第七章基酸代谢 第七章氨基酸代谢 氨基酸是构成蛋白质分子的基本单位。蛋白质是生命活动的基础。体内 的大多数蛋白质均不断地进行分解与合成代谢,细胞中不停地利用氨基酸合 成蛋白质和分解蛋白质成为氨基酸。体内的这种转换过程一方面可清除异常 蛋白质,这些异常蛋白质的积聚会损伤细胞。另一方面使酶或调节蛋白的活 性由合成和分解得到调节,进而调节细胞代谢。实际上酶的水平取决于其合 成,同样也由酶的分解来决定。所以,对细胞来说,蛋白质的分解与合成同 样重要 第一节蛋白质的营养作用 、蛋白质的生理功能 1.维持细胞组织的生长、更新和修补 蛋白质参与构成各种细胞组织是蛋白质最重要的功能。膳食中必须提 供足够的质和量的蛋白质,才能维持细胞组织的生长、更新和修补。对于发 育时期的儿童尤为重要。 2.参与多种重要的生理活动 体内具有多种特殊功能的蛋白质,如酶、多肽激素、抗体和某些调节蛋 白等。肌肉收缩、物质的运输、血液凝固等也由蛋白质来实现。此外,氨基 酸代谢过程还产生胺类、神经递质、嘌呤和嘧啶等含氮化合物。蛋白质和氨 基酸的上述功能不能由糖和脂类代替。 3氧化供能 蛋白质分解产生的氨基酸,经脱氨基生成的酮酸可以被进一步氧化分解 每克蛋白质产生17.19kJ(4lkCa)能量,供能是蛋白质的次要生理功能 氨基酸的主要功能是合成蛋白质,也合成多肽及其他含氮的生理活性物质。 除了维生素之外(维生素PP是个例外),体内的各种含氮物质几种都可由氨基酸转 变而成,包括蛋白质、肽类激素、氨基酸衍生物、黑色素、嘌呤碱、嘧啶碱、肌 酸、胺类、辅酶或辅基等。 、蛋白质的需要量和营养价值 (一)氮平衡 食物中的含氮物质绝大部分是蛋白质,蛋白质平均含氮量为16%,可通 过测定食物的含氮量(摄入量)和尿粪中的含氮量(排出量)判断体内蛋白 质的代谢概况。可分为 1.氮的总平衡 摄入氮=排出氮,反应正常成人的蛋白质代谢情况
第七章 氨基酸代谢 ·1· 氨基酸的主要功能是合成蛋白质，也合成多肽及其他含氮的生理活性物质。 除了维生素之外(维生素 PP 是个例外)，体内的各种含氮物质几种都可由氨基酸转 变而成，包括蛋白质、肽类激素、氨基酸衍生物、黑色素、嘌呤碱、嘧啶碱、肌 酸、胺类、辅酶或辅基等。 第七章 氨基酸代谢 氨基酸是构成蛋白质分子的基本单位。蛋白质是生命活动的基础。体内 的大多数蛋白质均不断地进行分解与合成代谢，细胞中不停地利用氨基酸合 成蛋白质和分解蛋白质成为氨基酸。体内的这种转换过程一方面可清除异常 蛋白质，这些异常蛋白质的积聚会损伤细胞。另一方面使酶或调节蛋白的活 性由合成和分解得到调节，进而调节细胞代谢。实际上酶的水平取决于其合 成，同样也由酶的分解来决定。所以，对细胞来说，蛋白质的分解与合成同 样重要。 第一节 蛋白质的营养作用 一、蛋白质的生理功能 1.维持细胞组织的生长、更新和修补 蛋白质参与构成各种细胞组织是蛋白质最重要的功能。膳食中 必须提 供足够的质和量的蛋白质，才能维持细胞组织的生长、更新和修补。对于发 育时期的儿童尤为重要。 2.参与多种重要的生理活动 体内具有多种特殊功能的蛋白质，如酶、多肽激素、抗体和某些调节蛋 白等。肌肉收缩、物质的运输、血液凝固等也由蛋白质来实现。此外，氨基 酸代谢过程还产生胺类、神经递质、嘌呤和嘧啶等含氮化合物。蛋白质和氨 基酸的上述功能不能由糖和脂类代替。 3.氧化供能 蛋白质分解产生的氨基酸，经脱氨基生成的酮酸可以被进一步氧化分解。 每克蛋白质产生 17.19kJ（4.1kCal）能量，供能是蛋白质的次要生理功能。 二、蛋白质的需要量和营养价值 （一）氮平衡 食物中的含氮物质绝大部分是蛋白质，蛋白质平均含氮量为 16%，可通 过测定食物的含氮量（摄入量）和尿粪中的含氮量（排出量）判断体内蛋白 质的代谢概况。可分为： 1. 氮的总平衡 摄入氮=排出氮，反应正常成人的蛋白质代谢情况
第七章基酸代谢 2.氮的正平衡 摄入氮>排出氮,部分摄入的氮用于合成体内蛋白质,见于儿童、孕妇 和恢复期病人。 3.氮的负平衡 摄入氮<排出氮,见于蛋白质供给量不足,如饥饿和消耗性疾病等 (二)生理需要量 正常成人每日分解蛋白质20g,因此每日最低需蛋白质3050g,我国营养 学会推荐蛋白质需要量为80g。 (三)蛋白质的营养价值 蛋白质的营养价值取决于蛋白质含有的氨基酸的种类和数量,特别是 营养必需氨基酸的种类和数量 营养必需氨基酸指体内不能合成,必需由食物供给的氨基酸,包括赖氨 酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸 另外酪氨酸和半胱氨酸是半必需氨基酸。 