氨基酸代谢1八年制李咏生

1、MILITARYMILITARY 1 氨氨 基基 酸酸 代代 谢谢 Metabolism of Amino Acids 第第 九九 章章 李咏生李咏生 Tel: 774705(Office) E-mail: 新桥医院全军肿瘤研究所新桥医院全军肿瘤研究所 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 2 第一节第一节 蛋白质的生理功能和营养价值蛋白质的生理功能和营养价值 第三节第三节 氨基酸的一般代谢氨基酸的一般代谢 氨基酸的脱氨基反应氨基酸的脱氨基反应 第四节第四节 氨的代谢（尿素生成）氨的代谢（尿素生成） 第五节第五节 个别氨基酸的代谢个别氨基酸的代谢 第二节第二节 蛋白质的消化、吸

2、收与腐败蛋白质的消化、吸收与腐败 酮酸的代谢酮酸的代谢 氨基酸的脱羧基反应氨基酸的脱羧基反应 一碳单位的代谢一碳单位的代谢 含硫氨基酸的代谢含硫氨基酸的代谢 芳香族氨基酸的代谢芳香族氨基酸的代谢 精氨酸的代谢精氨酸的代谢 3 第一节第一节 蛋白质的生理功能蛋白质的生理功能 和营养价值和营养价值 What is the function of protein? How much protein do we need every day? How to determine the nutritional value of protein? 4 一一 5 v体内蛋白质代谢状态可用氮平衡来描述。 v氮

3、平衡 (nitrogen balance) 每日摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪） 中含氮量之间的关系。 二二 6 v氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人） v氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等） v氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性 疾病患者） n 氮平衡的意义：反映体内蛋白质代谢的 总体状况。 7 根据氮平衡关系可推算出人体每日 蛋白质需求量： v成人每日蛋白质最低分解量约20g；最低 需求量为3050g; v我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要 量为80g。 蛋白质的生理需要量蛋白质的生理需要量 8 9 氨基酸可分为： 三三 n 营养必需氨基酸 （ Essential amino

4、 acids ） n 营养非必需氨基酸 （Non essential amino acids） 10 v营养必需氨基酸(essential amino acid) 指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给 的氨基酸，共有8种：Val（缬）缬）、Ile（异亮）异亮）、Leu （亮）亮）、Thr（苏）苏）、Met（甲硫）甲硫）、Lys（赖）赖）、 Phe（苯丙）苯丙）、Trp（色）（色） “借一两本淡色书来借一两本淡色书来” （上述（上述8 8种种+ +精氨酸精氨酸+ +组氨酸）组氨酸） 11 v非必需氨基酸(non-essential amino acid) 其余12种氨基酸体内可以合成，称

5、非必需氨基酸。 12 n 蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值 (nutrition value)取取 决于必需氨基酸的数量、种类和比例。决于必需氨基酸的数量、种类和比例。 三三 13 蛋白质的互补作用 指几种营养价值较低的蛋白质混合指几种营养价值较低的蛋白质混合 食用，混合食物的营养价值将提高。食用，混合食物的营养价值将提高。 比如：比如：谷类谷类含含TrpTrp（色）多，（色）多，LysLys（赖）少；（赖）少； 而而豆类豆类含含LysLys多，多，TrpTrp少，两者混合少，两者混合 食用可提高营养价值。食用可提高营养价值。 14 第二节、蛋白质的消化、第二节、蛋白质的消化、 吸收与腐败吸收

6、与腐败 为什么可用氮平衡描为什么可用氮平衡描 述述? 外源性蛋白质的消化和吸收外源性蛋白质的消化和吸收 二肽酶二肽酶 氨基酸氨基酸 氨基酸、寡肽氨基酸、寡肽 + 内肽酶内肽酶 NHNH 56 羧基肽酶羧基肽酶 胰蛋白酶胰蛋白酶 (碱性碱性AA) 胰凝乳蛋胰凝乳蛋 白酶白酶(芳香芳香 族族AA) 弹性蛋白酶弹性蛋白酶 (脂肪族脂肪族AA) 小肠小肠 粘膜细胞粘膜细胞 氨基肽酶氨基肽酶 17 生理意义生理意义 由大分子转变为小分子，便于吸收。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，防止过消除种属特异性和抗原性，防止过 敏、毒性反应。敏、毒性反应。 外源性蛋白质的消化和吸收外源性蛋

