第九章蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢 【目的与要求】 1、了解氨基酸代谢的概况。 2、熟悉氨基酸在生物机体内合成与分解代谢途径。 3、掌握NH在生物机体内的去路，掌握尿素的生成机制。 4、熟悉氨基酸生物合成的碳架来源。 【教学内容】 1、氨基酸的一般代谢。 2、个别氨基酸代谢。 3、氨基酸的生物合成 【重点与难点】 1氨基酸的脱氨基作用方式、联合脱氨基作用。 2.a-酮酸的代谢方式。 3氨代谢去路及尿素循环 4.一碳单位代谢的概念及与四氢叶酸的关系。 【教学方法】 多媒体授课 【教学时数】 4学时
第九章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢 【目的与要求】 1、 了解氨基酸代谢的概况。 2、 熟悉氨基酸在生物机体内合成与分解代谢途径。 3、 掌握 NH3 在生物机体内的去路，掌握尿素的生成机制。 4、 熟悉氨基酸生物合成的碳架来源。 【教学内容】 1、氨基酸的一般代谢。 2、个别氨基酸代谢。 3、氨基酸的生物合成。 【重点与难点】 1.氨基酸的脱氨基作用方式、联合脱氨基作用。 2.α-酮酸的代谢方式。 3.氨代谢去路及尿素循环。 4.一碳单位代谢的概念及与四氢叶酸的关系。 【教学方法】 多媒体授课 【教学时数】 4 学时
第一节氨基酸的一般代谢 一、氨基酸代谢概况 食物蛋白质 消化吸收 氨基酸代谢 分解 酸氨基作用 合成 脱基作用 代谢转变 体内合成氨基酸 (必需氨基酸 其它含氯化合物 (嘌岭、嘧啶等) 二、氨基酸的脱氨基作用 指氨基酸脱去氨基生成相应α酮酸的过程。 1、氧化脱氨基 (1)L一氨基酸氧化酶 有两类辅酶：FMN、FAD 真核生物中，真正起作用的不是L-aa氧化酶，而是谷氨酸脱氢酶。 (2)D-氨基酸氧化酶 有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，可催化D-a.a脱氨。 (3)谷氨酸脱氢酶 谷氨酸脱氢酶属不需氧脱氢酶，以NAD或NADP+作为辅酶。氧化反应通过谷氨酸Ca 脱氢转给NAD(P形成a-亚氨基戊二酸，再水解生成α-酮戊二酸和NH(如下图)。 c00 )2 +D+0L上谷氨酸胶氢酶.何：++照+开 L一谷象酸 足限 2、非氧化脱氨基 ①还原脱氨基（严格无氧条件下） ②水解脱氨基
第一节 氨基酸的一般代谢 一、氨基酸代谢概况 二、 氨基酸的脱氨基作用 指氨基酸脱去氨基生成相应 α-酮酸的过程。 1、氧化脱氨基 （1）Ｌ－氨基酸氧化酶 有两类辅酶：FMN、FAD 真核生物中，真正起作用的不是 L-a.a 氧化酶，而是谷氨酸脱氢酶。 （2）D-氨基酸氧化酶 有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，可催化 D-a.a 脱氨。 （3）谷氨酸脱氢酶 谷氨酸脱氢酶属不需氧脱氢酶，以 NAD+或 NADP+作为辅酶。氧化反应通过谷氨酸 Cα 脱氢转给 NAD(P)+形成 α-亚氨基戊二酸，再水解生成 α-酮戊二酸和 NH3（如下图）。 2、非氧化脱氨基 ①还原脱氨基（严格无氧条件下） ②水解脱氨基 氨基酸代谢 库 食物蛋白质 消化吸收 组织 蛋白质 分解 体内合成氨基酸 (非必需氨基酸) α-酮酸 脱氨基作用 酮 体 氧化供能 糖 胺 类 脱羧基作用 氨 尿素 代谢转变 其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等) 合成
③脱水腊氨其 ④脱硫脱氨基 ⑤脱酰胺基作用 谷胺酰胺酶：谷胺酰胺+HO→谷氨酸+NH: 天冬酰胺酶：天冬酰胺+HO→天冬氨酸+NH 谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中 3、转氨基作用 转氨基作用是在转氨酶的催化下，C-氨基酸的氨基转移到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-酮酸。体内大多数氨基酸都可以经转氨基作用生成。 转氨基作用的平衡常数接近1.0，为可逆反应，因此也是体内合成非必需氨基酸的重要途 径。 R H-C-NH2 一0转氨 =O+H-C-一NH COOH COOH COOH COOH GPT和GOT都是细胞内酶，正常人血清中含量甚微，若因疾病造成组织细胞破损或 细胞膜通透性增加，则它们在血清中的浓度大大增高，例如，心肌梗死患者血清AST常 升高，传染性肝炎患者可表现为血清ALT升高，所以，临床上两者可分别作为判断这两 个组织功能正常与否的辅助指标。 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛（含维生素B6),起着传递氨基的作用 氨基酸 磷酸吡哆醛 谷氨酸 转氨酯 Q-可 磷酸吡哆胺 -酮戊二酸 上述生成的磷酸吡哆胺在转氨酶的作用下，以相同的方式，把来自氨基酸的氨基转递 给α-酮戊二酸，生成谷氨酸，而磷酸吡哆胺又再恢复成磷酸吡哆醛。磷酸吡哆醛作为转氨 酶的辅酶参与转氨反应，其机制类似于打乒乓球，即：底物的一部分转移给酶，然后经酶 转给另一个底物。故称为乒乓反应机制。经转氨基作用，《一酮戊二酸可以接收许多氨基 酸中的氨基形成谷氨酸。 一转氨基作用的生理意义 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。 4、联合脱氨基
