第十章 氨基酸代谢

蛋白质维持细胞、组织生长、更新、催化以及代谢调节等功能；此外，蛋白质在体内氧化分解可释放能量，因此，摄食足够蛋白质对机体正常代谢十分必要，对于儿童和康复期病人，供给足量、优质的蛋白质尤为重要。蛋白质本身及其组成单元氨基酸均处于不断的变化中，即不断合成和降解。蛋白质的分解，包括两个阶段，即蛋白质在蛋白酶和肽酶作用下分解成氨基酸；氨基酸在体内进一步降解。蛋白质合成在后面章节讲，本章讲述氨基酸的生物合成。本文档共55页；当前第1页；编辑于星期三\14点37分

第一节蛋白质的需要量和营养价值一、氮平衡氮平衡实验可反映机体蛋白质的代谢概况。氮的总平衡摄入量=排出氮氮的正平衡摄入量＞排出氮氮的负平衡摄入量＜排出氮二、生理需要量在不进食蛋白质时，成人每日最低分解约20克蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，不可能全部被利用，故成人每日最低需要量为30—50克蛋白质。我国营养学会推荐每日蛋白质需要量为80克。本文档共55页；当前第2页；编辑于星期三\14点37分三、蛋白质的营养价值在营养上，不仅要注意膳食蛋白质的量，还必须注意蛋白质的质。由于各种蛋白质所含氨基酸的种类和数量不同，它们的品质不同。有的蛋白质含有体内所需的各种氨基酸，含量充足且比例适当，此种蛋白质的营养价值高；有的蛋白质缺少体内所需的某种氨基酸或含量不足，其营养价值低。8种人体细胞不能合成，必须从食物中摄取，必需氨基酸；12种人体可合成，不一定需要食物供应，称其为非必需氨基酸。本文档共55页；当前第3页；编辑于星期三\14点37分必需氨基酸的种类和标准本文档共55页；当前第4页；编辑于星期三\14点37分

第二节

蛋白质的酶促降解、吸收和腐败一、降解食物蛋白质降解发生在胃—胃蛋白酶和盐酸；小肠—胰蛋白酶，靡蛋白酶，胰凝乳蛋白酶；肠肽酶最后水解成氨基酸。不同的蛋白食物在体内的降解率不同。一般动物来源的球状蛋白质能被完全消化，而纤维状蛋白仅能部分水解（缺乏相应的酶）；微生物蛋白也能被完全消化；植物性蛋白若不精制，分离纤维素等，也会降低消化率。本文档共55页；当前第5页；编辑于星期三\14点37分（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）本文档共55页；当前第6页；编辑于星期三\14点37分二、氨基酸的吸收氨基酸由肠上皮细胞吸收，血循环到身体各处细胞。两种系统参与此过程1.载体系统氨基酸在小肠的吸收过程是一个依赖ATP的过程，由不同的ATP——Na+载体系统完成。中性，碱性，酸性和脯氨酸各有其载体系统。这个系统能与氨基酸，形成复合物，将Na+泵至细胞外，从而将氨基酸泵入。上述载体系统存在于肾小管细胞，肌肉细胞的细胞膜上也有，用于回收氨基酸。本文档共55页；当前第7页；编辑于星期三\14点37分2.γ-谷氨酰基循环该系统存在于小肠粘膜，肾小管细胞，和脑组织中。对中性氨基酸，谷氨酰胺等的活性大；对天冬氨酸活性最小；对支链氨基酸和芳香族氨基酸也小。该系统每转运1mol氨基酸，消耗3molATP。本文档共55页；当前第8页；编辑于星期三\14点37分本文档共55页；当前第9页；编辑于星期三\14点37分三、肽的吸收蛋白质经胃液和胰液分泌出的各种蛋白酶和肽酶的水解，所得到的产物中仅有1/3为氨基酸，2/3为短肽。小肠存在吸收短肽的系统，对二、三肽吸收特别强，甚至优先于氨基酸，不同的短肽吸收也存在竞争性，也是一耗能过程。肽被吸收后，在粘膜细胞内被肽水解成氨基酸。本文档共55页；当前第10页；编辑于星期三\14点37分四、蛋白质的腐败作用在消化过程中，有一小部分蛋白质不被消化，也有一小部分消化产物不能被吸收。肠道细菌作用于这部分蛋白质及其消化产物，腐败。实际上，腐败作用是细菌本身的代谢过程，以无氧分解为主。腐败作用的大多数产物对人体有害，但也可以产生少量脂肪酸及维生素等。本文档共55页；当前第11页；编辑于星期三\14点37分1.胺类的生成肠道细菌分泌的蛋白酶使蛋白质分解成氨基酸，氨基酸经过脱羧基作用，产生胺类。例如组氨酸组胺；赖氨酸尸胺；色氨酸色胺；酪氨酸酪胺本文档共55页；当前第12页；编辑于星期三\14点37分酪氨酸和苯丙氨酸脱羧生成的酪胺和苯乙胺；若不能在肝内分解而进入脑组织，可分别经β-羟化而生成β-羟酪胺和苯乙醇胺。它们的化学结构与儿茶酚胺类似，称为假神经递质，可取代正常神经递质儿茶酚胺，但不能传递神经冲动，可使大脑发生异常抑制，出现肝昏迷症状。本文档共55页；当前第13页；编辑于星期三\14点37分2.氨的生成肠道中的氨主要来源于：氨基酸在肠道细菌作用下脱氨；血液中尿素渗入肠道，受肠道菌脲酶水解生成。这些氨均可被重吸收。3.其它有害物质的生成除了氨和胺以外，腐败作用还可以产生其它有害物质，例如苯酚，吲哚，甲基吲哚及硫化氢等。正常情况下，它们大部分都随粪便排出，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。本文档共55页；当前第14页；编辑于星期三\14点37分

