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氨基酸代谢

1.4.9第九章　氨基酸代谢

第九章　氨基酸代谢

学习目标

知识目标

（1）理解蛋白质的生理功能、需要量和营养价值。

（2）理解氨基酸代谢概况。

（3）阐述脱氨基作用的种类，列举转氨酶的应用意义。

（4）理解氨中毒的机制。

（5）阐述一碳单位的概念、意义，以及氨基酸脱羧基的意义。

能力目标

（1）通过分析血氨的来源与去路，总结出降低血氨的措施。

（2）通过学习氨基酸特殊代谢，解释白化病、苯丙酮尿症（PKU）、尿黑酸症的原因。

蛋白质是生命活动的物质基础。

构成蛋白质的基本单位是氨基酸，体内合成蛋白质的氨基酸主要来源于食物中的蛋白质，蛋白质在体内要首先降解为氨基酸，氨基酸可供蛋白质合成时再利用，或进一步代谢，氨基酸还可以转变为糖或许多具有重要生理功能的其他含氮化合物。

1.4.9.1第一节　蛋白质的营养作用

第一节　蛋白质的营养作用

一、蛋白质的生理功能

（一）维持组织细胞的生长、更新和修复

蛋白质参与构成机体的各种组织细胞。

人体膳食中必须提供足够质和量的蛋白质，才能维持机体生长发育、更新修补和增殖的需要，特别是组织损伤时，更需要从食物蛋白质中获得修补的原料。

（二）参与体内重要生理反应和物质输送

人体体内的蛋白质具有多种特殊功能，如肌肉收缩、生物催化、血液凝固等都是由蛋白质实现的。

载体蛋白可以在体内运载各种物质，如酶（除核酶的本质是核酸外，人体体内大多数酶的本质是蛋白质）、多肽类激素、抗体（各种免疫球蛋白）、调节蛋白（如细胞信息传递过程中的G蛋白和钙调素等）、运输物质（如血红蛋白、清蛋白、载脂蛋白等）、血液凝固物质（除参与血液凝固的各种酶外，还有纤维蛋白等）。

（三）氧化供能

1g蛋白质完全氧化可产生16．74kJ（4kcal）的能量。

一般来说，成人每日约有18%的能量来自蛋白质，但是蛋白质的这种功能可由糖或脂肪代替，因此氧化供能仅是蛋白质的一种次要功能。

二、蛋白质的生理需要量

（一）氮平衡

蛋白质的含氮量较恒定，平均约为16%。

食物中的含氮物质绝大部分是蛋白质，通过测定食物中的氮含量可估计出它所含的蛋白质。

蛋白质在体内分解所产生的含氮物质主要由尿、粪排出。

测定摄入食物的含氮量（摄入氮）及尿与粪中的含氮量（排出氮）可以反映体内蛋白质合成和分解的代谢状况。

人体每天摄入氮量与排出氮量之间的对比关系称为氮平衡。

依据机体的不同状况氮平衡可出现三种情况。

（1）氮的总平衡：

摄入氮量等于排出氮量，称为氮的总平衡。

它一方面表示体内蛋白质的合成与分解相当，如正常的成年人；另一方面反映氮的“收支平衡”，蛋白质摄入量达到营养要求。

（2）氮的正平衡：

摄入氮量大于排出氮量，称为氮的正平衡。

它表示体内蛋白质合成量大于分解量，如儿童、孕妇及恢复期患者。

部分摄入的氮可用于合成机体蛋白质。

（3）氮的负平衡：

摄入氮量小于排出氮量，称为氮的负平衡。

它表示体内蛋白质合成量小于分解量，常见于膳食中蛋白质的质欠佳或量不足，或体内蛋白质长期过度降解，如饥饿、营养不良、消耗性疾病（如结核、肿瘤等）、大面积烧伤及大量失血等情况。

（二）正常人体需要量

根据氮平衡实验计算，在不进食蛋白质时，成人每天最低分解约20g蛋白质。

由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，不可能全部被利用，故成人每天最低需要30～50g蛋白质。