③脱水脱氨基 ④脱硫脱氨基 ⑤脱酰胺基作用 谷胺酰胺酶：谷胺酰胺+ H2O → 谷氨酸+NH3 天冬酰胺酶：天冬酰胺+ H2O → 天冬氨酸+ NH3 谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中 3、转氨基作用 转氨基作用是在转氨酶的催化下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基上，生成相应 的氨基酸，原来的氨基酸则转变为-酮酸。体内大多数氨基酸都可以经转氨基作用生成。 转氨基作用的平衡常数接近 1.0，为可逆反应，因此也是体内合成非必需氨基酸的重要途 径。 GPT 和 GOT 都是细胞内酶，正常人血清中含量甚微，若因疾病造成组织细胞破损或 细胞膜通透性增加，则它们在血清中的浓度大大增高，例如，心肌梗死患者血清 AST 常 升高，传染性肝炎患者可表现为血清 ALT 升高，所以，临床上两者可分别作为判断这两 个组织功能正常与否的辅助指标。 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛(含维生素 B6)，起着传递氨基的作用 上述生成的磷酸吡哆胺在转氨酶的作用下，以相同的方式，把来自氨基酸的氨基转递 给-酮戊二酸，生成谷氨酸，而磷酸吡哆胺又再恢复成磷酸吡哆醛。磷酸吡哆醛作为转氨 酶的辅酶参与转氨反应，其机制类似于打乒乓球，即：底物的一部分转移给酶，然后经酶 转给另一个底物。 故称为乒乓反应机制。经转氨基作用，—酮戊二酸可以接收许多氨基 酸中的氨基形成谷氨酸。 ➢ 转氨基作用的生理意义 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。 4、联合脱氨基 磷酸吡哆醛 α-酮酸 磷酸吡哆胺 谷氨酸 α-酮戊二酸 转氨酶 氨基酸
两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下α-氨基生成-酮酸的过程。 类型 ①转氣基和氧化脱氨基偶联 ②转氨基和嘌吟核苷酸循环偶联 转氨基作用虽然是体内普遍存在的一种脱氨基方式，但它仅仅是将氨基转移到α-酮酸 分子上生成另一分子氨基酸，从整体上看，氨基并未脱去。而氧化脱氨基作用仅限于L 谷氨酸，其它氨基酸并不能直接经这一途径脱去氨基。事实上，体内绝大多数氨基酸的脱 氨基作用，是上述两种方式联合的结果，即氨基酸的脱氨基既经转氨基作用，又通过L 谷氨酸氧化脱氨基作用，是转氨基作用和谷氨酸氧化脱氨基作用偶联的过程，这种方式称 为联合脱氨基作用。这是体内主要的脱氨基方式，反应可逆，也是体内合成非必需氨基酸 的重要途径 一NH氨+NADH+H ,0+NA 三、氨基酸的脱羧基作用 在脱羧酶催化下生成相应的一级胺，产物常有重要生理作用。 G山→r氨基丁酸，神经递质，抑制神经。 Hs→组氨，降血压，刺激胃液分泌。 Tyr- →酪氨，升高血压。 氨基酸的脱羧作用，在微生物中很普遍，在高等动植物组织内也有此作用，但不是氨 基酸代谢的主要方式。 四、氨基酸分解产物的去路 (一)体内氨的去路 氨对生物机体有毒，脑对氨极为敏感，血液中含1%的氨就可引起中枢神经系统中青。 因此生物体必须排泄氨。 1、形成尿素 I932年，德国学者Hans krebs和Kurt Henseleit首次提出了鸟氨酸循环(Orminthine cycle)学说，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs Henseleit循环。Krebs一生中提出了两 个循环学说（还有三羧酸循环）
