1、氨基酸代谢,第 十 章,氨基酸(amino acids)是蛋白质(protein)的基本组成单位。蛋白质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。,蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein,第一节,一、 蛋白质营养的重要性,1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补,2. 参与形成体内的蛋白质,3. 氧化供能人体每日所需能量小部分由蛋白质提供。,二、蛋白质需要量和营养价值,1. 氮平衡(nitrogen balance)摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。,氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。,氮总平衡：摄入氮 = 排
2、出氮（正常成人）,氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）,氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）,氮平衡有以下三种情况,最低生理需要量：3050g/天,我国营养学会推荐的需要量：7080g/天 (正常成年人每天需要量),2. 生理需要量,蛋白质的营养价值：氮的保留量占氮的吸收量的百分数： 即N保留量N吸收量100若吸收的氮全部保留于体内： 即营养价值为100主要取决于必需氨基酸的种类、含量和比例是否与人体蛋白质的氨基酸组成接近。,3. 蛋白质的营养价值(nutrition value),常见食物的营养价值,苏缬亮异亮，还有赖与蛋，色苯属芳香，缺一人遭殃。,来写一两本淡色书,其余12
3、种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。其中精氨酸和组氨酸为半必需氨基酸,蛋白质的互补作用,指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。,谷 类 豆 类 Lys 较少 较多 Trp 较多 较少,第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败,一、 蛋白质的消化,蛋白质消化的生理意义,便于吸收。消除种属特异性和抗原性。,消化过程,（一）胃中的消化作用,（二）小肠中的消化小肠是蛋白质消化的主要部位。,1. 胰酶及其作用,胰酶是消化蛋白质的主要酶，由胰腺分泌，可分为:,内肽酶(endopeptidase)如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。,外肽酶(exopeptidase)如羧基肽酶(A
4、、B)、氨基肽酶。,3种内肽酶的作用,内肽酶从内部水解特定的肽键。要求是下列氨基酸的羧基形成的肽键：,氨基酸 +,蛋白水解酶作用示意图,2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用,肠液中酶原的激活,特定的部位发挥催化作用，免受自身消化。为酶的贮存形式。,酶原激活的意义,二、氨基酸与肽的吸收,吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收机制：耗能的主动吸收过程,氨基酸与肽吸收载体,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肽或三肽的载体,ADP+Pi,ATP,氨基酸,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,Na+依赖型氨基酸转运体(Na+-dependent
5、glucose transporter, SGLT),刷状缘,细胞内膜,-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用,-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过程：,谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成,三、 蛋白质的腐败作用,肠道细菌对未被消化和吸收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),（一）胺类(amines)的生成,鸟氨酸,腐胺,苯丙氨酸酪氨酸,肠菌,苯乙胺酪胺,肝脏,正常,解毒,肝病,-羟化酶,脑组织,苯乙醇胺 羟酪胺,假神经递质,肝性脑昏迷,胺类的
6、毒性（假神经递质学说）,假神经递质(false neurotransmitter),（二） 氨的生成,临床对高氨血症采用酸性灌肠。,（三）其它有害物质的生成,第三节氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,一、氨基酸代谢库(metabolic pool),外源性氨基酸与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。,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,定义指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。,脱氨基方式,氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基,二、氨基酸的脱氨基作用,（一）转氨基作用(transamination),1. 定义,大多数氨基酸可参
7、与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,来自于何种维生素？, 丙氨酸氨基转移酶(ALT) 或 谷丙转氨酶 (GPT), 天冬氨酸氨基转移酶(AST) 或 谷草转氨酶 (GOT),体内重要的转氨酶,磷酸吡哆醛,磷酸吡哆醛,正常人各组织GOT及GPT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。,AST,ALT,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。,通过此种方式并未产生游离的氨。,5. 转氨基作用的生理意义,（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用,存在于肝、脑、肾中辅酶为 NAD+ 或NADP+,催化
8、反应的酶： L-谷氨酸脱氢酶,L-谷氨酸,NH3,-酮戊二酸,NAD(P)+,NAD(P)H+H+,H2O,还有其他L-氨基酸氧化酶（活性低）和D-氨基酸氧化酶（活性高，分布广）,（三）联合脱氨基作用,两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。,2. 类型,转氨基偶联氧化脱氨基作用,1. 定义,转氨基偶联嘌呤核苷酸循环, 转氨基偶联氧化脱氨基作用,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。,主要在肝、肾组织进行。, 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,次黄嘌呤 核苷酸 (IMP),此种方式主要在肌肉组织进行。,（一）经氨基化生成非必需氨基酸,（二）转变成
9、糖及脂类,三、-酮酸的代谢,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,（三）氧化供能,-酮酸在体内可通过TAC 和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。,氨是机体正常代谢产物，具有毒性。体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。正常人血氨浓度一般不超过60mol/L。,四、氨的代谢,1、体内氨的来源,1. 氨基酸脱氨基作用：是主要来源。还有少量胺的氧化。2. 肠道吸收的氨：4g/日蛋白质的腐败作用肠
10、道尿素的水解,（一）血氨的来源与去路,肠道对氨的吸收与肠道pH有关：,3. 肾小管上皮细胞泌氨,在肝内合成尿素，这是主要的去路,合成非必需氨基酸及其它含氮化合物,在脑组织中合成谷氨酰胺，运输到肾,分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。,2.血氨的去路,（二）氨的转运,1. 丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle),反应过程,丙氨酸,葡萄糖,肌肉蛋白质,氨基酸,NH3,谷氨酸,-酮戊 二酸,丙酮酸,糖酵解途径,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,丙氨酸-葡萄糖循环,葡萄糖,2. 谷氨酰胺的运氨作用,
