生物化学 课件 第9章 氨基酸代谢

第一节蛋白质的营养作用CHCOOH

NH2

R一、蛋白质的生理功能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（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4.1kcal(17.19kj)/g，人体每日18%能量由蛋白质提供。

人体每日需分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，需从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogenbalance,NB)。二、蛋白质的需要量1.氮平衡(nitrogenbalance)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概况。摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。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。三、蛋白质的营养价值（一）必需氨基酸(essentialaminoacid)指体内需要而又不能自身合成，必须由食物提供的氨基酸，共有8种：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。

甲硫色赖缬异亮亮苏苯丙笨蛋来宿舍晾一晾鞋半必需氨基酸（2种）：酪氨酸（Tyr）半胱氨酸（Cys）

由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。婴儿的His、Arg合成不足，亦需由食物提供。营养必需氨基酸决定食物蛋白的营养价值。

（1）苯丙氨酸(Phe)：参与消除肾及膀胱功能的损耗；（2）蛋氨酸(Met)；参与血红蛋白、结缔组织与血清的组成，有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能；（3）赖氨酸(Lys)：促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及

卵巢，防止细胞退化；（4）苏氨酸(Thr):有转变某些氨基酸达到平衡的功能；（5）色氨酸(Try)：促进胃液及胰液的产生;

（6）亮氨酸(Leu)：作用平衡异亮氨酸；（7）异亮氨酸(Ile)：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；（8）缬氨酸(Val)：作用于黄体、乳腺及卵巢。必需氨基酸的功用（二）蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值即有效利用率，取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。

蛋白来源重量%单食时BV混食时BV————————————————————豆腐干426577面筋5867————————————————————小麦3967

大米2077

小米135789

牛肉2669

大豆2264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。谷类：Lys少，Trp多；豆类：Lys多，Trp少。（三）蛋白质的互补作用

营养价值决定因素：含量；种类；比例，1.食物的种属越远越好，如荤素搭配。

2.搭配的食物越丰富越好。

3.各种食物都有一点，同时食用。因为单个氨基酸吸收到体内后，一般要在血液中停留4小时，然后到达各组织器官，再合成各组织器官的蛋白质，必须使不同氨基酸同时到达才能发挥互补作用。

氨基酸的一般代谢

第二节一、氨基酸代谢概况（外源性氨基酸和内源性氨基酸组成氨基酸代谢库）食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（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(metabolicpool)。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α-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氨基酸代谢概况：二、氨基酸的脱氨基作用定义指氨基酸脱去氨基生成相应α-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）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基转氨基作用(transamination)1、转氨基作用由转氨酶催化完成在转氨酶(transaminase)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。

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。+

转氨酶（磷酸吡哆醛）1+*没有氨的生成*催化的反应可逆*其辅酶都是磷酸吡哆醛特点：（1）丙氨酸氨基转移酶（ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）：ALT催化丙氨酸与

-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。重要的转氨酶丙氨酸+

-酮戊二酸ALT丙酮酸+谷氨酸

ALT在肝细胞中活性较高，肝的疾病时，肝细胞大量破损，ALT释放入血，可引起血清中ALT活性明显升高。ALT高过于劳累伤肝药物油腻食物睡眠不好红霉素、四环素、安眠药、解热镇痛药（2）

天冬氨酸氨基转移酶（AST），又称为谷草转氨酶（GOT）：

AST催化天冬氨酸与

-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。天冬氨酸+

-酮戊二酸草酰乙酸+谷氨酸AST

AST在心肌细胞中中活性较高，在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。

血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。正常人各组织中ALT及AST活性(单位/克湿组织)组织ALTAST组织ALTAST

肝44000142000胰腺200028000

肾1900091000脾120014000

心7100156000肺70010000

骨骼肌480099000血清1620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。转氨基作用的生理意义

存在于肝、脑、肾中辅酶为NAD+或NADP+GTP、ATP为其抑制剂

GDP、ADP为其激活剂催化酶：

L-谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O2、氧化脱氨基作用（特点：有氨生成）3、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α-氨基生成α-酮酸的过程。由于转氨基作用不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基作用与氧化脱氨基作用联合在一起才能迅速脱氨。（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）嘌呤核苷酸循环脱氨基作用

嘌呤核苷酸循环（PNC）是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式，在骨骼肌和心肌中腺苷酸脱氨酶的活性较高。次黄嘌呤核苷酸IMP腺苷酸代琥珀酸氨基酸

-酮酸NH3H2O

-酮戊二酸谷氨酸天冬氨酸草酰乙酸腺嘌呤核苷酸AMP延胡索酸苹果酸三、氨的代谢1.从哪里来?3.最后变成了什么?2.到哪里去?

氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝性脑病的发病有关。正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过60

mol/L。

体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在肝合成尿素而解毒。（一）血氨的来源氨基酸脱氨肠道吸收肾脏产生含氮物分解血氨<0.06mM合成尿素合成氨基酸合成酰胺其他含氮物直接排出***血氨的来源（1）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（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（二）氨的转运1.丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucosecycle)生理意义（1）肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。（2）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.谷氨酰胺的运氨作用反应过程谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。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。临床上用谷氨酸盐降低血氨天冬酰胺酶治疗白血病机理：减少血中天冬酰胺GlnAspAsnH2ONH3天冬酰胺酶白血病细胞不能COOHCH2CHNH2COOHCONH2CH2CHNH2COOHCONH2(CH2)2CHNH2COOHCOOH(CH2)2CHNH2COOHGluProtein在肝内合成尿素，这是最主要的去路；

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。合成非必需氨基酸及其它含氮化合物；合成谷氨酰胺。（三）氨的去路尿素生成的主要器官（2）临床观察：

急性肝坏死患者----血液及尿中几乎不含尿素

氨基酸含量升高肝脏（1）实验证明：

只切除犬的肝----血液及尿中尿素含量明显降低只切除犬的肾而保留肝----血中尿素浓度显著升高

同时切除犬的肝和肾----血氨浓度显著升高?尿素的合成尿素合成的主要器官：肝脏主要在肝细胞的线粒体及胞液中。NH3在肝中合成尿素；占排氮总量80~90%；肝在NH3解毒上非常重要，体内NH3来源与去路保持平衡，血NH3浓度低、稳定。早在1932年，德国学者Krebs首次提出了鸟氨酸循环学说。Krebs一生提出两个循环学说。1953年因发现三羧酸循环而获得诺贝尔医学奖！

鸟氨酸循环学说背景资料克雷布斯（德国）生成过程尿素生成的过程由HansKrebs和KurtHenseleit提出，称为鸟氨酸循环(orinithinecycle)，又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit循环。通过鸟氨酸循环，2分子氨与1分子CO2结合生成1分子尿素及1分子水。尿素是中性、无毒、水溶性很强的物质，由血液运输至肾，从尿中排出。

氨基甲酰磷酸的合成

瓜氨酸的合成

精氨酸的合成

精氨酸水解生成尿素三二一四鸟氨酸循环合成尿素的过程（1）氨基甲酰磷酸的合成

Mg2+，N-乙酰谷氨酸CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶ⅠHN2-COO～PO3H2+2ADP+Pi

（2）瓜氨酸的合成

鸟氨酸氨基甲酰转移酶+氨基甲酰磷酸+PiNH2（CH）23CHCOOHNH2鸟氨酸NH2COO~PO32-NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸（CH）23

精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2O+天冬氨酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸（CH）23COOHCH2HNCH2COOHNH（CH）23CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH（3）精氨酸代琥珀酸的合成（4）精氨酸代琥珀酸裂解成精氨酸与延胡索酸精氨酸精氨酸酶+NH（CH）23CHCOOHNH2NH2CNH（5）精氨酸水解生成尿素NH2CNH2ONH（CH）23CHCOOHNH22尿素鸟氨酸尿素生成的总反应式

2NH3+CO2+3ATP+3H2OCO[NH2]2+2ADP+AMP+2Pi+PPi2ADP+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苹果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi氨基酸α-酮酸鸟氨酸尿素线粒体胞液尿素合成小结主要器官：肝脏CO2

2NH3（其中1分子来自于天冬氨酸*）4ATP（耗能）生理意义：体内氨的主要去路,

解氨毒的重要途径。总反应方程式：尿素原料：合成1分子尿素需：2NH3+CO2+

4ATP+H2O限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶尿素合成的调节1.食物蛋白的影响高蛋白膳食时尿素合成速度加快，且排出的含氮物中尿素占90%2.精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶,可调节尿素的合成。（四）尿素合成障碍可引起高血氨与肝性昏迷

血氨浓度升高称高血氨症常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒。*血氨正常参考值：5.54~65

mol/L*机制：

脑中氨升高，消耗

-酮戊二酸（转变为谷氨酸），使三羧酸循环减弱，ATP合成减少，引起大脑功能障碍，严重时昏迷。*引起高血氨症主要原因：

肝功能严重损伤，尿素合成障碍*降低血氨的措施：

限制蛋白进食量，给肠道抑菌药物，给谷氨酸使其与氨结合为谷氨酰胺TAC

↓

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↓高血氨可减少脑内α-酮戊二酸，导致能量代谢障碍。氨中毒的可能机制四、α-酮酸的代谢（一）经氨基化生成非必需氨基酸（二）转变成糖及脂类生酮+生糖兼生酮=“一两色素本来老”其中生酮氨基酸为“亮、赖”；除了这7个氨基酸（异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、酪氨酸）外，其余均为生糖氨基酸。（三）氧化供能α-酮酸在体内可通过三羧酸循环和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。个别氨基酸的代谢第三节一、氨基酸的脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)磷酸吡哆醛氨基酸脱羧酶其辅酶为磷酸吡哆醛1.γ-氨基丁酸L-谷氨酸L-谷氨酸脱羧酶–CO2GABA功能：为一种抑制性神经递质，对中枢神经系统有抑制作用。GABA是哺乳动物中枢神经系统中重要的抑制性神经递质，具有健脑益智、营养神经细胞、促使精神安定、延缓衰老、健肝利肾、改善更年期综合征等生理功能。2.组胺L-组氨酸–CO2组氨酸脱羧酶组胺功能：*扩张血管、降低血压*刺激胃酸分泌3.5-羟色胺色氨酸–CO25-HT羟化、