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。 ➢ 类型 ①转氨基和氧化脱氨基偶联 ②转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联 转氨基作用虽然是体内普遍存在的一种脱氨基方式，但它仅仅是将氨基转移到-酮酸 分子上生成另一分子氨基酸，从整体上看，氨基并未脱去。而氧化脱氨基作用仅限于 L- 谷氨酸，其它氨基酸并不能直接经这一途径脱去氨基。事实上，体内绝大多数氨基酸的脱 氨基作用，是上述两种方式联合的结果，即氨基酸的脱氨基既经转氨基作用，又通过 L- 谷氨酸氧化脱氨基作用，是转氨基作用和谷氨酸氧化脱氨基作用偶联的过程，这种方式称 为联合脱氨基作用。这是体内主要的脱氨基方式，反应可逆，也是体内合成非必需氨基酸 的重要途径 三、氨基酸的脱羧基作用 在脱羧酶催化下生成相应的一级胺，产物常有重要生理作用。 Glu →r-氨基丁酸，神经递质，抑制神经。 His → 组氨，降血压，刺激胃液分泌。 Tyr → 酪氨，升高血压。 氨基酸的脱羧作用，在微生物中很普遍，在高等动植物组织内也有此作用，但不是氨 基酸代谢的主要方式。 四、氨基酸分解产物的去路 (一)体内氨的去路 氨对生物机体有毒，脑对氨极为敏感，血液中含 1%的氨就可引起中枢神经系统中毒。 因此生物体必须排泄氨。 1、形成尿素 1932 年，德国学者 Hans krebs 和 Kurt Henseleit 首次提出了鸟氨酸循环（Orminthine cycle）学说，又称尿素循环（urea cycle）或 Krebs Henseleit 循环。Krebs 一生中提出了两 个循环学说（还有三羧酸循环）
鸟氨酸循环学说的实验根据如下： 将大鼠肝的薄切片放在有氧条件下加铵盐保温数小时后，铵盐的含量减少，而同时尿 素增多。在此切片中，分别加入各种化合物，并观察它们对尿素生成速度的影响。发现鸟 氨酸、瓜氨酸或精氨酸能够大大加速尿素的合成。根据这三种氨基酸的结构推断，它们彼 此相关，即鸟氨酸可能是瓜氨酸的前体，而瓜氨酸又是精氨酸的前体。当大量鸟氨酸与肝 切片及NH4+保温时，确有瓜氨酸的积存。此外，早已证实肝含有精氨酸酶，此酶催化精 氨酸水解生成鸟氨酸及尿素。肝是合成尿素的最主要器官。肾及脑等其他组织虽然也能合 成尿素，但合成量甚微。 尿素中的两个NH2,一个由Gu联合脱氨产生，另一个NH来自Asp.羰基来自CO2, 由柠檬酸循环产生。 尿素在形成过程中是以鸟氨酸为载体形成尿素循环。在尿素循环中，一分子鸟氨酸 和一分子氨及CO2结合形成瓜氨酸，瓜氨酸与另一分子氨形成精氨酸，Ag水解形成尿 素和鸟氨酸，完成一次循环。尿素循环包括有5步酶反应，2步发生线粒体内，3步发 生在细胞溶胶中，如图所示。 尿素 鸟氨酸 +NH3+CO2 -H0 精氨酸酶 +H20 瓜氨酸 -H20 +NH3 精氨酸 (1)氨甲酰磷酸合成（第一个氮原子获取）： 氨甲酰磷酸合成酶 2ATP+HCO3+NH'4+H2O- H2NCOOPO32 一a-酮戊二酸 (氨甲酰磷酸) Glu +2ADP+Pi 反应中消耗2分子ATP (2)瓜氨酸生成： 鸟氨酸转氨甲酰基酶 H2 NCOOPO32+鸟氨酸 瓜氨酸+Pi (3)瓜氨酸离开线粒体中，进入细胞溶胶，反应生成精氨琥珀酸（尿素中第二氨原子 获取)。 COO NH2* 精氨琥珀酸合成酶
鸟氨酸循环学说的实验根据如下： 将大鼠肝的薄切片放在有氧条件下加铵盐保温数小时后，铵盐的含量减少，而同时尿 素增多。在此切片中，分别加入各种化合物，并观察它们对尿素生成速度的影响。发现鸟 氨酸、瓜氨酸或精氨酸能够大大加速尿素的合成。根据这三种氨基酸的结构推断，它们彼 此相关，即鸟氨酸可能是瓜氨酸的前体，而瓜氨酸又是精氨酸的前体。当大量鸟氨酸与肝 切片及 NH4+保温时，确有瓜氨酸的积存。此外，早已证实肝含有精氨酸酶，此酶催化精 氨酸水解生成鸟氨酸及尿素。肝是合成尿素的最主要器官。肾及脑等其他组织虽然也能合 成尿素，但合成量甚微。 尿素中的两个 NH2，一个由 Glu 联合脱氨产生，另一个 NH2 来自 Asp。羰基来自 CO2， 由柠檬酸循环产生。 尿素在形成过程中是以鸟氨酸为载体形成尿素循环。在尿素循环中，一分子鸟氨酸 和一分子氨及 CO2 结合形成瓜氨酸，瓜氨酸与另一分子氨形成精氨酸，Arg 水解形成尿 素和鸟氨酸，完成一次循环。尿素循环包括有 5 步酶反应，2 步发生线粒体内，3 步发 生在细胞溶胶中，如图所示。 （1） 氨甲酰磷酸合成（第一个氮原子获取）： 氨甲酰磷酸合成酶 2ATP + HCO3 -+ NH+ 4 + H2O H2NCOOPO3 2- α-酮戊二酸 （氨甲酰磷酸） Glu + 2ADP + Pi 反应中消耗 2 分子 ATP （2） 瓜氨酸生成： 鸟氨酸转氨甲酰基酶 H2NCOOPO3 2- + 鸟氨酸 瓜氨酸 + Pi （3） 瓜氨酸离开线粒体中，进入细胞溶胶，反应生成精氨琥珀酸（尿素中第二氮原子 获取）。 COO- NH2 + NH3 + 精氨琥珀酸合成酶 ∣ ‖ ∣
