第七章氨基酸代谢(本科第七版)

第七章氨基酸代谢周代锋海南医学院生物化学教研室授课对象：本科

MetabolismofAminoAcids本章目的要求:1、掌握AA的一般代谢、NH3的代谢、一碳单位及其代谢。2、熟悉蛋白质的营养价值、AA的脱羧基作用、含S氨基酸的代谢、芳香族AA的代谢。3、了解蛋白质的生理功能、蛋白质的消化、吸收与腐败。蛋白质的营养作用

NutritionalFunctionofProtein

第一节一、体内蛋白质重要的生理功能维持组织细胞的生长、更新和修补催化（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.氧化供能

每克蛋白质氧化分解可以产生4.1kCal热量。人体每日18%能量由蛋白质提供。

2.参与多种重要的生理活动二、蛋白质需要量和营养价值

氮平衡(nitrogenbalance)摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。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）

蛋白质的生理需要量

一个体重60公斤的成人，在无蛋白质膳食情况下，每日仍排出约3.18克氮，相当于20克蛋白质。正常成人每天蛋白质的最低生理需要量：30—50g。为了长期保持总氮平衡，一般成人每天蛋白质的供给量为80g（我国营养学会推荐量）。氮平衡的意义可以反映体内蛋白质代谢的概况。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：亮、异亮、苏、缬、赖、蛋、苯丙、色。有人将组氨酸和精氨酸也归为必需氨基酸。非必需氨基酸(non-essentialaminoacid)：体内能合成，不一定需要由食物供给的氨基酸。半必需氨基酸：酪氨酸和半胱氨酸。

苯丙氨酸酪氨酸甲硫氨酸半胱氨酸

食物蛋白质中所含的必需氨基酸的种类、数量和比例与人体蛋白质越接近，其营养价值就越高，反之，营养价值低。蛋白质的营养价值(nutritionvalue):蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，取决于必需氨基酸的种类、数量和各种氨基酸的比例。例如：黄豆：含赖氨酸多，含色氨酸少大米：含赖氨酸少，含色氨酸多黄豆大米混合食用可取长补短、增加营养。

杂食：有利于健康偏食：导致营养不良食物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、吸收和腐败Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins一、蛋白质的消化蛋白质消化的生理意义：1.由大分子转变为小分子，便于吸收。2.消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。（一）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。

胃蛋白酶原胃蛋白酶胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)多肽蛋白质多肽及少量氨基酸胃蛋白酶（二）小肠中的消化——蛋白质消化的主要部位。

胰蛋白酶胰蛋白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)自肽链的末段水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。氨基肽酶内肽酶羧基肽酶氨基酸

+氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意图1、胰酶对蛋白质的消化作用…2、肠液中肠激酶的作用3、小肠粘膜细胞中的消化：寡肽酶：氨基肽酶和二肽酶。产物：AA胰蛋白酶(trypsin)肠激酶(enterokinase)胰蛋白酶原弹性蛋白酶(elastase)弹性蛋白酶原糜蛋白酶(chymotrypsin)糜蛋白酶原羧基肽酶(A或B)(carboxypeptidase)羧基肽酶原(A或B)二、氨基酸的吸收吸收部位：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+再由钠泵排出细胞。七种转运蛋白(transporter)中性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白亚氨基酸转运蛋白β氨基酸转运蛋白二肽转运蛋白三肽转运蛋白谷氨酸

5-氧脯氨酸酶ATPADP+Pi半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶γ-谷氨酰环化转移酶氨基酸5-氧脯氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶ATPADP+Pi细胞外

γ-谷氨酰基转移酶细胞膜谷胱甘肽

GSH细胞内氨基酸COOHCHNH2CH2CH2CONHCHCOOHRγ-谷氨酰基循环吸收过程(小肠、肾、脑)γ-谷氨酰氨基酸二、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未被吸收的氨基酸进行的分解作用。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）肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类蛋白质

氨基酸胺类(amines)蛋白酶

脱羧基作用组氨酸组胺赖氨酸尸胺色氨酸色胺酪氨酸酪胺假神经递质(falseneurotransmitter)某些物质结构(如苯乙醇胺，β-羟酪胺）与神经递质（如儿茶酚胺）结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。苯乙胺苯乙醇胺酪胺

β-羟酪胺（二）肠道细菌通过脱氨基或尿素酶的作用产生氨未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨(ammonia)脱氨基作用尿素酶降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。（三）腐败作用产生其它有害物质酪氨酸苯酚半胱氨酸硫化氢色氨酸吲哚正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。第三节