为长期保持总氮平衡，仍然需要增量才能满足要求，我国营养学会推荐成人每天的蛋白质需要量为80g。

三、蛋白质的营养价值

从营养价值角度讲，不仅要摄入足量的蛋白质，还必须注意所摄取蛋白质的质。

由于各种蛋白质所含氨基酸的种类和数量不同，它们的质也不同。

蛋白质的基本组成单位是20种氨基酸。

有的蛋白质含有体内所需的各种氨基酸，并且量充足，那么这种蛋白质的营养价值高；有的蛋白质缺乏体内所需的某种氨基酸，或量不足，则其营养价值较低。

人体内有8种氨基酸不能合成。

这些人体需要但又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，称为必需氨基酸，它们是缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和色氨酸。

其余12种氨基酸在人体体内可以合成，不一定需要由食物供给，称为非必需氨基酸。

一般来说，含必需氨基酸种类多且数量足的蛋白质其营养价值高，反之则低。

由于动物蛋白质所含必需氨基酸的种类和比例与人体需要相近，故营养价值高。

若将营养价值较低的蛋白质混合食用，则必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值，这种食用方法称为食物蛋白质的互补作用。

例如，谷类蛋白质含赖氨酸少，而色氨酸较多，豆类蛋白质含赖氨酸较多，而含色氨酸较少，两者混合食用即可提高营养价值。

在某些特殊情况下（如患疾病时）可进行混合氨基酸输液来保证氨基酸的需要。

1.4.9.2第二节　蛋白质的消化、吸收与腐败

第二节　蛋白质的消化、吸收与腐败

一、蛋白质的消化

蛋白质的消化是指食物蛋白质在胃、小肠和肠黏膜细胞中经过一系列酶促水解反应，分解为氨基酸及小分子肽的过程。

食物蛋白质消化的意义在于消除食物蛋白质的种属特异性或抗原性；使大分子蛋白质分解为氨基酸和小分子肽，便于机体吸收和利用。

食物蛋白质的消化和吸收是人体氨基酸的主要来源。

唾液中没有水解蛋白质的酶类，食物蛋白质的消化始于胃，但主要在小肠内进行。

食物蛋白质首先在胃中经胃蛋白酶作用，将其分解为多肽及少量氨基酸。

胃中消化蛋白质的酶是胃蛋白酶，其最适pH值为1．5～2．5，与蛋白质肽键作用的特异性较差，食物在胃中停留的时间较短，对蛋白质的消化不完全，主要的产物是多肽和少量氨基酸。

此外，胃蛋白酶还具有凝乳作用，可使乳汁中的酪蛋白凝集成凝块，以延长乳汁在胃中的停留时间，有利于乳汁中蛋白质的消化。

小肠是蛋白质消化的主要部位。

在小肠中，蛋白质经胃消化的产物及未被消化的蛋白质在胰和肠黏膜细胞分泌的多种蛋白酶和肽酶的催化下，进一步水解成氨基酸和小分子肽。

小肠中蛋白质的消化主要依靠胰酶来完成，这些酶的最适pH值为7．0左右。

根据水解肽键部位的不同，蛋白酶可分为如下两类。

一是内肽酶即特异性地水解蛋白质内部一些肽键的酶，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶等。

胰蛋白酶主要水解由碱性氨基酸羧基构成的肽键；胰凝乳蛋白酶主要水解由芳香族氨基酸羧基构成的肽键；弹性蛋白酶主要水解由脂肪族氨基酸羧基构成的肽键。

二是外肽酶即特异性水解蛋白质本身或多肽末端肽键的酶，每次水解掉一个氨基酸残基，如氨基肽酶、羧基肽酶A和羧基肽酶B。

蛋白质在胰酶的作用下，最终产物为氨基酸和寡肽（图9－1）。

经胃液和胰液中蛋白酶的消化后产生的寡肽的水解过程主要在小肠黏膜细胞内进行。

小肠黏膜细胞的刷状缘及细胞质中存在两种寡肽酶，即氨基肽酶和二肽酶。

氨基肽酶从氨基末端逐步水解寡肽生成二肽，二肽再经二肽酶水解，最终生成氨基酸。

二、氨基酸的吸收

食物中的蛋白质经消化后的氨基酸主要在小肠中吸收。

氨基酸的吸收是消耗能量同时需要载体的主动吸收过程，吸收1分子氨基酸消耗3分子ATP。

图9－1　蛋白质分解为氨基酸和寡肽

三、蛋白质的腐败作用

肠道细菌对未被消化的蛋白质及未被吸收的消化产物进行的以无氧分解为主的代谢过程，称为蛋白质的腐败作用。

蛋白质的腐败作用主要在大肠中进行，其产物大多数是胺类、氨、苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢及甲烷等对人体有害的物质，但也可以产生少量被机体利用的物质（如脂肪酸和维生素）。