2.食物蛋白质的互补作用 营养价值较低的食物蛋白质混合食用,从而提高蛋白质营养价值的作用。 如:谷类蛋白质赖氨酸少,色氨酸多,而豆类蛋白质赖氨酸多,色氨酸少 二者混合食用可提高蛋白质的营养价值。 、蛋白质在胃肠道内消化过程(P302) 蛋白质经摄入后,胃粘膜分泌胃泌素,刺激胃腺分泌盐酸和胃蛋白酶原。 无活性的胃蛋白酶原经激活转变成胃蛋白酶。胃蛋白酶将蛋白质水解成大 不等的多肽片段,随食糜流入小肠,触发小肠分泌胰泌素。胰泌素刺激胰腺 分泌碳酸氢盐进入小肠,中和胃内容物中的盐酸。同时小肠上段的十二指肠 释放出肠促胰酶肽,以刺激胰腺分泌一系列胰酶酶原,其中有胰蛋白酶原 胰凝乳蛋白酶原和羧肽酶原等。在十二指肠内,胰蛋白酶原经小肠细胞分泌 的肠激酶作用,转变成有活性的胰蛋白酶,催化其他胰酶原激活。这些胰酶 将肽片段混合物分别水解成更短的肽。小肠内生成的短肽由羧肽酶从肽的C 端降解,氨肽酶从N端降解,如此经多种酶联合催化,食糜中的蛋白质降解 成氨基酸混合物,再由肠粘膜上皮细胞吸收进入机体。游离氨基酸进入血液 循环输送到肝脏 氨基酸吸收是一种耗能过程。中性、碱性、酸性和脯氨酸等游离氨基酸 各自有其需消耗ATP的专一载体和依赖Na的转运系统。在机体内,氨基酸 进入细胞内尚需别的机制完成,例如大肠。肾脏存在一种称为Y-谷氨酰循环 系统。它利用谷胱甘肽转运一些氨基酸。这一循环有γ-氨酰环化转移酶、5 氧脯氨酸酶、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶,在这些酶依次作 用下,将细胞外的氨基酸转入细胞。转运过程中,每转入一个氨基酸,要消
第七章 氨基酸代谢 ·2· 2. 氮的正平衡 摄入氮>排出氮， 部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，见于儿童、孕妇 和恢复期病人。 3. 氮的负平衡 摄入氮<排出氮，见于蛋白质供给量不足，如饥饿和消耗性疾病等。 （二）生理需要量 正常成人每日分解蛋白质 20g，因此每日最低需蛋白质 30-50g，我国营养 学会推荐蛋白质需要量为 80g。 （三）蛋白质的营养价值 1. 蛋白质的营养价值取决于蛋白质含有的氨基酸的种类和数量，特别是 营养必需氨基酸的种类和数量。 营养必需氨基酸指体内不能合成，必需由食物供给的氨基酸，包括赖氨 酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸。 另外酪氨酸和半胱氨酸是半必需氨基酸。 2. 食物蛋白质的互补作用 营养价值较低的食物蛋白质混合食用，从而提高蛋白质营养价值的作用。 如：谷类蛋白质赖氨酸少，色氨酸多，而豆类蛋白质赖氨酸多，色氨酸少。 二者混合食用可提高蛋白质的营养价值。 三、蛋白质在胃肠道内消化过程（P302） 蛋白质经摄入后，胃粘膜分泌胃泌素，刺激胃腺分泌盐酸和胃蛋白酶原。 无活性的胃蛋白酶原经激活转变成胃蛋白酶。胃蛋白酶将蛋白质水解成大小 不等的多肽片段，随食糜流入小肠，触发小肠分泌胰泌素。胰泌素刺激胰腺 分泌碳酸氢盐进入小肠，中和胃内容物中的盐酸。同时小肠上段的十二指肠 释放出肠促胰酶肽，以刺激胰腺分泌一系列胰酶酶原，其中有胰蛋白酶原、 胰凝乳蛋白酶原和羧肽酶原等。在十二指肠内，胰蛋白酶原经小肠细胞分泌 的肠激酶作用，转变成有活性的胰蛋白酶，催化其他胰酶原激活。这些胰酶 将肽片段混合物分别水解成更短的肽。小肠内生成的短肽由羧肽酶从肽的 C 端降解，氨肽酶从 N 端降解，如此经多种酶联合催化，食糜中的蛋白质降解 成氨基酸混合物，再由肠粘膜上皮细胞吸收进入机体。游离氨基酸进入血液 循环输送到肝脏。 氨基酸吸收是一种耗能过程。中性、碱性、酸性和脯氨酸等游离氨基酸 各自有其需消耗 ATP 的专一载体和依赖 Na+的转运系统。在机体内，氨基酸 进入细胞内尚需别的机制完成，例如大肠。肾脏存在一种称为γ-谷氨酰循环 系统。它利用谷胱甘肽转运一些氨基酸。这一循环有γ-氨酰环化转移酶、5- 氧脯氨酸酶、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶，在这些酶依次作 用下，将细胞外的氨基酸转入细胞。转运过程中，每转入一个氨基酸，要消
