第九章氨基酸代谢(13级临床医学)

【本章主要内容】重点：1.氨基酸的一般代谢。2.氨的来源、去路。3.氨的转运形式、鸟氨酸循环。4.一碳单位代谢。5.蛋氨酸循环。难点：个别氨基酸代谢及一些生理活性物质。临床：高血氨症和氨中毒。第一页，共145页。【教学目的与要求】掌握：1.必需氨基酸概念及种类。2.氨基酸联合脱氨基方式。3.氨代谢。理解：1.蛋白质的营养价值。2.芳香族氨基酸代谢。3.支链氨基酸代谢。了解：蛋白质的消化、吸收及腐败作用。第二页，共145页。氨基酸代谢是蛋白质分解代谢的中心内容

本章为aa代谢。由于aa主要来自蛋白质分解，因此有关内容也一并讲授。蛋白质合成代谢归于另外章节讲述。第三页，共145页。什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。复习第四页，共145页。含量与种类一个大肠杆菌含有1000种以上。整个生物界约有1010-1012(100亿-1万亿)种蛋白质。蛋白质（protein）是人体内含量最多（干重的45%）、种类最多（30多万）、功能最多的生物分子。复习第五页，共145页。

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%蛋白质元素组成的特点三聚氰胺事件？第六页，共145页。第一节蛋白质的生理功能和营养价值第七页，共145页。一、体内蛋白质具有多方面的重要功能(一)蛋白质维持细胞、组织的生长、更新和修补(二)蛋白质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。(三)蛋白质可作为能源物质氧化供能一般情况下，蛋白质不是体内主要供能物质（人体每日仅18%左右的能量由蛋白质提供）。非常情况下，蛋白质也可大量氧化分解供能。第八页，共145页。二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述氮平衡：摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。1.氮的总平衡：正常成人2.氮的正平衡：儿童、孕妇、恢复期病人3.氮的负平衡：饥饿、消耗性疾病氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。生理需要量一般情况（推荐）80g/日/正常成人最低需要30-50g/日/正常成人第九页，共145页。大米7克、面粉9克、黄豆36克、豆腐7.4克、白菜2克、茄子2.3克、苹果0.4克、花生17克、猪肉9.5克、牛肉20克、鸡蛋15克、鲤鱼17克。蛋白质的含量(每100克食物)第十页，共145页。三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值:食物蛋白质在体内的利用率(一)(营养)必需氨基酸：概念:机体需要，但体内不能合成或合成量不足，必须由外界（食物）供给的一些氨基酸。种类（8种）：缬、亮、异亮、苏、甲硫（蛋）、赖、苯丙、色。（缬亮异苏甲赖苯色）其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。注意：对儿童，组氨酸、精氨酸也是必需氨基酸，特别是前者。

第十一页，共145页。必须氨基酸与非必须氨基酸必须氨基酸：因为人体的肝脏内没有转换这一类氨基（酸）的转氨酶，因此，是不能通过转氨基作用来合成的，它必须从外部食物中获得，我们称这一类氨基酸为必须氨基酸。非必须氨基酸：因为人体的肝脏内转氨酶将其它有机物的取代基换成氨基，生成某种氨基酸，当机体缺少这种氨基酸时，就可以通过这种转氨基作用来满足机体的需要，而不必要必须从食物中获得，我们称这一类氨基酸为非必须氨基酸。第十二页，共145页。食物蛋白质营养价值的评价何为“营养价值”？三要素1.蛋白质含量2.必需氨基酸含量3.必需氨基酸种类、比例第十三页，共145页。人体对蛋白质的需要不仅取决于蛋白质的含量，而且还取决于蛋白质中所含必需氨基酸的种类及比例。动物性蛋白质比植物性蛋白质营养价值高由于动物蛋白质所含氨基酸的种类和比例较符合人体需要，所以动物性蛋白质比植物性蛋白质营养价值高。第十四页，共145页。食物蛋白质的互补作用概念：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-------蛋白质的互补作用。在植物性食物中，米、面粉所含蛋白质缺少赖氨酸，而蛋氨酸、胱氨酸相对较高，豆类蛋白质则反之，故食混合性食物可互相取长补短，大大提高混合蛋白质的利用率，若再适量补充动物性蛋白质，可大大提高膳食中蛋白质的营养价值。第十五页，共145页。第二节蛋白质的消化、吸收与腐败