7、白质的消化和吸收 19 20 21 （二）氨基酸通过主动转运过程被（二）氨基酸通过主动转运过程被吸收吸收 n 吸收部位：吸收部位： n 吸收形式：吸收形式： n 吸收机制：吸收机制： 主要在小肠主要在小肠 氨基酸、寡肽、二肽氨基酸、寡肽、二肽 耗能的耗能的主动吸收主动吸收过程过程 22 n 氨基酸的吸收载体氨基酸的吸收载体 七种转运蛋白七种转运蛋白 ( (transporter) ) 中性氨基酸转运蛋白中性氨基酸转运蛋白 酸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碱性氨基酸转运蛋白 亚氨基酸亚氨基酸转运蛋白转运蛋白 氨基酸氨基酸转运蛋白转运蛋白 二肽二肽转运蛋白转运蛋白 三肽转运

8、蛋白三肽转运蛋白 23 -谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用 -谷氨酰基循环谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程：过程： 也叫也叫meister循环循环 小肠黏膜细胞、肾小管细胞、脑组织小肠黏膜细胞、肾小管细胞、脑组织 谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成谷胱甘肽再合成 谷氨酸谷氨酸 5-氧脯氧脯 氨酸酶氨酸酶 ATP ADP+Pi 半胱氨酰甘氨酸半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly) 半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸 肽酶肽酶 -谷氨谷氨 酰环化酰环化 转移酶转移酶 氨基酸氨基酸 H2NCH COOH R 5-氧脯氨酸氧脯氨酸 -谷氨酰

9、半胱氨酸谷氨酰半胱氨酸 -谷氨酰谷氨酰 半胱氨酸半胱氨酸 合成酶合成酶 ADP+Pi ATP 谷胱甘肽谷胱甘肽 合成酶合成酶 ATP ADP+Pi 细胞外细胞外 - -谷谷 氨酰氨酰 基转基转 移酶移酶 细胞膜细胞膜 谷胱甘肽谷胱甘肽 GSH 细胞内细胞内 -谷氨酰谷氨酰 氨基酸氨基酸 COOH CHNH2 CH2 CH2 C O NHCH COOH R CHH2N COOH R 氨基酸氨基酸 26 （三）蛋白质的腐败作用（三）蛋白质的腐败作用 (putrefaction) v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。 v腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、 吲哚等；也可产

10、生少量的脂肪酸及维生素等可 被机体利用的物质。 27 n 有一些胺类物质在体内不能及时代谢，易进入有一些胺类物质在体内不能及时代谢，易进入 脑组织生成假神经递质。脑组织生成假神经递质。 n 假神经递质假神经递质(false neurotransmitter(false neurotransmitter）。）。 某些物质结构某些物质结构( (如如苯乙醇胺，苯乙醇胺，-羟酪胺羟酪胺）与神经递质（如）与神经递质（如儿茶酚儿茶酚 胺胺）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。）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。 苯乙胺苯乙胺苯乙醇胺苯乙醇胺 CH2 CH2NH

11、2 CH2 CH2NH2CH2NH2 COHH CH2NH2 COHH 酪胺酪胺 -羟酪胺羟酪胺 CH2 CH2NH2 OH CH2 CH2NH2 OH CH2NH2 COHH OH CH2NH2 COHH OH 2.肠道细菌通过脱氨基或尿素酶的作用产生氨肠道细菌通过脱氨基或尿素酶的作用产生氨 未被吸收的未被吸收的 氨基酸氨基酸 渗入肠道的渗入肠道的 尿素尿素 氨氨 (ammonia) 脱氨基作用脱氨基作用 尿素酶尿素酶 降低肠道降低肠道pH，NH3转变为转变为NH4+以胺盐形式排出，可以胺盐形式排出，可减少减少 氨的吸收氨的吸收，这是，这是酸性灌肠（酸性溶液灌肠）的依据酸性灌肠（酸性溶液灌肠

12、）的依据。 进入血液进入血液 和肝脏，和肝脏， 合成尿素合成尿素 （三）（三）腐败作用产生其它有害物质腐败作用产生其它有害物质 腐败作用：肠道细菌对少量未被消化的蛋白质（约占食腐败作用：肠道细菌对少量未被消化的蛋白质（约占食 物蛋白质物蛋白质5%5%）及未被吸收的氨基酸，小肽等消化产物的）及未被吸收的氨基酸，小肽等消化产物的 分解与转化作用，称为蛋白质的腐败作用。蛋白质的腐分解与转化作用，称为蛋白质的腐败作用。蛋白质的腐 败作用是细菌的代谢过程，以无氧分解为主。败作用是细菌的代谢过程，以无氧分解为主。 酪氨酸酪氨酸 苯酚苯酚 半胱氨酸半胱氨酸 硫化氢硫化氢 色氨酸色氨酸 吲哚吲哚 正常情况下，