第七章基酸代谢 耗3个ATP。γ-谷氨酰循环对谷氨酰胺、半胱氨酸和其他中性氨基酸转运活 性最大:对天冬氨酸转运活性最小,对亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等支链氨 基酸和芳香族氨基酸活力也小。γ-谷氨酸循环对脯氨酸无转运活性。 动物组织中有各种组织蛋白酶,也能将细胞自身的蛋白质水解成氨基酸, 但不同于消化道中的蛋白水解酶。正常组织内,蛋白质的分解速度与组织的 生理活动是相适应的 四、高等植物和微生物中的氨基酸 高等植物体中也含有蛋白酶类,种籽及幼苗内都含有活性蛋白酶,叶和 幼芽中也有蛋白酶,某些植物的果实中含有丰富的蛋白酶,如木瓜中的木瓜 蛋白酶、菠萝中的菠萝蛋白酶、无花果中的无花果蛋白酶等都可使蛋白质水 解。植物组织中的蛋白酶,其水解作用以种籽萌芽时为最旺盛。发芽时,胚 乳中贮存的蛋白质在蛋白酶催化下水解成氨基酸,当这些氨基酸运输到胚, 胚则重新合成蛋白质,以组成植物自身的细胞。 微生物也含有蛋白酶,能将蛋白质水解为氨基酸。 下图为体内氨基酸代谢概况: 组织蛋白质 食物蛋白质 (包括酶、蛋白激素等) 消化吸收 合成分解 血液氨基酸 组织氨基酸 排泄 体内基酸代谢库 转化 过剩氨基酸 脱羧基作用脱氨基作用 非蛋白的含氮化合物 嘌呤、嘧啶、胆碱、肌 O. NH, a-酮酸酸、肾上腺素,甲状腺 素等) 尿素其他含氮物糖类_1酮体 CO,+H, O CO2 +HO+ATP 图:氨基酸代谢概况 蛋白质分解代谢首先在酶的催化下水解为氨基酸,而后各氨基酸进行分 解代谢,或转变为其它物质、或参与新的蛋白质的合成。因此氨基酸代谢是 以蛋白质分解代谢为中心内容 第一节氨基酸的一般代谢 食物蛋白经过消化吸收后,以氨基酸的形式通过血液循环运到全身的各 组织。这种来源的氨基酸称为外源性基酸。机体各组织的蛋白质在组织酶的
第七章 氨基酸代谢 ·3· 耗 3 个 ATP。γ-谷氨酰循环对谷氨酰胺、半胱氨酸和其他中性氨基酸转运活 性最大；对天冬氨酸转运活性最小，对亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等支链氨 基酸和芳香族氨基酸活力也小。γ-谷氨酸循环对脯氨酸无转运活性。 动物组织中有各种组织蛋白酶，也能将细胞自身的蛋白质水解成氨基酸， 但不同于消化道中的蛋白水解酶。正常组织内，蛋白质的分解速度与组织的 生理活动是相适应的。 四、高等植物和微生物中的氨基酸 高等植物体中也含有蛋白酶类，种籽及幼苗内都含有活性蛋白酶，叶和 幼芽中也有蛋白酶，某些植物的果实中含有丰富的蛋白酶，如木瓜中的木瓜 蛋白酶、菠萝中的菠萝蛋白酶、无花果中的无花果蛋白酶等都可使蛋白质水 解。植物组织中的蛋白酶，其水解作用以种籽萌芽时为最旺盛。发芽时，胚 乳中贮存的蛋白质在蛋白酶催化下水解成氨基酸，当这些氨基酸运输到胚， 胚则重新合成蛋白质，以组成植物自身的细胞。 微生物也含有蛋白酶，能将蛋白质水解为氨基酸。 下图为体内氨基酸代谢概况： 图：氨基酸代谢概况 蛋白质分解代谢首先在酶的催化下水解为氨基酸，而后各氨基酸进行分 解代谢，或转变为其它物质、或参与新的蛋白质的合成。因此氨基酸代谢是 以蛋白质分解代谢为中心内容。 第一节 氨基酸的一般代谢 食物蛋白经过消化吸收后，以氨基酸的形式通过血液循环运到全身的各 组织。这种来源的氨基酸称为外源性基酸。机体各组织的蛋白质在组织酶的
第七章基酸代谢 作用下,也不断地分解成为氨基酸;机体还能合成部分氨基酸(非必需氨基酸); 这两种来源的氨基酸称为内源性氨基酸。外源性氨基酸和内源性氨基酸彼此 之间没有区别,共同构成了机体的氨基酸代谢库( metabolic pool)。氨基酸代谢 库实际上包括细胞内液、细胞间液和血液中的氨基酸 从氨基酸的结构上看,除了侧链R基团不同外,均有α-氨基和α-羧基。 氨基酸在体内的分解代谢实际上就是氨基、羧基和R基团的代谢。氨基酸的 降解反应包括脱氨基作用、脱羧作用、羟基化作用等。脱氨基作用是氨基酸 脱氨基生成氨 ammonia)和相应的a-酮酸;脱羧作用是脱羧基生成CO2和胺 0、题氨基作陷一R-C000+NH a開酸 用~R-CH2-NH12+CO2 胺在体内可经胺氧化酶作用,进一拶分解生成氨和相应的醛和酸 氨对人体来说是有毒的物质,氨在体内主要合成尿素排出体外,还可以 合成其它含氮物质(包括非必需氨基酸、谷氨酰胺等),少量的氨可直接经尿排 出。R基团部分生成的酮酸可进一步氧化分解生成CO2和水,并提供能量 也可经一定的代谢反应转变生成糖或脂在体内贮存。由于不同的氨基酸结构 不同,因此它们的代谢也有各自的特点 各组织器官在氨基酸代谢上的作用有所不同,其中以肝脏最为重要。肝 脏蛋白质的更新速度比较快,氨基酸代谢活跃,大部分氨基酸在肝脏进行分 解代谢,同时氨的解毒过程主要也在肝脏进行。