第三节氨基酸的一般代谢蛋白质氨基酸都是α-氨基酸，因此，其α-氨基和羧基有着共同的代谢途径。但是，由于侧链上的差异，故侧链代谢有所不同，本处着重讲共同代谢途径。氨基酸的共同代谢途径包括脱氨基和脱羧基作用，见后图本文档共55页；当前第15页；编辑于星期三\14点37分食物蛋白质体蛋白氨基酸特殊途径NH4+NH3NH4+鸟氨酸循环尿素-酮酸糖及其代谢中间产物TCACO2H2O脂肪及其代谢中间产物CO2胺激素卟啉嘧啶嘌呤尿酸尼克酰氨衍生物肌酸胺（次生物质代谢）本文档共55页；当前第16页；编辑于星期三\14点37分一、脱氨基作用脱氨基作用主要有三种类型，即氧化脱氨基作用，转氨基作用，移换脱氨基作用。现分述如下；1.氧化脱氨基作用氨基酸在酶的作用下脱氨基生成α-酮酸的过程氧化脱氨基反应分两步进行，第一步是脱氢生成α-亚氨基酸，由氨基酸氧化酶催化（以FAD或FMN为辅酶的黄素蛋白）。本文档共55页；当前第17页；编辑于星期三\14点37分第二步加水和脱氨，自发进行，不需要酶催化。氨基酸氧化酶在体内分布不广泛，作用的pH为10左右，远离正常的生理条件。所以，该脱氨反应不是主要途径。

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2本文档共55页；当前第18页；编辑于星期三\14点37分该酶广泛存在，哺乳动物的肝肾中含量高，生理pH下活性极强。但其反应平衡常数有利于催化α-酮戊二酸合成谷氨酸。

L-谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOH谷氨酸脱氢酶催化下列反应本文档共55页；当前第19页；编辑于星期三\14点37分2.转氨基作用在转氨酶的催化下，α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸的酮基碳原子上，生成相应的α-酮酸；而原来的α-酮酸则形成相应的α-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。转氨酶种类多，分布广，其辅酶是磷酸砒哆醛。转氨基作用是一个可逆反应，大多有α-酮戊二酸参与。本文档共55页；当前第20页；编辑于星期三\14点37分

