氨基酸的代谢

第九章

蛋白质代谢

目录第一节蛋白质的营养作用第二节蛋白质的消化、吸收和腐败第三节氨基酸代谢概况第四节氨基酸一般代谢第五节个别氨基酸代谢第六节氨基酸代谢与临床

第一节蛋白质的营养作用蛋白质营养的重要性蛋白质的需要量和营养价值

氮平衡一、蛋白质营养的重要性维持细胞、组织的生长、更新和修补。合成重要的含氮化合物，参与多种重要生理活动催化〔酶〕、免疫〔抗原抗体〕、运动〔肌肉〕、物质转运〔载体〕、凝血等。氧化功能人体每日18％能量由蛋白质供给。

二、蛋白质的需要量和营养价值摄入的食物含氮量和排泄物〔尿与粪〕中含氮量的关系。氮总平衡：摄入氮＝排出氮〔正常成人〕氮正平衡：摄入氮＞排出氮，局部摄入的氮用于合成体内蛋白质。〔儿童、孕妇等〕氮负平衡：摄入氮＜排出氮〔饥锇、营养不良、消耗性疾病〕意义：反映体内蛋白质代谢的概况1、氮平衡

2、蛋白质的生理需要量

成人每日最低分解20g蛋白质成人每日最低需要30-50g蛋白质

我国营养学会推荐成人每日最低需要80g蛋白质。3、蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值：即氮的保存量占氮的吸收量的百分数。取决于蛋白质所含氨基酸的种类、数量及其比例，尤其是必需氨基酸的种类与数量。蛋白质的互补作用：营养价值较低的蛋白质混合食用，必需氨基酸可以互相补充，从而提高营养价值，称为蛋白质的互补作用。谷类：Lys↓Trp↑豆类：Lys↑Trp↓必需氨基酸非必需aa：NH3+RCOCOOHG必需aa：体内不能合成，必需由食物供给的氨基酸：〔甲、色、赖、缬、异、亮、苯、苏；假设来写一两本书〕缺乏其中任何一种均可引起氮负平衡∴必需aa决定蛋白质的营养价值组成蛋白质的氨基酸

第二节

蛋白质的消化、吸收与腐败蛋白质的消化氨基酸的吸收与转运蛋白质的腐败作用一、蛋白质的消化1、蛋白酶的分类：内肽酶（蛋白酶）外肽酶羧肽酶、氨肽酶蛋白酶：作用于肽链内部的肽键。主要产物：寡肽。肽酶：只作用于多肽链的末端，将蛋白质多肽链从末端开始逐一水解成氨基酸。作用于氨基端的称氨肽酶，作用于羧基端的称羧肽酶。主要产物：氨基酸。

2、蛋白水解酶作用特点消化蛋白质的酶刚分泌出来时，均以酶原的形式存在。酶原的激活方式：含自身激活作用(某些)

胃蛋白酶原胃蛋白酶H+自身激活内肽酶1)胃、小肠腔内的消化反响内切2/3

NH2----LysCONH----COOH内切内切外切NH2---LysCOOHNH2---TyrCOOHNH2---AlaCOOH1/3aa

3、蛋白质的消化过程2)小肠粘膜细胞的作用

消化道各种蛋白水解酶食物蛋白质

95%aa、

5%未被完全水解

一些纤维蛋白质只能部分被分解。

二、氨基酸的吸收主要部位：小肠吸收形式：氨基酸、寡肽和二肽吸收机制：耗能的主动吸收过程氨基酸的吸收载体γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用4种类型的载体：中性氨基酸载体酸性氨基酸载体碱性氨基酸载体亚氨基酸与甘氨酸载体转移1分子氨基酸需消耗3分子ATP要点：

氨基酸的吸收及其向细胞内的转运过程是通过谷胱甘肽的合成与分解来完成γ-谷氨酰基转移酶是关键酶，位于细胞膜上转移1分子氨基酸需消耗3分子ATP三、蛋白质的腐败作用定义：在消化过程中，有一小局部蛋白质不被消化，也有一局部消化产物不被吸收。肠道细菌对未被消化蛋白质及未被吸收的消化产物所起的无氧分解作用，称为蛋白质的腐败作用。产物：胺类、氨及其它有害物质〔如苯酚、吲哚、硫化氢等〕；少量可被机体利用的物质。1、胺类的生成蛋白质

