大学生物化学教学课件氨基酸代谢

1、第七章 氨基酸代谢序言：写出一下分子的结构式： 丙AA，丙酮酸 天冬AA，草酰乙酸，乙酰乙酸； 谷AA，a-酮戊二酸； 琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸 区别： an 胺， 氨，铵，庵，蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein 第一节（180种AA，20种AA，结构通式） Pr的营养作用一、蛋白质营养的重要性 生命的物质基础： 细胞组织生长、更新、修补、 催化、运输、代谢调节 能源供给: 问题：既然糖和脂肪能作为能源物质，为什么还要利用蛋白质供能？三、氮平衡（nitrogen balance）机体内蛋白质代谢的概况可根据氮平衡实验来确定。蛋白质的含氮量平均约为

2、16 测定摄入食物的含氮量（摄入氮）及尿与粪中的含氮量（排出氮）可以反映人体蛋白质的代谢概况。二、蛋白质需要量和营养价值 （一）氮平衡： 1.氮的总平衡 摄入氮排出氮 反映正常成人的蛋白质代谢情况，即氮的“收支”平衡。 2.氮的正平衡 摄入氮排出氮 部分摄入的氮用于合成体内蛋白质。儿童、孕妇及恢复期病人。 3.氮的负平衡 摄入氮排出氮 见于蛋白质需要量不足，如饥饿或消耗性疾病患者。（二）生理需要量根据氮平衡实验，不进食Pr时，成人每日最低分解约20克Pr。考虑食物Pr消化吸收等，计算成人每日最低需要量3050g。成人最低需要量30g-50g /天。 生理需要量为80g /天。 （三）Pr的营养

3、价值 EAA （essential amino acid；EAA）与NEAA （nonessential amino acid; NEAA） 必需AA：人体内有8种AA不能合成，或合成量很少，必需由食物供给。Val、ILe、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。甲硫氨酸、色氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、赖氨酸。和（组氨酸 和 精氨酸） Phe 酪、Met 半胱 蛋白质的营养价值：N保留/N摄入的营养价值：取决于AA的种类、数量、比率，尤EAA的种类、数量含有EAA种类多、数量足的Pr，营养价值高，反之低。动物性蛋白质: 营养价值高 （EAA的种类、比例与人体需要相

4、近）（四）蛋白质的互补作用：营养价值较低的蛋白质混合食用，则必需氨基酸可以互相补充从而提高营养价值。如：谷类蛋白质含赖氨酸较少，色氨酸较多 豆类蛋白质含赖氨酸较多，色氨酸较少 两者混合食用即可提高营养价值。 临床：某些疾病情况下，为保证氨基酸的需要，可进行 混合氨基酸输液。 第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins蛋白质的消化（一）胃中消化酶：胃蛋白酶（pepsin） 胃蛋白酶原 （ pepsinogen） 激活（HCl或自身激活） 胃蛋白酶 pepsin蛋白质 多肽少量AA酪蛋白凝乳作用（乳儿重要）（

5、二）小肠中的消化（主要部位） 酶：胰酶：胰液中 内肽酶：胰蛋白酶、 糜蛋白酶、 弹性蛋白酶 外肽酶：羧基肽酶A、 羧基肽酶B胰酶特点：以酶原形式存在、特异性小肠粘膜上皮细胞： 寡肽酶： 氨基肽酶 二肽酶：水解二肽 AA 二肽 寡肽 AA 问：氨基肽酶、羧基肽酶是否都存在于小肠粘膜上皮细胞内？特点1. 酶原和酶原的激活 胃酸激活 胃蛋白酶原 胃蛋白酶 自身激活作用2. 特异性各种Pr水解酶协同作用,蛋白质消化率达95%。纤维蛋白只能部分水解。 二、AA的吸收部位：小肠机制：未明。耗能的主动吸收（一）AA吸收载体 “载体蛋白AANa+”三联体 中性AA载体； 碱性AA载体； 酸性AA载体； 亚氨基

6、酸载体 氨基酸转运体、二肽转运蛋白、三肽转运蛋白存在：小肠粘膜、肾小管、肌细胞。 （二）“-谷氨酰基循环”对AA的转运作用 部位：小肠粘膜细胞、肾小管细胞、脑组织作用？（三）肽的吸收部位：肠粘膜细胞 存在着吸收二肽或三肽的转运体系。 是一个耗能的主动吸收过程。蛋白质的吸收与过敏： 少数蛋白可通过肠粘膜细胞直接吸收，如通过胞饮、细胞间通道、肽通道、特异性受体等。导致食物过敏，严重时产生休克甚至死亡。三、蛋白质的腐败作用Pr腐败作用：肠菌对肠道中的未消化及消化未吸收部分Pr所起的作用。 胺Pr AA NH3 其它（一）胺类的生成 （肠道细菌） 脱羧基蛋白质 氨基酸 胺类 组氨酸 组胺 赖氨酸 尸胺

