9氨基酸代谢

第九章氨基酸代谢Chapter9MetabolismofAminoAcids氨基酸（aminoacids)是蛋白质(protein)的基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。本章主要讨论氨基酸的分解代谢。本章要求熟悉蛋白质消化酶的特点；了解氨基酸的吸收、蛋白质的腐败作用。掌握氨基酸的一般代谢、转氨基作用、联合脱氨基作用；掌握生糖氨基酸、生酮氨基酸及生糖兼生酮氨基酸的概念；熟悉α-酮酸的代谢。掌握体内氨的来源、转运及尿素的生成。了解尿素合成的调节。掌握血氨的来源与去路；了解高血氨症与氨中毒。熟悉γ-氨基丁酸、牛磺酸、组胺、5-羟色胺的来源。掌握一碳单位的概念、运载体及一碳单位的生理功能。熟悉S-腺苷甲硫氨酸（SAM）生成及甲硫氨酸循环反应。熟悉合成肌酸的氨基酸前体、PAPS的生成。了解儿茶酚胺的生成过程、苯酮酸尿症。第一节蛋白质的营养作用Section1NutritionalFunctionofProtein一、蛋白质营养的重要性1.是构成组织细胞的重要成分。2.参与组织细胞的更新和修补。3.参与物质代谢及生理功能的调控。4.氧化供能，可占所需能量的18%。5.其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关。二、蛋白质的需要量和营养价值人体每日须分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。（一）氮平衡体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogenbalance)。1．氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。氮平衡的类型2．氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。3．氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。根据计算，正常成人每日最低分解约20g蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，故每日食物蛋白质的最低需要量为30~50g。为了长期保持氮总平衡，正常成人每日蛋白质的生理需要量应为80g。（二）生理需要量体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为营养必需氨基酸(essentialaminoacid)。体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸(non-essentialaminoacid)。（三）必需氨基酸必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、甲硫氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。MetTrpLysValIleLeuPheThr“假设来借一两本书”由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸必需以甲硫氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。蛋白质的营养价值及互补作用决定蛋白质营养价值高低的因素有：①必需氨基酸的含量；②必需氨基酸的种类；③必需氨基酸的比例，即具有与人体需求相符的氨基酸组成。将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补作用。例如，谷类蛋白质含Lys较少而Trp较多，而豆类蛋白质含Trp较少而Lys较多，二者混合后食用，即可提高营养价值。第二节蛋白质的消化、吸收与腐败Section2Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins一、蛋白质的消化胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)（一）胃中的消化（二）小肠中的消化有两种类型的消化酶：⑴肽链外切酶(exopeptidase)：如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等；⑵肽链内切酶(endopeptidase)：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。产生的寡肽再经寡肽酶(oligopeptidase)，如氨基肽酶及二肽酶等的作用，水解为氨基酸。95%的食物蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。胰蛋白酶原肠激酶胰蛋白酶糜蛋白酶原糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶羧基肽酶原A及B羧基肽酶A及BH2NCHR1CONHCHR2NHCHR3CONHCHR4CONHCHR5CONHCHR6COOH氨基肽酶内肽酶羧基肽酶二、氨基酸的吸收（一）氨基酸吸收载体氨基酸的吸收主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊的氨基酸载体携带。转运氨基酸进入细胞时，同时转运入Na+。载体类型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（二）-谷氨酰基循环由-谷氨酰基转移酶催化，利用GSH，合成-谷氨酰氨基酸进行转运吸收，消耗的GSH可重新再合成。-谷氨酰基循环半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶-谷氨酸环化转移酶氨基酸H2NCHCOOHR5-氧脯氨酸谷氨酸5-氧脯氨酸酶ATPADP+Pi-谷氨酰半胱氨酸-谷氨酰半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶ATPADP+Pi谷胱甘肽GSH细胞外γ-谷氨酰基转移酶细胞膜细胞内CHH2NCOOHR氨基酸COOHCHNH2CH2CH2CONHCHCOOHR-谷氨酰氨基酸（三）肽的吸收利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系进行吸收，也是一种耗能的主动吸收过程。三、蛋白质的腐败作用蛋白质的腐败分解作用（putrefaction）主要在大肠中进行，是指细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用。腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱羧、脱氨、脱巯基等反应。可产生有毒物质，如胺类（腐胺、尸胺、酪胺），酚类，吲哚类，氨及硫化氢等。这些有毒物质被吸收后，由肝进行解毒。第三节氨基酸的一般代谢Section3GeneralMetabolismofAminoAcids人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。成人每天约有1%~2%的体内蛋白质被降解。一、体内蛋白质的转换更新（一）体内蛋白质的降解真核细胞中存在两条不同的降解途径：1.