肠道细菌水解氨基酸

脱羧基胺类酪氨酸

酪胺苯丙氨酸

苯乙胺组氨酸

组胺赖氨酸尸胺色氨酸色胺大肠假性递质与肝昏迷某些胺类结构与神经递质相似，可以取代正常神经递质与脑细胞结合，从而影响脑功能。真性神经递质假性神经递质脑脑肠道中的氨主要有两个来源：

未被吸收的氨基酸在肠道细菌作用下脱氨基而生成；

血液中尿素渗入肠道，由肠道细菌尿素酶水解而生成氨。H2N-C-NH2+H2O2NH3+CO2O细菌尿素酶2、氨的生成

2正常情况下约有25%的尿素，进行这种“肠肝循环〞。在结肠人工降低pH至5.0时，可促进氨形成铵离子〔NH4+〕排出体外，以减少氨的肠道吸收。第三节氨基酸的代谢概况血液氨基酸的来源和去路氨基酸的代谢概述一、血液氨基酸的来源与去路

1、来源

外源：食物蛋白质消化、吸收内源：体内组织细胞合成非必需氨基酸细胞内组织蛋白质分解

外源性氨基酸内源性氨基酸混在一起，分布于体内各处共同参与代谢，称为机体的氨基酸代谢库。2、去路合成代谢以合成组织蛋白为主转变成其它含氮物质分解代谢氨基酸的一般代谢个别氨基酸代谢脱氨基：氨，α-酮酸脱羧基：胺生物活性物质个别代谢第四节氨基酸的一般代谢氨基酸的脱氨基作用-酮酸的代谢氨的代谢氨基酸的脱羧基作用一、氨基酸的脱氨基作用脱氨基的方式包括：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〔略〕1.定义转氨基作用：在转氨酶的催化下，某一氨基酸的-氨基转移到另一种-酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸；原来的氨基酸那么转变成-酮酸。〔一〕转氨基作用特点：生理意义：接受氨基的主要酮酸有：*只有氨基的转移，没有氨的生成*催化的反响可逆*转氨酶催化，其辅酶都是磷酸吡哆醛

是体内合成非必需氨基酸的重要途径，也是联系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。

丙酮酸

-酮戊二酸草酰乙酸2、转氨基作用特点及意义磷酸吡哆醛的作用机理转氨酶〔辅酶：磷酸吡哆醛〕丙氨酸氨基转移酶〔ALT〕又称谷丙转氨酶〔GPT〕临床意义：急性肝炎患者血清GPT升高天冬氨酸氨基转移酶〔AST〕又称谷草转氨酶(GOT)临床意义：心肌梗患者血清GOT升高ALT谷氨酸+

丙酮酸

-酮戊二酸

+丙氨酸AST谷氨酸+草酰乙酸

-酮戊二酸+天冬氨酸3、重要的转氨酶〔二〕氧化脱氨基作用1、氨基酸氧化酶反响2、L-谷氨酸脱氢酶反响

氧化脱氨基作用：氨基酸在酶的催化下在氧化脱氢的同时脱去氨基的过程。主要有以下两种类型：亚氨基酸氨基酸氧化酶

–2H

-酮酸+H2O+

NH3氨基酸1氧化脱氨基作用〔特点：有氨生成〕L-氨基酸氧化酶〔活性低，分布于肝及肾脏，辅基为FMN〕D-氨基酸氧化酶〔活性强，但体内D-氨基酸少，辅基为FAD〕L-谷氨酸脱氢酶活性强，广泛分布，但肌肉组织中较少辅酶为NAD+或NADP+专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反响可逆2、氨基酸氧化脱氨的主要酶：+H2O_H2O+

NH3

-酮戊二酸L-谷氨酸L-谷氨酸脱氢酶

NAD+NADH+H+

L-谷氨酸脱氢酶：〔三〕联合脱氨基作用联合脱氨基作用有两种反响途径：转氨基作用偶联谷氨酸氧化脱氨基转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环通过两种或两种以上的酶联合催化作用使氨基酸的-氨基脱下并产生游离氨的过程。是体内的主要的脱氨基方式。1、转氨基作用偶联谷氨酸氧化脱氨基途径反响的组织部位：肝、肾、脑等组织参与反响的酶：转氨酶、L－谷氨酸脱氢酶生理意义：①是联合脱氨基作用的主要反响途径②体内合成非必需氨基酸的主要途径H20+NAD+NH3+NADH转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联

