《生物化学与分子生物学》氨基酸代谢学生.docx
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《生物化学与分子生物学》氨基酸代谢学生
《生物化学与分子生物学》氨基酸代谢（学生）
Chapter9
氨基酸代谢
MetabolismofAminoAcid
生物化学与分子生物学教研室
1
P196
第一节
蛋白质的生理功能和营养价值
PhysiologicalFunctionandNutritionValueofProtein
3
P196
一、体内蛋白质具有多方面的重要功能1.维持组织细胞的生长、更新和修补2.参与体内多种重要的生理活动
催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。
3.氧化供能
人体每日18%能量由蛋白质提供。
4
P196
二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述
（一）氮平衡（nitrogenbalance）摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。
氮总平衡：
摄入氮=排出氮（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）?
氮平衡的意义：
可以反映体内蛋白质代谢的概况。
5
（二）生理需要量成人每日最低蛋白质需要量为30～50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。
6
P197
三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值1、必需氨基酸（essentialaminoacid）体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸。
必需氨基酸（8种）：
缬异亮亮苯丙蛋色苏赖Val、Ile、Leu、Phe、Met、Trp、Thr、Lys携一两本淡色书来
7
?
其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸
2、蛋白质的营养价值（nutritionvalue）蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，取决于必需氨基酸的种类、数量、比例。
3、蛋白质的互补作用将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。
8
P197
第二节蛋白质的消化、吸收与腐败
Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins
9
P197
一、外源性蛋白质消化成寡肽和氨基酸后被吸收
食物
淀粉脂肪蛋白质
蛋白酶
氨基酸
（一）在胃和肠道蛋白质被消化成寡肽和氨基酸
?
蛋白质消化的生理意义
?
由大分子转变为小分子，便于吸收。
?
消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。
10
1、蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸
胃蛋白酶原
（pepsinogen）胃酸、胃蛋白酶
胃蛋白酶+多肽碎片
（pepsin）
?
胃蛋白酶的最适pH为1.5～2.5，对蛋白质肽键作用特异性差，主要水解由芳香族氨基酸、蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键，产物主要为多肽及少量氨基酸。
?
胃蛋白酶的凝乳作用：
使乳汁中的酪蛋白（casein）与Ca2+形成乳凝块，在胃停留时间延长，利于消化。
11
2、蛋白质在小肠中被水解成小肽和氨基酸
——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，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。
?
内肽酶（endopeptidase）水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。
?
外肽酶（exopeptidase）自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶（A、B）、氨基肽酶。
12
P198
蛋白水解酶作用示意图
氨基肽酶内肽酶羧基肽酶
二肽酶氨基酸+氨基酸
13
P198
肠液中酶原的激活:
胰蛋白酶原
肠激酶（enterokinase）
胰蛋白酶（trypsin）
胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）羧基肽酶原（A或B）弹性蛋白酶原弹性蛋白酶（elastase）
羧基肽酶（A或B）（carboxypeptidase）
14
酶原激活的意义:
?
可保护胰腺组织免受蛋白酶的自身消化作用?
保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用?
酶原可视为酶的贮存形式
15
（2）小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用主要是寡肽酶（oligopeptidase）的作用，例如氨基肽酶（aminopeptidase）及二肽酶（dipeptidase）等，最终产物为氨基酸。
16
P198
（二）氨基酸通过主动转运过程被吸收
?
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
17
1、通过转运蛋白完成氨基酸和小肽的吸收
载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。
中性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白亚氨基酸转运蛋白β氨基酸转运蛋白二肽转运蛋白三肽转运蛋白小肠黏膜细胞肾小管细胞肌细胞
载体类型
同一载体上不同氨基酸之间有竞争
18
P199
2、通过γ-谷氨酰基循环完成氨基酸的吸收（γ-glutamylcycle）
通过GSH的代谢作用将氨基酸吸收和转运的过程此循环由Meister提出，故又称Meister循环
?
过程
（1）谷胱甘肽转运氨基酸循环
（2）谷胱甘肽的再合成
19
细胞膜细胞外细胞内
COOHCHNH2CH2CH2CO
半胱氨酰甘氨酸（Cys-Gly）5-氧脯氨酸二肽酶谷胱甘肽甘氨酸GSH谷胱甘肽合成酶半胱氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶5-氧脯氨酸酶γ-谷氨酰氨基酸
P199图9-3
氨基酸
COOH
γ-谷氨酸环化转移酶
COOHNHCHR
H2NCHR
COOHH2NCHR
氨基酸
γ-谷氨酰基转移酶
ATPADP+Pi
谷氨酸ATPADP+Pi
20
ADP+PiATP
γ-谷氨酰半胱氨酸
γ-谷氨酰基循环
?
