氨基酸代谢生物化学

《生物化学》多媒体课件试用版第七章

氨基酸代谢

（AminoAcidMetabolism）BiochemistryDepartmentDepartmentofBasicMedicalSciencesHangzhouNormal

UniversityGuyisheng第一节蛋白质的营养作用一、蛋白质营养的重要性维持组织细胞的生长、修补和更新参与多种生命活动氧化供能（17.2kJ/g或4.1kcal/g）2025/1/32DepartmentofBiochemistry二、氮平衡（nitrogenbalance）概念、意义三种类型

摄入氮排出氮总平衡（正常成人）＝正平衡（儿童、孕妇等）>负平衡（饥饿、消耗性疾病）<2025/1/33DepartmentofBiochemistry最低需要量：30～50g/天营养学会推荐：80g/天四、蛋白质的营养价值必需氨基酸（essentialaminoacid）概念种类营养价值的标准蛋白质互补三、蛋白质的生理需要量2025/1/34DepartmentofBiochemistry第二节蛋白质的消化、吸收与腐败一、蛋白质的消化（一）胃中的消化胃蛋白酶原的激活胃酸激活自身激活胃蛋白酶的作用分解蛋白质（多肽、少量氨基酸）凝乳作用（乳儿重要）胃蛋白酶原胃蛋白酶HCl(+)(+)2025/1/35DepartmentofBiochemistry（二）小肠中的消化胰酶（胰液中）内肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等外肽酶：羧基肽酶A、羧基肽酶B等

产物：氨基酸、寡肽

酶原激活（肠激酶激活、自身激活）、意义寡肽酶（小肠粘膜细胞刷状缘、胞液中）氨基肽酶、二肽酶等

产物：氨基酸水解作用激活图专一性胰酶激活2025/1/36DepartmentofBiochemistry二、氨基酸的吸收（一）氨基酸吸收载体载体蛋白（carrierprotein）中性氨基酸载体（为主）碱性氨基酸载体酸性氨基酸载体亚氨基酸和甘氨酸载体β氨基酸载体与氨基酸、Na+组成三联体部位：小肠为主（小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞、肌细胞等）主动吸收：消耗ATP图示2025/1/37DepartmentofBiochemistry（二）r-谷氨酰基循环（r-

glutamylcycle）通过谷胱甘肽起作用分布小肠粘膜细胞、肾小管细胞、脑细胞等消耗能量（3分子ATP）关键酶：r-谷氨酰基转移酶（三）肽的吸收耗能的主动转运过程吸收二肽、三肽（需载体蛋白）r-GT2025/1/38DepartmentofBiochemistry三、蛋白质的腐败作用（putrefaction）概念肠道细菌对蛋白质及其消化产物所起的作用称为腐败作用生成物质：胺类、氨、其他有害物等去路：随粪便排出（大部分）吸收，经肝转化解毒（小部分）细菌可产生少量脂酸、维生素等2025/1/39DepartmentofBiochemistry氨基酸脱羧基生成胺类，如：组氨酸—→组胺赖氨酸—→尸胺色氨酸—→色胺酪氨酸—→酪胺

注：假神经递质与肝昏迷有关（二）氨的生成氨基酸脱氨基尿素水解（三）其他有害物质的生成苯酚、吲哚、甲基吲哚、H2S等产生的氨可吸收入肝，降低肠道pH（酸性），氨吸收减少（一）胺类的生成假递质2025/1/310DepartmentofBiochemistry第三节氨基酸的一般代谢一、体内蛋白质的分解降解量：每天1～2％蛋白质寿命：半寿期表示（t1/2）（half-life）

肝内蛋白的t1/2：1～8天血浆蛋白的t1/2

：10天结缔组织蛋白的t1/2：180天有关酶类：蛋白酶、肽酶等2025/1/311DepartmentofBiochemistry蛋白质降解途径溶酶体：不依赖ATP的过程降解外来蛋白质、膜蛋白、长寿命胞内蛋白质蛋白酶体：依赖ATP和泛素的过程蛋白酶体存在于胞液和细胞核降解异常蛋白、短寿命蛋白泛素：76个氨基酸残基（8.5kD）泛素与蛋白质结合－→泛素化－→蛋白酶体参与－→蛋白质降解