13、上述有害物质大部分随粪便排出，只正常情况下，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。发生中毒现象。 31 第三节、氨基酸的一般代谢第三节、氨基酸的一般代谢 蛋白质的分解代谢蛋白质的分解代谢 32 成人体内的蛋白质每天约有成人体内的蛋白质每天约有1%1%2%2%被降解，被降解， 主要是肌肉蛋白质。主要是肌肉蛋白质。 蛋白质降解产生的氨基酸，大约蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%70%80%80%被被 重新利用合成新的蛋白质。重新利用合成新的蛋白质。 为什么可用氮平衡描为什么可用氮平衡描 述述? 蛋白

14、质的半寿期蛋白质的半寿期( (half-life) ) 蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间， 用用t t1/2 1/2表示。 表示。 不同的蛋白质降解速率不同。不同的蛋白质降解速率不同。 人血浆蛋白质的人血浆蛋白质的t t1/2 1/2 10 10天天 肝脏蛋白质的肝脏蛋白质的t t1/2 1/2 1-8 1-8天天 结缔组织蛋白结缔组织蛋白t t1/2 1/2 180 180天天 关键性的调节酶的关键性的调节酶的t t1/2 1/2 数分钟数分钟- -数小时数小时 1.1.溶酶体内溶酶体内降解过程降解过程 l 不依赖不依赖ATPATP、特异性不强、特异性不

15、强 l 溶酶体酶（组织蛋白酶溶酶体酶（组织蛋白酶, , cathepsin) l 降解外源性蛋白质、膜蛋白降解外源性蛋白质、膜蛋白 和长寿命的细胞内蛋白和长寿命的细胞内蛋白 2.2.依赖依赖泛素泛素的降解过程的降解过程 l 依赖依赖ATPATP、特异性强、需要泛素、特异性强、需要泛素（ubiquintin) l 蛋白酶体蛋白酶体（proteasome) l 降解异常蛋白和短寿命蛋白降解异常蛋白和短寿命蛋白 20042004年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 “For the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation” 阿龙阿龙切哈诺沃切哈

16、诺沃 阿弗拉姆阿弗拉姆赫尔什科赫尔什科 欧文欧文罗斯罗斯 蛋白质蛋白质在蛋白酶体在蛋白酶体通过通过ATP-ATP-依赖途径被降解依赖途径被降解2 泛素泛素( (ubiquitin) ) 7676个氨基酸组成的多肽个氨基酸组成的多肽 (8.5kD),(8.5kD),因广泛存在于因广泛存在于 真核生物而得名，一级真核生物而得名，一级 结构高度保守结构高度保守 泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程 泛素泛素 ubiquitin-activating enzyme, E1, 泛素激活酶泛素激活酶 ubiquitin-conjugating enzyme, E2, 泛素结合酶泛素结合酶 ub

17、iquitin-protein ligase, E3, 泛素泛素-蛋白连接酶蛋白连接酶 蛋白酶体蛋白酶体 蛋白酶体核心颗粒蛋白酶体核心颗粒(CP)结构结构 靶蛋白进入途径靶蛋白进入途径 降解部位降解部位 Proteasome Regulatory particle core particle 泛素控制的蛋白质降解的生理意义：泛素控制的蛋白质降解的生理意义： n 降解降解异常蛋白异常蛋白和和短寿蛋白质短寿蛋白质 n 清除错误的蛋白质清除错误的蛋白质 n 调节细胞生长周期、调节细胞生长周期、DNADNA复制及染色体结构复制及染色体结构 40 氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况 合成合成 分解分解 嘌呤、

18、嘧啶、肌酸嘌呤、嘧啶、肌酸 等含氮等含氮 化合物化合物 代谢转变代谢转变 胺类胺类 + CO2 脱羧基作用脱羧基作用 脱 氨 基脱 氨 基 作用作用 消化吸收消化吸收 其它含氮物质其它含氮物质 非必需氨基酸非必需氨基酸 NH3 CO2+H2O 糖或脂类糖或脂类-酮酸酮酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 尿素尿素 食物食物 蛋白蛋白 质质 组织组织 蛋白蛋白 质质 血液血液 氨基氨基 酸酸 组织组织 氨基氨基 酸酸 氨氨 基基 酸酸 代代 谢谢 库库 41 氨基酸代谢库： 食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性）与体内组 织蛋白降解产生及自身合成的氨基酸（内源性）混在一 起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代

