生物化学与分子生物学：09_氨基酸代谢

1、Chapter 9 Metabolism of Amino Acids学习目的：学习目的：1. 理解蛋白质及氨基酸的生理功能和营养价值。理解蛋白质及氨基酸的生理功能和营养价值。2. 理解氨基酸一般分解代谢的主要途径及其调理解氨基酸一般分解代谢的主要途径及其调节。节。3. 理解尿素合成的代谢途径及其调节。理解尿素合成的代谢途径及其调节。4. 理解个别氨基酸分解代谢的主要途径。理解个别氨基酸分解代谢的主要途径。氨基酸氨基酸（amino acid）是蛋白质（）是蛋白质（protein）的基本组成单位。的基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。本章主要讨论本章

2、主要讨论氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢。Section 1 Physiological Functions and Nutritional Value of Protein一、体内蛋白质具有多种重要功能一、体内蛋白质具有多种重要功能Proteins in Vivo Have Many Important Functions1. 是是构成组织细胞构成组织细胞的重要成分。的重要成分。 2. 参与组织细胞的参与组织细胞的更新和修补更新和修补。3. 参与参与物质代谢物质代谢及生理功能的及生理功能的调控调控。4. 氧化供能氧化供能，可占所需能量的，可占所需能量的18%。5. 其他功能：如转运、凝血、免

3、疫、记忆、识别其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关。等均与蛋白质有关。 二、体内蛋白质的代谢状态可用氮平衡描述二、体内蛋白质的代谢状态可用氮平衡描述The Metabolic Status of Proteins in Vivo could be Represented by Nitrogen Balance人体每日须分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终人体每日须分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定产物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。由于食物中的含氮物主要

4、是蛋白质，故可用由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄氮的摄入量入量来代表来代表蛋白质的摄入量蛋白质的摄入量。 （一）氮平衡（一）氮平衡 (nitrogen balance)体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，称为称为氮平衡氮平衡。 重要概念：重要概念：nitrogen balance 1氮总平衡：氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致质的合成量与分解量大致相等，称为相等，称为氮总平衡

5、氮总平衡。此种情况见于此种情况见于正常成人正常成人。氮平衡的类型氮平衡的类型2氮正平衡：氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为的合成量大于分解量，称为氮正平衡氮正平衡。此种情况见于此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期儿童、孕妇、病后恢复期。3氮负平衡：氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为的合成量小于分解量，称为氮负平衡氮负平衡。此种情况见于此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者饥饿者。根据计算，正常成人每

6、日最低分解约根据计算，正常成人每日最低分解约20g蛋白质。蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，故每由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，故每日食物蛋白质的最低需要量为日食物蛋白质的最低需要量为30 50g。为了长期保持氮总平衡，正常成人每日蛋白质的为了长期保持氮总平衡，正常成人每日蛋白质的生理需要量应为生理需要量应为80g。（二）生理需要量（二）生理需要量体内不能合成或合成不足，必须由食物蛋白质体内不能合成或合成不足，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为营养供给的氨基酸称为营养必需氨基酸必需氨基酸。体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为就称

7、为非必需氨基酸非必需氨基酸。 重要概念：重要概念：essential amino acid三、营养必需氨基酸决定食物蛋白质的营养价值三、营养必需氨基酸决定食物蛋白质的营养价值Essential Amino Acids Are Contributed to the Nutritional Value of Dietary Proteins营养必需氨基酸（共营养必需氨基酸（共10种）：种）：赖氨酸（赖氨酸（Lys） 色氨酸（色氨酸（Trp）苯丙氨酸（苯丙氨酸（Phe） 蛋氨酸（蛋氨酸（Met）苏氨酸（苏氨酸（Thr） 亮氨酸（亮氨酸（Leu）异亮氨酸（异亮氨酸（Ile） 缬氨酸（缬氨酸（Val）