转氨酶L-谷氨酸脱氢酶α-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸2、转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环途径反响的组织部位：主要在骨骼肌、心肌〔肌肉中L-谷氨酸脱氢酶活性很低〕生理意义:与肌肉组织的能量供给有关转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酸代琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸〔四〕非氧化脱氨基作用〔1〕直接脱氨基作用〔2〕脱硫化氢脱氨基作用〔3〕水解脱氨基作用〔4〕脱水脱氨基作用〔5〕氧化复原脱氨基作用二、-酮酸代谢

生糖氨基酸

Gly、Ser、Val、His、ArgPro、Ala、Glu、Gln、Asp、Asn、Cys

生酮氨基酸

Leu、Lys

生糖兼生酮氨基酸

Ieu、Phe、Tyr、Thr、Trp

三个方面的代谢途径：2、转变成糖和脂类1、经氨基化生成非必需氨基酸3、氧化供能：进入TCA循环三、氨的代谢体内氨的来源与去路氨的转运尿素的生成氨是强烈的神经毒物氨是机体自然代谢的产物，具有毒性；体内的氨主要在肝脏合成尿素而解毒；正常人血氨浓度一般不超过0.1mg/100ml。〔一〕、血氨的来源与去路肾脏产氨：Gln

Glu+NH3氨的来源：肠道吸收的氨未被吸收的氨基酸在肠道细菌作用下脱氨基而生成。血液中尿素渗入肠道，由肠道细菌尿素酶水解而生成氨。体内氨基酸及含氮化合物的分解氨基酸脱氨基作用（体内氨的主要来源）胺、碱基等含氮化合物分解谷氨酰胺酶酸性灌肠治疗高血氨1.肝脏合成尿素，排出体外；

2.氨与谷氨酸合成谷氨酰胺〔大脑、肝、肌肉〕；

3.氨的再利用：参与合成非必需氨基酸

或其它含氮化合物〔如嘧啶碱〕

4.肾排氨：中和酸以铵盐形式排出

氨的去路：〔二〕、氨的转运丙氨酸-葡萄糖循环谷氨酰胺的运氨作用氨在血液中主要以两种形式运输：

丙氨酸、谷氨酰胺

1.丙氨酸-葡萄糖循环其它氨基酸

—酮酸丙酮酸糖分解丙氨酸丙氨酸丙氨酸尿素NH3

-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖肌肉血液肝||||||||||||||||||||||肌肉蛋白质分解转氨酶GPT意义使肌肉中有毒的氨以无毒的丙氨酸形式输出。为肝脏合成尿素提供氮源和糖异生的原料，而糖异生产生的葡萄糖又保证了肌肉再循环的需要。2.谷氨酰胺的运氨作用L-谷氨酸谷氨酰胺NH3

+ATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶(脑、肌肉)H2ONH3谷氨酰酶(肝、肾)尿素、铵盐等临床上用谷氨酸盐降低血氨意义主要从脑、肌肉等组织向肝、肾运氨Gln也是脑中解氨毒的一种重要方式Gln也是氨的贮存形式Gln还是氨的利用形式即参与蛋白质、嘌呤、嘧啶等合成〔三〕、尿素的生成原料：CO2、2NH3〔游离NH3、Asp〕、3ATP尿素合成的途径：鸟氨酸循环尿素合成的调节高血氨和氨中毒主要器官：肝脏反响部位：肝细胞线粒体及胞浆2NH3+CO2H2N-C-NH2+H2OO鸟氨酸循环3ATP1、尿素合成的鸟氨酸循环

1932年HanksKrebs和KurtHensleit

提出了鸟氨酸循环学说鸟氨酸与氨、CO2结合生成瓜氨酸瓜氨酸接受一分子氨生成精氨酸精氨酸水解产生尿素(urea)，重新生成鸟氨酸。鸟氨酸瓜氨酸精氨酸(ornithine)(citrulline)(arginine)2、尿素合成的反响1.氨基甲酰磷酸的合成2.瓜氨酸的合成3.精氨酸的合成4.精氨酸水解生成尿素分为以下四步：关键酶：精氨酸代琥珀酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶I〔CPS-I)反响在线粒体中进行：氨基甲酰磷酸合成酶I〔CPS-I)N-乙酰谷氨酸〔AGA)、镁离子、ATP参与氨基甲酰磷酸的合成该反响消耗2分子ATP，CPS-I是一种变构酶，AGA是其变构激活剂。CPS-I、AGA都存在于肝细胞线粒体中。2〕瓜氨酸的合成

