复旦药学院2005级课件生物化学氨基酸代谢

合成代谢——DNA的复制，转录和翻译遗传信息的传递与表达蛋白质的代谢分解代谢——氨基酸的分解代谢本章学习内容安排蛋白质的营养价值氨基酸的来源与去路氨基酸的体内分解代谢* (1)一般氨基酸的代谢** (2)个别氨基酸的代谢第十章氨基酸代谢第一节蛋白质的营养一、蛋白质的生理功能维持组织器官的生长、发育和修补作用蛋白质特有的生理功能,是构成组织细胞的重要成分并参与组织细胞的更新和修补。参与合成重要的含氮化合物**胺类、神经递质、激素、嘌呤、嘧啶等氧化供能：4.1千卡(17.19千焦)/克其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关二、氮平衡（nitrogenbalance)机体每日氮的摄入量与排出量维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡，反映了体内蛋白质的合成与分解代谢的总结果。营养正常的成年人儿童，孕妇，恢复期病人氮总平衡摄入氮＝排出氮氮正平衡摄入氮﹥排出氮氮负平衡摄入氮﹤排出氮营养不良，消耗性疾病患者生理需要量：成人(60kg体重)在不进食蛋白质时，其尿中仍排出一定量的含氮终产物(53mgN/kg体重)，约相当于20g蛋白质。最低需要量：30～50g／日。不同性别、年龄、生理条件下，对蛋白质的需要量有所不同。三、蛋白质的营养价值

(physiological

value

)蛋白质的生理价值＝×

100氮的吸收量＝食入氮－粪中氮氮的保留量＝食入氮－粪中氮－尿中氮氮的吸收量蛋白质的营养价值即蛋白质在体内的利用率，以氮的保留量与氮的吸收量的百分率表示。氮的保留量营养必需氨基酸(essential

amino

acid)指体内需要，但人体不能自身合成或合成量少，不能满足机体需求，必需由食物供给的氨基酸。Lys、Trp、Phe、Met、Thr、Val、Leu、Ile.营养非必需氨基酸(nonessential

amino

acid)体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸。含必需氨基酸种类多、数量足的蛋白质营养价值高。衡量蛋白质营养价值的必需氨基酸人体必需氨基酸有8种赖氨酸

Lys色氨酸

Trp缬氨酸

Val苯丙氨酸

Phe苏氨酸

Thr亮氨酸

Leu异亮氨酸

Ile甲硫氨酸

Met蛋白质的营养价值取决于①必需氨基酸的含量②必需氨基酸的种类③必需氨基酸的比例，即具有与人体需求相符的氨基酸组成食物蛋白质的互补作用几种营养价值低的蛋白质混合食用，互相补充必需氨基酸的种类和数量，从而提高蛋白质的营养价值，称为蛋白质的互补作用。谷类：Lys少，Trp多；豆类：Lys多，Trp少。第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败一、蛋白质的消化机体不能直接利用外源性蛋白质修补或根新组织，必须经

过消化过程，消除外源性蛋白质的抗原性。消化作用使食

物蛋白质水解成小分子肽和氨基酸，便于机体吸收和利用。蛋白质的消化是在胃肠道蛋白水解酶类催化下进行。蛋白水解酶以酶原的形式分泌，在胃肠道内激活成为有活性的酶蛋白水解酶的催化活性具有特异性，对肽键的位置和形成肽键的氨基酸残基有一定的选择。如：内肽酶、外肽酶选择肽键位置胃蛋白酶只能水解芳香族氨基酸的氨基和酸性氨基酸的羧基之间的肽键。蛋白质的消化过程食物蛋白质食物蛋白酶胃蛋白质胨眎胰蛋白酶糜蛋白酶碱性a.aC端多肽芳香族a.aC端多肽弹性蛋白酶脂肪族a.aC端多肽羧肽酶B羧肽酶A碱性a.a中性a.a寡肽寡

肽(3～6个氨基酸)氨基酸二肽二肽酶氨基酸二、肽和氨基酸的吸收肽和氨基酸的吸收主要在小肠进行，吸收的机理尚未完全阐明，目前认为肽和氨基酸的吸收方式包括以下两种：主动转运：通过肠粘膜细胞表面的氨基酸载体蛋白吸收ATP，需要消耗ATP。g-谷氨酰基循环：肠粘膜细胞膜上的g-谷氨酰转移酶分两阶段进行：GSH对氨基酸的转运、GSH的再生，共消耗3×ATP/1×氨基酸某些抗原、毒素蛋白可以少量未经消化直接吸收，这是导致过敏反应和食物中毒的原因。三、蛋白质及其消化产物在肠中的腐败作用肠道中未被吸收的食物蛋白质及其水解产物氨基酸和/或小肽被肠道中的细菌消化利用，称为蛋白质的腐败作用。腐败作用的大部分产物对人体有害，如：胺类、NH3、酚等。第2节氨基酸的一般代谢氨基酸的来源和去路①a、组织蛋白②食物蛋白③c

、糖转氨基作用c.