γ-谷氨酰基循环
（1）γ-GT（γ-谷氨酰基转移酶）位于细胞膜上,其余酶均在胞液中。
（2）小肠粘膜、肾小管细胞、脑组织均可进行。
（3）通过GSH（谷胱甘肽）起作用。
（4）每转运1分子氨基酸，消耗3ATP。
21
P199
二、未消化吸收蛋白质在大肠下段发生腐败作用
?
概念：
肠道细菌对未被消化的蛋白质及未被
吸收的氨基酸进行的分解代谢过程称为腐败作用（putrefaction）。
细菌
脱氨脱羧
NH3
未消化蛋白质未吸收的消化产物
胺
碳链降解其它有害物质少量可利用物质
22
（一）肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类蛋白质蛋白酶组氨酸色氨酸酪氨酸赖氨酸苯丙氨酸氨基酸脱羧基作用组胺色胺酪胺尸胺苯乙胺
23
胺类
?
假神经递质（falseneurotransmitter）某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。
CH2NH2CH2
CH2NH2HCOH
CH2NH2CH2H
CH2NH2COH
苯乙胺
苯乙醇胺
OH
酪胺
OHβ-羟酪胺
?
β-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。
24
P200
（二）肠道细菌通过脱氨基作用产生氨
未被吸收的氨基酸肠道细菌脱氨基作用氨（ammonia）渗入肠道的尿素尿素酶
?
降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。
25
P200
（三）腐败作用产生其它有害物质
酪氨酸半胱氨酸色氨酸?
大部分排泄?
少量重吸收由肝转化解毒
26
苯酚硫化氢吲哚
P200
第三节氨基酸的一般代谢
GeneralMetabolismofAminoAcids
27
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%~80%被重新利用合成新的蛋白质
28
（一）蛋白质以不同的速率进行降解
?
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。
?
不同的蛋白质降解速率不同，降解速率
随生理需要而变化。
29
P201
（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径1、蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解?
不依赖ATP和泛素；?
利用溶酶体中的组织蛋白酶（cathepsin）降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。
30
2、蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解?
依赖ATP和泛素?
降解异常蛋白和短寿蛋白质
?
泛素（ubiquitin）
?
76个氨基酸组成的多肽（8.5kD）?
普遍存在于真核生物而得名?
一级结构高度保守
31
?
泛素介导的蛋白质降解过程包括两个阶段：
?
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。
32
泛素
OATPCO-+HS-E1OHS-E2CSE1
AMP+PPi
泛素HS-E1泛素O泛素
OCSE1
泛素
OCSE2
泛素
被降解O蛋白质CSE2
HS-E2E3
CNH被降解蛋白质
E1：
泛素激活酶E2：
泛素结合酶E3：
泛素蛋白连接酶
泛素化过程
33
?
泛素介导的蛋白质降解过程：
34
P202
二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库
?
氨基酸代谢库（metabolicpool）食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（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。
35
P202图9-5
?
氨基酸代谢概况：
食物消化吸收蛋白质
血液氨基酸氨
非必需氨基酸脱氨基作用α-酮酸糖或脂类CO2+H2O尿素NH3脱羧基作用代谢转变谷氨酰胺其它含氮物质胺类+CO2嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物
36
组织蛋白质
分解合成
组织氨基酸
基酸代谢库
P202
三．氨基酸分解先脱氨基
定义指氨基酸脱去氨基生成相应α-酮酸的过程?
最主要的反应?
存在于大多数组织中?
脱氨基方式：
转氨基作用L-谷氨酸氧化脱氨基联合脱氨基嘌呤核苷酸循环氨基酸氧化酶催化脱氨基
37
P203
（一）氨基酸通过转氨基作用脱去氨基
1、转氨基作用由转氨酶催化完成转氨基作用（transamination）定义是指在转氨酶（transaminase）的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。
38
P203
转氨基过程如下
R1R2H-C-NH2+C=OCOOHCOOH氨基酸-1α-酮酸-2转氨酶R1R2C=O+HCNH2COOHCOOHα-酮酸-1氨基酸-2
Lys、Thr、Pro、羟脯氨酸不参与此反应
39
P203
转氨酶的专一性强，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-谷氨酸和α-酮酸的转氨酶最为重要。
如：
丙氨酸氨基转移酶（ALT，又称谷丙转氨酶，GPT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST，又称谷草转氨酶，GOT）。
40
P203
谷氨酸+丙酮酸
ALT
α-酮戊二酸+丙氨酸
临床意义：
ALT在肝组织含量高，急性肝炎患者血清ALT升高。
谷氨酸+草酰乙酸ASTα-酮戊二酸+天冬氨酸
临床意义：
AST在心肌组织含量较高,心肌梗死患者血清AST可升高。
41
COOH（CH2）2CHNH2COOH谷氨酸+
CH3C=OCOOH丙酮酸
COOHALT（CH2）2C=OCOOHα-酮戊二酸+
CH3CHNH2COOH丙氨酸
COOH（CH2）2CHNH2COOH谷氨酸+
COOHCH2C=OCOOH草酰乙酸AST
COOH（CH2）2C=OCOOHα-酮戊二酸+
COOHCH2CHNH2COOH天冬氨酸
42
P203
正常人各组织中ALT及AST活性（单位/克湿组织）
组织肝肾心骨骼肌ALTAST组织胰腺脾肺血清ALTAST
4400014200019000710091000156000
200028000120014000700161000020
480099000
?
