生物化学 07 第七章 氨基酸代谢

第三节
氨基酸的一般代谢
General Metabolism of Amino Acids
一、氨基酸在体中的代谢动态
※外源性氨基酸
从食物吸收而来的氨基酸 ※内源性氨基酸 组织蛋白质降解而来的氨基酸 ※氨基酸代谢库（metabolic pool) 外源性氨基酸和内源性氨基酸的总称。这些氨基 酸分布于体内各处，参与代谢。氨基酸代谢库以游离 氨基酸重量计算。
1．胺类的生成 肠道细菌的蛋白酶使蛋白质水解成氨基酸，再经氨基酸脱羧基作 用，产生胺类。 酪胺和由苯丙氨酸脱羧基生成的苯乙胺，进入脑组织可分别经β －羟化而形成β－羟酪胺和苯乙醇胺。它们的化学结构与儿茶酚 胺类似，称为假神经递质。假神经递质增多，可使大脑发生异常 抑制。 2．氨的生成 肠道中的氨主要有两个来源：一是未被吸收的氨基酸在肠道细菌 作用下脱氨基而生成；二是血液中尿素渗人肠道，受肠菌尿素酶 的水解而生成氨，这些氨均可被吸收入血液在肝合成尿素 3．其他有害物质的生成 通过腐败作用还可产生其他有害物质，例如苯酚、吲哚及硫化氢 等。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。
（一）体内氨的来源
氨基酸脱氨 胺类脱氨 肾小管上皮 细胞 分泌的氨
氨 NH3
肠道重 吸收的氨
嘌呤、嘧啶 分解的氨
（二）氨的转运 1、丙氨酸－葡萄糖循环的运氨作用
丙氨酸－葡萄糖循环
丙氨酸－葡萄糖循环生理意义
有毒的氨必须以无毒性的方式经血液运输 到肝合成尿素或运至肾以铵盐的形式随尿排出。 以无毒的Ala 形式输出NH3 到 肝 尿素 肌肉中输出Ala 到肝 糖，再为肌肉提供G 饥饿时，肌肉以Ala、 Glu形式输出生糖氨 基酸
营养必需氨基酸
(essential amino acid)
机体不能合成的，必须由体外摄取的氨基 酸。 Thr，Val，Trp，Lys， Phe，Met，Leu， Ile
非必需氨基酸(non-essential amino acid) 体内可以利用其他物质来合成的 氨基酸。 半必需氨基酸 体内虽然能合成，但量不足以供体 内所需；或以必需氨基酸为原料。 His，Arg，Tyr，Cys
中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体
三 、蛋白质腐败（putrefaction）

肠道细菌可使部分蛋白质或其未吸收的消化 产物分解，称为蛋白质的腐败作用。腐败作用 是细菌本身的代谢过程。腐败作用的大多数产 物对人体有害，但也可以产生少量脂肪酸及维 生素等可被机体利用的物质。
生酮氨基酸 生糖兼生酮氨基酸
四、氨的代谢 Metabolism of Ammonia
氨有毒性，正常血氨浓度<0.60μmol/L 体内氨的来 源、转运、去路受到多种因素的调节，以保持血氨 处于动态平衡
体内各环节所产氨主要通过肝脏合成尿素而解毒。 肝功能衰竭患者肝脏解毒功能降低，血氨升高，通 过血脑屏障入脑，引起脑功能障碍，为肝性脑病的 原因之 一。
L-谷氨酸脱氢酶 H2O + NAD+
联合脱氨基作用
嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle)
骨骼肌和心肌中L-谷氨酸脱氢酶的活性弱，难于进行以上 方式的联合脱氨基过程。肌肉中存在着另一种联合脱氨基 反应，即通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基。
三、α -酮酸的代谢
氨基酸脱氨基后生成的α -酮酸有以下三条代谢 途径： 非必需氨基酸
3.精氨酸的合成
合成酶：精氨酸代琥珀酸裂解酶
精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。
精 氨 酸 的 合 成
4.尿素的生成
精氨酸酶
精氨酸
尿素
鸟氨酸
酶：精氨酸酶 精氨酸胍基水解，生成尿素和鸟氨酸。 鸟氨酸转运进入线粒体，再参与鸟氨酸循环。
尿素循环
尿素循环总反应
NH2 2NH3 + CO2 + 3ATP +3H2O C=O +2ADP +AMP + 2Pi + PPi NH2
氮平衡(nitrogen balance) 机体摄入氮 ~ 机体排出氮
总氮平衡： 机体摄入氮 = 机体排出氮 正氮平衡： 机体摄入氮 > 机体排出氮 负氮平衡： 机体摄入氮 < 机体排出氮
总氮平衡的要求
蛋白质最低需要量：30~50克/日 营养学会推荐量： 80克/日
蛋白质的营养价值 nutrition value of protein
蛋白水解酶的专一性
酶 胃蛋白酶 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 弹性蛋白酶 氨基肽酶 羧基肽酶A 羧基肽酶B 专 一 性 R3=色、苯丙、丙、酪、甲硫、亮 R3=精、赖 R3=苯丙、酪、色 R3=脂肪族氨基酸 R1=任何氨基酸 R5=任何氨基酸 R5=任何氨基酸 R4=任何氨基酸 R4=任何氨基酸 R4=任何氨基酸 R4=任何氨基酸 R2=除脯氨酸外 R6=除精、赖、脯氨酸外 R6=精、赖