19、谢库。 l 肌肉中的AA占代谢库的50%以上 l 肝脏占10% l 肾脏占4% l 血浆占1%-6% 血浆氨基酸是体内各组织之间AA转运的主要形式 42 1. 定义：定义： 指氨基酸脱去氨基生成相应指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸酮酸 的过程。的过程。 2. 脱氨基的方式：脱氨基的方式： n 转氨基作用转氨基作用 n 氧化脱氨基氧化脱氨基 n 联合脱氨基联合脱氨基 43 1. 转氨基作用 在转氨酶在转氨酶(transaminase)的作用下，的作用下， 某一氨基酸去掉某一氨基酸去掉-氨基生成相应的氨基生成相应的-酮酮 酸，而另一种酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相酮酸得到此氨基生成相 应的氨基酸

20、的过程。应的氨基酸的过程。 转氨基反应是完全可逆的。转氨基反应是完全可逆的。 44 n 反应式反应式 大多数氨基酸可参与转氨基作用，但甘大多数氨基酸可参与转氨基作用，但甘 氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸 除外。除外。 45 n 体内有两种重要的转氨酶： 谷丙转氨酶（ALT） 谷草转氨酶（AST） n 体内存在多种转氨酶，不同氨基酸与- 酮酸之间的转氨基作用都有专一的转氨 酶催化。 46 （肝）（肝） （心肌）（心肌） 谷丙转氨酶、谷草转氨酶谷丙转氨酶、谷草转氨酶 47 2、转氨酶的作用机制、转氨酶的作用机制 n 转氨酶的辅酶是转氨酶的辅酶是磷酸吡哆

21、醛（磷酸吡哆醛（VB6） n 磷酸吡哆醛的作用是磷酸吡哆醛的作用是：传递氨基：传递氨基 49 正常人各组织中正常人各组织中GPT及及GOT 活性（单位活性（单位/克湿组织）克湿组织） n血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指 标之一。标之一。 组组 织织 GPT GOT 组组 织织 GPT GOT 肝肝 44000 142000 胰胰 腺腺 2000 28000 肾肾 19000 91000 脾脾 1200 14000 心心 7100 156000 肺肺 700 10000 骨骼肌骨骼肌 4800 99000 血清血清 16 20 n 转氨

22、酶转氨酶 50 心肌梗塞、肝炎为何要检测转氨酶？心肌梗塞、肝炎为何要检测转氨酶？ 问问 题题 51 多数氨基酸脱氨基的重要方式；多数氨基酸脱氨基的重要方式； 机体合成非必需氨基酸的重要途径。机体合成非必需氨基酸的重要途径。 通过此种方式并未产生游离的氨。通过此种方式并未产生游离的氨。 n 转氨基作用的生理意义转氨基作用的生理意义 52 问题：为什么氨基会大多转给-酮戊二酸？ 答案：来源有保证，谷氨酸可由L-谷氨酸脱 氢酶迅速降解产生-酮戊二酸。 53 2. L-谷氨酸脱氢酶 谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的催化谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的催化 下脱氢并产生游离氨的反应过程。下脱氢并产生游离氨的反应过程。 L-

23、谷氨酸谷氨酸:唯一能高速氧化脱氨的氨基酸唯一能高速氧化脱氨的氨基酸 54 L-谷氨酸脱氢酶 GTP、ATP为其抑制剂为其抑制剂 GDP、ADP为其激活剂为其激活剂 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 生理意义生理意义：当机体能量不足时，能加速氨基酸：当机体能量不足时，能加速氨基酸 的氧化，调节能量产生。的氧化，调节能量产生。 还具有调节能量代谢的特点还具有调节能量代谢的特点 56 3. 联合脱氨基作用 转氨基作用转氨基作用和和谷氨酸的氧化脱氨基（谷氨酸的氧化脱氨基（L- 谷氨酸脱氢酶催化）谷氨酸脱氢酶催化）两种方式的联合作用，两种方式的联合作用， 使氨基酸脱下使氨基酸脱下-氨基生成氨基生成-酮酸和游

24、离的氨酮酸和游离的氨 的过程。的过程。 定义定义 57 类型类型: （1）转氨基偶联氧化脱氨基作用）转氨基偶联氧化脱氨基作用 （2）转氨基偶联嘌呤核苷酸循环）转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 3. 联合脱氨基作用 58 （1 1） 转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用 氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD+ 转氨酶转氨酶 NH3+NADH+H+ L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 此种方式是氨基酸脱氨基的此种方式是氨基酸脱氨基的主要方式主要方式 主要在肝、肾和脑组织进行。主要在肝、肾和脑组织进行。 心肌、骨骼肌中谷氨酸脱氢酶活性低心肌、骨骼肌中谷氨酸脱氢酶活性低 （三）转氨基偶联嘌呤核苷酸循环（三）转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 嘌呤核苷酸循环通常只存在嘌呤核苷酸循环通常只存在 于心肌和骨骼肌。于心肌和