过量摄入蛋白质，在肠道中表现为腐败作用增强。

（一）胺类的生成

肠道细菌使氨基酸脱羧基产生胺类，也可通过细菌蛋白酶使蛋白质水解成氨基酸再脱羧基产生胺类。

例如，组氨酸脱羧基生成组胺，赖氨酸脱羧基生成尸胺，色氨酸脱羧基生成色胺，酪氨酸脱羧基生成酪胺，苯丙氨酸脱羧基生成苯乙胺。

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，经肝脏解毒，故不会发生中毒现象。

严重肝病时，由于门脉高压症，侧支循环建立，酪胺、苯乙胺可不经肝脏分解而通过血液直接进入脑组织，从而分别被羟化成假神经递质β－羟酪胺和苯乙醇胺，因为它们的化学结构与正常神经递质儿茶酚胺类似，可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，阻碍神经冲动传递，使大脑发生异常抑制，这可能是肝性脑病发生的原因之一。

反应式如下：

（二）氨的生成

氨有两个来源：

一是未被吸收的氨基酸在肠道细菌作用下脱氨基生成氨，这是肠道氨的重要来源；二是血液中尿素渗入肠道，受肠道细菌中尿素酶的水解而生成氨。

这些氨均可被吸收进入血液，在肝中合成尿素。

氨的吸收部位主要在结肠（占3/4），其受肠腔pH值的影响，故降低结肠的pH值可减少肠道内氨的吸收。

当肠道pH值大于6时，肠道氨吸收增多。

临床上降低结肠部位的pH值，使NH3转变为

以铵盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。

严重肝功能障碍的患者，因不能及时处理吸收入体内的氨及其他毒性腐败产物，常可引起肝性脑病，称为肝性脑病的氨中毒学说。

当发生肠梗阻时，腐败产物被吸收后肝脏解毒不全，亦可导致机体中毒。

1.4.9.3第三节　氨基酸的一般分解代谢

第三节　氨基酸的一般分解代谢

一、体内氨基酸的代谢概况

人体体内蛋白质不断处于降解与合成的动态平衡中。

正常成人每日有占整体总蛋白质含量1%～2%的部分在更新，主要为肌肉蛋白质的分解。

蛋白质降解释放的氨基酸有75%～80%可被再用于新的蛋白质合成。

食物蛋白质经消化吸收进人体体内的氨基酸（外源性氨基酸）与体内各组织蛋白质分解以及组织合成的非必需氨基酸（内源性氨基酸）混合后，分布于细胞内外且参与代谢，称为氨基酸代谢库。

氨基酸代谢库通常以游离氨基酸总量计算。

由于氨基酸不能自由通过细胞膜，所以各种组织中氨基酸的含量并不相同。

例如，肌肉中氨基酸占其代谢库的50%以上，肝约占10%，肾约占4%，血浆占1%～6%。

肝、肾体积较小，但实际上它们所含游离氨基酸的浓度很高，氨基酸代谢也很旺盛。

在人体中大多数氨基酸（如丙氨酸、芳香族氨基酸等）在肝中分解代谢，支链氨基酸的分解代谢主要在骨骼肌中进行。

肌肉和肝在维持血浆氨基酸浓度的相对稳定中起着重要作用。

血浆氨基酸是体内各组织之间氨基酸转运的主要形式，虽然正常人血浆氨基酸浓度并不高，但其更新却很迅速。

各种氨基酸有共同的化学结构特点，都具有α－氨基和α－羧基，因此它们有共同的代谢途径。

但由于R－基团的结构差异，它们也各有其个别的代谢方式。

本节先介绍氨基酸的一般代谢途径。

体内氨基酸的代谢概况如图9－2所示。

二、氨基酸的脱氨基作用

α－氨基酸脱去氨基生成α－酮酸和氨的过程，称为氨基酸的脱氨基作用。

氨基酸的脱氨基作用是氨基酸分解代谢的主要途径，可以在大多数组织中进行，其方式有转氨基作用、氧化脱氨基作用、联合脱氨基作用和嘌呤核苷酸循环等，其中以联合脱氨基作用最为重要。

