氨基酸代謝課件2

氨基酸代謝

MetabolismofAminoAcids

蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用

NutritionalFunctionofProtein

第一節(jié)一、蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要性1.維持細胞、組織的生長、更新和修補2.參與多種重要的生理活動催化（酶）、免疫（抗原及抗體）、運動（肌肉）、物質(zhì)轉運（載體）、凝血（凝血系統(tǒng)）等。3.氧化供能人體每日18%能量由蛋白質(zhì)提供。

二、蛋白質(zhì)需要量和營養(yǎng)價值1.氮平衡(nitrogenbalance)攝入食物的含氮量與排泄物（尿與糞）中含氮量之間的關係。氮總平衡：攝入氮=排出氮（正常成人）氮正平衡：攝入氮>排出氮（兒童、孕婦等）氮負平衡：攝入氮<排出氮（饑餓、消耗性疾病患者）

氮平衡的意義：可以反映體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的慨況。2.生理需要量成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為30～50g，我國營養(yǎng)學會推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g。3.蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值①必需氨基酸(essentialaminoacid)指體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。

其餘12種氨基酸體內(nèi)可以合成，稱非必需氨基酸。②蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值(nutritionvalue)蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值取決於必需氨基酸的數(shù)量、種類、量質(zhì)比。③蛋白質(zhì)的互補作用指營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)混合食用，其必需氨基酸可以互相補充而提高營養(yǎng)價值。第二節(jié)

蛋白質(zhì)的消化、吸收和腐敗Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins一、

蛋白質(zhì)的消化

蛋白質(zhì)消化的生理意義由大分子轉變?yōu)樾》肿?，便於吸收。消除種屬特異性和抗原性，防止過敏、毒性反應。

消化過程（一）胃中的消化作用

胃蛋白酶的最適pH為1.5～2.5，對蛋白質(zhì)肽鍵作用特異性差，產(chǎn)物主要為多肽及少量氨基酸。

胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)（二）小腸中的消化——小腸是蛋白質(zhì)消化的主要部位。1.胰酶及其作用胰酶是消化蛋白質(zhì)的主要酶，最適pH為7.0左右，包括內(nèi)肽酶和外肽酶。

內(nèi)肽酶(endopeptidase)水解蛋白質(zhì)肽鏈內(nèi)部的一些肽鍵，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶。

外肽酶(exopeptidase)自肽鏈的末段開始每次水解一個氨基酸殘基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。腸液中酶原的啟動胰蛋白酶原糜蛋白酶原羧基肽酶原彈性蛋白酶原

腸激酶(enterokinase)胰蛋白酶糜蛋白酶羧基肽酶彈性蛋白酶

(trypsin)(exopeptidase)(carboxypeptidase)(elastase)

可保護胰組織免受蛋白酶的自身消化作用。保證酶在其特定的部位和環(huán)境發(fā)揮催化作用。酶原還可視為酶的貯存形式。酶原啟動的意義氨基肽酶內(nèi)肽酶羧基肽酶氨基酸

+氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意圖2.小腸粘膜細胞對蛋白質(zhì)的消化作用主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。二、氨基酸的吸收

吸收部位：主要在小腸吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收機制：耗能的主動吸收過程（一）氨基酸吸收載體載體蛋白與氨基酸、Na+組成三聯(lián)體，由ATP供能將氨基酸、Na+轉入細胞內(nèi)，Na+再由鈉泵排出細胞。載體類型中性氨基酸載體鹼性氨基酸載體酸性氨基酸載體亞氨基酸與甘氨酸載體（二）γ-穀氨醯基迴圈對氨基酸的轉運作用γ-穀氨醯基迴圈(γ-glutamylcycle)過程：穀胱甘肽對氨基酸的轉運穀胱甘肽再合成半胱氨醯甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶γ-穀氨酸環(huán)化轉移酶氨基酸5-氧脯氨酸谷氨酸

