1、第 九章,氨基酸代谢 Metabolism of amino acid,主要内容,一、 蛋白质的营养作用 二、 蛋白质的消化、吸收与腐败 三、 氨基酸的一般代谢 四、 氨的代谢 五、 个别氨基酸的代谢,第一节 蛋白质的营养作用,一 、蛋白质的生理功能,组织细胞的构件物质，维持细胞组织的生长、更新和修补,* 参与多种重要的生理活动(如酶、激素),* 氧化供能（17.9KJ/g Pr）,* 可转化为糖和脂肪等,* 氨基酸是各种含氮化合物的原料,二、蛋白质的需要量和营养价值,*总氮平衡：摄入氮=排出氮 （蛋白质分解与合成处于平衡）如成人,*正氮平衡：摄入氮排出氮 （蛋白质合成量多于分解量）如儿童、孕
2、妇,*负氮平衡：摄入氮排出氮（蛋白质分解量多于合成量）如饥饿、消耗性疾病,（一）氮平衡,（二） 生理需要量,2.最低生理需要量 成人每日最低需要量: 30g/d50g/d,我国营养学会推荐的 成人每日需要量: 80g/d,1.每天最低分解量 成人每日最低分解量约为20g/d蛋白质。,蛋白质营养的评价,评定标准： 食物蛋白质的含量； 蛋白质的消化率； 蛋白质的利用率。,（三）蛋白质的营养价值,或,*必需氨基酸：,体内需要而又不能自身合成，必须由食物 供应的氨基酸,Val 缬氨酸、 Ile异亮氨酸、 Leu亮氨酸、 Phe苯丙氨酸、 Met蛋氨酸或甲硫氨酸、 Trp色氨酸 、 Thr苏氨酸、 Ly
3、s赖氨酸,“借 一 两 本 单 色 书 来”,“笨蛋来宿舍借凉椅”,*半必需氨基酸：酪氨酸和半胱氨酸（可由苯丙和蛋氨酸合成）,*非必需氨基酸：（特点：体内可合成）,*蛋白质的互补作用：,指营养价值较低的蛋白质混合食用，必需 氨基酸互相补充从而提高营养价值,谷类蛋白质含赖氨酸较少而含色氨酸较多， 豆类蛋白质含赖氨酸较多而含色氨酸较少，,两者混合食用可提高营养价值,*婴儿期组氨酸也是必需的,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败,一、蛋白质的消化,内肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、弹性蛋白酶（水解蛋白质内部肽键）,外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶（从肽键两端开始水解）,1 主要的酶类：,据水解肽键部位的不同分为两类
4、：,（1）胃中消化,2 消化的部位：,*酶原的激活,*水解,内肽酶 胰蛋白酶 糜蛋白酶弹性蛋白酶,（2）小肠内消化（主要部位）,主要的酶类：,外肽酶 羧基肽酶A羧基肽酶B,蛋白水解酶作用示意图,氨基肽酶,内肽酶,羧基肽酶,氨基酸 +,氨基酸,二肽酶,二、 氨基酸的吸收,1 主要部位：小肠,（1）氨基酸吸收载体,*碱性氨基酸运载蛋白,*酸性氨基酸运载蛋白,*亚氨基酸运载蛋白,（2）-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,2 吸收机制,*中性氨基酸运载蛋白（主）,（3）肽的吸收,氨基酸进入组织细胞的需钠主动转运机制,ADP+Pi,ATP,K+,K+,Na+,Na+,外,膜,内,谷胱 甘肽,半胱氨酰甘氨酸
5、,-谷氨酸 环化酶,5-氧脯 氨酸,谷胱甘肽 合成酶,-谷氨酰 半胱氨酸 合成酶,5-氧脯 氨酸酶,细胞膜,细胞内,细 胞 外,-谷氨酰基循环,氨 基 酸,-谷氨酰 氨基酸,ADP+Pi,三、蛋白质在肠道发生腐败作用,肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的作用。,腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。,蛋白质的腐败作用(putrefaction),1.胺的生成（组胺、酪胺等）,假神经递质(false neurotransmitter),某些物质结构(如苯乙醇胺，-羟酪胺）与神经递质（如儿茶酚胺）结构相似，可取代正常神经递质从而影
6、响脑功能，称假神经递质。,多巴胺,肾上腺素,腺苷同型半胱氨酸,2 肠道氨的生成（肠道氨的两种主要来源）,*氨基酸脱氨,*尿素水解,肠菌尿素酶,血中尿素,氨的吸收主要在结肠， 其受肠腔pH的影响， 降低结肠的pH，可减 少肠道氨的吸收,2 肠道氨的生成,3.腐败作用产生其它有害物质,正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。,第三节 氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,一、体内蛋白质分解生成氨基酸,成人体内的蛋白质每天约有1%2%被降解，主要是肌肉蛋白质。蛋白质降解产生的氨基酸，大约70