（一）转氨基作用

在转氨酶的作用下，一种α－氨基酸脱掉氨基生成相应的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，称为转氨基作用。

反应通式为：

图9－2　体内氨基酸的代谢概况

此反应可逆，只有氨基的转移，没有氨的生成，只改变氨基酸种类；接受氨基的α－酮酸包括α－酮戊二酸、草酰乙酸、丙酮酸等。

大多数氨基酸可参与转氨基作用，但甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。

催化转氨基作用的酶统称为转氨酶。

转氨酶种类多，分布广，专一性强。

如最为重要的丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST），其转氨基作用见图9－3。

图9－3　丙氨酸氨基转移酶和天冬氨酸氨基转移酶转氨基作用

转氨基作用是体内多数氨基酸分解代谢的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。

转氨酶为胞内酶，血清中转氨酶活性很低，如表9－1所示。

当病理改变引起细胞膜通透性增高、组织坏死或细胞破裂时，转氨酶大量释放，血清转氨酶活性明显增高。

例如，正常时ALT主要在肝细胞内，血清中活性很低，在患肝脏疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高；正常时AST主要在心肌细胞内，心肌受损时，血清中AST活性明显升高。

因此，临床上常以此作为急性肝炎、心肌梗死等相关疾病诊断的参考指标之一，也可作为观察疗效和预后的重要指标。

表9－1　正常成人各组织中ALT与AST活性单位：

克湿组织

（二）氧化脱氨基作用

氨基酸在酶的催化下脱氢生成亚氨基酸，后者再水解为相应的α－酮酸和氨的过程，称为氧化脱氨基作用。

反应式如下：

在催化氨基酸氧化脱氨的酶中，以L－谷氨酸脱氢酶的作用最为重要，此酶活性高，特异性强，分布广泛，在肝脏中含量最丰富。

其次是肾、脑、心、肺等，骨骼肌中最少。

L－谷氨酸脱氢酶催化的反应是可逆的。

反应式如下：

虽然L－谷氨酸脱氢酶的专一性高，但只能催化L－谷氨酸氧化脱氨基，由于此酶可与转氨酶联合作用，因此它在氨基酸的分解和非必需氨基酸的合成中均起着重要作用。

（三）联合脱氨基作用

转氨基作用虽然普遍存在，但只能发生氨基转移，而不能真正脱去氨基。

氧化脱氨基作用事实上仅限于L－谷氨酸。

研究发现，体内氨基酸脱氨基主要是上述两种方式的偶联，即在转氨酶和L－谷氨酸脱氢酶的协同作用下，先转氨基后氧化脱氨基生成α－酮戊二酸和氨的过程，称为联合脱氨基作用。

这是体内主要的脱氨基方式，全过程是可逆的，所以也是体内合成新的非必需氨基酸的主要途径。

具体过程如下：

在转氨酶的作用下，α－酮戊二酸接受某种氨基酸的α－氨基生成谷氨酸，谷氨酸再经L－谷氨酸脱氢酶作用氧化脱氨生成α－酮戊二酸和氨，α－酮戊二酸再继续参加转氨基作用，见图9－4。

图9－4　联合脱氨基作用

L－谷氨酸脱氢酶主要分布于肝、肾、脑等组织中，其活性高、专一性强，只有α－酮戊二酸作为氨基受体，才能生成谷氨酸，所以此种联合脱氨基作用主要在肝、肾、脑等大多数组织中进行。

（四）嘌呤核苷酸循环

由于骨骼肌和心肌中L－谷氨酸脱氢酶活性较低，在这些组织中，氨基酸可通过转氨基作用与嘌呤核苷酸循环联合脱去氨基，其基本过程见图9－5。

在转氨酶的作用下，α－酮戊二酸接受某种氨基酸的α－氨基生成L－谷氨酸，L－谷氨酸再经AST催化将其氨基转移给草酰乙酸生成天冬氨酸，天冬氨酸在腺苷酸代琥珀酸合成酶的作用下，可与次黄嘌呤核苷酸（IMP）缩合生成腺苷酸代琥珀酸，后者经酶催化裂解生成腺苷一磷酸（AMP）和延胡索酸。