一、外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收

（自学为主）第十六页，共145页。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。第十七页，共145页。消化过程1.胃中的消化作用胃蛋白酶的最适pH为1.5～2.5，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。

胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)第十八页，共145页。2.小肠中的消化——小肠是蛋白质消化的主要部位。胰酶及其作用胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。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。第十九页，共145页。肠液中酶原的激活胰蛋白酶原糜蛋白酶原羧基肽酶原弹性蛋白酶原

肠激酶

胰蛋白酶糜蛋白酶羧基肽酶弹性蛋白酶

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。酶原激活的意义第二十页，共145页。氨基肽酶内肽酶羧基肽酶氨基酸

+氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意图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。第二十一页，共145页。(二)氨基酸和寡肽通过主动转运机制被吸收吸收部位：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（自学）第二十二页，共145页。二、未消化和吸收蛋白质在大肠下段发生腐败作用概念：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。其产物大多对人有害。腐败作用的产物-----胺、氨、苯酚、吲哚等；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)第二十三页，共145页。（一）肠道细菌通过脱羧作用产生胺类蛋白质

氨基酸胺类蛋白酶

脱羧基作用

组氨酸组胺

赖氨酸尸胺

色氨酸

色胺

酪氨酸酪胺第二十四页，共145页。

假神经递质(falseneurotransmitter)

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。苯乙胺苯乙醇胺酪胺

β-羟酪胺第二十五页，共145页。β-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，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。第二十六页，共145页。（二）肠道细菌通过脱氨基(或尿素酶)的作用产生氨未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨(ammonia)肠道细菌脱氨基作用尿素酶降低肠道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。第二十七页，共145页。（三）腐败作用产生其它有害物质酪氨酸

苯酚半胱氨酸

硫化氢

色氨酸

吲哚第二十八页，共145页。第三节

氨基酸的一般代谢GeneralMetabolismofAminoAcids第二十九页，共145页。一、体内蛋白质分解生成氨基酸体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡，即蛋白质的转换更新（proteinturnover）。每日体内约有1-2%蛋白质被降解。蛋白质的半寿期t1/2（half-life）

蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示。第三十页，共145页。氨基酸的主要功能氨基酸的主要功能是合成蛋白质，也合成多肽及其他含氮的生理活性物质。体内的各种含氮物质几乎都可由氨基酸转变而成，包括蛋白质、肽类激素、氨基酸衍生物、黑色素、嘌呤碱、嘧啶碱、肌酸、胺类、辅酶或辅基等。另外氨基酸也可分解产能，也可转变为其它能量物质。第三十一页，共145页。

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，用t1/2表示。（一）蛋白质以不同的速率进行降解不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。人血浆蛋白质的约为10天；肝中蛋白质的短的低于30分钟，长的超过150小时。第三十二页，共145页。（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径不依赖ATP利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白。1、蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解第三十三页，共145页。2、蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解

依赖ATP依赖泛素主要降解异常蛋白和短寿命蛋白。第三十四页，共145页。生物体内存在着两类蛋白质降解过程，第一种，不需要能量的，比如发生在消化道中的降解，这一过程只需要蛋白质降解酶参与；另一种则需要能量，它是一种高效率、指向性很强的降解过程。这如同拆楼一样，如果大楼自然倒塌，并不需要能量，但如果要定时、定点、定向地拆除，则需要做工、需要能量甚至是炸药的。第三十五页，共145页。上世纪90年代，有科学家发现，一种被称为泛素的多肽在需要能量的蛋白质降解过程中扮演着重要角色。这种多肽由76个氨基酸组成，最初是从小牛的胰脏中分离出来的。它就像标签一样，被贴上标签的蛋白质就会被运送到细胞内的“垃圾处理厂”，在那里被降解。为此，以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯荣获2004年诺贝尔化学奖。

第三十六页，共145页。泛素76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守1)泛素化(ubiquitination)

泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活。2)蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解泛素介导的蛋白质降解过程补充材料:第三十七页，共145页。补充材料：细胞中存在着E1、E2和E3三种酶，它们各有分工:E1(泛素活化酶)负责激活泛素分子。泛素分子被激活后就被运送到E2上;E2(泛素携带蛋白)负责把泛素分子绑在需要降解的蛋白质上。但E2并不认识指定的蛋白质，这就需要E3帮助。E3(泛素蛋白连接酶)具有辨认指定蛋白质的功能。当E2携带着泛素分子在E3的指引下接近指定蛋白质时，E2转而就把携带的泛素分子绑在指定蛋白质上。这一过程不断重复，指定蛋白质上就被绑了一批泛素分子。被绑的泛素分子达到一定数量后，指定蛋白质就被运送到细胞内的一种称为蛋白酶体的结构中。第三十八页，共145页。蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质。26S蛋白质酶体20S的核心颗粒(CP)19S的调节颗粒(RP):18个亚基,6个亚基具有ATP酶活性2个α环：7个α亚基2个β环：7个β亚基第三十九页，共145页。补充材料：第四十页，共145页。蛋白酶体实际上是一种“垃圾处理厂”，它根据绑在指定蛋白质上的泛素分子这种标签决定接受并降解这种蛋白质。蛋白酶体是一个桶状结构，通常一个人体细胞中含有3万个蛋白酶体，经过它的处理，蛋白质就被切成由7至9个氨基酸组成的短链。这一过程如此复杂，自然需要消耗能量。第四十一页，共145页。泛素介导的蛋白质降解过程：补充材料：第四十二页，共145页。二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库外源性氨基酸。内源性氨基酸

1.机体各组织的蛋白质在酶的作用下，不断地分解成为氨基酸；2.机体还能合成部分氨基酸(非必需氨基酸)；两类氨基酸混合共同构成了机体的氨基酸代谢库(metabolicpool)。实际上包括细胞内液、细胞间液和血液中的氨基酸。第四十三页，共145页。氨基酸代谢概况：合成分解嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物代谢转变胺类+CO2脱羧基作用脱氨基作用消化吸收其它含氮物质非必需氨基酸NH3CO2+H2O糖或脂类α-酮酸谷氨酰胺尿素食物蛋白质组织蛋白质血液氨基酸组织氨基酸氨基酸代谢库第四十四页，共145页。氨基酸分解代谢途径氨基酸分解代谢的主要途径是脱氨基生成氨和相应的α-酮酸；脱羧基生成CO2和胺。第四十五页，共145页。三、氨基酸分解先脱氨基氨基酸的脱氨基作用概念：氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成α-酮酸的过程。脱氨基方式1.氧化脱氨基2.转氨基作用3.联合脱氨基4.转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联5.其它脱氨基

第四十六页，共145页。（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基转氨基作用(transamination)1.氨基酸转氨基作用由转氨酶催化完成在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。第四十七页，共145页。

注意：体内绝大多数氨基酸通过特异的转氨酶作用脱氨。转氨基作用最重要的氨基受体是α-酮戊二酸，产生谷氨酸作为新生成氨基酸。第四十八页，共145页。

反应式大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。转氨酶的专一性强，不同氨基酸与α-酮酸之间的转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。在各种转氨酶中，以L-谷氨酸和α-酮酸的转氨酶最为重要。第四十九页，共145页。第五十页，共145页。COOH|(CH2)2|HC-NH2|COOHCOOH|(CH2)2|HC-NH2|COOHCOOH|(CH2)2|C=O|COOHCOOH|(CH2)2|C=O|COOHCH3|C=O|COOHCH3

|HC-NH2|COOHCOOH|CH2|C=O|COOHCOOH|CH2|C-NH2|COOHALTAST谷氨酸-酮戊二酸谷氨酸-酮戊二酸丙酮酸丙氨酸草酰乙酸天冬氨酸转氨基作用返回主菜单第五十一页，共145页。谷草转氨酶(glutamicpyruvictransaminase,GPT)谷丙转氨酶(glutamicoxaloacetictransaminase，GOT)转氨基作用是可逆的，该反应中△G°′≈0，所以平衡常数约为1。反应的方向取绝于四种反应物的相对浓度。因而，转氨基作用也是体内某些氨基酸(非必需氨基酸)合成的重要途径。第五十二页，共145页。正常人各组织中GPT及GOT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。组织GPTGOT组织GPTGOT肝44000142000胰腺200028000肾1900091000脾120014000心7100156000肺70010000骨骼肌480099000血清1620第五十三页，共145页。转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸

磷酸吡哆醛α-酮酸

磷酸吡哆胺谷氨酸α-酮戊二酸转氨酶第五十四页，共145页。2.各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制转氨基作用过程可分为两个阶段：(1)一个氨基酸的氨基转到酶分子上，产生相应的酮酸和氨基化酶：自学第五十五页，共145页。(2)NH2转给另一种酮酸，(如α-酮戊二酸)生成氨基酸，并释放出酶分子：第五十六页，共145页。为传送NH2基因，转氨酶需其含醛基的辅酶－磷酸吡哆醛（PLP)的参与。在转氨基过程中，辅酶PLP转变为磷酸吡哆胺(PMP)。PLP通过其醛基与酶分子中赖氨酸ε氨基缩合形成Schiff碱而共价结合于酶分子中。第五十七页，共145页。目录第五十八页，共145页。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重要途径。通过此种方式并未产生游离的氨。转氨基作用的生理意义第五十九页，共145页。（二）L-谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基

在L-谷氨酸脱氢酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时脱去氨基的过程。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NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O第六十页，共145页。进一步说明：谷氨酸在线粒体中由谷氨酸脱氢酶催化氧化脱氨。以NAD+或NADP+作为辅酶。氧化反应通过谷氨酸Cα脱氢转给NAD(P)+形成α-亚氨基戊二酸，再水解生成α-酮戊二酸和氨。第六十一页，共145页。在体内，谷氨酸脱氢酶催化可逆反应。一般情况下偏向于谷氨酸的合成。因为高浓度氨对机体有害，此反应平衡点有助于保持较低的氨浓度。但当谷氨酸浓度高而NH3浓度低时，则有利于脱氨和α-酮戊二酸的生成。第六十二页，共145页。联合脱氨基作用转氨基作用与(谷氨酸)氧化脱氨基作用两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下α-氨基生成α-酮酸的过程。概念：注意：联合脱氨反应是可逆的，因此也可称为联合加氨。第六十三页，共145页。转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸

L－谷氨酸

α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+转氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶由L－谷氨酸脱氢酶和转氨酶联合催化的联合脱氨基作用（1+2）。注意：此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。第六十四页，共145页。先在转氨酶催化下，将某种氨基酸的α-氨基转移到α-酮戊二酸上生成谷氨酸，然后，在L-谷氨酸脱氢酶作用下将谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸，而α-酮戊二酸再继续参加转氨基作用。L－谷氨酸脱氢酶主要分布于肝、肾、脑等组织中，所以此种联合脱氨主要在肝、肾、脑等组织中进行。第六十五页，共145页。(三)氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基