分枝氨基酸的分解代谢则主 要在肌肉组织中进行。 、氨基酸的脱氨基作用 脱氨基作用是指氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成α-酮酸的过程。这是 氨基酸在体内分解的主要方式。氨基酸的结构不同,脱氨基的方式也不同, 主要有氧化脱氨、转氨、联合脱氨和非氧化脱氨等,以联合脱氨基最为重要 (一)转氨基作用 1.转氨酶与转氨基作用 体内各组织中都有氨基转移酶( aminotransferase)或称转氨酶 ( transaminase)。此酶催化某一氨基酸的α-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成a-酮酸(a- ketoacid) C-0,转氨酶 Co HC NH COOH COOH COOH 上述反应可逆,平衡常数近于1。因此,转氨基作用( transamination)既 是氨基酸的分解代谢过程,也是体内某些氨基酸(非必需氨基酸)合成的重 要途径。反应的实际方向取决于四种反应物的相对浓度
第七章 氨基酸代谢 ·4· 作用下，也不断地分解成为氨基酸；机体还能合成部分氨基酸(非必需氨基酸)； 这两种来源的氨基酸称为内源性氨基酸。外源性氨基酸和内源性氨基酸彼此 之间没有区别，共同构成了机体的氨基酸代谢库(metabolic pool)。氨基酸代谢 库实际上包括细胞内液、细胞间液和血液中的氨基酸。 从氨基酸的结构上看，除了侧链 R 基团不同外，均有 α-氨基和 α-羧基。 氨基酸在体内的分解代谢实际上就是氨基、羧基和 R 基团的代谢。氨基酸的 降解反应包括脱氨基作用、脱羧作用、羟基化作用等。脱氨基作用是氨基酸 脱氨基生成氨 ammonia)和相应的α-酮酸；脱羧作用是脱羧基生成 CO2 和胺。 胺在体内可经胺氧化酶作用，进一步分解生成氨和相应的醛和酸。 氨对人体来说是有毒的物质，氨在体内主要合成尿素排出体外，还可以 合成其它含氮物质(包括非必需氨基酸、谷氨酰胺等)，少量的氨可直接经尿排 出。R 基团部分生成的酮酸可进一步氧化分解生成 CO2 和水，并提供能量， 也可经一定的代谢反应转变生成糖或脂在体内贮存。由于不同的氨基酸结构 不同，因此它们的代谢也有各自的特点。 各组织器官在氨基酸代谢上的作用有所不同，其中以肝脏最为重要。肝 脏蛋白质的更新速度比较快，氨基酸代谢活跃，大部分氨基酸在肝脏进行分 解代谢，同时氨的解毒过程主要也在肝脏进行。分枝氨基酸的分解代谢则主 要在肌肉组织中进行。 一、氨基酸的脱氨基作用 脱氨基作用是指氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成α-酮酸的过程。这是 氨基酸在体内分解的主要方式。氨基酸的结构不同，脱氨基的方式也不同， 主要有氧化脱氨、转氨、联合脱氨和非氧化脱氨等，以联合脱氨基最为重要。 （一）转氨基作用 l．转氨酶与转氨基作用 体 内 各 组 织 中 都 有 氨 基 转 移 酶 （ aminotransferase ） 或 称 转 氨 酶 （transaminase）。此酶催化某一氨基酸的 α-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成 α-酮酸（a-ketoacid）。 上述反应可逆，平衡常数近于 1。因此，转氨基作用（transamination）既 是氨基酸的分解代谢过程，也是体内某些氨基酸（非必需氨基酸）合成的重 要途径。反应的实际方向取决于四种反应物的相对浓度
第七章基酸代谢 体内大多数氨基酸可以参与转氨基作用,但赖氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸 例外、除了α-氨基外,氨基酸侧链末端的氨基,如鸟氨酸的δ氨基也可通过 转氨基作用而脱去。 体内存在着多种转氨酶。不同氨基酸与a-酮酸之间的转氨基作用只能由 专一的转氨酶催化。在各种转氨酶中,以L-谷氨酸与α-酮酸的转氨酶最为重 要。例如,谷丙转氨酶( glutamic pyruvic transaminase,GPI,又称ALT)和谷 草转氨酶( glutamic oxaloacetic transaminase,COT又称AST).它们在体内广泛 存在,但各组织中含量不等(下表)。 