瓜氨酸+AsSp+ATP -OOCCH2CHNH-C-NH-(CH2)CHCOO 氨琥珀酸)+AMP+PP: (4)精氨酸形成： CHCOOH 精氨琥珀酸裂解酶 精氨琥珀酸 Arg+HOOCCH(延胡索酸) 生成的延胡索酸为柠檬酸循环中间产物，将尿素循环和柠檬酸循环联系起来。 (5)尿素形成： 精氨酸酶 Arg +H2O- ·鸟氨酸+尿素 鸟氨酸进入下一循环。 总反应耗能，使用3个ATP,生成2个ADP,1个AMP。总的消耗4个高能键，但 在Gu脱氢生成NH时，产生一分子NADH,可放能。 尿素循环若出现问题，会发生“高血氨症”，使人智力迟钝，神经发育停滞，以至死亡。 总结： >前两步在线粒体，后三步在胞液。 ~整个过程中有四种氨基酸参与：ASP、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸。 >形成一分子尿素需消耗四个高能磷酸键。 参与反应的酶有五种： >是动物细胞排泻氨和二氧化碳的主要方式。 2、谷氨酰胺的运氨作用 谷氨酸合成酶 Glu +NH4*+ATP Glu+ADP+P:+H* G山为中性物质，易透过细胞膜，由血液到肝脏，在肝细胞中在谷氨酰胺酶作用 下分解成Glu和NH3。Glu是体内氨的一种运输、储存形式，也是氨的暂时解毒方式。 3、丙氨酸葡萄糖循环 在肌肉中可通过葡萄糖一丙氨酸循环，通过Aa则更经济。肌肉在活动时消耗糖产生 能量时会产生大量丙酮酸，同时产生氨。两者都需要运送到肝脏中进一步转化，而先将两 者转化成Ala再转运到肝脏十分经济。在肝脏中Ala与a-酮戊二酸反应生成丙酮酸和Glu, 丙酮酸经葡糖异生生成葡萄糖，经血液到肌肉中，再供产生能量使用，由此形成循环
瓜氨酸+Asp+ATP -OOCCH2CHNH-C-NH-(CH2)3CHCOO- (精 氨琥珀酸) + AMP + PPi （4） 精氨酸形成： CHCOOH 精氨琥珀酸裂解酶 ‖ 精氨琥珀酸 Arg + HOOCCH（延胡索酸） 生成的延胡索酸为柠檬酸循环中间产物，将尿素循环和柠檬酸循环联系起来。 （5） 尿素形成： 精氨酸酶 Arg + H2O 鸟氨酸 + 尿素 鸟氨酸进入下一循环。 总反应耗能，使用 3 个 ATP，生成 2 个 ADP，1 个 AMP。总的消耗 4 个高能键，但 在 Glu 脱氢生成 NH3 时，产生一分子 NADH，可放能。 尿素循环若出现问题，会发生“高血氨症”，使人智力迟钝，神经发育停滞，以至死亡。 总结： ➢ 前两步在线粒体，后三步在胞液。 ➢ 整个过程中有四种氨基酸参与：ASP、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸。 ➢ 形成一分子尿素需消耗四个高能磷酸键。 ➢ 参与反应的酶有五种： ➢ 是动物细胞排泻氨和二氧化碳的主要方式。 2、谷氨酰胺的运氨作用 谷氨酸合成酶 Glu + NH4 + + ATP Glu + ADP + Pi + H+ Glu 为中性物质，易透过细胞膜，由血液到肝脏，在肝细胞中在谷氨酰胺酶作用 下分解成 Glu 和 NH3。Glu 是体内氨的一种运输、储存形式，也是氨的暂时解毒方式。 3、丙氨酸-葡萄糖循环 在肌肉中可通过葡萄糖—丙氨酸循环，通过 Ala 则更经济。肌肉在活动时消耗糖产生 能量时会产生大量丙酮酸，同时产生氨。两者都需要运送到肝脏中进一步转化，而先将两 者转化成 Ala 再转运到肝脏十分经济。在肝脏中 Ala 与 α-酮戊二酸反应生成丙酮酸和 Glu， 丙酮酸经葡糖异生生成葡萄糖，经血液到肌肉中，再供产生能量使用，由此形成循环
肌肉 血液 萄被 循 转氨酶 一戊二酸 对氨酸 (二)Q-酮酸的去路 氨基酸脱氨基后生成的α-酮酸可以进一步代谢，主要有以下三方面的代谢途径 1、生成非必需氨基酸 通过转氨基又生成相应的氨基酸，是非必需氨基酸的生成途径。 2、转变为糖和脂类 a-酮酸可以转变成糖和脂类，将可以转变成糖的相应氨基酸称生糖氨基酸(glucogenic amino acid),转变成酮体的称生酮氨基酸(ketogenic amino acid),二者兼有者称生糖兼生 酮氨基酸(glucogenic and ketogenic amino acid)。 表：氨基酸生糖及生酮性质的分类 类别 氨基酸 生氨基酸 甘氮酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、半胱氨酸、脯氨酸 羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺，天冬氨酸、天冬酰胺、 甲疏氨酸 生酮氨基酸 亮氨酸、锁氨酸 生槽兼生酮氨基酸 异亮氨酸，苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸 转变过程的中间产物不外乎是：乙酸辅酶A(二碳化合物)、丙酮酸（三碳化合物）、 以及三羧酸循环的中间物，例如琥珀酸单酰辅酶A、延胡索酸、草酰乙酸（四碳化合物） 及α-酮戊二酸（五碳化合物)等。 3、氧化供能 进入三羧酸循环彻底氧化成CO2和HO。 氨基酸的代谢与糖和脂肪的代谢密切相关、氨基酸可转变成糖与脂肪：糖也可以转变 成脂肪及多数非必需氨基酸的碳架部分。 由此可见，三羧酸循环是物质代谢的总枢纽，通过它可使糖。脂肪酸及氨基酸完全氧