肌组织中富含的腺苷酸脱氨酶可催化水解AMP脱下氨基，生成IMP和游离的氨，IMP可再继续循环；延胡索酸加水生成苹果酸，苹果酸脱氢氧化为草酰乙酸后可再参与转氨基作用。

由此可见，此过程实际上也是另一种形式的联合脱氨基作用。

三、α－酮酸的代谢

氨基酸脱氨基后生成的α－酮酸主要有以下三个方面的代谢途径。

（一）合成非必需氨基酸

α－酮酸可经转氨基作用或联合脱氨基作用的逆反应即氨基化作用生成相应的氨基酸，这是机体合成非必需氨基酸的重要途径。

例如，丙酮酸、草酰乙酸、α－酮戊二酸可以分别转变成丙氨酸、天冬氨酸和L－谷氨酸，α－酮酸也可来自糖代谢和三羧酸循环的中间产物。

图9－5　嘌呤核苷酸循环

（二）转变成糖和脂类

相关研究已确定糖、脂肪和蛋白质中的碳可以相互转换。

各种氨基酸脱氨基后产生的α－酮酸因结构差异而有不同的代谢途径。

在体内可转变为糖的氨基酸称为生糖氨基酸；可转变为酮体的氨基酸称为生酮氨基酸；既能生糖又能生酮体的氨基酸称为生糖兼生酮氨基酸（表9－2）。

例如，丙氨酸脱去氨基生成丙酮酸，丙酮酸可经糖异生途径转变成葡萄糖，所以丙氨酸是生糖氨基酸；亮氨酸经过一系列代谢转变为乙酰CoA或乙酰乙酰CoA，它们可以进一步转变为酮体或脂肪酸，所以亮氨酸是生酮氨基酸；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。

表9－2　氨基酸生糖及生酮性质分类

（三）氧化供能

各种氨基酸脱氨基后产生的α－酮酸可以转变为丙酮酸、乙酰CoA和三羧酸循环的中间产物（如琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸和α－酮戊二酸等）。

