甲酰磷酸合成酶I，存在于肝线粒体中，最终反应产物是尿素；另一种是氨基甲酰磷酸合成酶，存在于各种细胞的胞液中，反应最终产物是嘧啶。两种酶的比较见下表。尿素生成过程中的第二个氨基是由天冬氨酸提供，即瓜氨酸和天冬氨酸生成精氨酸代琥珀酸。天冬氨酸上的氨基又可来自于其他氨基酸，其他氨基酸通过转氨基作用把氨基转移给-酮戊二酸，生成谷氨酸。谷氨酸又与草酰乙酸转氨生成天冬氨酸。因此其他氨基酸都可通过天冬氨酸把氨基转移给瓜氨酸，从而把氨基脱掉。 （6）高血氨症和氨中毒血氨正常值0.1mg/d1（0.60 mol/L）。 从氨代谢的知识来讲，血氨增高导致肝昏迷的可能机理如下： 肝功能下降尿素合成障碍血氨升高大脑-酮戊二酸减少（合成谷氨酸和谷氨酰胺）三羧酸循环障碍ATP生成减少脑功能障碍以致昏迷。 肝昏迷的机理很复杂，血氨增高只是可能的机理之一，其他原因也可能促进肝昏迷的形成。如肠道蛋白质腐败产物中有些是有毒物质，例如苯酚、吲哚、甲基吲哚和H2S等。由于肝功能障碍，这些物质吸收进入体内后不易转化成无毒物质。又如一些氨基酸在肠道脱羧基代谢后可生成相应的胺类，如酪氨酸可生成-羟酪胺；苯丙氨酸可生成苯乙醇胺，这些物质在化学结构上与儿茶酚胺类神经递质相似，因此也称为假神经递质。当肝受损时这些物质进入体内后不易在肝脏中被进一步转化，从而在大脑抑制神经冲动，促进或加重肝昏迷的发生。（五）个别氨基酸的代谢 1.氨基酸的脱羧基作用 氨基酸脱羧基后生成相应的胺，其重要性在于其中一些氨基酸脱羧基后所生成的胺类是一些重要的活性物质，如：（1）谷氨酸脱羧基生成-氨基丁酸(GABA)，-氨基丁酸是抑制性神经递质 （2）组氨酸脱羧基生成组胺，组胺是强烈的血管舒张剂，与过敏炎症有关。（3）色氨酸经羟化后脱羧基生成5-羟色胺，5-羟色胺是抑制性神经递质，也有收缩血管作用。 （4）半胱氨酸脱羧基生成牛磺酸，牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。 （5）鸟氨酸脱羧基生成腐胺，然后再转变成精脒和精胺。精脒和精胺合称多胺，可促进细胞增殖。 2.一碳单位代谢（one carbon unit） 要点： (1)概念：某些氨基酸在分解代谢过程中所产生的含有一个碳原子基团（除CO2外）的总称。 (2)载体：四氢叶酸（FH4）。 (3)来源：丝氨酸、甘氨酸、组氨酸和色氨酸（记忆：丝甘组色）。 (4)功能：参与嘌呤嘧啶核苷酸的合成。 注意：N10甲酰四氢叶酸、N5、 N10甲炔四氢叶酸、N5亚氨甲基四氢叶酸和N5，N10甲烯四氢叶酸之间可相互转变，但N5，N10甲烯四氢叶酸还原生成N5甲基四氢叶酸的反应不可逆。N5甲基四氢叶酸可以把甲基转移给同型半胱氨酸生成甲硫氨酸。3.含硫氨基酸的代谢 (1)甲硫氨酸的代谢 甲硫氨酸与转甲基作用要点：甲硫氨酸可与ATP反应生成S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM），SAM又称活性甲硫氨酸，是体内最重要的甲基供体。 甲硫氨酸循环（methionine cycle）要点：在下述循环中注意： 1）同型半胱氨酸接受N5-甲基四氢叶酸提供的甲基生成甲硫氨酸，但由于体内不能合成同型半胱氨酸，它只能由甲硫氨酸转变而来，所以实际上体内仍然不能合成甲硫氨酸，甲硫氨酸仍然是一种必需氨基酸。 2）转甲基酶的辅酶是维生素B123）N5-甲基四氢叶酸有N5，N10-甲烯四氢叶酸转变而来，但反应不可逆，N5-甲基四氢叶酸只能与同型半胱氨酸反应转移甲基后生成四氢叶酸。如果由于维生素B12缺乏，则N5-甲基四氢叶酸上的甲基不能转移，甲硫氨酸不能生成，四氢叶酸也不能再生，使组织中游离四氢叶酸含量减少，核苷酸合成乃至核酸合成障碍，影响细胞分裂。因此维生素B12不足时可导致巨幼红细胞性贫血。治疗红细胞性贫血时，在补充维生素B12时，同时要补充叶酸。 4）甲硫氨酸在代谢过程中生成的同型半胱氨酸，可以与丝氨酸缩合生成胱硫醚，后者进而裂解把巯基转给丝氨酸生成半胱氨酸。所以半胱氨酸可以由甲硫氨酸转变而来。体内摄入足够量的半胱氨酸，可以减少对甲硫氨酸的需要量，因此也可将半胱氨酸称为半必需氨基酸。 (2)肌酸的生成 要点： 1)肌酸磷酸是某些氨基酸代谢的产物。 2)磷酸肌酸是体内能量贮存的形式，在心肌、骨骼肌和脑中含量丰富。 3)肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物是肌酸酐。 (3)半胱氨酸与胱氨酸的代谢 要点： 1）蛋白质中两个半胱氨酸残基之间形成的二硫键对维持蛋白质空间构象具有重要作用。 2）许多酶的活性中心中含有半胱氨酸的巯基。 3）半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源，体内活性硫酸根的形式是3-磷酸腺苷5-磷酸硫酸（PAPS)。PAPS是体内重要的硫酸基供体。 (4)谷胱甘肽（glutathione，GSH） 谷胱甘肽是体内谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸所组成的3肽，其重要生理功能是保护体内某些蛋白质和酶蛋白分子的巯基不被氧化，从而维持其生物学功能。 4.芳香族氨基酸代谢 要点： 芳香族氨基酸包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。苯丙氨酸和酪氨酸代谢的意义在于： （1）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢过程中生成一些重要的生物活性物质