7、 色氨酸 色胺 酪氨酸 酪胺 -羟酪胺(脑) 苯丙氨酸 苯乙胺 苯乙醇胺(脑)假神经递质（二）氨的生成 氨的来源： （1）肠道中AA脱氨； （2）血液中尿素渗入，脲酶水解成氨 肠道 pH降低，可减少氨的吸收（NH4+排出） （三）其它有害物质的生成苯酚、吲哚、甲基吲哚、H2S等第三节氨基酸的一般代谢General Metabolism of Amino Acids 一、氨基酸在体内的代谢动态 人体内pr 处于不断降解与合成的动态平衡。 成人每天约有体内pr 的1 %2 %被降解。 体内pr 的降解也是由一系列蛋白酶和肽酶完成的。（1）不依赖ATP的过程，由溶酶体进行。 外来蛋白、长寿命蛋白、膜

8、蛋白（2）依赖ATP和泛素. （胞液中进行） 异常蛋白、短寿命蛋白。氨基酸代谢库（metabolic pool）食物pr经消化而被吸收的AA(外源性氨基酸)与体内组织pr降解产生的AA（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为。AA由于不能自由通过细胞膜，所以在体内的分布也是不均匀的。如：肌肉中氨基酸占总代谢库的50 %以上 肝约占10 %，肾约占4 %，血浆占1-6 % 肌肉和肝在维持血浆AA浓度的相对稳定中起着重要作用。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-

9、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AA的一般代谢 AA代谢库 食物Pr -酮酸 氨 组织Pr AA代谢库 胺类体内合成 其它含氮化合物AA的脱氨基作用: 氧化脱氨基: L-AA氧化酶 D-AA氧化酶 L-Glu脱氢酶 转氨基作用 联合脱氨基作用 非氧化脱氨基（一）转氨基作用AA在转氨酶催化下，可逆地将AA的氨基转移给 - 酮酸，结果AA则转变成相应的- 酮酸，原来的- 酮酸接受氨基转变成另一种AA 。 （除Lys、Pro、OH-Pro外）1. 反应 ALT（GPT）：谷丙转氨酶；（肝） AST（GOT）：谷草转氨酶 （心肌） 辅助诊断: 肝炎: ALT 心肌炎

10、: AST, 肌酸激酶(MB), LDH(H4)2.转氨基作用的机制辅酶：磷酸吡哆醛， 磷酸吡哆胺3、转氨基作用的意义转氨基作用反应可逆，既是氨基酸的分解代谢过程，也是体内某些氨基酸（非必需氨基酸）合成的重要途径。临床上：辅助诊断，作为疾病预后的指标。 急性肝炎患者血清GPT活性显著升高； 心肌梗死患者血清GOT活性显著升高。（二）L-Glu 脱氨基作用： -谷氨酸脱氢酶(肝、肾、脑) 辅酶为NAD或 NADP，不需氧脱氢酶（三）联合脱氨基作用：（1）转氨酶与L-Glu脱氢酶的联合脱氨基作用定义：转氨酶催化AA与-酮戊二酸进行氨基交换，结果生成相应的-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再经L-Glu脱氢酶脱

11、去氨基，生成-酮戊二酸和氨。部位：肝、肾， （反应可逆）。2、嘌呤核苷酸循环 联合脱氨基作用：在肝、肾等组织中进行。 嘌呤核苷酸循环：骨骼肌和心肌中 （肌肉中L-Glu脱氢酶活性不高） 对肌肉中支链AA（缬、亮、异亮）分解重要二、-酮酸的代谢（一）合成NEAA 多数-酮酸在体内经转氨基的逆循环可生成AA。 （二）转变成糖或脂类生酮AA：-酮酸转变为乙酰CoA、乙酰乙酰CoA，生成FA及脂类。p257生糖AA：生酮AA： 亮、赖生糖兼生酮：色、酪、异亮、苯、苏（三）氧化供能经TAC彻底分解为H2O和CO2，释放能量。 AA 糖 脂第四节氨的代谢Metabolism of Ammonia 氨的代谢