泛素化2025/1/312DepartmentofBiochemistry氨基酸的来源食物蛋白质消化吸收组织蛋白质分解体内合成（部分非必需氨基酸）氨基酸的代谢去路合成蛋白质分解代谢生成其他含氮化合物脱氨基（生成NH3、α-酮酸）（为主）脱羧基（生成胺、CO2）二、氨基酸代谢库（metabolicpool）2025/1/313DepartmentofBiochemistry氨基酸代谢库图示脱氨基作用NH3α-酮酸非必需氨基酸CO2+H2O糖或脂类其它含氮物质谷氨酰胺尿素胺类+CO2脱羧基作用嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物代谢转变合成分解消化吸收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2025/1/314DepartmentofBiochemistry三、氨基酸的脱氨基作用脱氨基方式转氨基氧化脱氨基联合脱氨基（主要方式）非氧化脱氨基脱氨基的产物：氨、α-酮酸氨基酸分解代谢的主要途径2025/1/315DepartmentofBiochemistry（一）转氨基作用（transamination）概念、基本过程在转氨酶的催化下，某一氨基酸的氨基转移到另一种α-酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸；原来的氨基酸则转变为α-酮酸反应可逆，平衡常数接近1大多数氨基酸都可以参与转氨基（赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸例外）以L-谷氨酸和α-酮酸之间的转氨基最重要图示2025/1/316DepartmentofBiochemistry转氨基作用的机制转氨酶（aminotransferase）及临床意义谷丙转氨酶（GPT）（丙氨酸转氨酶ALT）谷草转氨酶（GOT）（天冬氨酸转氨酶AST）转氨基机制辅酶：磷酸吡哆醛（及磷酸吡哆胺）（含VitB6）生理作用与局限性机制分布表2025/1/317DepartmentofBiochemistry（二）氧化脱氨基作用

（L-谷氨酸氧化脱氨基作用）多种氨基酸氧化酶（D型、L型）L-谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氨基概念与基本过程在谷氨酸脱氢酶的催化下，谷氨酸脱氢生成亚谷氨酸，然后水解生成α-酮戊二酸和氨辅酶：NAD+

（或NADP+）生理作用与局限性谷氨酸氧化酶2025/1/318DepartmentofBiochemistry（三）联合脱氨基作用1、转氨基与L-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基2、嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle）联合脱氨基概念与基本过程氨基酸首先与α-酮戊二酸在转氨酶作用下生成α-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再经L-谷氨酸脱氢酶作用，脱氨基生成α-酮戊二酸生理作用

（1）体内脱氨基的主要方式（2）反应可逆，是合成非必需氨基酸的主要途径2025/1/319DepartmentofBiochemistry嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle）原因：骨骼肌、心肌中谷氨酸脱氢酶活性低生理作用（重要性）心肌、骨骼肌中氨基酸脱氨基的主要方式反应过程（另一种形式的联合脱氨基作用）核苷酸循环附：非氧化脱氨基2025/1/320DepartmentofBiochemistry四、氨基酸碳链骨架(α-酮酸)的代谢（一）氨基化生成非必需氨基酸（二）转变为糖及脂类同位素标记实验的证明生糖氨基酸、生酮氨基酸、生糖兼生酮氨基酸α－酮酸的代谢中间物质丙酮酸、三羧酸循环中间物等乙酰CoA、乙酰乙酰CoA等（三）氧化供能分类表2025/1/321DepartmentofBiochemistry第四节氨的代谢概况：氨的毒性一、氨的来源氨基酸分解代谢产NH3（主要来源）胺类分解、核苷酸分解等（少量）（RCH2NH2—→RCHO+NH3）肠道吸收的NH3（血氨的重要来源）肠道细菌分解氨基酸、尿素等NH3的吸收与肠道pH有关肾小管上皮细胞产生的NH3谷氨酰胺谷氨酸＋NH3谷氨酰胺酶NH4+排出H+吸收入血OH-2025/1/322DepartmentofBiochemistry二、氨的去路1、合成尿素（主要去路）2、合成谷氨酰胺（氨的转运形式之一，运至肾脏以铵盐形式排出）