+鸟氨酸氨基甲酰磷酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶+

H3PO4瓜氨酸反响部位：线粒体3)精氨酸的合成-1〔反响部位：胞液〕瓜氨酸

+

可由转氨基作用提供*天冬氨酸精氨酸代琥珀酸合成酶,Mg2+ATPAMP+

PPi精氨酸代琥珀酸3.精氨酸的合成-2精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸+延胡索酸Asp尿素中原子的来源：

N原子来自游离氨和天冬氨酸

C原子来自CO2部位：肝细胞线粒体〔前2步〕、胞液〔后两步〕原料：NH3、CO2、ATP、天冬氨酸2个氮原子，1个来自氨，1个来自天冬氨酸涉及的氨基酸及其衍生物：6种鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、精氨酸代琥珀酸、N-乙酰谷氨酸限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶,CPSⅠ耗能：3个ATP；4个高能磷酸键与三羧酸循环的联系物质：延胡索酸与转氨基作用相关联的物质：天冬氨酸

生理意义：解除氨毒以保持血氨的低浓度水平GOT3、尿素合成的调节1〕食物蛋白质的影响精氨酸代琥珀酸合成酶2〕尿素合成酶的调节CPS-的调节：AGA是其激活剂、精氨酸是AGA合成酶的激活剂

4、高血氨与氨中毒学说正常情况下血氨保持动态平衡：肝中合成尿素是维持平衡的关键。高血氨症：多见于肝功能严重损伤时。肝昏迷的氨中毒学说：脑中氨的增加使脑中-酮戊二酸减少，导致三羧酸循环减弱，从而使脑组织中的ATP生成减少，同时引起神经递质改变，大脑功能障碍，严重时发生肝昏迷。降血氨的常用方法：给予谷氨酸、精氨酸；肠道抑菌药；酸性盐水灌肠；限制蛋白质进食量。氨基酸脱羧酶磷酸吡哆醛RCHNH2COOHRCH2NH2+CO2〔胺〕胺氧化酶〔肝〕+1/2O2，-NH3+H2O，-2HRCH2NH2RCHORCOOH

CO2+H2O+能量四、氨基酸的脱羧基作用局部氨基酸脱去羧基生成相应的胺和CO2，催化这些反响酶的是氨基酸脱羧酶。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。1、-氨基丁酸〔-aminobutyricacid,GABA〕前体：谷氨酸酶：谷氨酸脱羧酶，脑组织含量高功能：抑制性神经递质，对中枢神经系统抑制2、组胺〔histamine〕前体：组氨酸酶：组胺酸脱羧酶，主要存在于肥大细胞功能：强烈的血管舒张剂；平滑肌收缩；胃酸分泌。与过敏反响有关3、五-羟色胺〔5-hydroxytryptamine,5-HT〕前体：色氨酸酶：色氨酸羟化酶，5-羟色氨酸脱羧酶功能：抑制性神经递质〔脑〕；缩血管作用〔周围组织〕4多胺polyamines前体：鸟氨酸酶：鸟氨酸脱羧酶产物：腐胺、精脒、精胺功能：调节细胞生长的重要物质丙胺基丙胺基丙胺基第五节个别氨基酸的代谢一碳单位的代谢含硫氨基酸的代谢芳香族氨基酸的代谢支链氨基酸的代谢一、一碳单位的代谢定义：某些氨基酸在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原子的基团，称为一碳单位〔onecarbonunit〕。CO2不是一碳单位。种类：甲基〔–CH3〕、甲烯基〔–CH2–〕甲炔基〔–CH=〕、甲酰基〔–CHO〕亚氨甲基〔–CH=NH〕3结合部位：FH4-N5或N10〔一〕一碳单位与四氢叶酸GlySerHis〔二〕一碳单位的来源与转变Trp一碳单位的来源小结：氨基酸一碳单位甲硫氨酸甲基〔–CH3〕丝氨酸甲烯基〔–CH2–〕组氨酸甲炔基〔–CH=〕亚氨甲基〔–CH=NH〕甘〔色〕氨酸甲酰基〔–CHO〕FH4-N5，N10FH4-N5，N10FH4-N5FH4-N10FH4-N5+还原酶脱氢酶环水化酶〔三〕一碳单位的生理功能合成嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的原料：与DNA、RNA的合成关系密切。SAM提供甲基可参与体内多种物质合成。例如肾上腺素、胆碱、胆酸等。叶酸缺乏，产生巨幼红细胞性贫血。磺胺药及某抗癌药(氨甲喋呤等)正是分别通过干扰细菌及瘤细胞的叶酸、四氢叶酸合成，进而影响核酸合成而发挥药理作用的。