表:正常成人各组织中GOT及GPT活性 GPT 细织 (单位克漫组织)(单位/克漫组(单位克组织)(单位/克漫组织 710族腺280 40400 0 骨骼肌900 4800 000 70 900 1900血请20 谷丙转氨辭 谷氨酸+丙酮酸 竺a-酮戊二酸+丙氨酸 谷氨酸+草酰乙酸 谷草转氨酶 a-酮戊二酸+天冬氨酸 由上表可见,正常时上述转氨酶主要存在于细胞内,而血清中的活性很 低;各组织器官中以心和肝的活性为最高。当某种原因使细胞膜通透性增高 或细胞破坏时,则转氨酶可以大量释放入血,造成血清中转氨酶活性明显升 高。例如,急性肝炎患者血清GPT活性显著升高;心肌梗死患者血清中GOT 明显上升。临床上可以此作为疾病诊断和预后的指标之 2.转氨基作用的机制 转氨酶的辅酶都是维生素B的磷酸酯,即磷酸吡哆醛,它结合于转氨酶 活性中心赖氨酸的ε-氨基卜。在转氨基过程中,磷酸吡哆醛先从氨基酸接受 氨基转变成磷酸吡哆胺,同时氨基酸则转变成α-酮酸。磷酸吡哆胺进一步将 氨基转移给另一种α-酮酸而生成相应的氨基酸,同时磷酸吡哆胺又变回磷酸 吡哆醛。在转氨酶的催化下,磷酸吡哆醛与磷酸吡哆胺的这种相互转变,起 着传递氨基的作用,如下图
第七章 氨基酸代谢 ·5· 体内大多数氨基酸可以参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸 例外、除了 α-氨基外，氨基酸侧链末端的氨基，如鸟氨酸的δ-氨基也可通过 转氨基作用而脱去。 体内存在着多种转氨酶。不同氨基酸与 α-酮酸之间的转氨基作用只能由 专一的转氨酶催化。在各种转氨酶中，以 L-谷氨酸与 α-酮酸的转氨酶最为重 要。例如，谷丙转氨酶（glutamic pyruvic transaminase,GPT，又称 ALT）和谷 草转氨酶(glutamic oxaloacetic transaminase,COT,又称 AST)．它们在体内广泛 存在，但各组织中含量不等（下表）。 表： 正常成人各组织中 GOT 及 GPT 活性 由上表可见，正常时上述转氨酶主要存在于细胞内，而血清中的活性很 低；各组织器官中以心和肝的活性为最高。当某种原因使细胞膜通透性增高 或细胞破坏时，则转氨酶可以大量释放入血，造成血清中转氨酶活性明显升 高。例如，急性肝炎患者血清 GPT 活性显著升高；心肌梗死患者血清中 GOT 明显上升。临床上可以此作为疾病诊断和预后的指标之一。 2．转氨基作用的机制 转氨酶的辅酶都是维生素 B6 的磷酸酯，即磷酸吡哆醛，它结合于转氨酶 活性中心赖氨酸的ε-氨基卜。在转氨基过程中，磷酸吡哆醛先从氨基酸接受 氨基转变成磷酸吡哆胺，同时氨基酸则转变成 α-酮酸。磷酸吡哆胺进一步将 氨基转移给另一种 α-酮酸而生成相应的氨基酸，同时磷酸吡哆胺又变回磷酸 吡哆醛。在转氨酶的催化下，磷酸吡哆醛与磷酸吡哆胺的这种相互转变，起 着传递氨基的作用，如下图
第七章基酸代谢 CHOP Hy HCC+0=CN二HOCN=CN CH 氨基酸 磷酸啶哆醛 Ch碱 分子重排 CH-OPOLH CHON,H, HOOC-C-=0+H,N-CH N 酸吡哆胺 S贼异构体 (二)、氧化脱氨基作用( Oxidative Deamination)P306 氧化脱氨基作用是指在酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时,脱去氨基 过程。 谷氨酸在线粒体中由谷氨酸脱氢酶( glutamate dehydrogonase)催化氧化脱 氨。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C脱氢转给NAD(P)形成a-亚氨基戊二酸,再水解生成∝-酮戊二 酸和NH3(如下图) CHOH2谷氨敢脱氢魔C0 -CooH + NH CH)-COOH NAD NADH+ H(CH)-COOH (CH)-COOH L谷氨酸 a-削戊二酸 以上反应可逆。一般情况下,反应偏向于谷氨酸的合成,但是当谷氨酸 浓度高而NH3出浓度低时,则有利于∝-酮戊二酸的生成。谷氨酸脱氢酶是 种变构酶,由6个相同的亚基聚合而成,每个亚基的分子量为56000。已知 GTP和AP是此酶的变构抑制剂,而GDP和ADP是变构激活剂。因此当体 内GTP和AIP不足时,谷氨酸加速氧化脱氨,这对于氨基酸氧化供能起着重 要的调节作用 〔三)、联合脱氨基作用 1.a-氨基转氨基作用(P307) 联合脱氨基的过程是:a-氨基酸首先与α-酮戊二酸在转氨酶作用下生成∝- 酮酸和谷氨酸,然后谷氨酸再经L谷氨酸脱氢酶作用,脱去氨基而生成α酮 戊二酸,(-酮戊二酸再继续参加转氨基作用(下图)。联合脱氨基作用的全过 程是可逆的,因此这一过程也是体内合成非必需氨基酸的主要途径
