第十一章氨基酸代谢

1、氨 基 酸 代 谢Metabolism of Amino Acids第 十 一 章学习任务1.了解蛋白质的主要生理功能；掌握氮平衡的概念 ；必需氨基酸的概念与种类。2.氨基酸来源与去路。氨基酸的3种脱氨基方式的概念、反应过程及意义。体内氨的来源与去路；3. 尿素主要在肝脏中合成，由NH3和CO2通过鸟氨酸循环合成；鸟氨酸循环的概念、过程、重要中间产物、关键酶、尿素合成的意义。4. 了解氨基酸的合成代谢过程蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein 第一节一、 蛋白质营养的重要性1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补2. 参与多种重要的生理活动催化（酶）、免疫

2、（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。3. 氧化供能人体每日18%能量由蛋白质提供。 二、蛋白质需要量和营养价值1. 氮平衡(nitrogen balance)摄入食物的含氮量与排出蛋白质含氮量之间存在的一定关系。氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人）氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。2. 生理需要量 成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。3. 蛋白质的营养价值必需氨基酸(essential amino acid)指体内

3、需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有8种：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。 其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。 蛋白质的营养价值(nutrition value)蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。蛋白质的互补作用 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。第二节 蛋白质的消化和吸收Digestion and Absorption of Proteins一、 蛋白质的消化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。消化过程 （一）胃中的消

4、化作用胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，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) （二）小肠中的消化小肠是蛋白质消化的主要部位。1. 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。肠液中酶原的激活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

5、环境发挥催化作用。酶原还可视为酶的贮存形式。酶原激活的意义氨基肽酶氨基酸 +氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意图2. 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。二、蛋白质的吸收吸收部位：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（一）氨基酸吸收载体载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠钾泵排出细胞。载 体类型中性氨基酸载体碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体（二）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作

6、用-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程：谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶-谷氨 酸环化 转移酶氨基酸5-氧脯氨酸谷氨酸 5-氧脯氨酸酶ATPADP+Pi-谷氨酰半胱氨酸-谷氨酰半胱氨酸 合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽 合成酶ATPADP+Pi细胞外 -谷 氨酰 基转 移酶细胞膜谷胱甘肽 GSH细胞内-谷氨酰基循环过程-谷氨酰氨基酸氨基酸目 录利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系此种转运也是耗能的主动吸收过程吸收作用在小肠近端较强（三）肽的吸收第三节氨基酸的分解代谢一、概 述蛋白质的半衰期(half-life)蛋白质降低其

7、原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示蛋白质周转(protein turnover) 指已有蛋白质的降解和新蛋白的生成。蛋白质周转可以使各种蛋白质得到自我更新，也使细胞中的蛋白质组分得到周转。组织蛋白的降解有两条途径 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源性蛋白 依赖泛素(ubiquitin)的降解过程 溶酶体内降解过程依赖ATP降解异常蛋白和短寿命蛋白氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收 组织蛋白质分解 体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)氨基酸代谢概况 -酮酸 脱氨基作用 酮 体氧化供能糖胺 类脱羧基作用氨 尿素代谢转变其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等

8、)合成 目 录二、 氨基酸的脱氨基作用定义指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。脱氨基方式氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基 转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联（一）氧化脱氨基作用（1）氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶 仅存在于肝、肾组织中 以FAD为辅基存在于肝、脑、肾中辅酶为 NAD+ 或NADP+GTP、ATP 、NADH为其抑制剂ADP为其激活剂L-谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸NH3-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O（2）L-谷氨酸脱氢酶（二）转氨基作用(transamination)1. 定义在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相应的-酮

9、酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。 2. 反应式大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。3. 转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸 磷酸吡哆醛 -酮酸 磷酸吡哆胺 谷氨酸 -酮戊二酸 转氨酶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。4. 转氨基作用的生理意义（三）联合脱氨基作用 两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。2. 类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用1. 定义 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸 谷氨酸 -酮酸 -酮戊二酸 H

