中国医科大学生物化学7氨基酸代谢

第七章

氨基酸代谢AminoAcidMetabolismThebiochemistryandmolecularbiologydepartmentofCMU第一节

蛋白质的营养作用NutritionalFunctionofProteins一、体内蛋白质具有多方面的重要功能（一）蛋白质维持组织细胞的生长、更新和修补（二）蛋白质参与体内多种重要的生理活动（三）蛋白质可作为能源物质氧化供能二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述氮平衡状态进、出氮情况常见人群氮的总平衡摄入氮＝排出氮健康成年人氮的正平衡摄入氮＞排出氮儿童、青春期青少年、孕妇及恢复期病人氮的负平衡摄入氮＜排出氮长期饥饿、消耗性疾病患者三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值必需氨基酸：人体营养需要，而又不能自身合成，必须由食物供应的氨基酸。共8种：Val、Ile、Leu、Phe、Met、Trp、Thr、Lys。蛋白质的互补作用：混合食用营养价值较低的蛋白质，则必需氨基酸可以互相补充，从而提高营养价值。第二节

蛋白质的消化、吸收与腐败Digestion,AbsorptionandPutrefactionofproteins一、蛋白质的消化胃蛋白酶胰液中的蛋白酶：对肽键有一定的专一性内肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶外肽酶：羧基肽酶A和羧基肽酶B小肠粘膜细胞中的氨基肽酶和二肽酶。蛋白水解酶作用示意图氨基酸二肽酶氨基肽酶内肽酶氨基酸

+NHNH羧基肽酶56

胰蛋白酶胰糜蛋白酶原弹性蛋白酶羧基肽酶原胰蛋白酶原肠激酶胰糜蛋白酶弹性蛋白酶原羧基肽酶二、蛋白质在肠道发生腐败作用肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的分解作用，称为腐败作用（putrefaction）。主要产物：NH3、胺类和酚，吲哚等有害物质和营养物如：维生素，脂肪酸。第三节

氨基酸的一般代谢GeneralMetabolismofAminoAcid一、真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径

不依赖ATP的过程：在溶酶体由组织蛋白酶降解细胞外来的蛋白质、膜蛋白和胞内长寿蛋白质。依赖ATP和泛素的过程：蛋白酶体需消耗ATP，降解泛素化的异常蛋白质和短寿蛋白质。泛素：是一种参与蛋白质降解的小分子蛋白质。二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库食物蛋白质经消化吸收产生的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解生成的氨基酸以及其它物质经代谢转变而来的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库（metabolicpool）。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a-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三、联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径脱氨基的方式：转氨基作用氧化脱氨基作用联合脱氨基作用非氧化脱氨基作用嘌呤核苷酸循环（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基转氨基作用(transamination)转氨基作用由转氨酶催化完成在转氨酶(transaminase)的作用下，

-氨基酸的氨基转移到

-酮酸的

-碳上，使其生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成

-酮酸。

①反应可逆。②体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。体内重要的转氨酶①丙氨酸氨基转移酶（alanineaminotransferase,ALT或glutamicpyruvictransaminase,GPT）：肝中活性最高②天冬氨酸氨基转移酶（aspartateamino-transferase,AST或glutamicoxalo-acetictransaminase,GOT）：心肌中活性最高各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。

氨基酸磷酸吡哆醛a-酮酸

磷酸吡哆胺谷氨酸a-酮戊二酸（二）L-谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基

要点：①反应可逆。②L-谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为NAD+或NADP+。③此酶分布广泛，但以肝、肾、脑中活性较强。④此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。联合脱氨基作用在转氨酶和谷氨酸脱氢酶的联合作用下，使各种氨基酸脱下氨基的过程。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。其逆反应也是体内生成非必需氨基酸的途径。Ala+

-酮戊二酸丙酮酸+GluGlu+NAD++H2O

-酮戊二酸+NADH+NH4+

Ala+NAD++H2O丙酮酸

+NADH+NH4+

（三）氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基肌肉中的脱氨基反应是一种特殊的联合脱氨基作用（四）氨基酸通过氨基酸氧化酶脱去氨基a-氨基酸a-酮酸O2+FMNH2NH4++H2O2L-氨基酸氧化酶四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解

脱掉氨基后的

-酮酸可转变成

-酮戊二酸琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸丙酮酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA三羧酸循环中间产物PEP葡萄糖脂肪酸酮体

生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。有Leu和Lys。生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。有Ile、Phe、Tyr、Trp、Thr。第四节

氨的代谢MetabolismofAmmonia氨的来源去路一、体内有毒的氨有三个重要来源（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨（二）肠道细菌腐败作用产生氨