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）本文档共55页；当前第21页；编辑于星期三\14点37分本文档共55页；当前第22页；编辑于星期三\14点37分除赖氨酸和苏氨酸外，其余18种氨基酸都有其转氨酶，其中，以谷丙转氨酶和谷草转氨酶最为重要。谷丙转氨酶在肝脏中活力最强，组织受损，该酶释放出来，于是,血液中该酶活力大大增强。判断肝功能。谷草转氨酶在心脏中最具活力。通过转氨基作用，将氨基酸与α-酮酸进行转变，可使蛋白质分解产物氨基酸进入三羧酸循环，从而与其他代谢途径相联系。本文档共55页；当前第23页；编辑于星期三\14点37分谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)本文档共55页；当前第24页；编辑于星期三\14点37分+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶本文档共55页；当前第25页；编辑于星期三\14点37分3.联合脱氨基作用先进行转氨基作用，然后再以谷氨酸脱氢酶进行氧化脱氨基作用，所以叫联合脱氨基作用。a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联本文档共55页；当前第26页；编辑于星期三\14点37分转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联H20+NAD+NH3+NADHL-谷氨酸脱氢酶转氨酶α-氨基酸α-酮戊二酸α-酮酸L-谷氨酸本文档共55页；当前第27页；编辑于星期三\14点37分谷氨酸脱氢酶主要是进行谷氨酸合成。谷氨酸灌注实验表明；仅10%的谷氨酸经该途径氧化脱氨，而90%的谷氨酸则经过转氨基作用生成Asp。因此以谷氨酸脱氢酶为中心的氧化脱氨基途径不是主要路线。本文档共55页；当前第28页；编辑于星期三\14点37分通过放射性同位素示踪法证实：存在嘌呤核甘酸循环。这是脱氨基的主要途径。α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸本文档共55页；当前第29页；编辑于星期三\14点37分