8、精氨酸（精氨酸（Arg） 合成不足合成不足组氨酸（组氨酸（His） 儿童期必需儿童期必需半必需氨基酸（半必需氨基酸（2种）：种）：酪氨酸（酪氨酸（Tyr） 半胱氨酸（半胱氨酸（Cys）由于由于酪氨酸酪氨酸在体内需由在体内需由苯丙氨酸苯丙氨酸为原料来合成，为原料来合成，半胱氨酸半胱氨酸需以需以蛋氨酸蛋氨酸为原料来合成，故这两种为原料来合成，故这两种氨基酸被称为氨基酸被称为半必需氨基酸半必需氨基酸。决定食物蛋白质营养价值高低的因素有：决定食物蛋白质营养价值高低的因素有： 必需氨基酸的含量必需氨基酸的含量； 必需氨基酸的种类必需氨基酸的种类； 必需氨基酸的比例必需氨基酸的比例，即具有与人体需求相，即

9、具有与人体需求相符的氨基酸组成。符的氨基酸组成。将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用称为以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补食物蛋白质的互补作用作用。例如，例如，谷类蛋白质谷类蛋白质含含Lys较少而较少而Trp较多较多，而，而豆类豆类蛋白质蛋白质含含Trp较少而较少而Lys较多较多，二者混合后食用，二者混合后食用，即可提高营养价值。即可提高营养价值。Section 2 Digestion, Absorption and Putrefaction of Protein一、食物蛋白质消化成氨基酸和多肽后被吸收一、食物蛋白质

10、消化成氨基酸和多肽后被吸收The Dietary Proteins can be Absorpted by Their Digested into Amino Acids and Peptides 在胃中，在胃中，胃蛋白酶胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽及少量氨水解食物蛋白质为多肽及少量氨基酸。基酸。（一）食物蛋白质在胃和小肠中被消化成氨基酸（一）食物蛋白质在胃和小肠中被消化成氨基酸和多肽和多肽在小肠中，食物蛋白质经蛋白酶或肽酶作用消化。在小肠中，食物蛋白质经蛋白酶或肽酶作用消化。有两种类型的消化酶：有两种类型的消化酶： 肽链外切酶肽链外切酶(exopeptidase)：如羧肽酶：如羧肽酶A、羧肽

11、酶、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等；氨基肽酶、二肽酶等； 肽链内切酶肽链内切酶(endopeptidase)：如胰蛋白酶、糜蛋白：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。酶、弹性蛋白酶等。产生的寡肽再经寡肽酶产生的寡肽再经寡肽酶(oligopeptidase)，如氨，如氨基肽酶及二肽酶等的作用，水解为氨基酸。基肽酶及二肽酶等的作用，水解为氨基酸。95%的食物蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。的食物蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。（二）氨基酸通过主动转运过程被吸收（二）氨基酸通过主动转运过程被吸收氨基酸的吸收主要在小肠进行，是一种主动氨基酸的吸收主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊的转运过程，需由特

12、殊的氨基酸载体蛋白氨基酸载体蛋白携带。携带。转运氨基酸进入细胞时，同时转运入转运氨基酸进入细胞时，同时转运入Na+。在小肠粘膜细胞、肾小管细胞和脑组织细胞，在小肠粘膜细胞、肾小管细胞和脑组织细胞，氨基酸的吸收还可氨基酸的吸收还可通过通过g g-谷氨酰基循环谷氨酰基循环（Meister循环循环）进行。）进行。g g-谷氨酰基循环谷氨酰基循环由由g g-谷氨酰基转移酶催化，利谷氨酰基转移酶催化，利用用GSH，合成合成g g-谷氨酰氨基酸谷氨酰氨基酸进行转运吸收，进行转运吸收，消耗的消耗的GSH可重新再合成。可重新再合成。 g g- -谷氨酰基循环谷氨酰基循环半胱氨酰甘氨酸半胱氨酰甘氨酸(Cys-G