7、%80%被重新利用合成新的蛋白质。,蛋白质的半寿期(half-life),蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示。,蛋白质以不同的速率进行降解,不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。,真核生物中蛋白质的降解有两条途径,不依赖ATP 利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白, 依赖泛素(ubiquitin)的降解过程, 溶酶体内降解过程,依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白,The Nobel Prize in Chemistry 2004(2004-10-6公布),“for the discovery of ubiquitin-m
8、ediated protein degradation“,泛素,76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守,泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活,即泛素化，包括三种酶参与的3步反应，并需消耗ATP。 蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解。,泛素介导的蛋白质降解过程,泛素化过程,E1：泛素激活酶,E2：泛素结合酶,E3：泛素蛋白连接酶,UB：泛素,Pr：被降解蛋白质,泛素介导的蛋白质降解过程：,如基因表达、细胞增殖、炎症反应、诱发癌瘤（促进抑癌蛋白P53降解）,体内蛋白质降解参与多种生理、病理调节作用,二、氨基酸代谢概况：,三、
9、氨基酸的脱氨基作用,氨基酸,1 氧化脱氨基作用（特点：有氨生成）,亚氨基酸,氨基酸氧化脱氨的主要酶：,* L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏，辅基为FMN）,* D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少，辅基为FAD）,* L-谷氨酸脱氢酶活性强，分布于肝、肾及脑组织为变构酶，GTP、ATP为其抑制剂， GDP、ADP为其激活剂；辅酶为NAD+ 或NADP+专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反应可逆,+ NH3,-酮戊二酸,L-谷氨酸脱氢酶,转氨基作用(transamination),转氨基作用由转氨酶催化完成,在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相应
10、的-酮酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。,2. 转氨基作用,转氨酶,+,大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,（1）转氨酶（其辅酶为磷酸吡哆醛）,*丙氨酸氨基转移酶（ALT）,又称谷丙转氨酶（GPT）,临床意义：急性肝炎患者血清ALT升高,*天冬氨酸氨基转移酶（AST）又称谷草转氨酶(GOT),临床意义：心肌梗患者血清AST升高,正常人各组织中GPT及GOT 活性 (单位/克湿组织),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。,（2）转氨基作用机制,氨基酸,磷酸吡哆胺,分子重排,Schiffs碱异构体,特点：,生理意义：,接受氨基的主要酮
11、酸有：,转氨基作用,* 只有氨基的转移，没有氨的生成,* 催化的反应可逆,* 其辅酶都是磷酸吡哆醛,是体内合成非必氨基酸的重要途径,*丙酮酸*-酮戊二酸*草酰乙酸,转氨酶,3. 联合脱氨基作用,转氨基作用和谷氨酸氧化脱氨基作用的联合,-酮戊二酸,+ NAD+,谷氨酸脱氢酶,+ NADH+H+,氨基酸,-酮酸,谷氨酸,特点：有氨生成，反应过程可逆,骨骼肌和心肌组织主要由该途径脱氨,4. 嘌呤核苷酸循环联合脱氨反应,生理意义：*体内合成非必需氨基酸的主要途径* 肝、肾等组织主要脱氨途径,3. 联合脱氨基作用,-酮酸,草酰乙酸,嘌呤核苷酸循环（1）,氨基酸,-酮戊二酸,AST,嘌呤核苷酸循环(2),