不依赖ATP的降解途径：在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。在胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与。泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。2.依赖ATP和泛素的降解途径：⑴蛋白质的泛素化(ubiquitination)：泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后者活化。泛素介导的蛋白质降解过程蛋白质的泛素化过程E1：泛素活化酶E2：泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关⑵蛋白酶体的降解：泛素化的蛋白质与多种蛋白质构成蛋白酶体(proteasome)，使蛋白质降解。（二）氨基酸代谢库食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolicpool)。肌肉50%肝脏10%肾脏4%血浆1-6%氨基酸代谢库的来源与去路氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收组织蛋白质分解非必需氨基酸合成合成蛋白质和多肽脱氨基作用脱羧基作用转变为其他含氮物氨基酸的分解代谢概况特殊分解代谢→特殊侧链的分解代谢一般分解代谢脱羧基作用→脱氨基作用→CO2胺NH3-酮酸二、氨基酸的脱氨基作用氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨基，联合脱氨基和非氧化脱氨基。在这三种脱氨基作用中，以联合脱氨基作用最为重要；而非氧化脱氨基作用则主要见于微生物中。（一）转氨基作用转氨基作用由转氨酶(transaminase)催化，将-氨基酸的氨基转移到-酮酸酮基的位置上，生成相应的-氨基酸，而原来的-氨基酸则转变为相应的-酮酸。R’-CH-COOHR”-C-COOHNH2OR’-C-COOHR”-CH-COOHONH2转氨酶转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。除Lys，Pro外，均可参加转氨基作用。各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。转氨酶的辅酶及其作用机制分子重排-H2O+H2O-H2O+H2O⑴丙氨酸氨基转移酶（alaninetransaminase,ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）：ALT催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。ALT在肝中活性较高，在肝的疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。重要的转氨酶丙氨酸+-酮戊二酸ALT丙酮酸+谷氨酸⑵天冬氨酸氨基转移酶（aspartatetransaminase,AST），又称为谷草转氨酶（GOT）：AST催化天冬氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。AST在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。天冬氨酸+-酮戊二酸草酰乙酸+谷氨酸AST（二）氧化脱氨基作用氧化脱氨基包括脱氢和水解两步反应。其中，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。R-CH-COOHNH22HR-C-COOH+NH3OH2OR-C-COOHNH酶催化氧化脱氨基的酶1.L-氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)：是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。2.L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamatedehydrogenase)：是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链经氧化磷酸化产生ATP。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大；该酶属于变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。（三）联合脱氨基作用转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为-酮酸(-ketoacid)的过程，称为联合脱氨基作用。联合脱氨基作用可在肝、肾等大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。联合脱氨基作用（四）嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle,PNC）是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。人卫版，第七版三、-酮酸的代谢（一）再氨基化为氨基酸。（二）转变为糖或脂：1.生糖氨基酸:Pro,Arg,Ala,Asp,Met,Ser,Asn,Cys,Thr,Glu,Gly,Gln,Val,Ile,His,Phe，Tyr，2.生酮氨基酸：Leu，Lys，Trp。3.生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr,Ile,Ser。（三）氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。第四节氨的代谢Section4MetabolismofAmmonia氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝性脑病的发病有关。正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过0.60mol/L。体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在肝合成尿素而解毒。血氨肠道吸收氨基酸脱氨酰胺水解其他含氮物分解合成尿素合成氨基酸合成酰胺合成其他含氮物直接排出氨是强烈的神经毒剂若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累α酮戊二酸大量转化NADPH大量消耗三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。三羧酸循环丙酮酸α酮戊二酸氨中毒原理L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2OCOO(CH2)2OCCOONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-酮戊二酸COO(CH2)2CHNH3COO+一、血氨的来源与去路血氨肠道吸收氨基酸脱氨酰胺水解其