第七章氨基酸代謝

1、氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)分子的基本單位。蛋白質(zhì)是生命活動的基礎(chǔ)。體內(nèi)的大多數(shù)蛋白質(zhì) 均不斷地進行分解與合成代謝。一、蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用1蛋白質(zhì)的生理功能 維持細胞、組織的生長、更新、修補；運輸；代謝調(diào)節(jié)、催化作用；能量供給 2氮平衡蛋白質(zhì)的含氮量平均約 16%，食物中的含氮物質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，因此機體內(nèi)蛋 白質(zhì)代謝的概況可根據(jù)氮平衡實驗來確定。 即測定尿與糞中的含氮量 (排出氮 )及攝入食 物的含氮量 (攝入氮) 可以反映人體蛋白質(zhì)的代謝概況。氮平衡有三種情況(1) 氮總平衡：攝入氮=排出氮, 反映正常成人的蛋白質(zhì)代謝情況 , 即氮的“收支”平衡。(2) 氮正平衡：攝入氮排出氮，部分攝入的氮用于合成

2、體內(nèi)蛋白質(zhì)。兒童、孕婦及恢 復(fù)期病人屬于此種情況。(3) 氮負平衡：攝入氮v排出氮。例如饑餓或消耗性疾病患者。 3蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值蛋白質(zhì)的互補作用蛋白質(zhì)的互補作用是指營養(yǎng)價值較低的食物蛋白同時食用時， 必需氨基酸可以相互補 充，從而提高營養(yǎng)價值。必需氨基酸機體需要而又不能自身合成 , 必須由食物供給的氨基酸稱為營養(yǎng)必需氨基酸。人體內(nèi) 有 8 種必需氨基酸即：纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨 酸和蛋氨酸。二、蛋白質(zhì)的消化、吸收與腐敗1蛋白質(zhì)的消化與吸收食物蛋白質(zhì)的消化自胃中開始，主要在小腸進行。 胃蛋白酶、胰蛋白酶等是蛋白質(zhì)消化的主要酶，通過各種蛋白酶的協(xié)同作用，生成 氨

3、基酸及二肽后方可被吸收。氨基酸的吸收主要在小腸進行，可通過腸粘膜細胞膜上的氨基酸載體，也可通過丫 谷氨酰基循環(huán)吸收氨基酸。人體內(nèi)有四種氨基酸載體即中性氨基酸載體、堿性氨基酸載體、酸性氨基酸載體和亞氨基酸與甘氨酸載體；丫-谷氨酰基循環(huán)是氨基酸吸收的 一種方式，通過谷胱甘肽的代謝來完成，包括多種酶催化多種反應(yīng)，其中丫-谷氨?；?轉(zhuǎn)移酶位于細胞膜上，是該循環(huán)的關(guān)鍵酶。2蛋白質(zhì)的腐敗作用 在蛋白質(zhì)消化過程中 , 有一部分蛋白質(zhì)不被消化 , 也有一小部分消化產(chǎn)物不被吸收。 腸道 細菌對這部分蛋白質(zhì)及其消化產(chǎn)物所起的作用 ,稱為腐敗作用。大多數(shù)腐敗作用產(chǎn)物對 人體有害，但也可以產(chǎn)生少量脂肪酸及維生素等有用

4、物質(zhì)。這些有害物質(zhì)大部分隨糞便 排出。三、氨基酸代謝庫1. 氨基酸代謝庫 食物蛋白經(jīng)過消化吸收后，以氨基酸的形式通過血液循環(huán)運到全身的各組織。這種 來源的氨基酸稱為外源性基酸。 機體各組織的蛋白質(zhì)在組織酶的作用下，也不斷地分解成為氨基酸；機體還能合成 部分氨基酸 （非必需氨基酸 ） ；這兩種來源的氨基酸稱為內(nèi)源性氨基酸。外源性氨基酸和內(nèi)源性氨基酸彼此之間沒有區(qū)別， 共同構(gòu)成了機體的氨基酸代謝庫 （metabolic pool） 。氨基酸代謝庫通常以游離氨基酸總量計算，機體沒有專一的組織器官儲存氨基酸， 氨基酸代謝庫實際上包括細胞內(nèi)液、細胞間液和血液中的氨基酸。2. 氨基酸的主要功能 氨基酸的主

5、要功能是合成蛋白質(zhì)，也合成多肽及其他含氮的生理活性物質(zhì)。除了維生 素之外（維生素PP是個例外）體內(nèi)的各種含氮物質(zhì)幾種都可由氨基酸轉(zhuǎn)變而成，包括蛋 白質(zhì)、肽類激素、氨基酸衍生物、黑色素、嘌呤堿、嘧啶堿、肌酸、胺類、輔酶或輔基 等。氨基酸的一般代謝 人體內(nèi)蛋白質(zhì)處于不斷降解和合成的動態(tài)平衡。 不同的蛋白質(zhì)在體內(nèi)的壽命差異很 大。真核細胞的蛋白質(zhì)的降解有兩條途徑：一是不依賴 ATP的過程，在溶酶體內(nèi)進行主 要降解細胞外來源的蛋白質(zhì)、膜蛋白和長壽命的細胞內(nèi)蛋白質(zhì)。另一是依賴ATP和泛素的過程，在胞液中進行，主要降解異常蛋白和短壽命的蛋白質(zhì)。外源性與內(nèi)源性的氨基 酸共同構(gòu)成“氨基酸代謝庫”參與體內(nèi)代謝。

