09-氨基酸代谢幻灯片

第九章氨基酸代谢第一节蛋白质的营养作用第二节蛋白质的消化、吸收与腐败第三节氨基酸的一般代谢第四节氨的代谢第五节个别氨基酸的代谢第一节蛋白质的营养作用一、蛋白质营养的重要性1、维持组织细胞的生长、更新和修补(主要功能)；2、参与多种重要的生理活动催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等3、提供能源（17.9KJ/g蛋白质，次要功能）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(nitrogenbalance)摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）含氮量之间的关系。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）2、生理需要量成人每日最低蛋白质需要量为30～50g，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(essentialaminoacid)：指体内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：Met、Trp、Val、Lys、Ile、Leu、Phe、Thr蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类。一般：动物蛋白质>植物蛋白质蛋白质的互补作用将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。例如：谷类含Lys少，Trp多，而豆类含Lys多，Trp少，两者混合食用可提高营养价值。第二节蛋白质的消化、吸收与腐败一、蛋白质的消化：自胃中开始，在小肠中完成胃中的消化作用：胃蛋白酶的最适pH为1.5～2.5，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。胃蛋白酶对乳中的酪蛋白有凝乳作用，使之在胃停留时间长，利于充分消化，对婴幼儿较重要。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，例如氨肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。二、氨基酸的吸收吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、二肽、三肽吸收机制：耗能的主动吸收过程氨基酸吸收的载体：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+再由钠泵排出细胞。γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用：通过GSH的代谢作用将氨基酸吸收和转运的过程肽的吸收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、蛋白质的腐败作用肠道细菌对未被消化的蛋白质及未被吸收的消化产物进行的分解过程。腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、H2S、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。胺类的生成肠道氨的生成氨基酸脱氨尿素水解其它有害物质的生成第三节氨基酸的一般代谢一、氨基酸代谢概况1、蛋白质的半寿期(half-life)：蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示。真核生物中蛋白质的降解有两条途径溶酶体内降解过程不依赖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蛋白依赖泛素(ubiquitin)的降解过程依赖ATP降解异常蛋白和短寿命蛋白2、氨基酸代谢库：食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（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。二、氨基酸的脱氨基作用1、转氨基作用概念：在转氨酶的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。特点：只有氨基的转移，没有氨的生成催化反应可逆其辅酶都是磷酸吡哆醛转氨酶体内存在多种转氨酶，以L-谷氨酸与α-酮酸的转氨酶最为重要。如：谷丙转氨酶（GPT，又称ALT，丙氨酸氨基转移酶）和谷草转氨酶（GOT，又称AST，天冬氨酸氨基转移酶）临床意义：ALT在肝组织含量高，急性肝炎患者血清ALT升高