（二）α-酮酸的去路 氨基酸脱氨基后生成的 α-酮酸可以进一步代谢，主要有以下三方面的代谢途径： 1、生成非必需氨基酸 通过转氨基又生成相应的氨基酸，是非必需氨基酸的生成途径。 2、转变为糖和脂类 α-酮酸可以转变成糖和脂类，将可以转变成糖的相应氨基酸称生糖氨基酸（glucogenic amino acid），转变成酮体的称生酮氨基酸（ketogenic amino acid），二者兼有者称生糖兼生 酮氨基酸(glucogenic and ketogenic amino acid)。 表:氨基酸生糖及生酮性质的分类 转变过程的中间产物不外乎是：乙酸辅酶 A（二碳化合物）、丙酮酸（三碳化合物）、 以及三羧酸循环的中间物，例如琥珀酸单酰辅酶 A、延胡索酸、草酰乙酸（四碳化合物） 及 α-酮戊二酸（五碳化合物）等。 3、氧化供能 进入三羧酸循环彻底氧化成 CO2 和 H2O。 氨基酸的代谢与糖和脂肪的代谢密切相关、氨基酸可转变成糖与脂肪；糖也可以转变 成脂肪及多数非必需氨基酸的碳架部分。 由此可见，三羧酸循环是物质代谢的总枢纽，通过它可使糖。脂肪酸及氨基酸完全氧
化，也可使其彼此相互转变，构成一个完整的代谢体系。 第二节个别氨基酸的代谢 由于每一个氨基酸的碳链部分的结构不同，因此除上述一般代谢途径外，尚有其特殊 的代谢途径，一般讲，非必需氨基酸较简单，而必需氨基酸较复杂。现分四类加以讨论： 一碳单位、含硫氨基酸、支链氨基酸、芳香族氨基酸。 一、碳单位的代谢 (一)概念 某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位 (仁)种类 体内的一碳单位有五种：甲基(-CH,methyl,)亚甲基(-CH2-,methylene),次甲基 (-C=,methemyl),甲酰基(-CHO,formyl)和亚氨甲基(-CH=NH,forminino),羟甲基-CH2OH。 (三)载体 一碳单位不能以游离形式存在，常与四氢叶酸((tetrahydrofolicacid,FH4)结合在一起转 运，参与代谢。因此，FH4是一碳单位的载体，也可以看作是一碳单位代谢的辅酶。一碳 单位与FH4结合后成为活性一碳单位，参与代谢，尤其在核酸的生物合成中占重要地位。 碳单位与FH4结合的位点在FH的N5和NO上。 H还原酶 FH还原酶 F NADPH+H* NADP+ NADPH+H+ NADP* (四)来源及互变 一碳单位来自丝氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸、甲硫氨酸、色氨酸和组氨酸的分解代谢。 甘氨酸在甘氨酸裂解酶系催化下裂解生成N5,NI0甲烯四氢叶酸、NH和CO2等。 甲硫氨酸的甲基可以转移到FH:上生成N5.CHFH,不过FH,并非活性甲基的惟一载 体，体内更重要的活性甲基载体是S-腺苷甲硫氨酸S-adenosyl-methionine,SAM),S-腺苷 甲硫氨酸(SAM0提供甲基可参与体内多种物质合成。例如肾上腺素、胆碱、胆酸等。 (五)一碳单位的生理功能 作为合成嘌昤和嘧啶的原料 ·把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来 ·产明药物的作用机制和新药设计。 二、含硫氨基酸的代谢 (一）甲硫氮酸和转甲基作用 甲硫氨酸是体内重要的甲基供体，但必须先转变成它的活性形式SAM,才能供给甲基。 己知体内约有50多种物质需要SAM提供甲基，生成甲基化合物，如：SAM在体内参与
化，也可使其彼此相互转变，构成一个完整的代谢体系。 第二节 个别氨基酸的代谢 由于每一个氨基酸的碳链部分的结构不同，因此除上述一般代谢途径外，尚有其特殊 的代谢途径，一般讲，非必需氨基酸较简单，而必需氨基酸较复杂。现分四类加以讨论： 一碳单位、含硫氨基酸、支链氨基酸、芳香族氨基酸。 一、 碳单位的代谢 (一) 概念 某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位 (二)种类 体 内 的 一 碳 单 位 有 五 种 :甲 基 (-CH3,methyl), 亚 甲 基 (-CH2-,methylene), 次 甲 基 (-C=,methemyl), 甲酰基(-CHO,formyl)和亚氨甲基(-CH=NH,forminino)，羟甲基-CH2OH。 (三)载体 一碳单位不能以游离形式存在,常与四氢叶酸(tetrahydrofolic acid，FH4)结合在一起转 运，参与代谢。因此，FH4 是一碳单位的载体，也可以看作是一碳单位代谢的辅酶。一碳 单位与 FH4 结合后成为活性一碳单位，参与代谢，尤其在核酸的生物合成中占重要地位。 一碳单位与 FH4 结合的位点在 FH4 的 N5和 N10上。 (四) 来源及互变 一碳单位来自丝氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸、甲硫氨酸、色氨酸和组氨酸的分解代谢。 甘氨酸在甘氨酸裂解酶系催化下裂解生成 N5，N10 -甲烯四氢叶酸、NH3和 CO2等。 甲硫氨酸的甲基可以转移到 FH4 上生成 N5 -CH3FH4，不过 FH4 并非活性甲基的惟一载 体，体内更重要的活性甲基载体是 S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-methionine，SAM)，S-腺苷 甲硫氨酸(SAM)提供甲基可参与体内多种物质合成。例如肾上腺素、胆碱、胆酸等。 (五)一碳单位的生理功能 • 作为合成嘌呤和嘧啶的原料 • 把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来 • 产明药物的作用机制和新药设计。 二、含硫氨基酸的代谢 (一) 甲硫氮酸和转甲基作用 甲硫氨酸是体内重要的甲基供体，但必须先转变成它的活性形式 SAM，才能供给甲基。 已知体内约有 50 多种物质需要 SAM 提供甲基，生成甲基化合物，如；SAM 在体内参与 F FH2 FH4 FH2还原酶 FH2还原酶 NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ NADP+
合成许多重要的甲基化合物肌酸、肾上腺素、胆碱等。核酸或蛋白质通过甲基化进行修饰， 可以影响它们的功能。此外，一些活性物质经甲基化后，又可消除其活性或毒性，是生物 转化的一种重要反应，因此，甲基化作用不仅是重要的代谢反应，更具有广泛的生理意义， 而SAM则是体内最重要的甲基直接供体。 甲硫氨酸是必需氨基酸，必须由食物供给，如图916所示，虽然在体内同型半胱氨酸 得到从N5一甲基FH4所携带的甲基后可以生成甲硫氨酸，但体内并不能合成同型半胱氨 酸，它只能由甲硫氨酸转变而来，故甲硫氨酸必须由食物供给。不过通过甲硫氨酸循环可 以使甲硫氨酸在供给甲基时得以重复利用，起了节约一部分甲硫氨酸的作用。从甲硫氨酸 循环可见，N5甲基H4可看成是体内甲基的间接供体。 甲硫氨酸循环的生理意义是甲硫氨酸的再利用。在此反应中，因N5甲基H4同型半 胱氨酸转甲基酶的辅酶是甲基维生素B2,故维生素B12缺乏时，N5甲基FH4的甲基不能 转移，不仅影响了甲硫氨酸的合成，同时由于己结合了甲基的FH4不能游离出来，无法重 新利用以转运一碳单位，如此，可导致DNA合成障碍，影响细胞分裂，最终可能引起巨 幼红细胞贫血。 在体内，甲硫氨酸还参与了肌酸的合成，后者和ATP反应生成的磷酸肌酸是体内ATP 的储存形式。 (仁)半胱氨酸及胱氨酸的代谢 1,半胱氨酸含巯基(-SH),胱氨酸含二硫键(-S-S-)。两分子半胱氨酸可氧化生成胱氨酸， 胱氨酸亦可还原成半胱氨酸。两个半胱氨酸分子间所形成的二硫键在维持蛋白质构象 中起着很重要的作用。在蛋白质化学一章中已述及，体内许多重要的酶，如到酸脱氨 酶、琥珀酸脱氢酶等都有赖于分子中半胱氨酸残基上的巯基以表现其活性，故有巯基 酶之称，某些毒物，如重金属离子Pb2+、Hg2+等均能和酶分子上的统基结合而抑制酶 活性，从而发挥其毒性作用。二硫基丙醇可使己被毒物结合的巯基恢复原状，具有解 毒功能。 2,半跳氨酸可经氧化、脱殺生成牛磺酸，是结合胆汁酸的组成成分（见前氨基酸的脱駿）。 3.谷胱甘肽(glutathione,GSH)是由谷氨酸分子中的y-羧基与半胱氨酸及甘氨酸在体内合 成的三肽，它的活性基团是半胱氨酸残基上的巯基。GSH有还原型和氧化型两种形式可 以互变。 GSH在维持细胞内巯基酶的活性和使某些物质处于还原状态（例如使高铁血红蛋白还 原成血红蛋白)时本身被氧化成GSSG,后者可由细胞内存在的谷胱甘肽还原酶使之再还 原成GSH,NADPH为其辅酶 此外，红细胞中的GSH还和维持红细胞膜结构的完整性有关，若GSH显著降低则红 细胞易破裂。 在细胞内，GSH/GS-SG的比例一般维持在100/1左右 4.半胱氨酸在体内进行分解代谢可以直接脱去巯基和氨基，产生丙酮酸、氨和硫化氢， 硫化氢被迅速氧化成硫酸根。在体内生成的硫酸根，一部分可以无机硫酸盐形式随尿排出， 小部分则可经活化转变成“活性硫酸根”，即3.磷酸腺苷5磷