5-氧脯氨酸酶ATPADP+Piγ-穀氨醯半胱氨酸γ-穀氨醯半胱氨酸合成酶ADP+PiATP穀胱甘肽合成酶ATPADP+Pi細胞外

γ-穀氨醯基轉移酶細胞膜穀胱甘肽

GSH細胞內(nèi)γ-穀氨醯基迴圈過程γ-穀氨醯氨基酸氨基酸目錄

利用腸粘膜細胞上的二肽或三肽的轉運體系此種轉運也是耗能的主動吸收過程吸收作用在小腸近端較強（三）肽的吸收三、蛋白質(zhì)的腐敗作用

腸道細菌對未被消化和吸收的蛋白質(zhì)及其消化產(chǎn)物所起的作用

腐敗作用的產(chǎn)物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可產(chǎn)生少量的脂肪酸及維生素等可被機體利用的物質(zhì)。

蛋白質(zhì)的腐敗作用(putrefaction)（一）胺類(amines)的生成蛋白質(zhì)

氨基酸胺類蛋白酶

脫羧基作用

組氨酸組胺

賴氨酸屍胺

色氨酸

色胺

酪氨酸酪胺

假神經(jīng)遞質(zhì)(falseneurotransmitter)

某些物質(zhì)結構與神經(jīng)遞質(zhì)結構相似，可取代正常神經(jīng)遞質(zhì)從而影響腦功能，稱假神經(jīng)遞質(zhì)。苯乙胺苯乙醇胺酪胺

β-羥酪胺β-羥酪胺和苯乙醇胺結構類似兒茶酚胺，它們可取代兒茶酚胺與腦細胞結合，但不能傳遞神經(jīng)衝動，使大腦發(fā)生異常抑制。（二）

氨的生成未被吸收的氨基酸滲入腸道的尿素氨(ammonia)腸道細菌脫氨基作用尿素酶

降低腸道pH，NH3轉變?yōu)镹H4+以胺鹽形式排出，可減少氨的吸收，這是酸性灌腸的依據(jù)。

（三）其他有害物質(zhì)的生成酪氨酸

苯酚半胱氨酸

硫化氫

色氨酸

吲哚第三節(jié)

氨基酸的一般代謝GeneralMetabolismofAminoAcids一、概述

蛋白質(zhì)的半壽期(half-life)蛋白質(zhì)降低其原濃度一半所需要的時間，用t1/2表示

蛋白質(zhì)轉換(proteinturnover)

真核生物中蛋白質(zhì)的降解有兩條途徑

不依賴ATP

利用組織蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和長壽命的細胞內(nèi)蛋白②

依賴泛素(ubiquitin)的降解過程①

溶酶體內(nèi)降解過程

依賴ATP

降解異常蛋白和短壽命蛋白

泛素76個氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)普遍存在於真核生物而得名一級結構高度保守1.泛素化(ubiquitination)

泛素與選擇性被降解蛋白質(zhì)形成共價連接，並使其啟動。2.蛋白酶體(proteasome)對泛素化蛋白質(zhì)的降解

泛素介導的蛋白質(zhì)降解過程泛素化過程E1：泛素活化酶E2：泛素攜帶蛋白E3：泛素蛋白連接酶泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPi泛素COS

E1HS-E2HS-E1泛素COSE2泛素COSE1被降解蛋白質(zhì)HS-E2泛素COSE2泛素CNH被降解蛋白質(zhì)OE3

氨基酸代謝庫(metabolicpool)食物蛋白經(jīng)消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）與體內(nèi)組織蛋白降解產(chǎn)生的氨基酸（內(nèi)源性氨基酸）混在一起，分佈於體內(nèi)各處參與代謝，稱為氨基酸代謝庫。氨基酸代謝庫食物蛋白質(zhì)消化吸收

組織蛋白質(zhì)分解體內(nèi)合成氨基酸

(非必需氨基酸)氨基酸代謝概況α-酮酸脫氨基作用酮體氧化供能

糖胺類脫羧基作用氨

尿素代謝轉變其他含氮化合物

(嘌呤、嘧啶等)合成目錄二、

氨基酸的脫氨基作用定義指氨基酸脫去氨基生成相應α-酮酸的過程。脫氨基方式氧化脫氨基轉氨基作用聯(lián)合脫氨基非氧化脫氨基

轉氨基和氧化脫氨基偶聯(lián)轉氨基和嘌呤核苷酸迴圈偶聯(lián)（一）轉氨基作用(transamination)1.定義在轉氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸的α-氨基轉移到另一種α-酮酸的酮基上，生成相應的氨基酸，原來的氨基酸則轉變成α-酮酸的過程。2.反應式