这些物质在体内可以通过三羧酸循环与生物氧化体系彻底氧化生成CO2和H2O，同时释放能量供生理活动需要。

1.4.9.4第四节　氨的代谢

第四节　氨的代谢

氨是机体正常代谢的产物，是生物合成某些含氮化合物的氮源，但氨也是一种剧毒物质，能渗透进入细胞膜和血脑屏障，脑组织对氨尤为敏感。

正常人血氨浓度极低，不超过0．06mmol/L。

正常状态下，机体不会发生氨的聚积而导致氨中毒，是因为体内氨能够通过各种途径进行代谢，使氨的来源和去路处于相对平衡，将血氨浓度保持在正常范围，见图9－6。

图9－6　血氨的来源、去路与转运

一、氨的来源

1．内源性氨

内源性氨是指体内代谢过程中产生的氨。

①氨基酸经过联合脱氨基作用脱氨基或经其他方式脱氨基，这是组织中氨的主要来源。

②氨基酸脱羧基生成胺，再经单胺氧化酶或二胺氧化酶作用生成游离氨和相应的醛，这是组织中氨的次要来源。

③肾小管上皮细胞中谷氨酰胺经谷氨酰胺酶水解生成谷氨酸和氨。

这部分氨或排入原尿随尿液排出体外，或被重吸收入血成为血氨，决定因素是血液与原尿的相对pH值，因为血液的pH值是相对恒定的，因此实际上取决于原尿的pH值。

氨容易透过生物膜，而

不易透过生物膜。

所以酸性尿有利于NH3与H＋结合成为

，以铵盐的形式随尿排出体外，这对调节机体的酸碱平衡起着重要作用。

相反，碱性尿则利于NH3被重吸收入血，可引起血氨浓度升高。

临床上血氨浓度升高的患者不能使用碱性利尿药。

2．外源性氨

外源性氨是指由消化道吸收入体内的氨。

这是血氨的主要来源。

①蛋白质在肠道细菌作用下进行腐败作用产生氨。

肠内腐败作用增强时，氨的产生量增多。

②血液中尿素渗透入肠道，经大肠杆菌脲酶水解也产生氨。

③服用的胺类药物经胺氧化酶作用产生氨。

肠道产氨量大，每天可产生4g氨，并能被吸收入血，其中3/4在结肠部位被吸收，其余部分在空肠和回肠部位被吸收。

氨入血后可经门静脉入肝，重新合成尿素，这个过程称为尿素的肠肝循环。

由肠道吸收的氨运输至肝所合成的尿素相当于正常人每天排出尿素总量的1/4。

肠道中NH3重吸收入血的程度取决于肠道内的pH值，当肠道内pH值低于6时，肠道内氨偏向于生成

，有利于随粪便排出体外；当肠道内pH值较高时，氨的吸收增多。

临床护理中给高血氨患者做灌肠治疗时，应禁忌使用碱性溶液（如肥皂水）灌肠，而应采用弱酸性透析液以减少肠道中氨的吸收。

因此，对高血氨患者，降低肠道pH值是临床上用来减少外源性氨吸收的重要方法。

二、氨的转运

氨是有毒物质，如何以无毒的形式经血液运输到肝脏或肾脏？

现已知，氨在体内主要以丙氨酸－葡萄糖循环和谷氨酰胺两种形式转运。

1．丙氨酸－葡萄糖循环

肌肉组织中的氨基酸经转氨基作用将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸。

丙氨酸经血液运到肝进行联合脱氨基作用，释放出的氨用于合成尿素；转氨基后生成的丙酮酸经糖异生途径生成葡萄糖。

葡萄糖由血液运到肌肉组织，经糖分解途径转变为丙酮酸，可再接受氨基生成丙氨酸。

这样丙氨酸和葡萄糖反复地在肌肉组织和肝之间进行氨的转运，故将此途径称为丙氨酸－葡萄糖循环（图9－7）。

经此循环，使肌肉组织中的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝，成为肝脏进行糖异生的原料；同时，肝又为肌肉组织提供了生成丙氨酸的葡萄糖，为肌肉活动提供能量。

图9－7　丙氨酸－葡萄糖循环

2．以谷氨酰胺形式转运

谷氨酰胺是从脑、肌肉等组织向肝或肾运送氨的一种形式。

在脑、肌肉等组织中，谷氨酰胺合成酶活性较高，可催化氨和谷氨酸合成谷氨酰胺，并消耗ATP。

谷氨酰胺由血液运送到肝脏或肾脏，再经肝细胞或肾小管上皮细胞中谷氨酰胺酶催化水解为谷氨酸和氨；氨在肝中合成尿素，在肾小管中弥散入原尿并以铵盐的形式随尿排出；少量的谷氨酰胺可被各组织利用，参与合成嘌呤、嘧啶和非必需氨基酸。

谷氨酰胺的合成与分解是属于不同条件下、不同酶催化的不可逆反应。

实际上，在脑细胞中氨还可与α－酮戊二酸结合形成谷氨酸，再和谷氨酸结合形成谷氨酰胺，这是脑组织解氨毒的重要方式。

临床上对高血氨患者可服用或输入谷氨酸盐使其转变为谷氨酰胺，以降低氨的浓度。

综上所述，可知谷氨酰胺既是氨的储存及运输形式，又是解氨毒的产物，对调节机体的酸碱平衡也有重要作用。

反应式如下：

正常体细胞能在天冬酰胺合成酶催化下自身合成天冬酰胺，供蛋白质合成需要。

但白血病癌细胞缺乏天冬酰胺合成酶，需依赖外源性的天冬酰胺才能生存。

天冬酰胺酶是酰胺键的水解酶，能催化天冬酰胺水解为天冬氨酸和氨，故临床上用天冬酰胺酶能快速消耗血液中的天冬酰胺，从而消耗癌细胞合成蛋白质所需要的底物，使之缺乏或明显减少，抑制了蛋白质合成而发挥抗癌药效，是一种广泛应用于儿童急性淋巴细胞白血病（ALL）治疗的酶类药物。