11、反应过程,部位：脑、肌肉,（三）尿素的生成,1.生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中。,2.生成过程,尿素生成的过程由Hans Krebs和Kurt Henseleit提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。,尿素的结构式,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,氨基甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨基甲酰转移
12、酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常与CPS-构成复合体。,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,精氨酸的合成,反应在胞液中进行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,精氨酸水解生成尿素,反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,3.反应小结,原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。,4.尿素生成的调节,1. 食物
13、蛋白质的影响,高蛋白膳食 合成,低蛋白膳食 合成,2. CPS-的调节：AGA、精氨酸为其激活剂,3. 尿素生成酶系的调节：,5.高氨血症和氨中毒,血氨浓度升高称高氨血症 (hyperammonemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。,高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)。,TAC ,脑供能不足,氨中毒的可能机制,脑内-酮戊二酸,五、氨基酸的脱羧基作用,氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。,胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭活。,（一）-氨基丁酸(-aminobutyric acid, GABA),GABA是抑制性神经递质，
14、对中枢神经有抑制作用。,（二）牛磺酸(taurine),牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分脑内具有抑制性递质作用,CO2,（三）组胺 (histamine),L-组氨酸,组胺,组氨酸脱羧酶,CO2,组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。,（四）5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-HT在脑内作为神经递质，起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。,（五）多胺(polyamines),鸟氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM ),脱羧基SAM,鸟氨酸脱羧酶,CO2,SAM脱羧酶,CO2,精脒 (spermidine),丙胺转移酶,
15、5-甲基-硫-腺苷,精胺 (spermine),多胺是调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。,第四节 氨基酸的特殊代谢,一、一碳单位的代谢,定义,（一）概述,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(one carbon unit)。,种类,甲基 (methyl),-CH3,甲烯基 (methylene),-CH2-,甲炔基 (methenyl),-CH=,甲酰基 (formyl),-CHO,亚胺甲基 (formimino),-CH=NH,（二）四氢叶酸是一碳单位的载体,FH4的生成,四氢叶酸（FH4）
16、,FH4携带一碳单位的形式,（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,（三）一碳单位与氨基酸代谢,（四）一碳单位的互相转变,N10CHOFH4,N5, N10=CHFH4,N5, N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H+,H2O,NADPH+H+,NADP+,NADH+H+,NAD+,NH3,（五）一碳单位的生理功能,作为合成嘌呤和嘧啶的原料为体内的甲基化反应间接提供甲基,二、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨
17、酸,（一）甲硫氨酸的代谢,1. 甲硫氨酸与转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基转移酶,RH,RHCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM为体内甲基的直接供体,2. 甲硫氨酸循环(methionine cycle),甲硫氨酸,S-腺苷同型 半胱氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,同型半胱氨酸,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,意义：提供甲基,SAM为活性蛋氨酸，SAM中的甲基为活性甲基。SAM是体内最重要的甲基供体。N5-CH3-FH4是甲基的间接供体。
18、转甲基酶的辅酶为Vit B12。,3.半胱氨酸参与形成谷胱甘肽,谷胱甘肽（GSH）是体内重要的抗氧化剂,4. 肌酸的合成,肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatine phosphate)是能量储存、利用的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。肌酸在肌酸激酶的作用下，转变为磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐(creatinine)。,+,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变,2,2. 硫酸根的代谢,含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。,PAPS为活性硫酸，是体内硫酸基的供体,三、芳香族
19、氨基酸的代谢,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,1. 苯丙氨酸羟化为酪氨酸,苯酮酸尿症(phenyl keronuria, PKU),体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。,PKU患者,智力低下，60%患儿有脑电图异常，头发细黄，皮肤色淡和虹膜淡黄色，惊厥，尿有“发霉”臭味或鼠尿味。,二碘酪氨酸,2.酪氨酸转变为甲状腺激素（T3、T4）,酪氨酸,一碘酪氨酸,二碘酪氨酸,碘化,甲状腺激素（T3、T4）的作用 1）促进糖、脂和蛋白质代谢以及能量代谢 2）促进机体生长、发育（尤其脑
20、和长骨） 婴幼儿缺乏甲状腺激素： 影响中枢神经系统发育 和长骨生长,呆小症,3.酪氨酸转变为黑色素,皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色，瞳孔淡红，虹膜淡灰或淡红，半透明视网膜缺乏色素。,白化病,4.酪氨酸转变为儿茶酚胺,儿茶酚胺（catecholamines, CAs）,（DOPA）,（DA）,（NE）,（E）,5.酪氨酸的氧化分解,6.色氨酸代谢,色氨酸,5-羟色胺,一碳单位,丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA,维生素 PP,苯丙氨酸、酪氨酸代谢小结,四、支链氨基酸代谢,包括Val、Leu、Ile。均为必需氨基酸。其分解代谢主要在骨骼肌中进行。,与槭糖尿病和肝性脑昏迷有关,氨基酸的重要含氮衍生物,+ NO,+ O2,NADPH+H+ NADP+,一氧化氮合酶（NOS）,精氨酸,瓜氨酸,一氧化氮,