13、ly)半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸肽酶肽酶g-g-谷谷氨氨 酸环化酸环化 转移酶转移酶氨基酸氨基酸H2NCHCOOHR5-5-氧脯氨酸氧脯氨酸谷氨酸谷氨酸 5-5-氧脯氧脯氨酸酶氨酸酶ATPADP+Pig g- -谷氨酰半胱氨酸谷氨酰半胱氨酸g g- -谷氨酰谷氨酰半胱氨酸半胱氨酸 合成酶合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽谷胱甘肽 合成酶合成酶ATPADP+Pi谷胱甘肽谷胱甘肽 GSH细胞外细胞外 g-g-谷谷 氨酰氨酰 基转基转 移酶移酶细胞膜细胞膜细胞内细胞内CHH2NCOOHR氨基酸氨基酸COOHCHNH2CH2CH2CONHCHCOOHRg g- -谷氨酰谷氨酰氨基酸氨基酸多肽的吸收利用

14、肠粘膜细胞上的二肽或三肽的多肽的吸收利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系进行吸收，也是一种耗能的主动吸收转运体系进行吸收，也是一种耗能的主动吸收过程。过程。二、食物蛋白质在肠道中发生腐败作用二、食物蛋白质在肠道中发生腐败作用The Putrefaction of Dietary Proteins Happens in Intestinal Tract蛋白质的腐败分解作用蛋白质的腐败分解作用（putrefaction）主要在大）主要在大肠中进行，是指细菌对蛋白质及其消化产物的分解肠中进行，是指细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用。作用。腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱羧、脱氨、腐败分解作用包

15、括水解、氧化、还原、脱羧、脱氨、脱巯基等反应。可脱巯基等反应。可产生有毒物质产生有毒物质，如，如胺类胺类（腐胺、（腐胺、尸胺、酪胺），酚类，吲哚类，尸胺、酪胺），酚类，吲哚类，氨氨及硫化氢等。及硫化氢等。这些有毒物质被吸收后，由这些有毒物质被吸收后，由肝肝进行解毒。进行解毒。 Section 3 General Catabolism of Amino Acids人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。成人每天约有成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降解成氨基的体内蛋白质被降解成氨基酸，其中主要是肌肉蛋白。酸，其中主要是肌肉蛋白。降解产生的氨基酸约降

16、解产生的氨基酸约70%80%被重新用于合成组被重新用于合成组织蛋白质。织蛋白质。一、体内蛋白质的降解和转换更新一、体内蛋白质的降解和转换更新The Degradation, Transition and Renovation of Proteins in Vivo体内不同的蛋白质降解速率不同。体内不同的蛋白质降解速率不同。蛋白质的降解速率用半寿期（蛋白质的降解速率用半寿期（t1/2）表示。）表示。肝中大部分蛋白质的肝中大部分蛋白质的t1/2为为18天，人血浆蛋白天，人血浆蛋白质质t1/2约为约为10天，结缔组织蛋白质的天，结缔组织蛋白质的t1/2可达可达180天。天。（一）体内蛋白质以不同速率

17、降解（一）体内蛋白质以不同速率降解（二）真核细胞中蛋白质以两种不同的方式降解（二）真核细胞中蛋白质以两种不同的方式降解真核细胞中存在两条不同的降解途径：真核细胞中存在两条不同的降解途径：1.不依赖不依赖ATP的降解途径：的降解途径：在在溶酶体溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。在在胞液胞液中进行，主要降解异中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。常蛋白质和短寿命的蛋白质。需需ATP和泛素参与。和泛素参与。泛素泛素(ubiquitin)是一种小分是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核子蛋白质，普遍存在于真核细胞

18、中。细胞中。2.2.依赖依赖ATPATP和泛素的降解途径：和泛素的降解途径： 蛋白质的泛素化（蛋白质的泛素化（ubiquitination）：泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后者活化。后者活化。泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程蛋白质的泛素化过程蛋白质的泛素化过程E1：泛素活化酶：泛素活化酶E2：泛素携带蛋白：泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶：泛素蛋白连接酶 蛋白酶体的降解：蛋白酶体的降解：泛素化的蛋白质与多泛素化的蛋白质与多种蛋白质构成种蛋白质构成蛋白酶蛋白酶体（体（proteasome），使蛋白质降解。使蛋白质降解。二、内源性和