6、各種氨基酸具有共同的結(jié)構(gòu)特點，故有共 同的代謝途徑，但不同的氨基酸也各有其個別的代謝方式。一、氨基酸的脫氨基作用 脫氨基作用是氨基酸分解代謝的主要途徑。體內(nèi)的氨基酸可通過多種方式脫去氨基 , 包 括氧化脫氨基作用、轉(zhuǎn)氨基作用、聯(lián)合脫氨基作用及嘌呤核苷酸循環(huán) , 其中聯(lián)合脫氨基 作用是氨基酸脫氨基的主要方式。所謂聯(lián)合脫氨基，是指氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫 氨基作用的聯(lián)合，其過程是氨基酸首先與a-酮戊二酸在轉(zhuǎn)氨酶催化下生成相應(yīng)的a-酮酸和谷氨酸，谷氨酸在L-谷氨酸脫氫酶作用下生成a-酮戊二酸和氨， a-酮戊二酸 再繼續(xù)參與轉(zhuǎn)氨基作用。上述聯(lián)合脫氨基作用是可逆的，所以也是體內(nèi)合成非必需氨基 酸的主要

7、途徑。催化氨基酸轉(zhuǎn)氨基的酶是轉(zhuǎn)氨酶，其輔酶是維生素 B6 的磷酸酯即磷酸 吡哆醛和磷酸吡哆胺，此酶催化某一氨基酸的a氨基轉(zhuǎn)移到另一種a酮酸的酮基上，生 成相應(yīng)的氨基酸。體內(nèi)有多種轉(zhuǎn)氨酶，其中谷丙轉(zhuǎn)氨酶 （GPT或ALT）和谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT 或AST）最為重要。由于骨骼肌和心肌中L-谷氨酸脫氫酶的活性弱，難于進行聯(lián)合脫氨基 作用 , 該組織的氨基酸主要通過嘌呤核苷酸循環(huán)進行脫氨基作用。嘌呤核苷酸循環(huán)過程，氨基酸首先通過連續(xù)的 , 轉(zhuǎn)氨基作用將氨基轉(zhuǎn)移給草酰乙酸，生成天冬氨酸；天冬氨酸與次黃嘌呤核苷酸生成腺苷酸帶琥珀 酸，經(jīng)裂解生成 AMP ，AMP 在腺苷酸脫氨酶催化下脫去氨基。由此可見，嘌呤

8、核苷酸循環(huán)實際上 也可以看成是另一種形式的聯(lián)合脫氨基作用。二、a-酮酸的代謝氨基酸脫氨基后生成的a酮酸主要代謝途徑有三 （1）通過轉(zhuǎn)氨基作用合成非必需氨基酸（2） 轉(zhuǎn)變成糖、脂類。體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成糖的氨基酸稱生糖氨基酸；能轉(zhuǎn)變成酮體的稱生酮 氨基酸；二者兼?zhèn)涞姆Q生糖兼生酮氨基酸。大多數(shù)氨基酸為生糖氨基酸。 （3） 氧化供能。三、氨的代謝1氨的來源正常情況下血氨的來源與去路保持動態(tài)平衡， 血漿中氨的濃度不超過 0.1mg/100ml 。 血氨增高，引起腦功能紊亂。體內(nèi)氨的來源：（ 1）組織中氨基酸脫氨基作用，是體內(nèi)氨的主要來源； （ 2） 腸道 吸收的氨， 有兩個來源 , 腐敗作用產(chǎn)生的氨 ; 腸道

9、尿素經(jīng)腸道細菌尿素酶水解產(chǎn)生的 氨，NH比NH+易吸收，臨床上對高血氨病人采用弱酸性液做結(jié)腸透析，禁止用堿性液灌 腸，是為了減少氨的吸收。 （ 3）腎小管上皮細胞分泌的氨，主要來自谷氨酰胺的水解； （ 4） 胺類、嘌呤、嘧啶等含氮物質(zhì)的分解亦可以產(chǎn)生小部分氨。2氨的運輸氨對機體是有毒的。 在血液中主要以無毒的丙氨酸及谷氨酰胺兩種形式運輸。肌肉中的氨通過丙氨酸 葡萄糖循環(huán)以無毒的丙氨酸形式運輸?shù)礁闻K； 谷氨酰胺是腦、肌肉等組織向肝臟運輸氨的形式。3尿素的生成 正常情況下，體內(nèi)的氨主要在肝臟合成尿素，只有少部分在腎以銨鹽形式由尿排出。尿 素在肝細胞經(jīng)鳥氨酸循環(huán)合成。使有毒的氨合成無毒的尿素 , 隨