第七章 氨基酸代谢 ·6· （二）、氧化脱氨基作用(Oxidative Deamination) P306 氧化脱氨基作用是指在酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时，脱去氨基 的过程。 谷氨酸在线粒体中由谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogonase)催化氧化脱 氨。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）。 以上反应可逆。一般情况下，反应偏向于谷氨酸的合成，但是当谷氨酸 浓度高而 NH3 出浓度低时，则有利于 α-酮戊二酸的生成。谷氨酸脱氢酶是一 种变构酶，由 6 个相同的亚基聚合而成，每个亚基的分子量为 56000。已知 GTP 和 ATP 是此酶的变构抑制剂，而 GDP 和 ADP 是变构激活剂。因此当体 内 GTP 和 ATP 不足时，谷氨酸加速氧化脱氨，这对于氨基酸氧化供能起着重 要的调节作用。 〔三〕、联合脱氨基作用 1. α-氨基转氨基作用（P307） 联合脱氨基的过程是：α-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，然后谷氨酸再经 L-谷氨酸脱氢酶作用，脱去氨基而生成 α-酮 戊二酸，α-酮戊二酸再继续参加转氨基作用（下图）。联合脱氨基作用的全过 程是可逆的，因此这一过程也是体内合成非必需氨基酸的主要途径
第七章基酸代谢 COOH IH-N-C-H I - COOH NH3氨+NADH4H 氨基酸 COOH 氨酸脱氢酶 COOH 20+NAD I COOH, 谷氨酸 图:以谷氨酸脱氢酶为主的联合脱氨基作用 2.嘌呤核苷酸循环P307 上述联合脱氨基作用主要在肝、肾等组织中进行。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 另一种氨基酸脱氨基反应,即通过嘌呤核苷酸循环( purine nucleotide cycle) 脱去氨基。在此过程中,氨基酸首先通过连续的转氨基作用将氨基转移给草 酰乙酸,生成天冬氨酸:天冬氨酸与次黄嘌呤核苷酸(IMP)反应生成腺苷酸 代琥珀酸,后者经过裂解,释放出延胡索酸并生成腺嘌呤核苷酸(AMP)sAMP 在腺苷酸脱氨酶(此酶在肌组织中活性较强)催化下脱去氨基,最终完成氨 基酸的脱氨基作用。IMP可以再参加循环(下图)。由此可见,嘌呤核苷酸循 环实际上也可以看成是另一种形式的联合脱氨基作用。 COOH 氨基酸1cH20c2t-O0 H 天冬氨酸 腺苷酸代瑰 除什酸氨酶 珀酸合成酶 核苷酸 戊二酸 HOOC-CH--C-COOH NH2 R-5-p COOH 腺苷酸代虢珀酸 腺嘌玲核苷酸 (MP 00000oH L谷氯酸草酰乙酸 CHOHCOO HO0OH 草果酸廷胡索酸 图:嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用(P308)
第七章 氨基酸代谢 ·7· 图： 以谷氨酸脱氢酶为主的联合脱氨基作用 2. 嘌呤核苷酸循环 P307 上述联合脱氨基作用主要在肝、肾等组织中进行。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 另一种氨基酸脱氨基反应，即通过嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle） 脱去氨基。在此过程中，氨基酸首先通过连续的转氨基作用将氨基转移给草 酰乙酸，生成天冬氨酸；天冬氨酸与次黄嘌呤核苷酸（IMP）反应生成腺苷酸 代琥珀酸，后者经过裂解，释放出延胡索酸并生成腺嘌呤核苷酸（AMP）。AMP 在腺苷酸脱氨酶（此酶在肌组织中活性较强）催化下脱去氨基，最终完成氨 基酸的脱氨基作用。IMP 可以再参加循环（下图）。由此可见，嘌呤核苷酸循 环实际上也可以看成是另一种形式的联合脱氨基作用。 图： 嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用（P308）