转氨基偶联嘌呤核苷酸循环

骨骼肌和心肌组织中L-谷氨酸脱氢酶的活性很低，因而不能通过上述形式的联合脱氨反应脱氨。但骨骼肌和心肌中含丰富的腺苷酸脱氨酶，能催化腺苷酸加水、脱氨生成次黄嘌呤核苷酸(IMP)。这也可以看成是另一种形式的联合脱氨基。第六十六页，共145页。第六十七页，共145页。一种氨基酸经过两次转氨作用可将α-氨基转移至草酰乙酸生成天冬氨酸。天冬氨酸又可将此氨基转移到次黄嘌呤核苷酸上生成腺嘌呤核苷酸(通过中间化合物腺苷酸代琥珀酸)。腺苷酸脱氨酶再催化腺苷酸加水、脱氨生成次黄嘌呤核苷酸(IMP)。目前认为嘌呤核苷酸循环是骨骼肌和心肌中氨基酸脱氨的主要方式。第六十八页，共145页。第六十九页，共145页。这种形式的联合脱氨是不可逆的，因而不能通过其逆过程合成非必需氨基酸。这一代谢途径不仅把氨基酸代谢与糖代谢、脂代谢联系起来，而且也把氨基酸代谢与核苷酸代谢联系起来。第七十页，共145页。（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基α-酮酸NH+4+H2O2L-氨基酸氧化酶O2+FMNH2α-氨基酸肝、肾等第七十一页，共145页。四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解(α-酮酸的代谢)氨基酸经联合脱氨或其它方式脱氨所生成的α-酮酸有下述去路:第七十二页，共145页。（一）α-酮酸可彻底氧化分解并提供能量α-酮酸通过一定的反应途径先转变成丙酮酸、乙酰CoA、或三羧酸循环的中间产物，再经过三羧酸循环彻底氧化分解。三羧酸循环将氨基酸代谢与糖代谢、脂肪代谢紧密联系起来。第七十三页，共145页。（二）α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸α－酮酸经联合加氨反应可生成相应的氨基酸。八种必需氨基酸中，除赖氨酸和苏氨酸外其余六种亦可由相应的α-酮酸加氨生成。但和必需氨基酸相对应的α－酮酸不能在体内合成，所以必需氨基酸依赖于食物供应。第七十四页，共145页。（三）α-酮酸可转变成糖及脂类化合物（酮体）使用四氧嘧啶(alloxan)破坏犬的胰岛β-细胞，建立人工糖尿病犬的模型。

待其体内糖原和脂肪耗尽后，用某种氨基酸饲养，并检查犬尿中糖与酮体的含量。

第七十五页，共145页。若饲某种氨基酸后--尿中葡萄糖含量增多，称此氨基酸为称生糖氨基酸(glucogenicaminoacid)；尿中酮体含量增多，则称为生酮氨基酸(ketogenicaminoacid)。尿中二者都增多者称为生糖兼生酮氨基酸(glucogenicandketogenicaminoacid)。第七十六页，共145页。注意：凡能生成丙酮酸或三羧酸循环的中间产物的氨基酸均为生糖氨基酸；凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的氨基酸均为生酮氨基酸；凡能生成丙酮酸或三羧酸循环中间产物同时能生成乙酰CoA或乙酰乙酸者为生糖兼生酮氨基酸。第七十七页，共145页。

丙酮酸

可进入线粒体氧化产生乙酰CoA，进入三羧酸循环而彻底氧化酮体

可直接分解产生乙酰CoA或乙酰乙酰CoA

三羧酸循环的中间产物

通过三羧酸循环中的反应转变成苹果酸，运输到线粒体外，在胞质内依次转变成草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸，然后进入线粒体彻底氧化氨基酸分解代谢的中间产物主要有3类：注意：所谓生糖、生酮氨基酸指主要是生糖、生酮…第七十八页，共145页。亮氨酸、赖氨酸为生酮氨基酸；异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸为生糖兼生酮氨基酸；其余氨基酸均为生糖氨基酸。第七十九页，共145页。琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸蛋氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸酮体亮氨酸

赖氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸苏氨酸

谷氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系TAC第八十页，共145页。第四节氨的代谢氨是有毒的物质，人体必须及时将氨转变成无毒或毒性小的物质，然后排出体外。1.主要去路是在肝脏合成尿素、随尿排出；2.一部分氨可以合成谷氨酰胺和门冬酰胺；3.也可合成其它非必需氨基酸与含氮化合物；4.少量的氨可直接经尿排出体外。尿中排氨有利于排酸。第八十一页，共145页。氨的来源和去路第八十二页，共145页。