10、尿液排出體外。主要步 驟：（1） CO和氨在氨基甲酰磷酸合成酶1（ CPS-I ）催化下生成氨基甲酰磷酸，反應(yīng) 在線粒體內(nèi)進行，消耗 2 分子 ATP；（ 2）氨基甲酰磷酸和鳥氨酸縮合成瓜氨酸，瓜氨酸 通過線粒體膜到達胞液；（ 3）精氨酸的生成， 瓜氨酸與天冬氨酸縮合成精氨酸代琥珀酸， 后者裂解為精氨酸和延胡索酸； （ 4）尿素的生成，精氨酸由精氨酸酶催化釋放 1 分子尿 素和鳥氨酸，完成鳥氨酸循環(huán)。氨基酸的一般代謝以及尿素生成過程4. 尿素合成的調(diào)節(jié)尿素生成受多種因素的調(diào)節(jié)，以保證及時、充分地解除氨毒。氨基甲酰磷酸的生成是尿 素合成的重要步驟，N 乙酰谷氨酸是CPS-1的別構(gòu)激活劑，它由乙酰

11、輔酶A和谷氨酸 通過N-乙酰谷氨酸合成酶催化而生成，精氨酸是N-乙酰谷氨酸合成酶的激活劑。2分子的NH和1分子CO通過鳥氨酸循環(huán)生成1分子的尿素，其中第二分子的NH以天冬 氨酸的形式參與合成。尿素合成是一個耗能過程，合成 1 分子尿素消耗 4 個高能鍵。5. 高氨血癥和氨中毒正常生理情況下，血氨處于較低水平。尿素循環(huán)是維持血氨低濃度 的關(guān)鍵。當(dāng)肝功能嚴重損傷時，尿素循環(huán)發(fā)生障礙，血氨濃度升高，稱為高氨血癥。氨 中毒機制尚不清楚。一般認為，氨進入腦組織，可與a酮戊二酸結(jié)合成谷氨酸，谷氨酸減弱，從而使腦組織中ATP生成減少。谷氨酸本身為神經(jīng)遞質(zhì)，且是另一種神經(jīng)遞質(zhì)丫 -氨基丁酸（丫 -aminob

12、utyrate,GABA）的前體，其減少亦會影響大腦的正常生理功能，嚴 重時可出現(xiàn)昏迷。個別氨基酸代謝1氨基酸的脫羧基作用 體內(nèi)部分氨基酸可進行脫羧基作用， 生成相應(yīng)的胺類。 催化這些反應(yīng)的是氨基酸脫羧酶， 其輔酶是磷酸吡哆醛。谷氨酸脫羧生成丫-氨基丁酸、組氨酸脫羧生成組胺、色氨酸脫 羧生成 5- 羥色胺，此外還有精胺、精脒等，這些胺類都具有重要的生理功能。 , 2一碳單位的代謝某些氨基酸在分解代謝過程中產(chǎn)生的含有一個碳原子的基團 , 稱為一碳單位。 其代謝的輔酶是四氫葉酸。一碳單位參與嘌呤、胸腺嘧啶的合成，主要的一碳單位有甲基、甲烯基、甲炔基、 甲?；蛠啺奔谆Ｒ惶紗挝徊荒苡坞x存在，常與四

13、氫葉酸結(jié)合而轉(zhuǎn)運和參加代謝。四氫葉酸由葉酸經(jīng) 二氫葉酸還原酶催化，通過兩步還原反應(yīng)而生成。不同的一碳單位形式可以相互轉(zhuǎn)變， 但 N5- 甲基四氫葉酸的生成基本上是不可逆的。一碳單位的主要生理功能是作為合成嘌呤和嘧啶核苷酸的原料， 一碳單位是聯(lián)系氨 基酸與核酸代謝的樞紐。3含硫氨基酸的代謝 含硫氨基酸有甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸。甲硫氨酸循環(huán)是甲硫氨酸代謝的主要 途徑，其中生成的S腺苷甲硫氨酸（SAM是體內(nèi)最主要的甲基供體，體內(nèi)多種重要生 理活性物質(zhì)的合成需要甲基化，例如：腎上腺素、肌酸、肉堿等。甲基化具有廣泛的生 理意義。肌酸以甘氨酸為骨架，由精氨酸提供脒基， S腺苷甲硫氨酸供給甲基而生成。 肝臟是肌酸合成的主要器官。在肌酸激酶（CPK催化下，肌酸轉(zhuǎn)變成磷酸肌酸，儲存 能量。半胱氨酸可轉(zhuǎn)變生成?；撬?，后者是結(jié)合膽汁酸的成分。含硫氨基酸分子中的硫 在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成HSO，部分以鈉鹽形式由尿排出，其余轉(zhuǎn)變成活性硫酸根（ PAPS，具 有生理功能。4