酮体c.

乙酰CoA氨基氮(谷氨酰胺)转氨基作用氨基酸b.

非蛋白含氮化合物TCACCO2尿素氨基酸的一般代谢脱羧基作用脱氨基作用个别氨基酸代谢CHCOOHNH3R一、氨基酸的脱氨基作用部位：体内大多数组织中方式：氧化脱氨基作用转氨基作用联合脱氨基作用——体内最重要的脱氨基方式(一)氧化脱氨基作用(Oxidative

Deamination)氨基酸脱氨伴有氧化反应，称为氧化脱氨基作用。催化氧化脱氨基作用的酶有两类：氨基酸氧化酶和L-谷氨酸脱氢酶氨基酸亚氨基酸

a-酮酸

+

NH3-2H酶+

H2O氨基酸氧化酶的作用L-氨基酸氧化酶分布广泛但活性不高，而D-氨基酸氧化酶体内含量很少，所以，这两种酶对于氨基酸的脱氨基的意义不大。CHRCOOHNH2+

H2O氨氨氨氨氨氨O2RCOOHCH

O

+

NH3

+

H2O2L-谷氨酸脱氢酶的作用广泛存在于肝、肾、脑等组织是不需氧脱氢酶特异性强，只催化L-谷氨酸氧化脱氨基，由此可见大多数氨基酸是通过其他方式脱氨基。(二)转氨基作用(transamination)转氨酶与转氨基作用1.在转氨酶(transaminase)的作用下，a-氨基酸的a-氨基和a-酮酸(a-ketoacid)的酮基互相交换，生成相应的新的a-氨基酸和a-酮酸，这个过程称为转氨基作用。大多数氨基酸都可参与转氨基作用(Lys,Ser,Pro,HO-Pro除外)，是体内合成非必需氨基酸的重要途径。氨基酸转氨基反应3-

--

-O--

-3H

C

COONH

+NH

+H

C

COO

+

C

COOO-

-+

C

COOR1R1R2R2a-氨基酸a-酮酸新的a-氨基酸新的a-酮酸2.

转氨酶或氨基转移酶①转氨酶有多种，在体内广泛分布，大多数转氨酶都需要a-酮戊二酸作为氨基的受体②不同氨基酸的转氨基作用由不同的转氨酶催化③比较重要的转氨酶有谷丙转氨酶和谷草转氨酶3.

谷丙转氨酶(丙氨酸氨基转移酶,ALT)和谷草转氨酶(天冬氨酸氨基转移酶,

AST)①

广泛分布②

ALT在肝细胞中活性最高，AST在心肌细胞中活性最高。③作用Glu＋pyruvate(丙酮酸)a

-ketoglutarate

＋Ala(a-酮戊二酸)Glu＋oxaloacetate(草酰乙酸)a

-ketoglutarate

＋Asp(a-酮戊二酸)ALTAST④作用机制R1CH

NH2COOHCOOHR2CH

NH2R1C

OCOOHNH2P

B6CH2P

B6

CHOR2C

OCOOH⑤

转氨基作用的意义I.转氨基作用是转氨酶催化的一类可逆反应，是体内多数氨基酸脱氨的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的主要途径。III.II.

转氨酶特异性地分布在不同的组织器官，不同组织器官转氨酶的活性差异很大。正常生理条件下，转氨酶主要分布在细胞内，血液循环

中转氨酶的活性很低。当疾病引起细胞膜通透性增强时，如发生炎症时，原本存在于细胞内的转氨酶就可以穿出

细胞，进入血液循环。并且由于转氨酶分布的组织器官

特异性，测定血清中的转氨酶活性可以作为临床诊断和

治疗的指标。转氨基作用是机体的一种重要的脱氨基方式，但是，转氨基作用不能除去氨，只是用1分子新的氨基酸装载脱下来的氨基，最终氨并没有从排出体内，所以转氨基作用是一种不彻底的脱氨基方式。氨的最终去除，是通过联合脱氨基作用实现的。联合脱氨基作用是体内氨基酸脱氨的主要方式。联合脱氨基作用是一种彻底的脱氨基方式。(三)联合脱氨基作用转氨基作用和氧化脱氨基作用相偶联的脱氨方式称为联合脱氨基作用。联合脱氨基作用是肝、肾、脑组织氨基酸脱氨基的主要方式。包括两种方式:①转氨基作用偶联氧化脱氨基作用②转氨基作用偶联AMP循环脱氨基作用↓嘌呤核苷酸循环(purine