4.非氧化脱氨基作用主要在微生物中进行。、脱羧基作用氨基酸在专一脱羧酶作用下，脱羧基生成胺的过程如Gluγ-氨基丁酸γ-氨基丁酸对中枢神经系统的传导有抑制作用Aspβ-Alaβ-Ala是生物素的组分His组胺组胺舒张血管，降血压本文档共55页；当前第30页；编辑于星期三\14点37分三、氨基酸分解产物的代谢氨基酸脱氨和脱羧形成的α-酮酸和氨；胺及二氧化碳，后者可经尿液和肺排除，前者必须经进一步代谢，转变成体内有用物质或废物。在生理条件下，氨多以NH4+的形式存在，NH4+对动物是有毒性的，血液中含1%的氨即可引起中枢神经系统中毒，症状见P215。因此，脱氨基作用产生的氨必须立即向体外排泄。动物体在进化过程中形成了不同的方式。如水生动物排氨；鸟及爬行动物排尿酸；哺乳动物排尿素。本文档共55页；当前第31页；编辑于星期三\14点37分1.氨的代谢⑴尿素的合成（P217）地点；主要器官是肝脏NH3来源；1/2来自氨基酸脱氨，1/2来自Asp。机制；鸟氨酸循环涉及到细胞浆和线粒体，鸟氨酸循环分为三个阶段第一阶段：以鸟氨酸与二氧化碳及氨合成瓜氨酸；第二阶段：瓜氨酸与氨作用形成精氨酸；第三阶段：精氨酸被水解产生尿素和鸟氨酸。本文档共55页；当前第32页；编辑于星期三\14点37分本文档共55页；当前第33页；编辑于星期三\14点37分在上述循环中，2分子氨和1分子二氧化碳结合成1分子尿素和1分子水。第一阶段以鸟氨酸和二氧化碳和氨合成瓜氨酸，其中CO2来源于糖代谢，氨来源于Glu氧化脱氨基作用.首先，CO2+NH3+2ATP=氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶然后氨甲酰磷酸将氨甲酰基转移给鸟氨酸生成瓜氨酸。该反应由鸟氨酸氨甲酰移换酶催化本文档共55页；当前第34页；编辑于星期三\14点37分第二阶段，瓜氨酸与氨作用形成精氨酸在该阶段，Asp+瓜氨酸+ATP=精氨琥珀酸+AMP+Ppi精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸生成精氨酸+延胡索酸精氨琥珀酸裂合酶第三阶段，精氨酸被水解产生尿素和鸟氨酸该阶段中，在精氨酸酶作用下进行。精氨酸+H2O=鸟氨酸+尿素该循环中，每次消耗3molATP生成1mol尿素。本文档共55页；当前第35页；编辑于星期三\14点37分本文档共55页；当前第36页；编辑于星期三\14点37分本文档共55页；当前第37页；编辑于星期三\14点37分⑵合成酰胺氨基酸脱下的氨除了形成尿素排除体外以外，还可以形成酰胺贮存并解除氨的毒害。动物主要以Gln贮存；植物则以Asn贮存。催该反应的酶分别是Gln合成酶和Asn合成酶。见下图Glu+NH3+ATP=Gln+ADP+Pi在肝脏（P219上的肾脏是错误的），Gln分解放出氨，参与鸟氨酸循环。本文档共55页；当前第38页；编辑于星期三\14点37分⑶嘧啶环的合成形成氨甲酰磷酸可以参与嘧啶的合成（N3），2.α-酮酸的代谢氨基酸脱氨的产物是α-酮酸，其代谢的方向是再合成氨基酸；转变成糖和脂肪；参与三羧酸循环，形成二氧化碳和水。⑴合成氨基酸例如α-酮戊二酸+NH4++NADPH+H+=Glu+H2O丙酮酸+Glu=丙氨酸+α-酮戊二酸本文档共55页；当前第39页；编辑于星期三\14点37分⑵转变成糖及脂肪分成生糖氨基酸和生酮氨基酸。一般来讲，生糖氨基酸的分解中间产物大都是糖代谢中的丙酮酸，草酰乙酸，α-酮戊二酸，琥珀酰CoA或者与这几种物质有关的化合物；生酮氨基酸的代谢产物为乙酰CoA或乙酰乙酸，见P221。⑶形成二氧化碳和水本文档共55页；当前第40页；编辑于星期三\14点37分第四节氨基酸合成代谢氨基酸的生物合成可以根据其合成起始物不同分成酮戊二酸型，草酰乙酸型，丙酮酸衍生型等6种类型，本节只是概要讲解。本文档共55页；当前第41页；编辑于星期三\14点37分草酰乙酸延胡索酸琥珀酰CoA-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸缬氨酸丙酮酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸磷酸烯醇式酸葡萄糖天冬氨酸天冬酰氨苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径

本文档共55页；当前第42页；编辑于星期三\14点37分一、氨基酸合成途径的类型1.α-酮戊二酸型可以合成Glu，Pro，Arg，等2.草酰乙酸型该型能合成Asp，Lys，Met，ThrAsn，Ile本文档共55页；当前第43页；编辑于星期三\14点37分3.丙酮酸衍生型合成Ala，Val，Leu4.3-磷酸甘油酸衍生型合成Ser，Gly，Hcys本文档共55页；当前第44页；编辑于星期三\14点37分5.磷酸烯醇式丙酮酸衍生型合成Phe，Tyr，Trp6.组氨酸生物合成合成组氨酸见P224本文档共55页；当前第45页；编辑于星期三\14点37分二、氨基酸与一碳单位（略）在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO2），称为一碳基团，一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成-CH=NH亚氨甲基H-CO-甲酰基-CH2OH甲羟基-CH=次甲基-CH2-亚甲基-CH3甲基一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，其辅酶为FH4

一碳基团和氨基酸代谢本文档共55页；当前第46页；编辑于星期三\14点37分四氢叶酸HH105叶酸和四氢叶酸（FH4或THFA）叶酸本文档共55页；当前第47页；编