（NH3+H+－→NH4+

）3、合成某些非必需氨基酸（以及嘌呤、嘧啶）等（通过脱氨基作用的逆过程）2025/1/323DepartmentofBiochemistry三、氨的转运（一）丙氨酸－葡萄糖循环(alanine-glucosecycle)（二）谷氨酰胺的运氨作用丙－葡循环基本过程NH3与丙酮酸生成丙氨酸（肌）丙氨酸运至肝脏（血液）丙氨酸脱下NH3，生成丙酮酸（NH3合成尿素）（肝）丙酮酸异生成葡萄糖，运至肌组织，再生成丙酮酸肌肉中的氨以丙氨酸形式运至肝，肝又为肌组织提供葡萄糖2025/1/324DepartmentofBiochemistry（二）谷氨酰胺生成以及运氨作用脑、骨骼肌向肝、肾转运NH3谷氨酰胺的生成与分解谷氨酰胺的作用：氨的解毒产物氨的储存和运输形式合成蛋白质参与嘌呤、嘧啶等的合成谷酰生成附：天冬酰胺谷氨酰胺生成是体内NH3的重要去路之一2025/1/325DepartmentofBiochemistry四、尿素的生成尿素合成的器官：肝（为主）（实验）鸟氨酸循环学说（ornithinecycle）（ureacycle）（Krebs-Henseleitcycle）（肝薄片培养与同位素标记实验）鸟氨酸循环的基本过程基本反应式2NH3+CO2－→NH2-CO-NH2（尿素）2025/1/326DepartmentofBiochemistry鸟氨酸循环的具体步骤细胞定位：线粒体、胞液步骤：1、氨基甲酰磷酸的合成（线粒体）2、瓜氨酸的合成（线粒体）3、精氨酸代琥珀酸的合成（胞液）4、精氨酸的合成（胞液）5、精氨酸水解生成尿素（胞液）全过程2步骤2025/1/327DepartmentofBiochemistry尿素合成的总反应式2个氮原子直接或间接来自氨基酸脱氨基消耗4个高能键（表面看3分子ATP）NH2|CO|NH2基本反应式：2NH3+CO2+3ATP+3H2O

－→+2ADP+AMP+4Pi循环联系2025/1/328DepartmentofBiochemistry尿素合成的有关问题1、氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ、Ⅱ的区别CPSⅠ：线粒体尿素合成细胞分化的指标CPSⅡ：胞液嘧啶合成细胞增殖的指标2、肝细胞再生再生完成鸟氨酸氨基甲酰转移酶活性↓活性↑天冬氨酸氨基甲酰转移酶活性↑活性↓

嘧啶合成尿素合成2025/1/329DepartmentofBiochemistry尿素合成的调节食物蛋白质的影响（促进作用）CPSⅠ的调节（AGA、精氨酸的促进作用）精氨酸代琥珀酸合成酶（限速酶）的调节高血氨症与氨中毒血氨↑α－酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3α－酮戊二酸↓三羧酸循环↓2025/1/330DepartmentofBiochemistry第五节个别氨基酸的代谢一、脱羧基作用（decarboxylation）产物；胺类、CO2意义：生成特殊的胺类，具有重要的生理功能酶：氨基酸脱羧酶辅酶：磷酸吡哆醛（含VitB6）2025/1/331DepartmentofBiochemistry代谢途径：氨基酸（部分）发挥生理作用醛类胺氧化酶[O]羧酸[O]胺氨基酸脱羧酶磷酸吡多醛CO2CO2+H2O[O]2025/1/332DepartmentofBiochemistry（一）r-氨基丁酸（r-aminobutyricacid,GABA）谷氨酸脱羧酶在脑、肾组织中活性较高GABA是抑制性神经递质2025/1/333DepartmentofBiochemistry（二）牛磺酸（taurine）牛磺酸是结合胆汁酸的成分脑内含牛磺酸也较多2025/1/334DepartmentofBiochemistry（三）组胺（histamine）是强烈的血管扩张剂，与创伤性休克、炎症等有关肥大细胞中含量高（乳腺、肺、肝、肌、胃粘膜等）能刺激胃蛋白酶及胃酸分泌2025/1/335DepartmentofBiochemistry（四）5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）脑内的5-HT，抑制性神经递质外周的5-HT，具有缩血管作用类癌患者的尿中5-羟吲哚乙酸（5-HT的代谢产物）排出增多5-羟色胺5-羟色醛5-羟吲哚乙酸单胺氧化酶[O][O]2025/1/336DepartmentofBiochemistry（五）多胺（polyamines）包括腐胺、精脒、精胺等以鸟氨酸、SAM为原料，鸟氨酸脱羧酶是限速酶精脒、精胺是调节细胞生长的重要物质（稳定细胞结构，增强核酸、蛋白质合成）临床意义（癌瘤病人的血、尿中多胺含量测定）多胺2025/1/337DepartmentofBiochemistry二、一碳单位的代谢一碳单位（onecarborunit）概念某些氨基酸分解代谢过程中产生的含一个碳原子的基团种类；甲基、甲烯基（亚甲基）、甲炔基（次甲基）、甲酰基、亚氨甲基辅酶（运载体）：四氢叶酸（FH4）四氢叶酸2025/1/338DepartmentofBiochemistry一碳单位的生成与互变主要来源：丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸代谢一碳单位的生理意义嘌呤、嘧啶合成的原料（与核酸、蛋白质相关）联系氨基酸代谢与核酸代谢一碳单位代谢障碍，可引起巨幼红细胞贫血磺胺药、甲氨蝶呤等药物干扰叶酸、四氢叶酸的合成，发挥抗菌、抗肿瘤作用生成与互变一碳生成2025/1/339DepartmentofBiochemistry三、含硫氨基酸代谢包括甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸（一）甲硫氨酸（蛋氨酸）的代谢1、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）形成与转甲基作用SAM：活性甲硫氨酸