19、外源性氨基酸组成氨基酸代谢库二、内源性和外源性氨基酸组成氨基酸代谢库The Metabolic Pool of Amino Acids is Involved in Endogenous and Exogenous Amino Acids食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为酸）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（metabolic pool）。氨基酸代谢库的来源与去路氨基酸代谢库的来源与去路氨基

20、酸代谢库氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收食物蛋白质消化吸收组织蛋白质分解组织蛋白质分解非必需氨基酸合成非必需氨基酸合成合成蛋白质和多肽合成蛋白质和多肽脱氨基作用脱氨基作用脱羧基作用脱羧基作用转变为其他含氮物转变为其他含氮物氨基酸的分解代谢概况氨基酸的分解代谢概况特殊分解代谢特殊分解代谢 特殊侧链的分解代谢特殊侧链的分解代谢一般分解代谢一般分解代谢脱羧基作用脱羧基作用 脱氨基作用脱氨基作用 CO2 胺胺NH3a a- -酮酸酮酸三、氨基酸主要经联合脱氨基作用进行降解三、氨基酸主要经联合脱氨基作用进行降解Amino Acids Are Degraded Mainly via Transdeamina

21、tion氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨氧化脱氨基基，联合脱氨基联合脱氨基和和非氧化脱氨基（微生物中）非氧化脱氨基（微生物中）。在这三种脱氨基作用中，以在这三种脱氨基作用中，以联合脱氨基作用联合脱氨基作用最最为重要。为重要。（一）氨基酸经转氨基作用脱氨基（一）氨基酸经转氨基作用脱氨基转氨基作用由转氨基作用由转氨酶（转氨酶（transaminase）催化，催化，将将a a-氨基酸氨基酸的氨基转移的氨基转移到到a a-酮酸酮酸酮基的位置上，生成酮基的位置上，生成相应相应的的a a-氨基酸氨基酸，而原来，而原来的的a a-氨基酸氨基酸则转变为相应则转变为相应的

22、的a a-酮酸酮酸。 转氨基作用（转氨基作用（transamination）可以在各种氨）可以在各种氨基酸基酸与与a a-酮酸之间普遍进行。除酮酸之间普遍进行。除Lys，Pro外，外，均可参加转氨基作用。均可参加转氨基作用。 各种转氨酶均以各种转氨酶均以磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛(胺胺)为辅酶。为辅酶。转氨酶的辅酶及其作用机制转氨酶的辅酶及其作用机制分子重排分子重排-H2O+H2O-H2O+H2O 丙氨酸氨基转移酶丙氨酸氨基转移酶（alanine transaminase, ALT），又称为），又称为谷丙转氨酶（谷丙转氨酶（GPT）：ALT催化丙氨酸催化丙氨酸与与a a-酮戊二酸之间的氨基移换酮戊二

23、酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。反应，为可逆反应。ALT在肝中活性较高，在在肝中活性较高，在肝的疾病肝的疾病时，可引起时，可引起血清中血清中ALT活性明显升高。活性明显升高。重要的转氨酶重要的转氨酶 天冬氨酸氨基转移酶天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase, AST），又称为），又称为谷草转氨酶（谷草转氨酶（GOT）：AST催化天冬氨酸催化天冬氨酸与与a a-酮戊二酸之间的氨基移酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。换反应，为可逆反应。AST在心肌中活性较高，故在在心肌中活性较高，故在心肌疾患心肌疾患时，血时，血清中清中AST活性明显升高。活性明显升高。（二）氨基

24、酸经氧化脱氨基作用脱氨基（二）氨基酸经氧化脱氨基作用脱氨基氧化脱氨基包括氧化脱氨基包括脱氢脱氢和和水解水解两步反应。其中，两步反应。其中，脱氢反应需脱氢反应需酶酶催化，而水解反应则不需酶的催催化，而水解反应则不需酶的催化。化。催化氧化脱氨基的酶催化氧化脱氨基的酶1. L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)：是一种需氧脱氢酶，以是一种需氧脱氢酶，以FAD或或FMN为辅基，为辅基，脱下的氢原子交给脱下的氢原子交给O2，生成，生成H2O2。该酶活性不高，在组织器官中分布局限（见该酶活性不高，在组织器官中分布局限（见于肝、肾），因此作用不大。于肝、肾），因此作用不大。