10、2O+NAD+转氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶 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。主要在肝、肾组织进行。 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环苹果酸 腺苷酸代琥珀酸次黄嘌呤 核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶-酮戊 二酸氨基酸 谷氨酸-酮酸 转氨酶 1草酰乙酸天冬氨酸AST此种方式主要在肌肉组织进行。腺苷酸脱氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)三、氨基酸的脱羧基作用（1）直接脱羧作用氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+ CO2磷酸吡哆醛L-组氨酸组胺组氨酸脱羧酶CO2组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的

11、分泌。 L-谷氨酸-氨基丁酸（GABA）CO2L- 谷氨酸脱羧酶GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。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。（2）羟化脱羧基作用1.色氨酸羟化脱羧基2.苯丙氨酸和酪氨酸的羟化脱羧基苯丙氨酸 + O2酪氨酸 + H2O苯丙氨酸羟化酶四氢生物蝶呤二氢生物蝶呤NADPH+H+NADP+此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。四、-酮酸的代

12、谢（一）经氨基化重新合成生成非必需氨基酸（二）转变成糖及脂类（三）氧化分解供能-酮酸在体内可通过TAC 和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。氨是机体正常代谢产物，具有毒性。正常人血氨浓度一般不超过 0.6mol/L。五、氨的代谢1. 血氨的来源 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源, 胺类的分解也可以产生氨 RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶 肠道吸收的氨氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨尿素经肠道细菌脲酶水解产生的氨 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺 谷氨酰胺谷氨酸 + NH3谷氨酰胺酶2. 血氨的去路 在肝内合成尿素，这是最主要的去路合成非必需氨基酸及其它含氮

13、化合物 合成谷氨酰胺 谷氨酸 + NH3谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi 肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。 （六）尿素的生成（一）生成部位主要在肝细胞的线粒体及细胞液中。（二）氨的转运肝外组织产生的氨向肝内转运主要有两种方式：一种是以谷氨酰胺的形式转运；另一种是以丙氨酸的形式转运。（1）以谷氨酰胺的形式转运 谷氨酸 + NH3谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi（2）以丙氨酸的形式转运（三）生成过程尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cy

14、cle)或Krebs- Henseleit循环。即将有毒的氨转变为无毒的尿素的循环过程。1. 氨基甲酰磷酸的合成 CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶（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反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。N-乙酰谷氨酸(AGA)2. 瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transfer

15、ase,OCT)催化，OCT常与CPS-构成复合体。反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入细胞液。3. 精氨酸的合成反应在细胞液中进行。 精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸精氨酸代琥珀酸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. 精氨酸水解生成尿素反应在细胞液中进行尿素鸟氨酸精氨酸鸟氨酸循环2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鸟氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸苹果酸-酮戊 二酸谷氨酸-酮酸精氨酸代 琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP + PPi鸟氨酸尿素线粒体细胞 液目 录（四）反应小结原料：2 分子氨，一个

16、来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：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。（五）尿素生成的调节1. 食物蛋白质的影响高蛋白膳食 合成加快低蛋白膳食 合成减慢2. CPS-的调节：AGA为其激活剂琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-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-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 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

17、系T A C目 录第四节 氨基酸的合成代谢人体只能合成部分氨基酸非必须氨基酸生物体内所有氨基酸都不是以CO2和NH3为起始材料从头合成的，而是起源于糖代谢的中间产物（如：丙酮酸，3-磷酸甘油，-酮戊二酸，草酰乙酸，及5-磷酸核糖等）。1.丙酮酸型：包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸。其都是以丙酮酸为骨架。2.丝氨酸型：包括丝氨酸、半胱氨酸、和甘氨酸。其骨架来自于糖酵解产生的3-磷酸甘油醛。3.天冬氨酸型：包括天冬氨酸、天冬酰胺、赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。其骨架来源于草酰乙酸。根据合成氨基酸碳架来源的不同，可以将氨基酸分为六大组：4.谷氨酸型：包括谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸。其骨架来源于-酮戊二酸。5.芳香族氨基酸型：包括酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。其骨架来源于磷酸烯醇式丙酮酸和4-磷酸赤藓糖。6.组氨酸型：仅包括组氨酸。其以5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）和三磷酸腺苷酸为起始物，经10步特殊酶促反应合成。第五节 蛋白质的腐败作用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。腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也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)（一）胺类(amines)的生成蛋白质 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