肌肉氨基酸： 50 % 肝氨基酸： 10 % 肾氨基酸： 4% 血浆氨基酸：1~6%， 氨基酸在体内 的运输形式
氨基酸的来源和去路
NH3尿素 食物蛋白质 组织蛋白质
氨基酸代谢库 酮酸 酮体 氧化 糖
体内合成氨基酸 （非必需）
胺类 其他含氮化合物 （嘌呤、嘧啶）
二、氨基酸的脱氨基作用
存在多种方式
第四节 个别氨基酸的代谢
Individual Pathway of Amino Acids
一、氨基酸的脱羧基作用
1．谷氨酸脱羧基生成γ -氨基丁酸（γ aminobutyric acid, GABA） γ -氨基丁酸（GABA）
对中枢神经系统有抑制作用。临床上常用维生素B6治疗妊娠 呕吐及小儿抽搐，其原理是维生素B6是脱羧酶的辅酶，加强脱羧 基反应，使体内的γ -氨基丁酸浓度升高，从而抑制神经组织兴 奋性。
L-谷氨酸
第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败
Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins
一、蛋白质的消化
1．蛋白质在胃中被水解成多肽
H+
胃蛋白酶原
pepsinogen
胃蛋白酶
胃蛋白酶 + 6肽
pepsin
最适 pH 1.5 ~ 2.5 水解芳香族氨基酸及亮氨酸的羧基端 凝乳作用 Ca2+ pepsin 酪蛋白 副酪蛋白 Ca复合物
aa
肠壁细胞肝脏血液组织、细胞。
二、氨基酸的吸收
氨基酸的吸收是一个主动转运过程
吸收部位：主要在小肠黏膜细胞 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。
氨的去路
尿素合成 90% 生成谷氨酰胺 酮酸还原氨基化生成非必需氨基酸 生成嘌呤、嘧啶等其他含氮化合物
高血氨症和氨中毒
正常时：
氨的来源和去路保持动态平衡，血氨很低 （0.1mg/100ml) 肝功能异常时： 尿素合成障碍，血氨浓度增高，称为高氨血症。 脑中： 氨 + 酮戊二酸 谷氨酸 氨 + 谷氨酸 谷氨酰胺 酮戊二酸消耗，三羧酸循环减弱，脑供能不足， 导致脑功能障碍，严重时可发生昏迷，故称肝昏迷。
转氨基 氧化脱氨基 联合脱氨基
（一）转氨基作用 一个氨基酸的氨基被转移到另一种 酮基上，生成相应的酮酸和氨基酸。 由氨基转 移酶（转氨酶）催化。
R1 H-C-NH2 COOH
R2 + C=O COOH
R1 C=O + COOH
R2 H-C-NH2 COOH
Lys、Pro、OH-Pro 不参与此反应
第七章 氨基酸代谢
Metabolism of Amino Acids
第一节
蛋白质的营养作用
Nutrition Value of Protein
一、蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补
肌体的生长
分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质 含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，脾、肺
尿素中的2个氮原子一个来自于天冬氨酸， 一个来自NH4+ 。
氨的代谢调节 关键酶： 氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ） 位于线粒体 N-乙酰谷氨酸为活力必需， 乙酰辅酶A + Glu N-乙酰谷氨酸
Arg
+
氨的代谢调节物
食物 蛋白质饮食可诱导 CPS-Ⅰ、OCT、 ASA-S ，加速尿素合成。低蛋白质饮食可使 尿素合成减慢。 其他代谢物 与其他代谢途径密切相关，受 相关代谢物的影响。
2、谷氨酰胺的运氨作用 部位：脑、肌肉 作用：将氨运至 肝、肾 酶：谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺酶 反应：不可逆，耗能
Glu
NH3
Gln
血液
Gln
NH3
GluBiblioteka 脑、肌肉肝、肾谷氨酰胺的重要意义
氨的解毒形式 氨的运输形式 氨的储存形式
（三） 体内氨的去路
鸟氨酸循环由Hans Krebs和Kurt Henseleit在1932年提出，早于三羧酸循环被 阐明5年，是第一个被发现的代谢通路。
(二) L-谷氨酸氧化脱氨基作用
部位：肝，肾，脑 方式：不需氧脱氢 酶： L-谷氨酸脱氢酶，此酶是别构酶，受能荷调节 反应：
意义：此反应使氨基酸氧化供能的速率受ATP/ADP、 GTP/GDP 的反馈调节
(三) 联合脱氨基作用
肝、肾、脑中： 氨基酸 NADH+H+ 酮戊二酸 NH3 +
转氨酶 酮酸 谷氨酸
氨基甲酰磷酸的合成
N-乙酰谷氨酸(AGA)为氨基甲酰磷 酸合成酶I的必要辅助因子。AGA由 乙酰CoA和谷氨酸合成。精氨酸可 促进AGA的生成。