25、2. L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶（L-glutamate dehydrogenase）：）：是一种不需氧脱氢酶，以是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或或NADP+为辅酶，为辅酶，线粒体内生成的线粒体内生成的NADH或或NADPH可进入呼吸链经可进入呼吸链经氧化磷酸化产生氧化磷酸化产生ATP。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大；该酶属该酶活性高，分布广泛，因而作用较大；该酶属于变构酶，其活性受于变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受的抑制，受ADP，GDP的激活。的激活。（三）氨基酸经联合脱氨基作用脱氨基（三）氨基酸经联合脱氨基作用脱氨基 转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而转氨基作用与氧化

26、脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧使氨基酸脱去氨基并氧化为化为a a-酮酸酮酸(a a-ketoacid)的过程，称为的过程，称为联合脱氨基作用联合脱氨基作用。联合脱氨基作用可在肝、肾等大多数组织细胞联合脱氨基作用可在肝、肾等大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。中进行，是体内主要的脱氨基的方式。 联合脱氨基作用联合脱氨基作用（四）氨基酸经嘌呤核苷酸循环脱氨基（四）氨基酸经嘌呤核苷酸循环脱氨基 嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle, PNC）是存在于是存在于骨骼肌骨骼肌和和心肌心肌中的一种特殊的中的一种特殊的联合脱氨基联合脱氨基作用作

27、用方式。方式。在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而而腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶（adenylate deaminase）的活性）的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。较高，故采用此方式进行脱氨基。 腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶可催化可催化AMP脱氨基，此反应与转脱氨基，此反应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环的脱氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用。氨基作用。 IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸NH3H2O天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸AMP延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环四、氨基酸碳链骨架可进行转换

28、或分解四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解Conversion and degradation of the carbon skeletons of amino acids（一）（一）再氨基化为非必需氨基酸再氨基化为非必需氨基酸。（二）（二）转变为糖或脂转变为糖或脂： 1. 生糖氨基酸生糖氨基酸。 2. 生酮氨基酸：生酮氨基酸：Leu，Lys。 3. 生糖兼生酮氨基酸：生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。（三）（三）氧化供能氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。能。 Section 4 Metabolism of Ammonia氨具有毒性，血

29、氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝性脑病的发病有关。性脑病的发病有关。正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过65 mol/L。体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在肝合成尿素体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在肝合成尿素而解毒。而解毒。 一、血氨的来源与去路一、血氨的来源与去路Sources and Disposals of Blood Ammonia肠道吸收肠道吸收氨基酸脱氨氨基酸脱氨酰胺水解酰胺水解其他含氮物分解其他含氮物分解合成尿素合成尿素合成氨基酸合成氨基酸合成酰胺合成酰胺合成其他含氮物合成其他含氮物直接排出直接排出二

30、、氨在血中以丙氨酸或谷氨酰胺的形式转运二、氨在血中以丙氨酸或谷氨酰胺的形式转运Ammonia can be Transported in Blood with Alanine or Glutamine肌肉肌肉中的氨基酸将氨基转给中的氨基酸将氨基转给丙酮酸丙酮酸生成生成丙氨酸丙氨酸，后者，后者经血液循环转运至经血液循环转运至肝肝再脱氨基，生成的再脱氨基，生成的丙酮酸丙酮酸异生为异生为葡萄糖葡萄糖后再经血液循环转运至后再经血液循环转运至肌肉肌肉重新分解产生重新分解产生丙酮丙酮酸酸，这一循环反应过程就称为，这一循环反应过程就称为丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环。 （一）丙氨酸（一）丙氨酸- -葡萄

31、糖循环的运氨作用葡萄糖循环的运氨作用 重要概念：重要概念：alanine-glucose cycle肝肝liver血液血液blood骨骼肌骨骼肌muscleGGGpyruvateNH3alanine alanine pyruvateNH3alanine 丙氨酸丙氨酸- -葡萄糖循环葡萄糖循环（二）谷氨酰胺的运氨作用（二）谷氨酰胺的运氨作用 肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌，在肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌，在谷氨酰胺合成谷氨酰胺合成酶（酶（glutamine synthetase）的催化下，合成谷的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环转运氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环转运