特點：沒有游離的氨產(chǎn)生，但改變了氨基酸代謝庫中各種氨基酸的比例。大多數(shù)氨基酸可參與轉氨基作用，但賴氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸除外。3.轉氨酶

正常人各組織GOT及GPT活性(單位/克濕組織)血清轉氨酶活性，臨床上可作為疾病診斷和預後的指標之一。4.轉氨基作用的機制轉氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛氨基酸

磷酸吡哆醛α-酮酸

磷酸吡哆胺谷氨酸α-酮戊二酸轉氨酶目錄H2O轉氨基作用不僅是體內(nèi)多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式，也是機體合成非必需氨基酸的重要途徑。

通過此種方式並未產(chǎn)生游離的氨。5.轉氨基作用的生理意義（二）L-谷氨酸氧化脫氨基作用存在於肝、腦、腎中輔酶為

NAD+或NADP+，產(chǎn)生游離的NH3。GTP、ATP為其抑制劑GDP、ADP為其啟動劑催化酶：

L-谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O（三）聯(lián)合脫氨基作用

兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，使氨基酸脫下α-氨基生成α-酮酸的過程。2.類型①轉氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用1.

定義②轉氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸迴圈①轉氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用氨基酸

谷氨酸

α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+轉氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脫氫酶此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式，也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、腎組織進行。②轉氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸迴圈蘋果酸

腺苷酸代琥珀酸次黃嘌呤核苷酸

(IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶α-酮戊二酸氨基酸

谷氨酸α-酮酸轉氨酶1草醯乙酸天冬氨酸轉氨酶

2此種方式主要在肌肉組織進行。腺苷酸脫氫酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)三、α-酮酸的代謝（一）經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸（二）轉變成糖及脂類（三）氧化供能α-酮酸在體內(nèi)可通過TAC和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2，同時生成ATP。琥珀醯CoA延胡索酸草醯乙酸α-酮戊二酸檸檬酸乙醯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醯乙醯CoA丙氨酸半胱氨酸絲氨酸蘇氨酸色氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬醯胺苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸蛋氨酸絲氨酸蘇氨酸纈氨酸酮體亮氨酸賴氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸穀氨醯胺組氨酸纈氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代謝的聯(lián)繫TAC目錄第四節(jié)

氨的代謝MetabolismofAmmonia

氨是機體正常代謝產(chǎn)物，具有毒性。體內(nèi)的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。正常人血氨濃度一般不超過0.6μmol/L。

一、血氨的來源與去路1.血氨的來源①

氨基酸脫氨基作用產(chǎn)生的氨是血氨主要來源,

胺類的分解也可以產(chǎn)生氨RCH2NH2RCHO+NH3胺氧化酶②

腸道吸收的氨氨基酸在腸道細菌作用下產(chǎn)生的氨尿素經(jīng)腸道細菌尿素酶水解產(chǎn)生的氨③腎小管上皮細胞分泌的氨主要來自穀氨醯胺

穀氨醯胺谷氨酸+NH3穀氨醯胺酶2.血氨的去路①在肝內(nèi)合成尿素，這是最主要的去路②合成非必需氨基酸及其它含氮化合物③合成穀氨醯胺

谷氨酸+NH3穀氨醯胺

穀氨醯胺合成酶ATPADP+Pi④腎小管泌氨分泌的NH3在酸性條件下生成NH4+，隨尿排出。二、氨的轉運1.丙氨酸-葡萄糖迴圈(alanine-glucosecycle)

反應過程

生理意義①肌肉中氨以無毒的丙氨酸形式運輸?shù)礁巍＂?/p>

肝為肌肉提供葡萄糖。丙氨酸葡萄糖

肌肉蛋白質(zhì)氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解途徑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尿素尿素迴圈糖異生肝丙氨酸-葡萄糖迴圈葡萄糖目錄2.穀氨醯胺的運氨作用