12、延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,转氨基作用,四、-酮酸的代谢,2. 经三羧酸循环氧化供能,1. 经氨基化生成非必需氨基酸,3. 转变为糖及脂类,生糖氨基酸：甘、丝、丙等多种氨基酸,生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸,生酮兼生糖氨基酸：异亮、苯丙、酪、苏、色,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,第四节 氨的代谢,一、 体内氨的来源,*来源：氨基酸脱氨（主）,从肠道吸收的氨,肾脏产生的氨（主要来自谷氨酰胺分解的氨）,该部分氨分泌到肾小管腔中主要与尿中的H+结合 成铵盐由尿排出，当尿pH升高时，分泌受阻， 被吸收入血。,肝功能严重障碍的病人，不宜使用碱性利尿药，以免血氨升高。,氨的去路：,合成尿素排出（主）,与谷氨酸合
13、成谷氨酰胺,合成非必需氨基酸及含氮物,经肾脏以铵盐形式排出,二、 氨的转运,1. 丙氨酸-葡萄糖循环,丙氨酸,葡萄糖,2. 谷氨酰胺的运氨作用,L-谷氨酸,谷氨酰胺,(脑、肌肉),(肝、肾),尿素、铵盐等,临床上用谷氨酸盐 降低血氨,谷氨酰胺,谷氨酸,Asp,Asn,NH3,天冬酰胺酶,白血病细胞不能,临床上用此酶分解血 的Asn治疗白血病,三、 尿素的生成,（一） 尿素合成的主要器官：肝脏,瓜氨酸,2分子氨与1分子 CO2结合生成1分 子尿素及1分子水,（二） 尿素合成的鸟氨酸循环,尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环,（三） 鸟氨酸循环的详细步骤,CO2
14、+ NH3+ H2O,氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-）,2ATP,2ADP+Pi,1. 氨基甲酰磷酸的合成（反应部位：线粒体）,N-乙酰谷氨酸是CPS- I的变构激活剂,2. 瓜氨酸的合成,鸟氨酸,+ H3PO4,瓜氨酸,反应部位：线粒体,3. 精氨酸的合成-1（反应部位：胞液）,*天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,3. 精氨酸的合成-2,精氨酸,4. 精氨酸水解为尿素,NH3 + CO2 + H2O,氨基甲酰磷酸,精氨酸代琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,-酮戊二酸,线粒体,胞液,鸟氨酸循环的全过程,（四）尿素合成的调节,1. 食物蛋白的影响 高蛋白膳食时尿素合成速度加快，且排出的含氮物中尿素占90%,3.
15、 精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶，可调节尿素的合成。,2. CPS- 的调节 精氨酸激活AGA合成酶，促进AGA的合成，AGA激活CPS-，尿素合成加快,尿素合成小结,主要器官：肝脏, CO2 2NH3（其中1分子来自于天冬氨酸*） 4ATP,生理意义：是体内氨的主要去路, 解氨毒的重要途径。,总反应方程式：,原料：合成1分子尿素需：,2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O,限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶,(四) 高血氨症与肝昏迷,* 血氨正常参考值：5.5465mol/L,*引起高血氨症主要原因：肝功能严重损伤，尿素合成障碍,*降低血氨的措施：限制蛋白进食量，给肠道抑菌药物，给
16、谷氨酸使其与氨结合为GLn,一、氨基酸的脱羧基作用,1. -氨基丁酸（GABA）,功能：为一种抑制性神经递质，对中枢神经系统有抑制作用。,GABA,第五节 个别氨基酸的代谢,氨基酸脱羧酶其辅 酶为磷酸吡哆 醛,功能： *扩张血管、降低血压 *刺激胃酸分泌,组胺,L-组氨酸,2. 组胺,3. 牛磺酸,功能：结合胆汁酸的重要组成成分,L-半胱氨酸,牛磺酸,4. 5-羟色胺（5-HT）,功能：*脑中的5-HT是一种抑制性神经递质* 外周组织的5-HT有收缩血管的作用,色氨酸,5-HT,5. 多胺,*腐胺 *精脒（亚精胺） *精胺,定义：分子中含有2个以上氨基的胺类物质,功能：*调节细胞增长，促进细胞