nucleotide

cycle)②谷氨酸脱氢酶转氨酶①转氨-脱氨作用在体内大多数组织都能够进行，是体内主要的脱氨基方式，也是合成非必需氨基酸的重要途径。由于氧化脱氨基作用主要是由L-谷氨酸脱氢酶催化进行，所以转氨-脱氨作用在L-谷氨酸脱氢酶活性高的肝、肾、脑等组织比较活跃。转氨-脱氨作用一般是先转氨，以酮戊二酸作为氨基受体生成谷氨酸，再由L-谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸脱氢、脱氨。转氨-AMP循环是骨骼肌、心肌细胞氨基酸脱氨基作用的主要方式。在骨骼肌细胞和心肌细胞中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶的活性较高，故采用此方式脱氨基。转氨-AMP循环脱氨基作用的基本过程分三步进行：AST催化氨基酸转氨基给草酰乙酸，生成天冬氨酸。天冬氨酸和次黄嘌呤核苷酸(IMP)在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下缩合，生成腺苷酸代琥珀酸，然后裂解成AMP合延胡索酸。AMP在腺苷酸脱氨酶的催化下氧化脱氨，重新生成次黄嘌呤核苷酸。(四)非氧化脱氨作用微生物的某些氨基酸可以进行非氧化脱氨作用，生成NH3和a-酮酸脱水脱氨脱硫化氢脱氨直接脱氨+NH3R

C=OCOOHa-酮酸的代谢氨的代谢转氨基作用NH2R

—

C

—

HCOOH二、氨的代谢正常人血氨﹤60mmol/L

(0.1mg/100mL).氨的来源和去路氨的运输：谷氨酰胺、丙氨酸-葡萄糖循环氨的最终代谢去路——尿素循环体内氨的来源：体内氨基酸和胺类化合物分解产物肠道吸收的氨肾小管上皮细胞分泌的氨氨的去路：合成尿素，从肾脏排出体外(最终去路)生成谷氨酰胺，在血液中运输参与合成一些重要的含氮化合物以铵盐的形式从肾脏排出体外(一)氨的转运1.

Gln的运氨作用：解氨毒，运输、储存氨①

Gln的生成：在脑、肌肉组织中，NH3与Glu生成Gln。谷氨酸谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶在脑和肌肉，反应平衡倾向谷氨酰胺的合成②

Gln由血液运输到肝、肾，水解为Glu和NH3在肾脏：谷氨酰胺谷氨酸谷氨酰胺酶谷氨酰胺的分解几乎是不可逆的，脱下来的NH4+来自酰胺基，而非a-氨基脱下来的NH3与肾小管中的酸结合生成铵盐排出体外，对于调节机体酸碱平衡有重要作用。2.

丙氨酸－葡萄糖循环①肌肉组织中的氨基酸在转氨酶的作用下将氨基转移给丙酮酸，生成丙氨酸。②丙氨酸经血液循环进入肝脏，通过联合脱氨基作用将NH3释放出来，NH3经过鸟氨酸循环合成尿素，最终从体内排出。③丙氨酸脱氨后重新生成丙酮酸，丙酮酸异生为葡萄糖，葡萄糖从血液循环运送到肌肉，在肌肉重新分解生成丙酮酸。经过丙氨酸-葡萄糖循环，肌肉组织中的氨以无毒性的丙氨酸为载体运输到肝脏，不断地从体内清除出去。体内的氨以无毒性的丙氨酸和谷氨酰胺的形式在血液中运输，到肝脏合成尿素，到肾脏生成铵盐，将NH3最终从体内清除。(二)尿素的生成肝脏是尿素合成的主要器官鸟氨酸循环(ornithine

cycle)学说：1932年，由HansKrebs与KurtHenseleit提出，故又称为Krebs循环，也叫尿素循环。一次鸟氨酸循环生成1尿素，清除2NH3，消耗3ATP尿素的生成是体内氨代谢的主要途径，是蛋白质分解代谢的最主要的无毒性终产物。H2N-C-NH2＝O尿素鸟氨酸循环尿素生成的过程A.