临床意义：AST在心肌组织含量较高,心肌梗患者血清AST可升高生理意义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。转氨基作用的机制2、氧化脱氨基作用概念：氨基酸在酶的催化下，进行伴有氧化的脱氨基反应。L-谷氨酸脱氢酶活性强，分布于肝、肾及脑组织为变构酶，受ATP、ADP等调节，辅酶为NAD+或NADP+专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反应可逆3、联合脱氨基作用概念：由两种或两种以上的酶联合催化，使氨基酸的α-氨基脱下并产生游离氨。类型及过程转氨基偶联氧化脱氨基作用（肝、肾）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。转氨基偶联嘌呤核苷酸循环（骨骼肌、心肌）肌肉组织中谷氨酸脱氢酶活性不高，难以进行上述的联合脱氨基方式，必须通过转氨基偶联嘌呤核苷酸循环进行脱氨基作用。4、非氧化脱氨基作用脱水脱氨基：Ser脱硫化氢脱氨基：Cys直接脱氨基：Asp三、-酮酸的代谢1、经氨基化生成非必需氨基酸2、经三羧酸循环氧化供能3、转变为糖类或脂肪生糖氨基酸：甘、丝、丙……等多种氨基酸生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸生酮兼生糖氨基酸：异亮、酪、色、苯丙、苏第四节氨的代谢氨：剧毒物质，脑组织对氨最为敏感！一般正常血氨浓度＜60μmol/L。一、体内氨的来源和去路1、氨的来源：氨气对人体的毒害

急性中毒：短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰可带血丝、胸闷、呼吸困难,可伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等,可出现紫绀、眼结膜及咽部充血及水肿、呼吸率快、肺部罗音等。严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合征,喉水肿痉挛或支气管粘膜坏死脱落致窒息,还可并发气胸、纵膈气肿。2、氨的去路：为什么高血氨病人不能用碱性肥皂水灌肠？为什么肝硬化腹水病人不能用碱性利尿药？肠道产氨量较多，每天约产生4g。当肠内腐败作用加强时，氨的生成增多。NH3比NH4+更易透过细胞膜而被吸收。当肠道pH较低时（pH＜6），NH3与H+结合成NH4+，而减少氨的吸收。肠道pH较高时，NH4+转变为NH3，氨的吸收增多。临床上对高血氨病人采用弱酸性透析液作结肠透析就是为了减少氨的吸收，促进氨的排泄，而禁用碱性肥皂水灌肠。肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺。谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的作用下水解生成谷氨酸和氨。肾小管中氨的去路主要取决于肾小管液的pH值。当尿液呈酸性时有利于肾小管上皮细胞氨的分泌，减少氨的吸收。反之，碱性尿则可影响肾小管细胞中氨的分泌，增加氨的吸收。临床上对肝硬化腹水的病人不宜使用碱性利尿药，以防止血氨升高。二、体内氨的转运NH3主要是以无毒的Ala及Gln两种形式在血中运输。1、丙氨酸-葡萄糖循环：既使肌肉中的氨以无毒的Ala形式运到肝，肝又为肌肉提供可以生成丙酮酸的葡萄糖2、谷氨酰胺的运氨作用：从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨，Gln即是氨的一种解毒形式，也是氨的储存和运输形式。临床上用谷氨酸盐降低血氨三、尿素的生成1、合成部位：肝是合成尿素的主要器官。2、合成过程：由氨、CO2、ATP在多种酶的催化下，经鸟氨酸循环（又叫尿素循环或Krebs-Henseleit循环）合成。氨基甲酰磷酸的合成：在线粒体中进行氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(CPS-Ⅰ)是尿素生成的关键酶，N-乙酰谷氨酸（AGA）是它的变构激活剂。反应消耗2分子ATP。瓜氨酸的合成：在线粒体中进行

生成的瓜氨酸从线粒体进入胞液。精氨酸的合成：在胞液中进行精氨酸水解生成尿素：在胞液中进行鸟氨酸可以由胞液进入线粒体，循环使用3、尿素合成小结总反应式：NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O→尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸主要器官：肝脏原料：CO2+2NH3（一个来自线粒体中的游离氨，另一个来自于胞液中的天冬氨酸）每生成1分子尿素消耗3个ATP的4个高能磷酸键生理意义：是体内氨的主要去路，解氨毒的重要途径。4、鸟氨酸循环的一氧化氮合酶支路NO具有重要的生理功能：松弛心血管、消化道等平滑肌；感觉传入；学习记忆5、尿素生成的调节食物：高蛋白质饮食时尿素合成速度加快，低蛋白质饮食可使尿素合成减慢。氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(CPS-Ⅰ)的调节N-乙酰谷氨酸(AGA)是该酶的变构激活剂精氨酸在临床上用于纠正肝性脑病尿素生成酶系的调节精氨酸代琥珀酸合成酶(限速酶)四、高血氨症与氨中毒1、血氨正常参考值：5.54～65mol/L2、高血氨症：血氨浓度升高常见于肝功能严重损伤和尿素合成障碍3、氨中毒：高氨血症可引起脑功能障碍。