反應過程谷氨酸+NH3穀氨醯胺穀氨醯胺合成酶ATPADP+Pi穀氨醯胺酶在腦、肌肉合成穀氨醯胺，運輸?shù)礁魏湍I後再分解為氨和谷氨酸，從而進行解毒。

生理意義穀氨醯胺是氨的解毒產(chǎn)物，也是氨的儲存及運輸形式。三、尿素的生成（BuN)NH3在肝中合成尿素；占排氮總量80—90%；肝在NH3解毒上非常重要，體內(nèi)NH3來源與去路保持平衡，血NH3濃度低、穩(wěn)定。

（一）生成部位主要在肝細胞的線粒體及胞液中。肝是尿素合成的主要器官實驗：

1）肝切除，血、尿中BuN含量↓2）切腎、保肝，尿素可合成、不能排出，血尿素↑3）肝腎同時切除，血中BuN低水準，血氨↑4）臨床：急性肝壞死，——

血、尿中不含BuN，而AA含量多。說明尿素是在肝臟合成，由腎臟排出體外。（二）生成過程尿素生成的過程由HansKrebs和KurtHenseleit

提出，稱為鳥氨酸迴圈(orinithinecycle)，又稱尿素迴圈(ureacycle)或Krebs-Henseleit迴圈。通過鳥氨酸迴圈，2分子氨與1分子CO2結合生成1分子尿素及1分子水。尿素是中性、無毒、水溶性很強的物質(zhì)，由血液運輸至腎，從尿中排出。

1.氨基甲醯磷酸的合成

CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲醯磷酸合成酶Ⅰ（N-乙醯谷氨酸，Mg2+）COH2NO

~

PO32-+2ADP+Pi氨基甲醯磷酸

反應線上粒體中進行

反應由氨基甲醯磷酸合成酶Ⅰ(carbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)催化。

N-乙醯谷氨酸為其啟動劑，反應消耗2分子ATP。N-乙醯谷氨酸(AGA)2.瓜氨酸的合成鳥氨酸氨基甲醯轉移酶H3PO4+氨基甲醯磷酸

由鳥氨酸氨基甲醯轉移酶(ornithinecarbamoyltransferase,OCT)催化，OCT常與CPS-Ⅰ構成複合體。

反應線上粒體中進行，瓜氨酸生成後進入胞液。3.精氨酸的合成

反應在胞液中進行。

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.精氨酸水解生成尿素

反應在胞液中進行尿素鳥氨酸精氨酸鳥氨酸迴圈2ADP+PiCO2+NH3

+H2O氨基甲醯磷酸2ATPN-乙醯谷氨酸Pi鳥氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草醯乙酸蘋果酸α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi鳥氨酸尿素線粒體胞液目錄（三）反應小結

原料：2分子氨，一個來自於游離氨，另一個來自天冬氨酸。過程：先線上粒體中進行，再在胞液中進行。耗能：3個ATP，4個高能磷酸鍵。（四）尿素生成的調(diào)節(jié)1.食物蛋白質(zhì)的影響高蛋白膳食合成↑低蛋白膳食合成↓2.CPS-Ⅰ的調(diào)節(jié)：AGA、精氨酸為其啟動劑3.尿素生成酶系的調(diào)節(jié)：

CPS-Ⅰ在線粒體，以NH3為N源合成氨基甲醯磷酸→尿素——

作為肝細胞分化程度指標；

CPS-Ⅱ在胞液，以穀氨醯胺的醯胺基為N源合成氨基甲醯磷酸→

合成嘧啶——

作為細胞增殖程度的指標；

總之：兩種氨基甲醯轉移酶的活性對調(diào)節(jié)尿素與核酸合成重要。

（五）高氨血癥和氨中毒

血氨濃度升高稱高氨血癥(hyperammonemia)，常見於肝功能嚴重損傷時，尿素合成酶的遺傳缺陷也可導致高氨血癥。

高氨血癥時可引起腦功能障礙，稱氨中毒(ammoniapoisoning)，也稱肝昏迷。TAC↓

腦供能不足α-酮戊二酸谷氨酸穀氨醯胺NH3NH3

腦內(nèi)α-酮戊二酸↓氨中毒的可能機制（肝昏迷）第五節(jié)