17、增殖。*血尿中多胺的水平可作为癌瘤病的辅助诊断及观察病情变化的指标,5. 多胺,鸟氨酸,种类： * 甲基（-CH3）* 亚甲基（-CH2- 甲烯基）* 次甲基（=CH- 甲炔基）* 甲酰基（-CHO）* 亚氨甲基（-CH=NH）,特点：不能游离存在，以四氢叶酸为载体参与反应。,一碳单位的载体（四氢叶酸,FH4）,2. 一碳单位与四氢叶酸,四氢叶酸的结构,一碳单位与四氢叶酸的结合形式：,N5N10-亚甲基四氢叶酸（N5，N10-CH2-FH4）,（R）,N5N10-次甲基四氢叶酸（N5，N10=CH-FH4）,N10-甲酰四氢叶酸 （N10-CHO-FH4）,一碳单位与四氢叶酸的结合形式：,N5
18、-亚氨基甲基四氢叶酸（N5-CH=NH-FH4）,一碳单位与四氢叶酸的结合形式：,（R）,3. 一碳单位与氨基酸代谢,+ FH4,丝氨酸,3. 一碳单位的产生,+ CO2+ NH3,3. 一碳单位的产生,组氨酸,一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色胺酸的分解代谢,4.一碳单位的相互转变,N5，N10-CH2-FH4,（N5N10-亚甲基四氢叶酸）,NAD+,NADH+H+,5.一碳单位的生理功用,* 参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。,将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。,* 一碳单位代谢障碍会影响DNA、蛋白质的合成，引起巨幼红细胞性贫血。,* 磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响一碳单位代
19、谢及核苷酸合成而发挥药理作用。,*参与许多物质的甲基化过程。,三、含硫氨基酸的代谢是相互联系的,胱氨酸,甲硫氨酸（蛋氨酸）,半胱氨酸,1. 甲硫氨酸的代谢（1）甲硫氨酸与转甲基作用,R (腺嘌呤）,蛋氨酸,重要的转甲基作用的受体及产物 ,甲基受体 甲基化产物 甲基受体 甲基化产物 ,去甲肾上腺素 肾上腺素 RNA 甲基化的RNA 胍乙酸 肌酸 DNA 甲基化的DNA 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰胆碱 蛋白质 甲基化的蛋白质 ,( 2) 蛋氨酸循环,蛋氨酸,ATP,H2O,腺苷,同型半胱氨酸,RH,* 使N5-CH2FH4释出-CH3重新变成游离的FH4，继续运载一碳单位。,蛋氨酸循环的生理意义：,N5
20、-CH3-FH4转甲基酶的辅酶为维生素B12，当维生素 B12缺乏时，影响四氢叶酸的再生，一碳单位转运受 阻，导致核酸合成障碍，可产生巨幼红细胞性贫血。,* 减少蛋氨酸的净消耗，重复利用以满足机体对甲基化的供体的需要。,蛋氨酸循环小结,（3）肌酸的合成,（3）肌酸的合成,肌酸,磷酸肌酸,PO3H2,肌酸酐,2. 半胱氨酸与胱氨酸的代谢 （1）半胱氨酸与胱氨酸的互变,+ 2H,ATP + SO4-,2. 半胱氨酸与胱氨酸的代谢,（2）硫酸根的代谢,PAPS是活性硫酸根，参与转硫酸基反应,谷氨酸 + 半胱氨酸, -谷氨酰半胱氨酸,谷胱甘肽（GSH）,生成：,* 2GSH + 2Hb-Fe3+,2G
21、SH + H2O2,* 作为抗氧化剂，维持酶-SH的还原性和膜的完整性,* 参与生物转化,* 参与氨基酸转运,四、芳香族氨基酸代谢,苯丙氨酸羟化酶,1.苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,苯丙氨酸,（1）儿茶酚胺与黑色素的合成,酪氨酸,多巴,多巴胺,多巴胺,肾上腺素,腺苷同型半胱氨酸,酪氨酸合成黑色素,（2）酪氨酸的分解代谢,酪氨酸,皮肤、毛发等的黑色素由酪氨酸通过酪氨酸酶催化生 成。人体缺乏此酶，则黑色素合成障碍，导致白化病。,延胡索酸 + 乙酰乙酸,（生糖兼生酮）,（3）苯丙酮酸尿症,苯丙氨酸,苯乙酰谷氨酰胺,先天性缺少苯 丙氨酸羟化酶,苯丙酮酸的堆积对中枢神经系统有毒性，导致患儿智力发育障碍,2.色氨酸的分解代谢可产生丙酮酸和乙酰乙酰CoA,色氨酸,5-羟色胺,一碳单位,丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA,维生素 PP,五、支链氨基酸的代谢,缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸,生糖氨基酸,生糖兼生酮氨基酸,生酮氨基酸,氨基酸的重要含氮衍生物,