32、到肝或肾，再由到肝或肾，再由谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶将其分解，将其分解， 产生的氨产生的氨即可用于合成尿素。即可用于合成尿素。因此，因此，谷氨酰胺（谷氨酰胺（glutamine）对氨具有对氨具有运输运输、贮贮存存和和解毒解毒作用。作用。 glutamine synthetaseglutaminase 肝外组织细胞肝外组织细胞肝细胞肝细胞血液血液谷氨酰胺的运氨作用谷氨酰胺的运氨作用三、氨在肝合成尿素是氨的主要代谢去路三、氨在肝合成尿素是氨的主要代谢去路 The Major Disposal of Ammonia is Used to Synthesized into Urea in Liver体内氨

33、的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素（urea）。）。合成尿素的合成尿素的主要器官是肝主要器官是肝，但在肾及脑中也可少，但在肾及脑中也可少量合成。量合成。尿素合成是经称为尿素合成是经称为鸟氨酸循环（鸟氨酸循环（ornithine cycle）的反应过程来完成的。这一循环反应的主要过程的反应过程来完成的。这一循环反应的主要过程也是也是Krebs首先提出的。首先提出的。在肝脏等组织器官中，利用鸟氨酸作载体，以在肝脏等组织器官中，利用鸟氨酸作载体，以氨、天冬氨酸及氨、天冬氨酸及CO2为原料，缩合生成尿素的为原料，缩合生成尿素的循环反应过程称为循环反应过程称为鸟氨

34、酸循环鸟氨酸循环或或尿素循环尿素循环。 重要概念：重要概念：ornithine cycle (urea cycle)1.1.氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成：在在线粒体线粒体中进行。中进行。由由氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoyl phosphate synthetase- , CPS-）催化，需）催化，需N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，是尿）作为变构激活剂，是尿素合成的素合成的起始关键酶起始关键酶。反应不可逆。反应不可逆。（一）肝中鸟氨酸循环合成尿素的过程（一）肝中鸟氨酸循环合成尿素的过程氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成2 2瓜氨酸的合成瓜氨酸的

35、合成：在在线粒体线粒体内进行。内进行。反应由反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithine carbamoyl transferase, OCT）催化，将氨）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸甲酰基转移到鸟氨酸的的d d-氨基上，生成氨基上，生成瓜氨瓜氨酸酸。瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成3 3精氨酸代琥珀酸的合成精氨酸代琥珀酸的合成：在在胞液胞液中进行。中进行。瓜氨酸在瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶（arginino-succinate synthetase）催化下，消耗）催化下，消耗ATP合成合成精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸。精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成

36、酶是尿素合成的是尿素合成的限速限速酶酶。 精氨酸代琥珀酸的合成精氨酸代琥珀酸的合成4 4精氨酸代琥珀酸的裂解精氨酸代琥珀酸的裂解：在在胞液胞液中进行。中进行。反应由反应由精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶（arginino-succinate lyase）催化，将精氨酸代琥珀）催化，将精氨酸代琥珀酸裂解生成酸裂解生成精氨酸精氨酸和和延胡索酸延胡索酸。 精氨酸代琥珀酸的裂解精氨酸代琥珀酸的裂解5 5精氨酸的水解精氨酸的水解：在在胞液胞液中进行。中进行。反应由反应由精氨酸酶精氨酸酶催化，精氨酸水解生成催化，精氨酸水解生成尿尿素素和和鸟氨酸鸟氨酸。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反鸟氨酸可再