氨基酸的一般代谢GeneralMetabolismofAminoAcids一、概述

蛋白质的半寿期(half-life)

蛋白质浓度降低一半所需要的时间，用t1/2表示，如血浆蛋白质t1/2为10天，肝脏蛋白质t1/2为1～8天。结缔组织蛋白质t1/2为180天。

蛋白质处于不断分解与合成的动态平衡过程，每日有1～2﹪的蛋白质进行代谢。来源：去路：(1)食物蛋白质消化吸收(2)组织蛋白分解(3)体内合成非必需AA氨基酸代谢库(1)合成组织蛋白、酶、激素等(2)转变为其他含N物(嘌呤、嘧啶等)(3)分解代谢脱氨基作用NH3合成尿素谷氨酰胺其它含N物a-酮酸氧化供能糖脂肪非必需AA脱羧基作用氨基酸代谢概况二、氨基酸的脱氨基作用定义:氨基酸脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。脱氨基方式:1.转氨基作用2.氧化脱氨基3.联合脱氨基4.非氧化脱氨基

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）转氨基作用(transamination)1.定义在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸脱去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。

2.反应式R1CHNH2COOH＋R2C=OCOOHR1C=OCOOH＋R2CHNH2COOH转氨酶B6除赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸外，体内大多数氨基酸都可以参与转氨基作用，因此转氨酶的种类很多、分布广，不同的AA在其特异的转氨酶作用下进行转氨基作用。其中最重要的转氨酶是丙氨酸氨基转移(alanineaminotransferas，ALT)，亦称谷丙转氨酶（glutamatepyruvatetransaminase，GPT）和天冬氨酸氨基转移酶(aspartateaminotr-ansferase，AST)，亦称谷草转氨酶（glutamateoxaloacetatetransaminase，GOT

）。CH3CHNH2COOH＋COOHC=OCH2CH2COOH丙AAa－酮戊二酸ALTCH3C=OCOOH丙酮酸＋COOHCHNH2CH2CH2COOH谷AACOOHCHNH2CH2COOH＋COOHC=OCH2CH2COOHa－酮戊二酸天冬AAASTCOOHC=OCH2COOH＋COOHCHNH2CH2CH2COOH谷AA草酰乙酸丙氨酸和天冬氨酸的转氨基作用：正常人各组织中GPT及GOT活性(单位/克湿组织)血清16

20骨骼肌480099000肺70010000心7100156000脾120014000肾1900091000胰腺200028000肝44000

142000组织GPTGOT组织GPTGOTGOT(AST)在心脏、肝脏活性最大GPT(ALT)在肝脏活性最大因此：心肌梗塞，血中GOT(AST)活性明显肝病(尤其急性肝炎)血中GOT(AST)与GPT(ALT)均明显

3.转氨基作用的机制磷酸吡哆醛（B6

）是转氨酶的辅酶氨基酸磷酸吡哆醛α-酮酸磷酸吡哆胺谷氨酸α-酮戊二酸转氨酶H20H2O转氨基作用的机制：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(二)氧化脱氨基作用概念：指AA在某些氧化酶的催化下脱去氨基而生成相应的

-酮酸和NH3的过程。通式：R-CH-COOHNH2谷AA脱H酶D-AA氧化酶L-AA氧化酶－2HR-C-COOHNHH2ONH3+R-C-COOHOL-AA氧化酶活性不高，分布不广D-AA氧化酶只能作用D-AAL-谷AA脱H酶活性高，分布广，但只作用于谷AA所以20种AA中，只有谷AA经氧化脱氨基进行分解COOHCH2CH2CHNH2COOHNAD+NADH+H+COOHCH2CH2C=NHCOOH+H2OCOOHCH2CH2C=OCOOH+NH3L-谷AA脱H酶（三）联合脱氨基作用转氨基和氧化脱氨基两者联合作用，使氨基酸脱下α-氨基生成α-酮酸的过程。2.类型①转氨基偶联氧化脱氨基作用1.