体内最重要的甲基供体参与：肾上腺素、肌酸、肉碱、胆碱等的合成DNA、RNA的甲基化反应SAM生成2025/1/340DepartmentofBiochemistry2、甲硫氨酸循环（methioninecycle）概念与基本过程：（与一碳单位代谢相联系）生理意义：利用N5-CH3-FH4供给甲基，通过SAM，进行广泛的甲基化反应蛋氨酸循环附：同型半胱氨酸能损伤血管内皮，与粥样硬化有关使FH4再生生成甲硫氨酸转甲基酶催化，VitB12参与2025/1/341DepartmentofBiochemistry3、肌酸的合成合成器官：肝（为主），还有肌、脑合成原料：甘氨酸、精氨酸、SAM肌酸激酶（CPK）：三种同工酶MM（骨骼肌）、MB（心肌）、BB（脑）（心肌梗塞，血中MB升高）肌酸代谢的意义：磷酸肌酸：能量贮存肌酐测定：检查肾功能肌酸合成2025/1/342DepartmentofBiochemistry（二）半胱氨酸和胱氨酸的代谢半胱氨酸和胱氨酸两者互变维持蛋白质结构（含巯基，形成二硫键）谷胱甘肽巯基酶巯基酶的活性（毒物，如重金属盐）谷胱甘肽合成（G－SH）及功用2025/1/343DepartmentofBiochemistryPAPS的功能（转硫酸基作用）参与生物转化参与硫酸软骨素、硫酸角质素等合成含硫氨基酸H2SH2SO4PAPS尿排出（三）硫酸根的代谢PAPS（活性硫酸根）的生成2025/1/344DepartmentofBiochemistry儿茶酚胺分解代谢遗传病四、芳香族氨基酸的代谢

1、合成儿茶酚胺类2、合成黑色素、甲状腺激素等3、分解代谢：生成延胡索酸、乙酰乙酸4、代谢缺陷（白化病、苯丙酮酸尿症等）总图（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢苯丙氨酸羟化生成酪氨酸2025/1/345DepartmentofBiochemistry（二）色氨酸的代谢1、生成5-羟色胺（5-HT）2、生成一碳单位3、生成尼克酰胺（VitPP）等4、分解代谢：生成丙酮酸、乙酰乙酰CoA代谢图2025/1/346DepartmentofBiochemistry五、支链氨基酸的代谢附表：氨基酸的衍生物相应的α－酮酸亮氨酸异亮氨酸缬氨酸转氨酶乙酰CoA+琥珀酸单酰CoA乙酰CoA+乙酰乙酰CoA琥珀酸单酰CoA主要在骨骼肌中进行衍生物2025/1/347DepartmentofBiochemistry一氧化氮（NO）生成NO：参与信号转导神经递质、血液调节物质激活可溶性鸟苷酸环化酶受体通过cGMP－蛋白激酶G信息转导途径精氨酸鸟氨酸＋NO一氧化氮合酶（NOS）2025/1/348DepartmentofBiochemistry蛋白水解酶的激活示意图2025/1/349DepartmentofBiochemistry胰蛋白酶胰酶的激活图解胰蛋白酶原糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶羧基肽酶（A及B）糜蛋白酶原羧基肽酶原（A及B）肠激酶(+)(+)(+)(+)2025/1/350DepartmentofBiochemistry蛋白质多肽链蛋白水解酶作用示意图氨基酸＋寡肽氨基酸二肽酶（寡肽酶）氨基肽酶羧基肽酶内肽酶（胰蛋白酶等）2025/1/351DepartmentofBiochemistry蛋白水解酶作用专一性表2025/1/352DepartmentofBiochemistry氨基酸的吸收示意图载体2025/1/353DepartmentofBiochemistryr-谷氨酰基循环2025/1/354DepartmentofBiochemistry假神经递质的生成HOCHOHCH2NH2OH去甲肾上腺素HOCH2CH2NH2OH多巴胺脱羧CH2CHNH2COOHOH酪氨酸CH2CH2NH2OH酪胺羟化CHOHCH2NH2OHβ－羟酪胺CH2CHNH2COOH苯丙氨酸脱羧CH2CH2NH2苯乙胺羟化CHOHCH2NH2苯乙醇胺2025/1/355DepartmentofBiochemistry依赖ATP和泛素降解异常蛋白和短寿蛋白质泛素(ubiquitin)76个氨基酸组成的多肽(8.5kD)