一、血氨有三个重要来源（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨组织中的氨基酸经过联合脱氨作用脱氨或经其它方式脱氨，这是组织中氨的主要来源。组织中氨基酸经脱羧基反应生成胺，再经单胺氧化酶或二胺氧化酶作用生成游离氨和相应的醛，这是组织中氨的次要来源。组织中氨基酸分解生成的氨是体内氨的主要来源。膳食中蛋白质过多时，这一部分氨的生成量也增多。第八十三页，共145页。（二）肠道细菌腐败作用产生氨两个来源：（1）肠内氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨--腐败作用(putrescence)。指未被消化吸收的食物蛋白质或其水解产物氨基酸在肠道细菌作用下分解的过程。腐败作用的产物有胺、氨、酚、吲哚、H2S等对人体有害的物质，也能产生对人体有益的物质，如脂肪酸、维生素K、生物素等。第八十四页，共145页。（2）肠道尿素经肠道细菌的尿素酶水解产生的氨：正常情况下肝脏合成的尿素有15%经肠粘膜分泌入肠腔。肠道细菌有尿素酶，可将尿素水解成为CO2和NH3，这一部分氨约占肠道产氨总量的90%(成人每日约为4克)。肠道中的氨可被吸收入血经门脉入肝，重新合成尿素。这个过程称为尿素的肠肝循环(enterohepatincirculationofurea)。第八十五页，共145页。肠道中NH3重吸收入血的程度决定于肠道内容物的pH值：肠道内pH值低于6时，肠道内氨生成NH+4，随粪便排出体外；肠道内pH值高于6时，肠道内氨吸收入血。临床上给高血氨病人作灌肠治疗时，禁忌使用肥皂水等，以免加重病情。第八十六页，共145页。（三）肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺

血液中的谷氨酰胺流经肾脏时，可被肾小管上皮细胞中的谷氨酰胺酶分解生成谷氨酸和NH3。这一部分NH3约占肾脏产氨量的60%。其它各种氨基酸在肾小管上皮细胞中分解也产生氨，约占肾脏产氨量的40%。第八十七页，共145页。肾小管上皮细胞中的氨有两条去路：排入原尿中，随尿液排出体外；或者被重吸收入血成为血氨。氨容易透过生物膜，而NH+4不易透过生物膜。所以肾脏产氨的去路决定于血液与原尿的相对pH值。血液的pH值是恒定的，因此实际上决定于原尿的pH值。原尿pH值偏酸时，排入原尿中的NH3与H+结合成为NH+4,随尿排出体外。若原尿的pH值较高，则NH3易被重吸收入血。临床上血氨增高的病人使用利尿剂时，应注意这一点。第八十八页，共145页。二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形

式转运(氨的转运)

（一）氨通过丙氨酸-葡萄糖循环从骨骼肌运往肝：

丙氨酸-葡萄糖循环:在肌肉组织中，以丙酮酸作为转移的氨基受体，生成丙氨酸经血液运输到肝脏。在肝脏中，经转氨基作用生成丙酮酸，可经糖异生作用生成葡萄糖，葡萄糖由血液运输到肌肉组织中，分解代谢再产生丙酮酸，后者再接受氨基生成丙氨酸。通过此途径，肌肉氨基酸的NH2基，运输到脏脏以NH3或天冬氨酸合成尿素。注意：乳酸循环（糖代谢）第八十九页，共145页。丙氨酸葡萄糖

肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-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α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖第九十页，共145页。糖异生活跃有葡萄糖-6磷酸酶【】乳

酸

循环肝骨骼肌葡萄糖葡萄糖葡萄糖酵解途径丙酮酸乳酸NADHNAD+乳酸乳酸NAD+NADH丙酮酸糖异生途径血液糖异生低下没有葡萄糖-6磷酸酶【】第九十一页，共145页。生理意义肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。肝为肌肉提供葡萄糖。第九十二页，共145页。（二）氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝或肾氨与谷氨酸在谷氨酰胺合成酶的催化下生成谷氨酰胺(glutamine)，并由血液运输至肝或肾，再经谷氨酰酶水解成谷氨酸和氨。谷氨酰胺主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。生理意义:谷氨酰胺是氨的解毒产物,也是氨的储存及运输形式。

第九十三页，共145页。三、氨在肝合成尿素是氨的主要去路

(尿素的生成)

氨的最主要的去路是在肝内合成尿素。尿素特点：1.无毒；2.分子小,含氮(氨基)高；3.溶解度高。第九十四页，共145页。（一）Krebs提出尿素是通过鸟氨酸循环合成的学说