脑中氨升高后第五节个别氨基酸的代谢一、氨基酸的脱羧基作用概念：某些氨基酸在酶的催化下脱去CO2生成相应胺类的过程。催化这些反应的酶是氨基酸脱羧酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭活。1、γ-氨基丁酸（GABA）生成部位：脑、肾功能：GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。临床上常用维生素B6治疗妊娠呕吐及小儿抽搐，目的是促进谷氨酸脱羧，使中枢神经中GABA浓度增高。2、牛磺酸生成部位：肝，脑功能：牛磺酸与游离胆汁酸结合生成结合型胆汁酸。牛磺酸具有抗氧化，稳定细胞膜功能，对神经、心肌、肝等多种细胞具有保护作用。能提高脑细胞的活性，增强记忆力，提高机体免疫力。3、组胺生成部位：肥大细胞、肺、肝、肾、肌肉、胃粘膜功能：是强烈的血管舒张剂，扩张血管，降低血压；增加毛细血管的通透性，与过敏反应有关；促进胃液分泌。4、5-羟色胺（5-HT）生成部位：脑、肾、肝等各组织功能：脑中的5-HT是一种抑制性神经递质外周组织的5-HT可收缩血管，升高血压。5、多胺概念：分子中含有2个或2个以上氨基的胺类物质。生成部位：肝、生长旺盛的组织（如肿瘤）功能：多胺是调节细胞生长的重要物质，有促进核酸与蛋白质合成的作用，因而可促进细胞分裂增殖。临床上测定病人血或尿中多胺含量可作为癌瘤病人辅助诊断及观察病情变化的指标。二、一碳单位代谢1、一碳单位的概念某些氨基酸在分解代谢中产生的含有一个碳原子的基团。包括甲基（－CH3）、甲烯基（－CH2－）、甲炔基（－CH＝）、甲酰基（－CHO）及亚氨甲基（－CH=NH）等。CO2不是一碳单位。2、一碳单位的载体及转运形式一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸结合而转运并参与代谢。一碳单位结合在四氢叶酸的N5，N10上。3、一碳单位的来源与转变一碳单位主要来源于Ser、Gly、His、Trp的分解代谢。各种形式的一碳单位在适当条件下可以通过氧化还原反应彼此转化，但N5-甲基四氢叶酸一经生成基本上不可逆。4、一碳单位的生理功用一碳单位的主要功能是作为嘌呤、嘧啶的合成原料，在核酸的生物合成中起重要作用。一碳单位代谢发生障碍就会引起疾病，如叶酸、VitB12缺乏引起巨幼红细胞性贫血。临床上某些抗菌、抗肿瘤的药物如磺胺药、甲氨蝶呤正是由于干扰了细菌以及肿瘤细胞的四氢叶酸的合成和一碳单位代谢，使核酸合成受阻而达到治疗的目的。参于体内的甲基化反应N5-CH3-FH4可参与蛋氨酸循环，是体内甲基化反应的间接供体（见含硫氨基酸代谢）。三、含硫氨基酸代谢体内含硫氨基酸包括甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸。甲硫氨酸可转变为半胱氨酸和胱氨酸；半胱氨酸与胱氨酸可以互变，但不能转变成甲硫氨酸。1、甲硫氨酸的代谢甲硫氨酸与转甲基作用蛋氨酸分子中含有的S-甲基，可参与多种物质的甲基化反应，合成许多重要的含甲基的化合物，如肾上腺素、肌酸、肉碱等。甲硫氨酸在转甲基之前首先必须生成S-腺苷蛋氨酸（SAM）。SAM是体内甲基的直接供体。蛋氨酸循环概念：SAM在甲基转移酶的作用下，将甲基转移给其它物质使其甲基化，自身则生成S-腺苷同型半胱氨酸，然后脱去腺苷生成同型半胱氨酸，同型半胱氨酸接受N5-CH3-FH4提供的甲基又可生成蛋氨酸。意义：1）SAM提供甲基使其它物质甲基化；2）使N5-CH3-FH4释出-CH3重新变成游离的FH4，继续运载一碳单位。因此，N5-CH3-FH4是体内甲基间接供体。肌酸的合成肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatinephosphate)是能量储存、利用的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。肌酸在肌酸激酶的作用下，转变为磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐(creatinine)。2、半胱氨酸及硫的代谢半胱氨酸与胱氨酸的互变硫酸根的代谢半胱氨酸分解代谢产生丙酮酸、NH3、H2S，H2S迅速氧化生成硫酸根，半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源。体内的硫酸根一部分可以随尿排出，另一部分与ATP反应，活化成活性硫酸根，即3＇-磷酸腺苷-5＇-磷酸硫酸（PAPS）。四、芳香族氨基酸的代谢芳香族氨基酸包括：Phe、Tyr、Trp。主要在肝脏分解。1、苯丙氨酸代谢正常情况下苯丙氨酸代谢的主要途径是在苯丙氨酸羟化酶作用下生成酪氨酸，然后进一步代谢。当苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏时，苯丙氨酸不能转变为酪氨酸，则主要经转氨基作用生成苯丙酮酸，苯丙酮酸进一步转变为苯乙酸等产物，此时尿液中出现大量苯丙酮酸及其代谢产物，称为苯丙酮酸尿症（PKU）。苯丙酮酸在体内堆积对中枢神经系统有毒性，会引起患儿智力障碍。对此种患儿的治疗原则是早期发现，适当控制膳食中苯丙氨酸的含量。2、酪氨酸代谢转变为儿茶酚胺多巴胺是脑中的