反应式如下：

三、氨的去路

氨的去路包括在肝脏中合成尿素、与谷氨酸合成谷氨酰胺、合成非必需氨基酸及含氮物或经肾脏以铵盐形式排出等。

成人每日排氮量中的80%～90%是尿素中的氮；动物实验发现，将犬的肝脏切除，则血液及尿液中尿素水平显著下降；肝功能衰竭患者血氨浓度明显升高，血液及尿液中尿素水平明显下降，所以说在肝脏合成尿素是体内氨的最主要去路。

尿素是氨代谢的最终产物，也是蛋白质氮的最主要代谢终产物，尿素为中性、无毒、水溶性强的物质，易在血液中安全运输，经肾随尿排出。

肾、脑虽能合成尿素，但其量甚微。

（一）合成尿素

1932年，德国学者HansKrebs和KurtHenseleit首先提出肝脏合成尿素的途径。

该途径首先是鸟氨酸与CO2和NH3结合生成瓜氨酸，然后瓜氨酸再与天冬氨酸结合生成精氨酸，最后精氨酸经精氨酸酶催化水解为尿素和鸟氨酸，鸟氨酸再重复上述循环过程，故称为鸟氨酸循环，又称为尿素循环或Krebs－Henseleit循环。

NH3和CO2是合成尿素的原料。

肝脏是合成尿素的器官。

参与尿素合成的酶分布在肝细胞的线粒体和细胞质中。

1．尿素合成的主要步骤

（1）氨基甲酰磷酸的合成：

在肝细胞线粒体内，NH3和CO2由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS－Ⅰ）催化生成氨基甲酰磷酸。

此反应不可逆，需Mg2＋参与，2分子ATP供能，N－乙酰谷氨酸（AGA）是此酶必需的变构激活剂。

反应式如下：

（2）瓜氨酸的合成：

氨基甲酰磷酸在肝细胞线粒体内鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OCT）催化下，将氨基甲酰基转到鸟氨酸上生成瓜氨酸。

反应式如下：

（3）精氨酸代琥珀酸的合成：

肝细胞线粒体内合成的瓜氨酸经线粒体膜上的载体转运到细胞质后，在精氨酸代琥珀酸合成酶的催化下，与天冬氨酸缩合生成精氨酸代琥珀酸。

天冬氨酸为尿素合成提供第二个氨基。

此反应需要ATP和Mg2＋。

（4）精氨酸的生成：

精氨酸代琥珀酸经精氨酸代琥珀酸裂解酶催化裂解为精氨酸和延胡索酸。

延胡索酸可经三羧酸循环生成草酰乙酸，后者再经转氨基作用接受多种其他氨基酸的氨基生成天冬氨酸，天冬氨酸作为氨基载体再次参与瓜氨酸的缩合反应生成精氨酸。

由此，通过延胡索酸和天冬氨酸，使三羧酸循环与鸟氨酸循环联系起来。

反应式如下：

（5）尿素的生成：

在细胞质中生成的精氨酸由精氨酸酶催化水解生成尿素和鸟氨酸，后者经膜载体转运到线粒体，再参与鸟氨酸循环。

反应式如下：

2．尿素合成的特点

尿素合成的特点如下。

①共5步酶促反应，前2步在线粒体中进行，后3步在细胞质中进行；②合成1分子尿素需消耗3分子ATP和4个高能磷酸键；③精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；④尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。

尿素合成的总反应式为：

尿素合成的不同亚细胞结构及中间步骤总结于图9－8。

（二）参与含氮化合物的合成

氨可为体内嘌呤和嘧啶等含氮化合物的合成提供氮源（参阅第十章）。

四、高血氨症和氨中毒

合成尿素是肝细胞的一种重要生物学功能，是体内氨的主要去路，也是解氨毒的重要途径。

正常生理情况下，血氨处于较低水平。

各种因素（包括酶的遗传性缺陷等）导致鸟氨酸循环障碍，均可引起血氨浓度升高，甚至肝性脑病。

因此，当肝功能严重损伤及尿素合成相关酶的遗传缺陷时，导致尿素合成受阻，使血氨浓度升高，称为高血氨症。

常见临床症状包括震颤、意识错乱、睡眠障碍、行为失常等，严重病例时出现昏迷和死亡。

高血氨症可导致大脑功能障碍，称为氨中毒或肝性脑