1932年Krebs等人利用大鼠肝切片作体外实验，发现在供能的条件下，可由CO2和氨合成尿素。若在反应体系中加入少量的精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸可加速尿素的合成，而这种氨基酸的含量并不减少。为此，Krebs等人提出了鸟氨酸循环(ornithinecyclc)学说。其后由Ratner和Cohen详细论述了其各步反应。第九十五页，共145页。（二）肝中鸟氨酸循环详细步骤

1.NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸是在Mg++、ATP及N-乙酰谷氨酸(AGA)存在的情况下，由氨基甲酰磷酸合成酶I(CPS-I)催化NH3和HCO-３在肝细胞线粒体中合成。此反应是不可逆的，消耗2分子ATP。第九十六页，共145页。

CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO

~

PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行氨基甲酰磷酸的生成第九十七页，共145页。CPS-1是一种变构酶，AGA是此酶变构激活剂,由乙酰CoA和谷氨酸缩合而成。CPS-1是限速酶第九十八页，共145页。注意：真核细胞中有两种CPS：(1)线粒体CPS-Ⅰ利用游离NH3为氮源合成氨基甲酰磷酸，参与尿素合成。(2)胞液CPS-Ⅱ，利用谷氨酰胺作N源，参与嘧啶的从头合成。第九十九页，共145页。第一百页，共145页。见第十章第一百零一页，共145页。2.氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸

酶:鸟氨酸氨基甲酰转移酶部位：线粒体内

注意：鸟氨酸，瓜氨酸均非标准α-氨基酸，不出现在蛋白质中。第一百零二页，共145页。瓜氨酸的生成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸第一百零三页，共145页。3.瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸

部位：胞浆酶：精氨酸代琥珀酸合成酶瓜氨酸穿过线粒体膜进入胞浆中与天冬氨酸的氨基缩合生成精氨酸代琥珀酸，获得尿素分子中的第二个氮原子。此反应由ATP供能。精氨酸代琥珀酸合成酶是限速酶第一百零四页，共145页。

精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3精氨酸代琥珀酸的生成第一百零五页，共145页。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、精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸与延胡索酸反应在胞液中进行。第一百零六页，共145页。上述反应中生成的延胡索酸可经三羧酸循环的中间步骤生成草酰乙酸，再经谷草转氨酶催化转氨作用重新生成天冬氨酸。由此，通过延胡索酸和天冬氨酸，使三羧酸循环与尿素循环联系起来。第一百零七页，共145页。5、精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸反应在胞液中进行。

尿素

鸟氨酸精氨酸H2O第一百零八页，共145页。第一百零九页，共145页。鸟氨酸循环线粒体胞液第一百一十页，共145页。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：通过鸟氨酸循环，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。第一百一十一页，共145页。1、高蛋白质膳食促进尿素合成2、AGA激活CPS-Ⅰ启动尿素合成(见后)3、精氨酸代琥珀酸合成酶活性促进尿素合成（三）尿素合成受膳食蛋白质和两种限速酶活性的调节第一百一十二页，共145页。CPS－I是限速酶、变构酶，其变构激活剂是AGA。精氨酸是AGA合成酶的激活剂，因此，临床利用精氨酸治疗高氨血症。第一百一十三页，共145页。（四）尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒

正常生理情况下，血氨处于较低水平。尿素循环是维持血氨低浓度的关键。当肝功能严重损伤时，尿素循环发生障碍，血氨浓度升高，称为高氨血症。高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒。氨中毒机制尚不清楚。一般认为，氨进入脑组织，可与α酮戊二酸结合成谷氨酸，谷氨酸又与氨进一步结合生成谷氨酰胺，从而使α酮戊二酸和谷氨酸减少，导致三羧酸循环减弱，从而使脑组织中ATP生成减少。谷氨酸本身为神经递质，且是另一种神经递质γ-氨基丁酸的前体，其减少亦会影响大脑的正常生理功能，严重时可出现昏迷。第一百一十四页，共145页。TAC↓

脑供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3

脑内α-酮戊二酸↓①高血氨可减少脑内α-酮戊二酸，导致能量代谢障碍。

氨中毒的可能机制第一百一十五页，共145页。②脑星状细胞内谷氨酰胺增多，可导致水份渗入细胞，引起脑水肿。③谷氨酸以及由谷氨酸产生的γ-氨基丁酸都是主要的信号分子。过多谷氨酸用于合成谷氨酰胺，可导致脑内谷氨酸和γ-氨基丁酸减少，影响脑的功能。第一百一十六页，共145页。