1.作为合成嘌呤和嘧啶的原料N10-CHO-FH4N5,N10=CH-FH4

2.间接参与物质的甲基化二、含硫氨基酸代谢〔一〕甲硫氨酸代谢〔二〕半胱氨酸与胱氨酸代谢含硫氨基酸：甲硫氨酸〔Met〕、半胱氨酸〔Cys〕、胱氨酸

注意：活性甲基供体、甲硫氨酸循环、硫酸根的代谢〔一〕甲硫氨酸的代谢1.SAM与转甲基作用S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)。SAM中的甲基是高度活化的，称活性甲基，SAM是甲基的直接供体。物质的甲基化2.甲硫氨酸循环使N5-CH2FH4释出-CH3重新变成游离的FH4，继续运载一碳单位。蛋氨酸循环的生理意义：N5-CH3-FH4转甲基酶：

辅酶为维生素B12，当维生素B12缺乏时，叶酸以N5－CH3－FH4形式在体内堆积，影响四氢叶酸的再生，一碳单位转运受阻，导致核酸合成障碍，可产生巨幼红细胞性贫血。

减少蛋氨酸的净消耗，重复利用以满足机体对甲基化的供体的需要。肌酸和磷酸肌酸在能量储存及利用中起重要作用。肝是肌酸合成的主要器官。原料：甘氨酸、精氨酸、SAM。以甘氨酸为骨架，精氨酸提供脒基、SAM供给甲基合成。在肌酸激酶(creatinephosphohinase,CPK)及其同工酶。心肌堵塞时，血中MB型CPK活性增高，可作辅助诊断的指标之一。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物：肌酐。检查血或尿中肌酐含量以帮助诊断肾功能障碍。3.肌酸的合成-------------Ck：MM型：骨骼肌BB型：脑MB型：心肌〔二〕半胱氨酸与胱氨酸代谢1.半胱氨酸与胱氨酸的互变2.半胱氨酸氧化分解TCAH2SO4+2O2αβG3、硫酸根的代谢：由含硫氨基酸分解产生，Cys是主要来源；

PAPS：3’磷酸酰苷5’磷酸硫酸。是体内活性硫酸基供体。在肝脏的生物转化中有重要作用。例如类固醇激素可与PAPS结合成硫酸酯而被灭活；一些外源性酚类亦可形成硫酸酯而增加其溶解性以利于从尿于排出。三、芳香族氨基酸的代谢芳香族氨基酸：苯丙氨酸〔Phe〕酪氨酸〔Tyr〕色氨酸〔Trp〕注意：儿茶酚胺类激素的产生；芳香氨基酸代谢障碍病；重要转化产物一〕苯丙氨酸和酪氨酸的代谢苯丙酮酸，后者出现于血和尿液中，此时称苯丙酮酸尿症〔phenylketonuria〕，苯丙酮酸神经毒性。关键酶‖转氨酶1.酪氨酸：转变成甲状腺素、儿茶酚胺

和黑色素甲状腺：甲状腺素的合成：多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素统称为儿茶酚胺

儿茶酚胺的合成：黑色素的合成酪氨酸酶酪氨酸酶‖白化病黑色素细胞：2.酪氨酸分解代谢酪氨酸经转氨基作用生成对羟基苯丙酮酸，进一步分解那么生成乙酰乙酸和延胡索酸，所以是生糖兼生酮氨基酸。G酮体尿黑酸尿症（alkaptonuria）