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。
43
P203
2、各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制
转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸磷酸吡哆醛转氨酶α-酮酸磷酸吡哆胺α-酮戊二酸
44
谷氨酸
P204
+H2O
-H2O
+H2O-H2O
45
3、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。
?
只有氨基的转移，没有游离氨的生成?
催化的反应可逆接受氨基的α-酮酸主要有α-酮戊二酸草酰乙酸丙酮酸
46
氨基酸与脱氨基后对应的α-酮酸
丙氨酸
CH3HCNH2COOHCH3C=O丙酮酸COOHCOOHCH2C=O草酰乙酸COOHCOOH（CH2）2α-酮戊二酸C=OCOOH
47
COOHCH2天冬氨酸HCNH2COOHCOOH（CH2）2HCNH2COOH
谷氨酸
P204
（二）L-谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基?
作用过程
NH2CH（CH2）2
NAD（P）+NAD（P）H+H+NH
COOHCCOOH
H2O
OCCOOH
+
NH3
L-谷氨酸脱氢酶COOH（CH2）2
COOH
（CH2）2COOH
L-谷氨酸
α-酮戊二酸
?
分布于肝、肾及脑组织?
辅酶为NAD+或NADP+催化氧化脱氨基重要的酶?
ADP、GDP是变构激活剂L-谷氨酸脱氢酶ATP、GTP是变构抑制剂?
特点：
有氨生成
48
P204
（三）联合脱氨基作用（重要）
1.定义：
转氨基作用与L-谷氨酸氧化脱氨基作用联合，使氨基酸的α-氨基脱下并产生游离氨的过程称为转氨脱氨作用，又称联合脱氨基作用。
2.过程
氨基酸α?
酮酸α?
酮戊二酸转氨酶谷氨酸NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶H2O+NAD+
特点：
有氨生成，反应过程可逆
49
P204
3.生理意义?
联合脱氨基作用的逆过程是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
50
P204
（四）氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基
purinenucleotidecycle
原因：
骨骼肌、心肌中L-谷氨酸脱氢酶活性低，氨基酸很难通过联合脱氨基方式脱去氨基，必须通过转氨基偶联嘌呤核苷酸循环进行脱氨基作用。
51
P205图9-7
嘌呤核苷酸循环
氨基酸腺苷酸代琥珀酸合成酶NH3腺苷酸脱氨酶H2O
α-酮戊二酸
天冬氨酸
次黄嘌呤核苷酸（IMP）
转氨酶1
转氨酶2
腺苷酸代琥珀酸腺嘌呤核苷酸（AMP）
谷氨酸α-酮酸
草酰乙酸延胡索酸苹果酸
52
P205
（五）氨基酸通过氨基酸氧化酶催化脱去氨基α-氨基酸O2+FMN（FAD）
L-氨基酸氧化酶
α-酮酸
NH4++H2O2
53
P206
四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解
（一）α-酮酸可彻底氧化分解并提供能量
（二）α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸（三）α-酮酸可转变成糖和脂类化合物
氨基酸生糖及生酮性质的分类
类别生糖氨基酸氨基酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、精氨酸生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸
54
P206
第四节氨的代谢
MetabolismofAmmonia
55
P207
血氨（bloodammonia）
体内代谢产生的氨及消化道吸收的氨进入血液，形成血氨。
血氨水平
正常生理情况下，血氨水平在47～65μmol/L。
56
P207
一、血氨有三个重要来源
（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨
RCH2NH2
胺氧化酶
RCHO+NH3
氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。
57
（二）肠道细菌腐败作用产生氨
蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨
（三）肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺
谷氨酰胺H2O
58
谷氨酰胺酶
谷氨酸+NH3
?
来源：
氨基酸脱氨胺类脱氨NH3肾小管上皮细胞分泌嘌呤、嘧啶分解肠道吸收
?