12、 氨：具有毒性 脑组织对氨的作用尤为敏感 *解毒：氨 尿素除门静脉血液外，体内血液中氨的浓度很低。正常人血浆中氨的浓度0.1mg %氨的 来源 转运 去路一、氨的来源（） AA 及胺分解 AA、R-NH2 NH3 嘌呤、嘧啶 NH3（）肠管吸收： 肠内AA 肠道尿素 （）肾脏产氨 Gln GLu a-KG NH3 NH3（1）对高血氨病人 用弱酸性透析液作结肠透析，以降低血氨。 （2）对肝硬化而产生肝腹水的病人，用酸性利尿药， 以降低血氨。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

13、葡萄糖 肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸-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-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 （2）Gln的运氨作用 脑、肌肉（1/3）运氨至肝或肾Gln运至肝或肾，水解为Glu和NH， 在肝合成尿素， 在肾以NH形式排出。NH3三、氨的去路1. 合成尿素2. 合成Gln3.合成非必需氨基酸及其它含氮化合物（合成NEAA、purine（嘌呤，Pu ）, pyrimidine（嘧啶，Py ）4.肾小管分泌氨多余N的处理:(排出) 尿素、铵盐 尿酸、胆色素N （一）、尿素的生成体内的氨：主要在肝中合成尿素而解毒（ 80- 90）

14、 ； 尿素是中性、无毒、水溶性很强的物质，从尿中排出。 只有少部分氨以铵盐形式由尿排出。 肝-尿素合成的主要器官（二）尿素合成的鸟氨酸循环学说 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 cycle)或Krebs- Henseleit循环。（三）鸟氨酸循环详细步骤： (1) 氨基甲酰磷酸的合成NHCOHOATP CPS-I, Mg2+, N-乙酰谷氨酸HN-COOPOHADP2 Pi N-乙酰谷氨酸(AGA) 瓜氨酸的合成 反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(OCT)催化，OCT常与CPS-构成

15、复合体。反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。(3) 精氨酸的合成（胞液） (4) 精氨酸水解生成尿素 精氨酸酶 精氨酸 尿素鸟氨酸鸟氨酸循环线粒体胞 液*合成尿素的两个氮原子: 一个来自AA 脱氨基生成的氮； 另一个由Asp 提供。 耗能 合成1分子尿素需消耗分子ATP（4P） 尿素合成的总反应式：酶相对活性氨基甲酰磷酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶4.5163.01.03.3149.0正常成人肝尿素合成酶的相对活性酶相对活性氨基甲酰磷酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶4.5163.01.03.3149

16、.0(四)尿素合成的调节 1.食物蛋白质的影响（） 2.CPS-I 的调节 （Arg变构激活N乙酰谷氨酸，AGA变构激活CPS-I ） 3.尿素合成酶系的调节 （尿素合成启动以后的限速酶:精氨酸代琥珀酸合成酶） 尿素合成启动的限速酶： CPS-I 高血氨症和氨中毒肝昏迷：当肝功能严重损伤时，尿素合成发生障碍，血氨浓度升高，称 为高血氨症。 后果：氨进入脑组织，NH3+-酮戊二酸 谷氨酸 NH3 +谷氨酸 谷氨酰胺 肝昏迷： 氨增加，使-酮戊二酸减少，TAC减弱，大脑功能障碍。且Glu，Gln增多，渗透压增加引起脑水肿。尿素合成酶的遗传性缺陷也可导致高血氨症。TAC 脑供能不足-酮戊二酸谷氨酸谷

17、氨酰胺NH3NH3 脑内-酮戊二酸氨中毒的可能机制补充：多余N(排出) 尿素 铵盐 N 尿酸 胆色素小结： 氨基酸 NH3 + a-酮酸 Gln 葡萄糖 尿素 酮体、FA NEAA NEAA 含N化合物Pu/Py CO2 + H2O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

18、系T A C第五节 个别氨基酸的代谢Metabolism of Individual Amino Acids 第四节 个别的代谢 一、氨基酸的脱羧基作用 氨基酸 胺 酶：AA 脱羧酶， 辅酶是磷酸吡哆醛1. -氨基丁酸（GABA） 谷AA脱羧酶在脑、肾组织活性很高GABA为抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。VitB6为此酶的辅酶，与抑制神经兴奋有关临床：维生素B6治疗妊娠呕吐和小儿抽搐：谷氨酸脱羧酶辅酶，促进谷氨酸脱羧生成-氨基丁酸，抑制神经兴奋性。（二）牛磺酸 牛磺酸是结合胆汁酸生成原料；在脑中含量较高，可能与脑功能有关。 （三）组胺分布： 乳腺、肝、肺、肌肉及胃粘膜等的肥大细胞中作用：