脱羧酶5-HT功能：*脑中的5-HT是一种抑制性神经递质*外周组织的5-HT有收缩血管的作用4.牛磺酸L-半胱氨酸磺酸丙氨酸3（O）磺酸丙氨酸脱羧酶–CO2牛磺酸功能：结合胆汁酸的重要组成成分1促进婴幼儿脑组织和智力发育2提高神经传导和视觉机能3防止心血管病4改善内分泌状态，增强人体免疫5改善记忆的功能6影响脂类的吸收5.多胺定义：分子中含有2个以上氨基的胺类物质*腐胺*精脒（亚精胺）*精胺功能：*调节细胞增长，促进细胞增殖。*血尿中多胺的水平可作为癌瘤病的辅助诊断及观察病情变化的指标二、一碳单位的代谢（一）一碳单位的概念

某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(onecarbonunit)。

一碳单位的种类甲基(methyl)-CH3甲烯基(methylene)-CH2-甲炔基(methenyl)-CH=甲酰基(formyl)-CHO亚胺甲基(formimino)-CH=NH（二）一碳单位的载体四氢叶酸的结构FH4的生成FFH2FH4FH2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+FH4携带一碳单位的形式

（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）N5—CH3—FH4N5,N10—CH2—FH4N5,N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH4（三）由氨基酸产生的一碳单位可相互转变

一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色胺酸的分解代谢丝氨酸

N5,N10—CH2—FH4甘氨酸

N5,N10—CH2—FH4组氨酸

N5—CH=NH—FH4色氨酸N10—CHO—FH4一碳单位的互相转变N10—CHO—FH4N5,N10=CH—FH4N5,N10—CH2—FH4N5—CH3—FH4N5—CH=NH—FH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3（四）一碳单位代谢的功能

主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成，N10-CHO-FH4与N5,N10=CH-FH4分别为嘌呤合成提供C2与C8，N5,N10-CH2-FH4为胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基。把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。一碳单位代谢与疾病一碳单位代谢障碍或FH4不足，可引起巨幼红细胞性贫血等疾病。应用:可利用磺胺类药物干扰细菌FH4的合成而抑菌。应用叶酸类似物如氨甲蝶呤等可抑制FH4生成，从而抑制核酸生成达到抗癌作用。案例

巨幼红细胞性贫血

巨幼红细胞性贫血是指叶酸、维生素B12

缺乏或其他原因引起DNA合成障碍所致的一类贫血。人体不能合成叶酸，只能由食物中获得。摄入量不足，需要量增加都能导致叶酸的缺乏。叶酸和维生素B12

缺乏时幼红细胞内DNA合成减慢，但RNA合成不受影响，导致RNA和DNA比例失调，结果形成核较幼稚而细胞体积大的巨幼细胞。三、含硫氨基酸的代谢含硫氨基酸半胱氨酸胱氨酸甲硫氨酸（一）甲硫氨酸的代谢1.甲硫氨酸与转甲基作用+PPi+Pi腺苷转移酶甲硫氨酸ATPS—腺苷甲硫氨酸(SAM)甲基转移酶RHR—CH3腺苷SAMS—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM为体内甲基的直接供体甲硫氨酸S-腺苷同型半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸FH4N5—CH3—FH4N5—CH3—FH4

转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiR-CH32.甲硫氨酸循环甲硫氨酸循环的生理意义

由N5-CH3-FH4供给甲基合成甲硫氨酸，再通过此循环的SAM提供甲基，以进行体内广泛存在的甲基化反应，由此，

N5-CH3-FH4可看成是体内甲基的间接供体。

同型半胱氨酸由N5-CH3-FH4提供甲基而合成甲硫氨酸，由N5甲基四氢叶酸转甲基酶催化，辅酶是维生素B12。临床意义：维生素B12缺乏时，四氢叶酸再生受到影响，体内游离四氢叶酸减少，一碳单位代谢障碍，核酸合成抑制，而产生巨幼红细胞性贫血。（二）半胱氨酸代谢可产生多种重要的生理活性物质1.半胱氨酸与胱氨酸的互变-2H+2HCH2SHCHNH2COOHCH2CHNH2COOHCH2CHNH2COOHSS2半胱氨酸胱氨酸2.半胱氨酸可生成牛磺酸

牛磺酸是结合胆汁酸的组成成份之一。含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。SO42-+ATPAMP-SO3-(腺苷-5´-磷酸硫酸)3-PO3H2-AMP-SO3-（3´-磷酸腺苷-5´-磷酸硫酸，PAPS）PAPS为活性硫酸，是体内硫酸基的供体3.半胱氨酸生成活