普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守蛋白质在蛋白酶体被降解2025/1/356DepartmentofBiochemistry泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活,即泛素化，包括三种酶参与的3步反应，并需消耗ATP。蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解。泛素介导的蛋白质降解过程2025/1/357DepartmentofBiochemistry泛素化E1：泛素激活酶E2：泛素结合酶E3：泛素蛋白连接酶UB：泛素Pr：被降解蛋白质UBCO-O+HS-E1ATPAMP+PPiUBCOS-E1HS-E2HS-E1UBCOS-E1UBCOS-E2PrHS-E2E3UBCOS-E2PrUBCONH2025/1/358DepartmentofBiochemistry蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质。26S蛋白质酶体20S的核心颗粒(CP)19S的调节颗粒(RP):18个亚基,6个亚基具有ATP酶活性2个α环：7个α亚基2个β环：7个β亚基2025/1/359DepartmentofBiochemistry2025/1/360DepartmentofBiochemistry泛素介导的蛋白质降解过程图示2025/1/361DepartmentofBiochemistryALT（GPT）和AST（GOT）催化的反应2025/1/362DepartmentofBiochemistry转氨酶的分布2025/1/363DepartmentofBiochemistry转氨基作用的机制2025/1/364DepartmentofBiochemistryL-氨基酸氧化酶催化脱氨基存在于肝、肾组织2025/1/365DepartmentofBiochemistryL-谷氨酸氧化脱氨基作用图解谷氨酸脱氢酶：变构酶（6个相同亚基）GTP、ATP变构抑制剂GDP、ADP变构激活剂2025/1/366DepartmentofBiochemistry转氨基与L-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基（图解）2025/1/367DepartmentofBiochemistry嘌呤核苷酸循环（图解）2025/1/368DepartmentofBiochemistry（四）非氧化脱氨基作用脱水脱氨基丝氨酸－→丙酮酸＋NH3脱硫化氢脱氨基半胱氨酸－→丙酮酸＋NH3直接脱氨基天冬氨酸－→延胡索酸＋NH32025/1/369DepartmentofBiochemistry生糖、生酮氨基酸2025/1/370DepartmentofBiochemistry丙氨酸－葡萄糖循环（图解）2025/1/371DepartmentofBiochemistry谷氨酰胺的生成与分解脑、肌肝、肾2025/1/372DepartmentofBiochemistry天冬酰胺的生成及意义天冬酰胺的生成：（谷氨酰胺提供酰胺基）天冬氨酸＋谷氨酰胺—→天冬酰胺＋谷氨酸天冬酰胺的水解：天冬酰胺酶的应用及意义2025/1/373DepartmentofBiochemistry鸟氨酸循环的步骤（1）氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸2025/1/374DepartmentofBiochemistry鸟氨酸循环的步骤（2）2025/1/375DepartmentofBiochemistry鸟氨酸循环全过程2025/1/376DepartmentofBiochemistry鸟氨酸循环全过程（2）2025/1/377DepartmentofBiochemistry鸟氨酸循环与三羧酸循环的联系2025/1/378De