第七章基酸代谢 、a-酮酸的代谢 氨基酸脱氨基后生成的∝-酮酸可以进一步代谢,主要有以下三方面的代 谢途径: (一)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。 (二)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 类别 氨基酸 生糖氨基酸甘氦酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氦酸、半胱氨酸、脯氨酸 羟脯氦酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氦酰胺,天冬氨酸、天冬酰胺 甲硫氨酸 生酮氨基酸 亮氨酸、赖氨酸 生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酩氨酸、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 以丙氨酸为例,丙氨酸脱去氨基生成丙酮酸,丙酮酸可以转变成葡萄糖, 所以丙氨酸是生糖氨基酸 又如亮氨酸经过一系列代谢转变生成乙酰辅酰A或乙酰乙酰辅酶 们可以进一步转变成酮体或脂肪,所以亮氨酸是生酮氨基酸 再如,苯丙氨酸与酪氨酸经代谢转变既可生成延胡索酸,又可生成乙酰 乙酸,所以这两种氨基酸是生糖兼生酮氨基酸。 (三)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
第七章 氨基酸代谢 ·8· 二、α-酮酸的代谢 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： （一）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。 （二）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。 以丙氨酸为例，丙氨酸脱去氨基生成丙酮酸，丙酮酸可以转变成葡萄糖， 所以丙氨酸是生糖氨基酸； 又如亮氨酸经过一系列代谢转变生成乙酰辅酰 A 或乙酰乙酰辅酶 A，它 们可以进一步转变成酮体或脂肪，所以亮氨酸是生酮氨基酸； 再如，苯丙氨酸与酪氨酸经代谢转变既可生成延胡索酸，又可生成乙酰 乙酸，所以这两种氨基酸是生糖兼生酮氨基酸。 （三）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
第七章基酸代谢 、脱羧基作用(P308) 氨基酸在氨基酸脱羧酶催化下进行脱羧作用,生成CO2和一个伯胺类化 合物。这个反应除组氨酸外均需要磷酸吡哆醛作为辅酶。 R H3NCHCOO *RCH2NH2+ CO2 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。 氨基酸脱羧酶的专一性很高,除个别脱羧酶外,一种氨基酸脱羧酶一般只 对一种氨基酸起脱羧作用。氨基酸脱羧后形成的胺类中有一些是组成某些维 生素或激素的成分,有一些具有特殊的生理作用,例如脑组织中游离的γ-氨 基丁酸就是谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化脱羧的产物,它对中枢神经系统的传 导有抑制作用。 (CH2)? cCH+ C0 CHNH4 J產 天冬氨酸脱羧酶促使天冬氨酸脱羧形成β-丙氨酸,它是维生素泛酸的组 成成分 H NHa 无冬氫 -丙氢 组胺可使血管舒张、降低血压,而酪胺则使血压升高。前者是组氨酸的脱 羧产物,后者是酪氨酸的脱羧产物 HC=C—CH2- CH--COC HC-CCH, CH NH, HN* NH (CH, CH,NH,+ CO2 H 酪氨酸 酩胺 如果体内生成大量胺类,能引起神经或心血管等系统的功能紊乱,但体 内的胺氧化酶能手化胺类氧化成醛,继而醛氧化成脂肪酸,再分解成CO2和 H2O。 脱羧酶的作用机制如下:
第七章 氨基酸代谢 ·9· 三、脱羧基作用 (P308) 氨基酸在氨基酸脱羧酶催化下进行脱羧作用，生成 CO2 和一个伯胺类化 合物。这个反应除组氨酸外均需要磷酸吡哆醛作为辅酶。 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。 氨基酸脱羧酶的专一性很高，除个别脱羧酶外，一种氨基酸脱羧酶一般只 对一种氨基酸起脱羧作用。氨基酸脱羧后形成的胺类中有一些是组成某些维 生素或激素的成分，有一些具有特殊的生理作用，例如脑组织中游离的γ-氨 基丁酸就是谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化脱羧的产物，它对中枢神经系统的传 导有抑制作用。 天冬氨酸脱羧酶促使天冬氨酸脱羧形成β-丙氨酸，它是维生素泛酸的组 成成分。 组胺可使血管舒张、降低血压，而酪胺则使血压升高。前者是组氨酸的脱 羧产物，后者是酪氨酸的脱羧产物。 如果体内生成大量胺类，能引起神经或心血管等系统的功能紊乱，但体 内的胺氧化酶能手化胺类氧化成醛，继而醛氧化成脂肪酸，再分解成 CO2 和 H2O。 脱羧酶的作用机制如下：