氨基甲酰磷酸的合成由氨基甲酰磷酸合成酶I

(CPS-I)催化，

N-乙酰谷氨酸(AGA)为变构激活剂氨甲酰磷酸合成酶I氨甲酰磷酸谷氨酸乙酰CoAN－乙酰谷氨酸合成酶N－乙酰谷氨酸B.瓜氨酸的生成由鸟氨酸氨基甲酰转移酶催化鸟氨酸瓜氨酸氨基甲酰磷酸C.Arg的合成①

由精氨酸代琥珀酸合成酶(限速酶)催化：瓜氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸②

由精氨酸代琥珀酸裂解酶催化：精氨酸代琥珀酸精氨酸苹果酸D.Arg水解生成尿素由精氨酸酶催化精氨酸尿素鸟氨酸三、a-酮酸的代谢(一)经氨基化生成非必需氨基酸(二)转变为糖或脂类生糖氨基酸：大多数氨基酸生酮氨基酸：Leu、Lys生糖兼生酮氨基酸：Ile、Phe、Tyr、Thr、TrpLeu

LysPhe

TrpTyr乙酰乙酰CoA乙酰CoAIle

LeuTrp丙酮酸Ala

CysGly

SerTyrTCACAsn

AspArg

GluHis

ProGlua-酮戊二酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸Ile

MetThr

ValPhe

Tyr(三)氧化供能——通过TCAC四、氨基酸的脱羧基作用(一)羧基的代谢-

CO2－NH2R-CH-COOHR-CH2-NH2氨基酸脱羧酶(磷酸吡哆醛)R-CH2-NH2

+

O2

+

H2O胺氧化酶R-CHO

+

NH3+H2O2R-CHO醛氧化酶R-COOH氧化分解CO2

+

H2O

+

ATP(二)几种重要的胺类物质1.

g－氨基丁酸(g-amino

butyric

acid,GABA)GABA为抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。———①产生COOH(CH2)CH-NH2COOH②作用：COOH(CH

)2

2——L-Glu脱羧酶CH-NH2GABA+

CO22.

牛磺酸(taurine)①产生②作用是结合胆汁酸的组分——CH2SHCHNH2COOHL-Cys[O]——脱羧酶CH2SO3HCHNH2—-

CO2CH2SO3HCHNH2COOH磺酸丙氨酸牛磺酸3.

组胺(histamine)①生成HC=C-CH2CHCOOH———HN

N

NH2CH——HC=C-CH2CH2NH2HN

NCHL-组氨酸 组胺②作用主要存在于肥大细胞。为强烈的血管舒张剂，能增加毛细血管的通透性。刺激胃蛋白酶和胃酸的分泌。组氨酸脱羧酶-

CO24.

5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)①生成②作用分布广泛脑内：抑制性神经递质外周组织(胃肠、血小板、乳腺)：收缩血管5.

精脒、精胺的生成①生成鸟氨酸 腐胺 亚精胺 精胺②作用促进核酸和蛋白质的合成，是细胞生长、增殖必需的胺类化合物。NH2CH

NH2COOH(CH2

)3NH2NH2(CH

)2

4鸟氨氨鸟鸟氨CO2NH(CH2

)3NH2NH2(CH2

)4+

SAM5-甲甲甲甲+

SAM5-甲甲甲甲NH2NH(CH2

)3NH(CH2

)3NH2(CH

)2

4第3节 个别氨基酸的代谢一碳基团的代谢芳香族氨基酸的代谢谷胱甘肽的代谢一、一碳单位的代谢一碳基团(one

carbon

unit)指某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，包括甲基(-CH3)、亚甲基(-CH2-)、次甲基(-CH=)、甲酰基(-CHO)和亚胺甲基(-CH=NH)等。†CO2不属于一碳基团(一)一碳基团的产生和互变(二)一碳基团的载体四氢叶酸(FH4或THFA)FH4为一碳基团的载体，即一碳单位代谢的辅酶。一碳基团一般结合在FH4的N5、N10位上。蛋氨酸是体内合成

许多重要化合物，

如肾上腺素、胆碱、肌酸和核酸等的甲

基供体。甲基供体的活性形

式为S-腺苷蛋氨酸

(