37、转运入线粒体继续进行循环反应。应。精氨酸的水解精氨酸的水解胞液胞液线粒体线粒体尿素合成的鸟氨酸循环尿素合成的鸟氨酸循环鸟氨酸循环与三羧酸循环的鸟氨酸循环与三羧酸循环的联系联系 Krebs Bi-cycle 1合成主要在合成主要在肝细胞肝细胞的的线粒体线粒体和和胞液胞液中进行；中进行； 2合成一分子尿素需消耗合成一分子尿素需消耗4分子分子ATP； 3氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶-和和精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸合成酶合成酶是尿素合成的关键酶（限速酶）；是尿素合成的关键酶（限速酶）； 4尿素分子中的两个氮原子，一个来源于尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于一个来源于天冬氨酸

38、天冬氨酸。 尿素合成的特点尿素合成的特点（二）尿素合成受膳食因素和关键酶活性的调节（二）尿素合成受膳食因素和关键酶活性的调节1.1.食物蛋白质的影响食物蛋白质的影响2. CPS-2. CPS-的调节：的调节：AGA为其变构激活剂。但为其变构激活剂。但AGA合成酶可被合成酶可被精氨酸激活。精氨酸激活。高蛋白膳食高蛋白膳食 合成合成低蛋白膳食低蛋白膳食 合成合成3. 3. 精氨酸代琥珀酸合成酶的调节：精氨酸代琥珀酸合成酶的调节：Section 5 Metabolism of Individual Amino Acids由氨基酸脱羧酶由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为催化，辅酶为

39、磷磷酸吡哆醛酸吡哆醛，产物为，产物为CO2和胺。和胺。 氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶R-CH(NH2)COOH R-CH2NH2 + CO2 ( (磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛) )一、氨基酸经脱羧基作用生成活性胺类化合物一、氨基酸经脱羧基作用生成活性胺类化合物Amino Acids can be Transformed into Active Amines by Decarboxylation 所产生的胺可由所产生的胺可由胺氧化酶胺氧化酶氧化为醛、酸。氧化为醛、酸。 酸可由尿液排出，也可再氧化为酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。和水。g g- -氨基丁酸氨基丁酸（gamma-aminobutyri

40、c acid, GABA）是一种重要的神经递质，由是一种重要的神经递质，由L-谷氨酸谷氨酸脱羧而产生。脱羧而产生。反应由反应由L-谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶催化，在催化，在脑脑及及肾肾中活性中活性很高。很高。（一）谷氨酸脱羧基（一）谷氨酸脱羧基生成生成g g- -氨基丁酸氨基丁酸g g- -氨基丁酸的生成氨基丁酸的生成组胺组胺(histamine)由由组氨酸组氨酸脱羧产生，具有促脱羧产生，具有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒血管进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒血管作用。作用。组胺的释放与过敏反应和应激反应有关。组胺的释放与过敏反应和应激反应有关。 （二）组氨酸脱羧基生成组胺（二）组氨酸

41、脱羧基生成组胺5-羟色胺羟色胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT）也）也是一种重要的神经递质，且具有强烈的缩血管是一种重要的神经递质，且具有强烈的缩血管作用。作用。5-羟色胺的合成原料是羟色胺的合成原料是色氨酸色氨酸(tryptophan)。（三）色氨酸脱羧基生成（三）色氨酸脱羧基生成5-5-羟色胺羟色胺精脒（精脒（spermidine）和和精胺（精胺（spermine）均均属于多胺属于多胺(polyamines)，它们与细胞生长繁殖，它们与细胞生长繁殖的调节有关。的调节有关。多胺合成的原料为多胺合成的原料为鸟氨酸鸟氨酸，关键酶是，关键酶是鸟氨酸脱鸟氨酸脱羧酶（羧酶（orni

42、thine decarboxylase）。 （四）鸟氨酸脱羧基生成多胺（四）鸟氨酸脱羧基生成多胺多胺的合成过程多胺的合成过程二、某些氨基酸经分解代谢可产生一碳单位二、某些氨基酸经分解代谢可产生一碳单位Catabolism of Some Amino Acids could Produce One Carbon Unit一碳单位一碳单位是指只含一个碳原子的有机基团，这是指只含一个碳原子的有机基团，这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。些基团通常由其载体携带参加代谢反应。（一）四氢叶酸是一碳单位的常见载体（一）四氢叶酸是一碳单位的常见载体 重要概念：重要概念：one carbon unit常见的一