定义②转氨基偶联嘌呤核苷酸循环①转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸

谷氨酸

α-酮酸α-酮戊二酸H2O+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、肾和脑组织进行。②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α-酮戊二酸氨基酸

谷氨酸α-酮酸转氨酶1草酰乙酸天冬氨酸转氨酶

2此种方式主要在肌肉组织进行腺苷酸脱氢酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)三、α-酮酸的代谢（一）α-酮酸可彻底氧化分解并提供能量（二）α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸（三）α-酮酸可转变成糖及脂类化合物氨基酸脱氨基后生成的

-酮酸(

-ketoacid）主要有三条代谢去路。琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-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α-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、糖及脂肪代谢的联系TCA◆三大营养物质代谢的关系：1、糖可转变为脂肪2、糖可转变为合成蛋白质的非必需AA(走转氨作

用的逆反应)3、脂肪可转变糖，但只限于甘油部分，脂肪酸不

能转变为糖4、蛋白质可转变为糖5、蛋白质可转变为脂肪6、脂肪亦可转变为合成蛋白质的非必需AA第四节

氨的代谢MetabolismofAmmonia一、血氨的来源与去路1.血氨的来源①

氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨的主要来源。

②

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尿素酶水解产生的氨③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（碱性）NH3+H+NH4+（酸性）NH3比NH4+易吸收，故肠道氨的吸收受到肠道pH值的影响。2.血氨的去路①在肝内合成尿素，这是最主要的去路②合成非必需氨基酸及其它含氮化合物③合成谷氨酰胺

谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi④肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。血氨及其来源、去路血NH3AA脱氨基生成的NH3肠道吸收的NH3肾生成的NH3其他（如胺的氧化）合成尿素（占70%）合成谷氨酰胺参与其他合成反应经肾脏以NH4+排泄◆NH3在血液中是以丙氨酸和谷氨酰胺形式运输1、丙氨酸－葡萄糖循环（alanine-glucosecycle）二、氨的转运◆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

肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-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α-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、谷氨酰胺的运NH3作用

谷氨酰胺主要是在脑、肌肉等肝外组织合成，经血液运到肝或肾。NH3＋谷氨酸ATP谷氨酰胺合成酶（脑、肌肉）ADP＋Pi谷氨酰胺+H2O肝、肾谷氨酸＋NH3肾NH4＋肝尿素谷氨酰胺酶生理意义谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。

三、尿素的生成（一）生成部位：

主要在肝细胞的线粒体及胞液中。（二）生成过程：尿素生成的过程称为鸟氨酸循环(orinithinecycle)，又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit循环。1.氨基甲酰磷酸的合成

CO2+NH3+H2O氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(CPS-Ⅰ)N-乙酰谷氨酸，Mg2COH2NO

~

PO32-氨基甲酰磷酸2ADP+Pi2ATP（限速酶）+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)氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)是限速酶。2.瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸（反应在线粒体中进行）3.精氨酸的合成（反应在胞液中进行）

精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸（限速酶）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、精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸5.精氨酸水解生成尿素（反应在胞液中进行）尿素鸟氨酸精氨酸H2O鸟氨酸循环线粒体胞液

每生成1分子的尿素需消耗3个ATP（4个高能磷酸键）、1分子CO2及2分子NH3。尿素是人类和其它哺乳类动物体内蛋白质分解代谢的终产物。尿素合成的总反应式：2NH3+CO2+3ATP+3H2OC=ONH2NH2+2ADP+AMP+2Pi+PPi（三）尿素生成的小结1、原料：2分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。2、过程：先在线粒体中，后在胞液中进行。3、耗能：3个ATP（4个高能磷酸键）。5、生理意义：解毒精氨酸代琥珀酸合成酶4、限速酶：氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（四）尿素生成的调节1.食物蛋白质的影响高蛋白膳食合成↑低蛋白膳食合成↓2.CPS-Ⅰ的调节：

N-乙酰谷氨酸(AGA)为其激活剂3.尿素生成酶系的调节：精氨酸代琥珀酸合成酶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4.5163.01.03.3149.0（五）高氨血症和氨中毒血氨浓度升高超过正常水平称高氨血症，常见于肝功能严重损伤，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症(hyperammonemia)。高氨血症可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammoniapoisoning)，亦称为肝昏迷、肝性脑病。TCA↓

脑供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3

脑内α-酮戊二酸↓氨中毒的机制1、2、苯乙醇胺和β-羟酪胺等假神经递质对脑功能的影响。第五节

个别氨基酸的代谢MetabolismofIndividualAminoAcids

一、氨基酸脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛

（一）g-氨基丁酸

(γ-aminobutyricacid,GABA)COOHCH2CH2CHNH2COOH谷AA谷AA脱羧酶、B6CO2COOHCH2CH2CH2NH2g-氨基丁酸GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。临床上常用B6治疗顽固性呕吐及婴儿惊厥。（二）组胺(histamine)组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。L-组氨酸组胺组氨酸脱羧酶CO2（三