19、是一种强烈的血管舒张剂，并能增加毛细血管通透性。过敏反应、创伤或烧伤等可释放过量的组胺。组胺还可刺激胃液分泌、降低血压。 （四）羟色胺（5-HT）脑 ： 5-HT为抑制性神经递质；外周组织：5-HT收缩血管作用 （五）某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类(polyamines)物质鸟氨酸脱羧酶 鸟氨酸腐胺 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM )脱羧基SAM CO2SAM脱羧酶CO2精脒 (spermidine)丙胺转移酶5-甲基-硫-腺苷丙胺转移酶 精胺 (spermine)多胺是调节细胞生长的重要物质。二、一碳单位代谢（一）定义 一碳单位：某些AA在分解代谢过程中产生含有一个碳原子的有机基团：（二）分

20、类： 甲基 -CH3-，methyl 甲基 甲烯基 -CH2-，methylene 亚甲基 甲炔基 -CH=， methenyl 次甲基 甲酰基 CHO-，formyl 亚氨甲基 CH=NH, formimino CO2不属于一碳单位一碳单位不能游离存在，常与 FH4结合而转运并参与代谢。1 一碳单位与四氢叶酸 四氢叶酸是一碳单位的载体。 FH分子上N5、N10是一碳单位的结合位置。 （三）一碳单位来源来源：丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸丝氨酸FH NN10-CH2-FH甘氨酸FH NN10-CH2-FH组氨酸FH N-CH=NH-FH色氨酸FH N10-CHO-FH（四）相互转变 N10-C

21、HO-FH4 Pu C2 N5-CH=NH-FH4 NN10=CH-FH4 Pu C8 dTMP NN10-CH2-FH4 N-CH3-FH4 dUMP N-CH3-FH4 蛋AA SAM （五）生理功用 (1)与嘌呤和嘧啶核苷酸的合成有关 NN10=CH-FH4 嘌呤环 C8 N10-CHO-FH4 嘌呤环C2 NN10-CH2-FH4 dTMP (dUMP)一碳单位将AA代谢与核酸代谢联系起来(2)体内甲基化反应，由SAM直接提供甲基； N-CH3-FH4为间接供体. B11缺乏: 巨幼 RBC贫血三、含硫氨基酸的代谢是相互联系的胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸含硫氨基酸甲硫（蛋）氨酸、半胱氨酸、胱

22、氨酸 胱氨酸 甲硫氨酸 半胱氨酸（一）甲硫氨酸methionine的代谢 1. 甲硫氨酸与转甲基作用 SAM活性甲基 S-腺苷蛋氨酸（S-adenosyl methionine, SAM） Met中含有S-甲基，可提供体内许多物质甲基化需要，但需生成SAM。甲硫氨酸循环(methionine cycle)甲硫氨酸S-腺苷同型 半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸FH4N5CH3FH4N5CH3FH4 转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiR-CH3体内利用N5-CH3-FH4的唯一反应B12缺乏 与 巨幼RBC贫血小结： 8种 B 族维生素与三大代谢的关系： 维生素 活性形式

23、 参与代谢反应 B1 TPP a-酮酸氧化脱羧 B2 PP 泛酸 CoA 生物素 无 B6 B11 B12 甲钴胺素、5脱氧腺苷钴胺素2. 肌酸的合成 肌酸（creatine）磷酸肌酸（creatine phosphate, CP）是能量储存、利用的重要化合物。存在：骨骼肌、心肌、大脑 CPK同功酶：MM、MB、BB 原料：Gly, Arg, SAM 代谢终产物：肌酸酐H2O（二）半胱氨酸及胱氨酸的代谢（1）胱氨酸与半胱氨酸的互变 Cys 牛磺酸 丙酮酸 Cys 丙酮酸 （2）硫酸代谢PAPS生成：3-P-腺苷-5-P-硫酸GSH H2S 硫酸 PAPS 参与硫酸软骨素、肝素等的合成 参与酚类、固醇类、胆红素、药物的生物转化作用 蛋白质 Cys 谷胱甘肽GSH 牛磺酸 丙酮酸 甲硫氨酸胱氨酸半胱氨酸胱氨酸四、芳香族AA代谢（Phe、Try、Trp） （一） 苯丙氨酸和酪氨酸的代谢苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸酪氨酸 （反应不可逆！） 苯丙酮酸 苯丙酮尿症（PKU） （Phe羟化酶缺乏）神经组织、肾上腺髓质： 黑色素细胞中： 酪氨酸酶 酪氨酸 多巴 吲哚-5,6-醌 羟化 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