43、碳单位有常见的一碳单位有甲基甲基（-CH3）、）、亚甲基亚甲基或甲烯或甲烯基（基（-CH2-）、）、次甲基次甲基或甲炔基（或甲炔基（=CH-）、）、甲酰甲酰基基（-CHO）、）、亚氨甲基亚氨甲基（-CH=NH）、）、羟甲基羟甲基（-CH2OH）等。）等。 一碳单位通常由其载体携带参加代谢反应。常见一碳单位通常由其载体携带参加代谢反应。常见的载体有的载体有四氢叶酸（四氢叶酸（FH4）和和S-腺苷同型半胱氨腺苷同型半胱氨酸酸，有时也可为，有时也可为VitB12。 2-氨基氨基-4-羟基羟基-6-甲基甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶的结构四氢蝶呤啶的结构 +S-S-腺苷同型半胱氨酸腺苷同型半胱氨酸C

44、H NH2S ARCH2CH2COOHS-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸（SAM）SAM的分子结构的分子结构常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物 N10-甲酰四氢叶酸（甲酰四氢叶酸（N10-CHO FH4） N5-亚氨甲基四氢叶酸（亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NH FH4） N5,N10-亚甲基四氢叶酸亚甲基四氢叶酸 （N5,N10-CH2-FH4） N5,N10-次甲基四氢叶酸次甲基四氢叶酸 （N5,N10=CH-FH4） N5-甲基四氢叶酸（甲基四氢叶酸（N5-CH3 FH4） （二）由氨基酸代谢产生一碳单位可相互转变（二）由氨基酸代谢产生一碳单位可相互转变+H2O-H2O

45、+2H-2HSAM苏、丝苏、丝甘甘组组N-亚氨甲基谷氨酸亚氨甲基谷氨酸乙醛酸乙醛酸 N5-CH=NH FH4谷谷NH3色色N10-CHO FH4甲酸甲酸N5,N10-CH=FH4丝丝甘甘N5,N10-CH2-FH4+2HN5-CH3 FH4嘌呤嘌呤(C2, C8) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(-CH3)蛋蛋 同型半同型半胱氨酸胱氨酸三、含硫氨基酸的分解代谢可提供活性基团三、含硫氨基酸的分解代谢可提供活性基团Catabolism of Sulfur-containing Amino Acids could Supply with Active Groups 蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如蛋氨酸是体内合

46、成许多重要化合物，如肾上腺肾上腺素素、胆碱胆碱、肌酸肌酸和和核酸核酸等的甲基供体。等的甲基供体。甲基供体的活性形式为甲基供体的活性形式为S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸（S-adenosyl methionine, SAM）。）。（一）（一）S-S-腺苷蛋氨酸循环参与甲基转移腺苷蛋氨酸循环参与甲基转移 SAM也是一种一碳单位衍生物，其载体是也是一种一碳单位衍生物，其载体是S-腺苷同型半胱氨酸腺苷同型半胱氨酸，携带的一碳单位是，携带的一碳单位是甲基甲基。+CH NH2S ARCH2CH2COOHS-腺苷蛋氨酸循环的反应过程腺苷蛋氨酸循环的反应过程从蛋氨酸形成的从蛋氨酸形成的S-腺苷蛋氨酸，在提供甲基以腺苷蛋氨酸，在提供甲基以后转变为同型半胱氨酸，然后再反方向重新合后转变为同型半胱氨酸，然后再反方向重新合成蛋氨酸，这一循环反应过程称为成蛋氨酸，这一循环反应过程称为S-腺苷蛋氨腺苷蛋氨酸循环酸循环或或活性甲基循环活性甲基循环。 重要概念：重要概念：S-adenosyl methionine cycle or active methyl cycle（二）（二）SAM提供肌酸合成所需甲基提供肌酸合成所需甲基肌酸在骨骼肌、心肌和大脑细胞中用于合成肌酸在骨骼肌、心肌和大脑细胞中用于合成磷磷酸肌酸酸肌