合成许多重要的甲基化合物肌酸、肾上腺素、胆碱等。核酸或蛋白质通过甲基化进行修饰， 可以影响它们的功能。此外，一些活性物质经甲基化后，又可消除其活性或毒性，是生物 转化的一种重要反应，因此，甲基化作用不仅是重要的代谢反应，更具有广泛的生理意义， 而 SAM 则是体内最重要的甲基直接供体。 甲硫氨酸是必需氨基酸，必须由食物供给，如图 9-16 所示，虽然在体内同型半胱氨酸 得到从 N5—甲基 FH4 所携带的甲基后可以生成甲硫氨酸，但体内并不能合成同型半胱氨 酸，它只能由甲硫氨酸转变而来，故甲硫氨酸必须由食物供给。不过通过甲硫氨酸循环可 以使甲硫氨酸在供给甲基时得以重复利用，起了节约一部分甲硫氨酸的作用。从甲硫氨酸 循环可见，N5 -甲基 FH4 可看成是体内甲基的间接供体。 甲硫氨酸循环的生理意义是甲硫氨酸的再利用。在此反应中，因 N5 -甲基 FH4 同型半 胱氨酸转甲基酶的辅酶是甲基维生素 B12，故维生素 B12 缺乏时，N5 -甲基 FH4 的甲基不能 转移，不仅影响了甲硫氨酸的合成，同时由于已结合了甲基的 FH4 不能游离出来，无法重 新利用以转运一碳单位，如此，可导致 DNA 合成障碍，影响细胞分裂，最终可能引起巨 幼红细胞贫血。 在体内, 甲硫氨酸还参与了肌酸的合成, 后者和 ATP 反应生成的磷酸肌酸是体内 ATP 的储存形式。 (二) 半胱氨酸及胱氨酸的代谢 1．半胱氨酸含巯基（-SH），胱氨酸含二硫键（-S-S-）。两分子半胱氨酸可氧化生成胱氨酸， 胱氨酸亦可还原成半胱氨酸。两个半胱氨酸分子间所形成的二硫键在维持蛋白质构象 中起着很重要的作用。在蛋白质化学一章中已述及，体内许多重要的酶，如乳酸脱氢 酶、琥珀酸脱氢酶等都有赖于分子中半胱氨酸残基上的巯基以表现其活性，故有巯基 酶之称，某些毒物，如重金属离子 Pb2+、Hg2+等均能和酶分子上的巯基结合而抑制酶 活性，从而发挥其毒性作用。二硫基丙醇可使已被毒物结合的巯基恢复原状，具有解 毒功能。 2．半胱氨酸可经氧化、脱羧生成牛磺酸，是结合胆汁酸的组成成分(见前氨基酸的脱羧)。 3．谷胱甘肽(glutathione，GSH)是由谷氨酸分子中的-羧基与半胱氨酸及甘氨酸在体内合 成的三肽，它的活性基团是半胱氨酸残基上的巯基。GSH 有还原型和氧化型两种形式可 以互变。 GSH 在维持细胞内巯基酶的活性和使某些物质处于还原状态(例如使高铁血红蛋白还 原成血红蛋白)时本身被氧化成 GS-SG，后者可由细胞内存在的谷胱甘肽还原酶使之再还 原成 GSH，NADPH 为其辅酶。 此外，红细胞中的 GSH 还和维持红细胞膜结构的完整性有关，若 GSH 显著降低则红 细胞易破裂。 在细胞内，GSH／GS-SG 的比例一般维持在 100／1 左右。 4．半胱氨酸在体内进行分解代谢可以直接脱去巯基和氨基，产生丙酮酸、氨和硫化氢， 硫化氢被迅速氧化成硫酸根。在体内生成的硫酸根，一部分可以无机硫酸盐形式随尿排出， 一 小 部 分 则 可 经 活 化 转 变 成 “ 活 性 硫 酸 根 ” ， 即 3'- 磷 酸 腺 苷 5'- 磷
(3'phosphoadenosine-S'phosphosulfate,PAPS),这一转变过程需要ATP的参与。 PAPS性质活泼，可以提供硫酸根与某些物质合成硫酸酯，例如：类固醇激素可形成 硫酸酯形式而被灭活。PAPS还可参与硫酸软骨素的合成。 三、支链氨基酸的代谢 支链氨基酸包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸，它们都是必需氨基酸，均主要在肌肉 脂肪、肾、脑等组织中降解。因为在这些肝外组织中有一种作用于此三个支链氨基酸的转 氨酶，而肝中却缺乏。在摄入富含蛋白质的食物后，肌肉组织大量摄取氨基酸，最明显的 就是摄取支链氨基酸。支链氨基酸在氮的代谢中起着特殊的作用，如在禁食状态下，它们 可给大脑提供能源。支链氨基酸降解的第一步是转氨基，α-酮戊二酸是氨基的受体。缬、 亮、异亮氨基酸转氨后各生成相应的α-酮酸，此后，在支链-酮酸脱氢酶系的催化下氧化 脱羧生成各自相应的酰基CoA的衍生物，反应类似于丙酮酸和α-酮戊二酸的氧化脱羧。 肌肉组织中的α-酮戊二酸在接受支链氨基酸的氨基后转变成谷氨酸，然后谷氨酸又可 与肌肉中的丙酮酸经转氨作用又回复生成α酮戊二酸和丙氨酸，丙氨酸经血液运送至肝脏 参与尿素合成和糖异生作用，即参加葡萄糖丙氨酸循环。 四、芳香族氨基酸的代谢 芳香族氨基酸包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。 (一)苯丙氨酸及酪氨酸的代谢 苯丙氨酸和酪氨酸的结构相似。苯丙氨酸在体内经苯丙氨酸羟化酶(phenylalanine ydroxylase)催化生成酪氨酸，然后再生成一系列代谢产物。 