第七章基酸代谢 H-C-NH;+0-CH HC一CH—→ H-C-N-CH一CHNH+0=CH 上式中PCHO代表磷酸吡哆醛。 第三节氨的代谢 机体内代谢产生的氨,以及消化道吸收来的氨进入血液,形成血氨。氨 具有毒性,脑组织对氨的作用尤为敏感。体内的氨主要在肝合成尿素而解毒。 因此,除门静脉血液外,体内血液中氨的浓度很低。正常人血浆中氨的浓度 一般不超过0.60μmolL(o. Img/100m)。严重肝病患者尿素合成功能降低,血 氨增高,引起脑功能紊乱,常与肝性脑病的发病有关 、体内氨的来源(P308) 体内氨有三个主要的来源,即各组织器官中氨基酸及胺分解产生的氨 肠道吸收的氨、以及肾小管上皮细胞分泌的氨 氨基酸脱氨基以及胺、嘌呤、嘧啶的分解。其中氨基酸脱氨基作用产 生的氨是体内氨的主要来源 2.肠道氨基酸和尿素的分解 肠道产氨的量较多,每日约4g。肠内腐败作用增强时,氨的产量增多。 NH3比NH艹易于穿过细胞膜而被吸收:在碱性环境下,NH偏向于转变成 NH3。因此肠道pH偏碱时,氨的吸收加强。临床上对高血氨病人釆用弱酸性 透析液作结肠透析,而禁止用碱性肥皂水灌肠,就是为了减少氨的吸收。肠 道尿素经肠道细菌尿素酶水解也能产生的氨。 3.肾脏中谷氨酰胺的分解 谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的催化下水解成谷氨酸和NH3,这部分氨分泌到 肾小管腔中主要与尿中的H结合成NH+,以铵盐的形式由尿排出体外,这对 调节机体的酸碱平衡起着重要作用。酸性尿有利于肾小管细胞中的氨扩散入 尿,但碱性尿则可妨碍肾小管细胞中NH3的分泌,此时氨被吸收入血,成为 血氨的另一个来源。 、氨的转运(P309) 氨是有毒物质。必须以无毒形式经血液运输到肝合成尿素或运至肾以铵 盐形式随尿排出体外。氨在血液中主要是以丙氨酸及谷氨酰胺两种形式运输 的 (一)丙氨酸葡萄糖循环 在肌肉中氨基酸的氨基转给丙酮酸生成丙氨酸,运输到肝中再分解成丙
第七章 氨基酸代谢 ·10· 上式中 PCHO 代表磷酸吡哆醛。 第三节 氨的代谢 机体内代谢产生的氨，以及消化道吸收来的氨进入血液，形成血氨。氨 具有毒性，脑组织对氨的作用尤为敏感。体内的氨主要在肝合成尿素而解毒。 因此，除门静脉血液外，体内血液中氨的浓度很低。正常人血浆中氨的浓度 一般不超过 0.60μmol/L(0.1mg/100ml)。严重肝病患者尿素合成功能降低，血 氨增高，引起脑功能紊乱，常与肝性脑病的发病有关。 一、体内氨的来源 (P308) 体内氨有三个主要的来源，即各组织器官中氨基酸及胺分解产生的氨、 肠道吸收的氨、以及肾小管上皮细胞分泌的氨。 1．氨基酸脱氨基以及胺、嘌呤、嘧啶的分解。其中氨基酸脱氨基作用产 生的氨是体内氨的主要来源。 2．肠道氨基酸和尿素的分解 肠道产氨的量较多，每日约 4g。肠内腐败作用增强时，氨的产量增多。 NH3 比 NH4+易于穿过细胞膜而被吸收；在碱性环境下，NH4 +偏向于转变成 NH3。因此肠道 pH 偏碱时，氨的吸收加强。临床上对高血氨病人采用弱酸性 透析液作结肠透析，而禁止用碱性肥皂水灌肠，就是为了减少氨的吸收。肠 道尿素经肠道细菌尿素酶水解也能产生的氨。 3．肾脏中谷氨酰胺的分解 谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的催化下水解成谷氨酸和 NH3，这部分氨分泌到 肾小管腔中主要与尿中的 H+结合成 NH4+，以铵盐的形式由尿排出体外，这对 调节机体的酸碱平衡起着重要作用。酸性尿有利于肾小管细胞中的氨扩散入 尿，但碱性尿则可妨碍肾小管细胞中 NH3 的分泌，此时氨被吸收入血，成为 血氨的另一个来源。 二、氨的转运 (P309) 氨是有毒物质。必须以无毒形式经血液运输到肝合成尿素或运至肾以铵 盐形式随尿排出体外。氨在血液中主要是以丙氨酸及谷氨酰胺两种形式运输 的。 （一）丙氨酸-葡萄糖循环 在肌肉中氨基酸的氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，运输到肝中再分解成丙