個別氨基酸的代謝MetabolismofIndividualAminoAcids

一、氨基酸脫羧基作用

脫羧基作用(decarboxylation)氨基酸脫羧酶氨基酸胺類RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛（一）γ-氨基丁酸

(γ-aminobutyricacid,GABA)L-谷氨酸GABACO2L-谷氨酸脫酶GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，對中樞神經(jīng)有抑制作用。（二）?；撬?taurine)

?；撬崾墙Y合膽汁酸的組成成分。L-半胱氨酸磺酸丙氨酸?；撬?/p>

磺酸丙氨酸脫羧酶CO2（三）組胺(histamine)L-組氨酸組胺組氨酸脫羧酶CO2

組胺是強烈的血管舒張劑，可增加毛細血管的通透性，還可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。（四）5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)色氨酸5-羥色氨酸5-HT色氨酸羥化酶5-羥色氨酸脫羧酶CO2

5-HT在腦內(nèi)作為神經(jīng)遞質(zhì)，起抑制作用；在外周組織有收縮血管的作用。（五）多胺(polyamines)

鳥氨酸腐胺

S-腺苷甲硫氨酸

(SAM)脫羧基SAM

鳥氨酸脫羧酶CO2SAM脫羧酶CO2精脒

(spermidine)丙胺轉移酶5'-甲基-硫-腺苷丙胺轉移酶

精胺

(spermine)多胺是調(diào)節(jié)細胞生長的重要物質(zhì)。在生長旺盛的組織（如胚胎、再生肝、腫瘤組織）含量較高，其限速酶鳥氨酸脫羧酶活性較強。

二、一碳單位的代謝

定義（一）概述

某些氨基酸代謝過程中產(chǎn)生的只含有一個碳原子的基團，稱為一碳單位(onecarbonunit)。

種類甲基

(methyl)-CH3甲烯基

(methylene)-CH2-甲炔基

(methenyl)-CH=甲醯基

(formyl)-CHO亞胺甲基

(formimino)-CH=NH

（二）四氫葉酸是一碳單位的載體FH4的生成FFH2FH4FH2還原酶FH2還原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+5FH4攜帶一碳單位的形式

（一碳單位通常是結合在FH4分子的N5、N10位上）N5—CH3—FH4N5、N10—CH2—FH4N5、N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH4一碳單位主要來源於氨基酸代謝絲氨酸N5,N10—CH2—FH4甘氨酸N5,N10—CH2—FH4組氨酸N5—CH=NH—FH4色氨酸N10—CHO—FH4（三）一碳單位與氨基酸代謝（四）一碳單位的互相轉變N10—CHO—FH4N5,N10=CH—FH4N5,N10—CH2—FH4N5—CH3—FH4N5—CH=NH—FH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3（五）一碳單位的生理功能

作為合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代謝和核酸代謝聯(lián)繫起來

三、含硫氨基酸的代謝胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸

含硫氨基酸（一）甲硫氨酸的代謝1.甲硫氨酸與轉甲基作用腺苷轉移酶PPi+Pi+甲硫氨酸ATPS—腺苷甲硫氨酸(SAM)甲基轉移酶RHRH—CH3腺苷SAMS—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM為體內(nèi)甲基的直接供體2.甲硫氨酸迴圈(methioninecycle)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

轉甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiRH-CH33.肌酸的合成肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatinephosphate)是能量儲存、利用的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸為骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。肌酸在肌酸激酶的作用下，轉變?yōu)榱姿峒∷帷＜∷岷土姿峒∷岽x的終產(chǎn)物為肌酸酐(creatinine)。H2O+目錄（二）半胱氨酸與胱氨酸的代謝1.半胱氨酸與胱氨酸的互變-2H+2HCH2SHCHNH2COOHCH2CHNH2COOHCH2CHNH2COOHSS22.硫酸根的代謝含硫氨基酸分解可產(chǎn)生硫酸根，半胱氨酸是主要來源。SO42-+ATPAMP-SO3-(腺苷-5′-磷酸硫酸)3-PO3H2-AMP-SO3-（3′-磷酸腺