一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类化合物氨基酸的脱羧基作用部分氨基酸可在氨基酸脱羧酶催化下进行脱羧基作用(decarboxylation)，生成相应的胺，脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。从量上讲，脱羧基作用不是体内氨基酸分解主要方式，但可生成有重要生理功能的胺。下面列举几种氨基酸脱羧产生的重要胺类物质。第五节个别氨基酸的代谢第一百一十七页，共145页。

脱羧基作用(decarboxylation)磷酸吡哆醛第一百一十八页，共145页。（一）谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA)

GABA由谷氨酸脱羧基生成，催化此反应的酶是谷氨酸脱羧酶。此酶在脑、肾组织中活性很高，所以脑中GABA含量较高。第一百一十九页，共145页。GABA是一种仅见于中枢神经系统的抑制性神经递质。谷氨酸具有兴奋作用，GABA有抑制作用，两者可共同调节神经系统的功能。临床上对于惊厥和妊娠呕吐的病人常常使用维生素B6治疗，其机理就在于提高脑组织内谷氨酸脱羧酶的活性，使GABA生成增多，增强中枢抑制作用。第一百二十页，共145页。（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。L-组氨酸组胺组氨酸脱羧酶CO2HNNCH2CHCOOHNH2HNNCH2CH2NH2自学第一百二十一页，共145页。（三）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。5-羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶5-羟色氨酸脱羧酶CO2色氨酸CH2CHCOOHNH2CH2CHCOOHNH2HOCH2CH2NH2HO自学第一百二十二页，共145页。（四）某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类(polyamines)物质多胺是调节细胞生长的重要物质。腺苷-S-(CH2)3-NH2COOH

(SAM)腺苷-S-(CH2)3-NH2脱羧基SAM

SAM脱羧酶CO2H2N-(CH2)4-NH-(CH2)3-NH2精脒(spermidine)5'-甲基-硫-腺苷丙胺转移酶

H2N-(CH2)3-NH-(CH2)4-NH-(CH2)3-NH2

精胺(spermine)鸟氨酸脱羧酶H2N-(CH2)4-NH2

腐胺CO2H2N-(CH2)4-COOHNH2

鸟氨酸丙胺转移酶自学第一百二十三页，共145页。二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单

位(一碳单位代谢)

概念：某些氨基酸在代谢过程中能生成含一个碳原子的基团，经过转移参与生物合成过程。这些含一个碳原子的基团称为一碳单位(C1unit或onecarbonunit)。有关一碳单位生成和转移的代谢称为一碳单位代谢。第一百二十四页，共145页。注意：并非所有含一个C原子的物质均为一碳单位，如CO、CO2等。体内的一碳单位有：甲基(－CH3)、甲烯基(－CH2)、甲炔基(－CH＝)、甲酰基(-CHO)、亚氨甲基(-CH＝NH)等。它们可分别来自甘氨酸、组氨酸、丝氨酸、色氨酸、蛋氨酸等。第一百二十五页，共145页。一碳单位的来源

第一百二十六页，共145页。（一）四氢叶酸作为一碳单位的运载体参与一碳

单位代谢

一碳单位不能游离存在，通常与四氢叶酸(Tetrahydrofolicacid,FH4)结合而转运或参加生物代谢，FH4是一碳单位代谢的辅酶。四氢叶酸由叶酸(folicacid)衍生而来。叶酸需经二次还原方可转变为活性辅酶形式－FH4。两次还原均由二氢叶酸还原酶(dihyclrofolatereductase)所催化。第一百二十七页，共145页。FH4的生成FFH2FH4FH2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+第一百二十八页，共145页。第一百二十九页，共145页。一碳单位与氨基酸代谢

一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸的代谢。丝氨酸羟甲基转移酶催化为甘氨酸过程中产生的N5，N10-甲烯FH4；甘氨酸在甘氨酸裂解酶催化下可分解为CO2，NH