苯丙氨酸羟化酶存在于肝脏，是一种混合功能氧化酶，该酶催化苯丙氨酸氧化生成酪 氨酸，反应不可逆，亦即酪氨酸不能还原生成苯丙氨酸，因此，苯丙氨酸是必需氨基酸而 酪氨酸是非必需氨基酸。 若苯丙氨酸羟化酶先天性缺失，则苯丙氨酸羟化生成酪氨酸这一主要代谢途径受阻， 于是大量的苯丙氨酸走次要代谢途径，即转氨生成苯丙酮酸，导致血中苯丙酮酸含量增高， 并从尿中大量排出，这即是苯丙酮酸尿症(phenylketonuria,.PKU),苯丙酮酸的堆积对中枢 神经系统有毒性，使患儿智力发育受障碍，这是氨基酸代谢中最常见的一种遗传疾病，其 发病率约为8一10/10万，患儿应及早用低苯丙氨酸膳食治疗。PKU现在已可进行产前 基因诊断。 酪氨酸的进一步代谢涉及到某些神经递质、激素及黑色素的合成。如酪氨酸是合成儿 茶酚胺类激素（去甲肾上腺素和肾上腺素）及甲状腺素的原料。 酪氨酸在体内可以合成黑色素，若合成过程中的酶系先天性缺失则不能合成黑色素， 黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病((albnism),发病率约为3/10万。 酪氨酸还可转氨生成对羟苯丙酮酸，再转变成尿黑酸，最后氧化分解生成乙酰乙酸和 延胡索酸，所以酪氨酸和苯丙氨酸都是生糖兼生酮氨基酸。若有关尿黑酸氧化酶系先天性 缺失，则尿黑酸堆积，使排出的尿迅速变黑，出现尿黑酸症(alkaptonuria),此遗传疾病较 罕见，发病率约仅为0.4/10万。 (仁)色氮酸的代谢
(3'—phosphoadenosine-5'phosphosulfate，PAPS)，这一转变过程需要 ATP 的参与。 PAPS 性质活泼，可以提供硫酸根与某些物质合成硫酸酯，例如；类固醇激素可形成 硫酸酯形式而被灭活。PAPS 还可参与硫酸软骨素的合成。 三、支链氨基酸的代谢 支链氨基酸包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸，它们都是必需氨基酸，均主要在肌肉、 脂肪、肾、脑等组织中降解。因为在这些肝外组织中有一种作用于此三个支链氨基酸的转 氨酶，而肝中却缺乏。在摄入富含蛋白质的食物后，肌肉组织大量摄取氨基酸，最明显的 就是摄取支链氨基酸。支链氨基酸在氮的代谢中起着特殊的作用，如在禁食状态下，它们 可给大脑提供能源。支链氨基酸降解的第一步是转氨基，-酮戊二酸是氨基的受体。缬、 亮、异亮氨基酸转氨后各生成相应的-酮酸，此后，在支链-酮酸脱氢酶系的催化下氧化 脱羧生成各自相应的酰基 CoA 的衍生物，反应类似于丙酮酸和-酮戊二酸的氧化脱羧。 肌肉组织中的-酮戊二酸在接受支链氨基酸的氨基后转变成谷氨酸，然后谷氨酸又可 与肌肉中的丙酮酸经转氨作用又回复生成-酮戊二酸和丙氨酸，丙氨酸经血液运送至肝脏 参与尿素合成和糖异生作用，即参加葡萄糖-丙氨酸循环。 四、芳香族氨基酸的代谢 芳香族氨基酸包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。 (一)苯丙氨酸及酪氨酸的代谢 苯丙氨酸和酪氨酸的结构相似。苯丙氨酸在体内经苯丙氨酸羟化酶(phenylalanine hydroxylase)催化生成酪氨酸，然后再生成一系列代谢产物。 苯丙氨酸羟化酶存在于肝脏，是一种混合功能氧化酶，该酶催化苯丙氨酸氧化生成酪 氨酸，反应不可逆，亦即酪氨酸不能还原生成苯丙氨酸，因此，苯丙氨酸是必需氨基酸而 酪氨酸是非必需氨基酸。 若苯丙氨酸羟化酶先天性缺失，则苯丙氨酸羟化生成酪氨酸这一主要代谢途径受阻， 于是大量的苯丙氨酸走次要代谢途径，即转氨生成苯丙酮酸，导致血中苯丙酮酸含量增高， 并从尿中大量排出，这即是苯丙酮酸尿症(phenylketonuria，PKU)，苯丙酮酸的堆积对中枢 神经系统有毒性，使患儿智力发育受障碍，这是氨基酸代谢中最常见的一种遗传疾病，其 发病率约为 8～10／10 万，患儿应及早用低苯丙氨酸膳食治疗。PKU 现在已可进行产前 基因诊断。 酪氨酸的进一步代谢涉及到某些神经递质、激素及黑色素的合成。如酪氨酸是合成儿 茶酚胺类激素（去甲肾上腺素和肾上腺素）及甲状腺素的原料。 酪氨酸在体内可以合成黑色素，若合成过程中的酶系先天性缺失则不能合成黑色素， 黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albnism)，发病率约为 3／10 万。 酪氨酸还可转氨生成对羟苯丙酮酸，再转变成尿黑酸，最后氧化分解生成乙酰乙酸和 延胡索酸，所以酪氨酸和苯丙氨酸都是生糖兼生酮氨基酸。若有关尿黑酸氧化酶系先天性 缺失，则尿黑酸堆积，使排出的尿迅速变黑，出现尿黑酸症(alkaptonuria)，此遗传疾病较 罕见，发病率约仅为 0.4／10 万。 (二)色氮酸的代谢