去路：
?
合成尿素排出（主要）
?
与谷氨酸合成谷氨酰胺?
合成非必需氨基酸及含氮化合物?
经肾脏以铵盐形式排出
59
P207
二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式转运氨在血液中的运输形式是丙氨酸和谷氨酰胺
（一）丙氨酸-葡萄糖循环
（alanine-glucosecycle），氨从肌肉运往肝
?
生理意义①肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝②肝为肌肉提供葡萄糖。
?
反应过程
60
肌肉
肌肉葡蛋白质萄糖糖酵解途径丙酮酸氨基酸NH3谷氨酸
P207图9-8
血液葡萄糖
肝
葡萄糖尿素糖尿素循环异生NH3丙酮酸谷氨酸丙氨酸α-酮戊二酸
丙氨α-酮戊酸二酸
丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环
61
P207
（二）谷氨酰胺的运氨作用
氨从脑和肌肉等组织运往肝脏或肾?
反应过程Glu
谷氨酰胺合成酶
Gln
血液
Gln
谷氨酰胺酶
Glu
ATP+NH3
ADP+Pi
H2O
NH3尿素、铵盐等
脑、肌肉
肝、肾
?
在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。
?
所需的酶：
谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺酶?
反应不可逆且耗能临床上用谷氨酸盐降低血氨
62
谷氨酰胺在代谢中的作用
?
氨的解毒形式
（脑组织解氨毒的主要方式）
?
氨的运输形式?
氨的储存形式?
天冬酰胺的合成原料
63
谷氨酰胺谷氨酸
正常细胞：
天冬氨酸
天冬酰胺天冬酰胺天冬氨酸+NH3
白血病细胞：
天冬氨酸天冬酰胺+H2O
天冬酰胺酶
临床上，天冬酰胺酶的应用可分解血中的天冬酰胺，从而抑制白血病细胞的生长。
64
P208
三、氨在肝合成尿素是氨的主要代谢去路
（一）生成途径—鸟氨酸循环（Ornithine
cycle）（尿素循环ureacycle）
研究背景：
（1）Krebs和Henseleit，1932年发现肝切片+NH4++HCO3-→尿素↑（饥饿时不行）精氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸可加速，但本身量不变
（2）肝中有精氨酸酶，催化：
Arg+H2O→尿素+鸟氨酸（3）根据精氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸这三种氨基酸的结构推测出一个循环鸟氨酸循环
65
?
鸟氨酸（尿素）循环：
以鸟氨酸为变化的起点，氨和CO2为原料，经过瓜氨酸和精氨酸，构成了一个尿素生成的循环过程。
尿素
H2O
精氨酸
鸟氨酸
精氨酸酶
NH3+CO2
H2O
瓜氨酸NH3
66
H2O
P209
部位：
主要在肝（线粒体和胞液）进行
（二）肝中鸟氨酸循环详细步骤1、NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸（线粒体）
CO2H2N氨基甲酰磷酸合成酶I+C=ONH3N-乙酰谷氨酸（AGA）+O~PO32Mg2+H2O2ATP2ADP+Pi氨基甲酰磷酸
67
?
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（carbamoylphosphate
synthetaseⅠ,CPS-Ⅰ）是尿素生成的关键酶,同时
是一个变构酶,N-乙酰谷氨酸（AGA）是其变构激活剂。
COOH
N-乙酰谷氨酸（AGA）
CHC-NH-CH
3
O
（CH）
22
COOH
?
该反应是一个耗能反应，消耗2ATP?
产物氨基甲酰磷酸是高能化合物。
68
P210
2、氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸（线粒体）
NH2（CH2）3CH-NH2COOH鸟氨酸氨基甲酰磷酸+H2NC=OO~PO32鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OCT）
NH2C=ONH（CH2）3CH-NH2COOH瓜氨酸+H3PO4
瓜氨酸可由线粒体转运
胞液
69
P210
3、瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸（胞液）
NH2C=ONH（CH2）3CH-NH2COOH瓜氨酸天冬氨酸COOHH2N-CH+CH2
限速酶
精氨酸代琥珀酸合成酶Mg2+
NH2CNH（CH2）3CH-NH2COOHN
COOHCHCH2COOH
COOHATP
AMP+PPi
精氨酸代琥珀酸
该反应是耗能反应，消耗两个高能键
70
4、精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸（胞液）
NH2CNH（CH2）3CH-NH2COOHNCOOHCHCH2COOH精氨酸代琥珀酸裂解酶NH2CNH（CH2）3CH-NH2COOHNHCOOHHCCHCOOH
+
精氨酸代琥珀酸
精氨酸
延胡索酸
7
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