4g/日肠道对氨的吸收与肠道pH有关：（三）肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺

二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式转运（一）通过丙氨酸-葡萄糖循环氨从肌肉运往肝

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。

丙氨酸-葡萄糖循环（二）通过谷氨酰胺氨从脑和肌肉等组织运往肝或肾

Gln既是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输形式。Gln还可提供酰胺基，使Asp转变成Asn。三、氨在肝合成尿素是氨的主要去路尿素是体内解除氨毒的主要方式。鸟氨酸循环又叫尿素循环或Krebs-Henseleit循环尿素合成部位：肝细胞的线粒体和胞液（一）Krebs提出尿素是通过鸟氨酸循环合成的学说鸟氨酸循环的实验根据：①大鼠肝切片与NH4+保温数小时，NH4+↓，尿素↑；②加入鸟氨酸、瓜氨酸和Arg后，尿素↑；③上述三种氨基酸结构上彼此相关；④早已证实肝中有精氨酸酶。

鸟氨酸循环（二）肝中鸟氨酸循环合成尿素的详细步骤1.NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶-Ⅰ(carbamoylphos-phatesynthetaseⅠ，CPS-Ⅰ)为变构酶，N-乙酰谷氨酸（N-AGA）为此酶的变构激活剂。反应在线粒体中进行

2.氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithinecarbamoyltransferase,OCT)常与CPS-Ⅰ构成复合体。反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。3.瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸反应在胞液中进行。4.精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸反应在胞液中进行。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。

鸟氨酸循环小结①尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离的NH3），另一个来自Asp；②每合成1分子尿素需消耗4个~P；③循环中消耗的Asp可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他

-氨基酸获得氨基而再生；高蛋白质膳食促进尿素合成AGA激活CPS-Ⅰ启动尿素合成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（四）尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒氨中毒的可能机制TAC障碍脑供能不足a-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3

脑内a-酮戊二酸↓第五节

个别氨基酸代谢MetabolismofSpecificAminoAcid一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类化合物氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭活。

（一）谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成

-氨基丁酸（GABA）GABA是抑制性神经递质。（二）组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，支气管痉挛导致哮喘，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。（三）色氨酸经5-羟色氨酸生成5-羟色胺（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。脑白金的结构松果体分泌的褪黑素，（四）某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类(polyamines)物质是由鸟氨酸和Met参与生成的。多胺是调节细胞生长的重要物质。二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单位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，称为一碳单位（onecarbonunit）。一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸（tetrahydrofolicacid，FH4）结合而转运和参加代谢。（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＝NHFH4是一碳单位的载体，可看作是一碳单位代谢的辅酶。其功能部位是N5和N10。FH4的结构FH4的生成一碳单位主要来源于Ser、Gly、His、Trp的分解代谢。（二）由氨基酸产生的一碳单位可相互转变

一碳单位的相互转变

（三）一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成N10-CHO-FH4为嘌呤合成提供C2与C8，N5,N10-CH2-FH4为胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基。把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。三、含硫氨基酸的代谢是相互联系的Met的代谢：Met循环肌酸的合成Cys的代谢：胱氨酸的合成

PAPS的合成牛磺酸的合成（一）甲硫氨酸参与甲基转移甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关

①SAM为活性蛋氨酸，SAM中的甲基为活性甲基。SAM是体内最重要的甲基供体。②N5-CH3-FH4是甲基的间接供体。③转甲基酶的辅酶为VitB12。甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基肌酸的合成原料：Arg、Gly、SAM肌酸的合成部位：主要在肝（二）半胱氨酸代谢可产生多种重要的生理活性物质半胱氨酸可转变成牛磺酸由Cys氧化后再脱羧而生成。半胱氨酸与胱氨酸可以互变半胱氨酸可生成活性硫酸根PAPS为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体。四、芳香族氨基酸代谢可产生神经递质芳香族氨基酸包括：Phe、Tyr、Trp。（一）苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别苯丙氨酸羟化生成酪氨酸

反应不可逆。苯丙氨酸羟化酶为加单氧酶。辅酶为四氢生物蝶呤。Phe极少转氨基生成苯丙酮酸：苯酮酸尿症：先天缺乏苯丙氨酸羟化酶。酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解

多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素合称为儿茶酚胺。酪氨酸羟化酶是儿茶酚胺合成的限速酶。酪氨酸酶也使Tyr羟化，先天缺乏酪氨酸酶称为白化病。Tyr为生糖兼生酮氨基酸。体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸尿症。（二）色氨酸的分解代谢可产生丙酮酸和乙酰乙酰CoA①生成5-羟色胺。②转变成N10-CHO-FH4。③分解可产生丙酮酸和乙酰乙酰CoA，为生糖兼生酮氨基酸。④分解可产生尼克酸（Vpp