氨基酸的体内代谢-一般代谢

• 一次循环，消耗2分子氨，3分子ATP，生成1分子尿素
2NH3+CO2+3ATP
CO(NH2)2+2ADP+AMP+4Pi
• 意义：机体解除氨毒的主要方式，是肝细胞的重要生物学功 能。
• 高血氨症——肝功能损伤时，尿素合成受 阻，血氨浓度升高，导致氨中毒。
• 一般认为，氨进入脑组织，可与α-酮戊二 酸结合生成谷氨酸，氨也可与谷氨酸进一 步结合生成谷氨酰胺。因此脑中氨的增多， 可使脑细胞中的α-酮戊二酸减少，导致三 羧酸循环减弱，从而使脑组织中ATP生成 减少，引起脑功能障碍，严重时可发生昏 迷，这就是肝昏迷氨中毒学说的基础。
·葡萄糖－丙氨酸循环 部位：肌肉 作用：解除肝组织的氨毒，提供肝组织合成 丙氨酸的葡萄糖
各组织产生， 主要来自脑， 心，肌肉
谷氨酰胺的生成和水解
产物反馈抑制，α酮戊二酸激活
ATP + NH3
ADP + Pi
glutamic acid
glutamine synthetase glutaminase
glutamine
· γ-氨基丁酸
（γ-aminobutyric acid，γ-GABA）
· 5-羟色胺
（5-hydroxytryptamine，5-HT）
· 牛磺酸（taurine）
· 组胺（histamine）
· 多胺（polyamines）
• GABA为中枢神经系统抑制性神经递质
• 组胺是强烈的血管舒张剂，并可增加毛细血管 通透性，引起血压下降和局部水肿。组胺的释 放与过敏反应密切相关，可刺激胃蛋白酶和胃 酸的分泌。
• 通过联合脱氨基作用把蛋白质代谢与糖代谢 沟通起来 • 联合脱氨基作用有游离氨产生,是体内主要的 脱氨基方式 • 联合脱氨基作用可逆，也是体内合成非必需 氨基酸的重要途径
• 非氧化脱氨基作用
·脱水脱氨 丝氨酸 脱水酶
丙酮酸+NH3
·脱H2S脱氨 半胱氨酸
脱硫酶
丙酮酸+NH3
·直接脱氨 天冬氨酸 天冬氨酸酶 丙酮酸+NH3
②维持红细胞膜结构完整性，促进高铁血红蛋白转为血红 蛋白
③清除体内过氧化物及自由基
④在肝中与药物结合促进转化
芳香族氨基酸的代谢
• 代谢缺陷分子病 —— 氨基酸代谢中某种酶的缺乏，可导致该酶
作用底物在血、尿中大量增加，使机体发育 不良，智力障碍，严重时可引起幼年死亡。 其病因往往是先天性的，与DNA突变有关， 又称为遗传性代谢病。
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一碳集团的载体之 S－腺苷蛋氨酸（SAM)
• 蛋氨酸是体内合成许多重 要化合物，如肾上腺素、 胆碱、肌酸和核酸等的甲 基供体。
• 甲基供体的活性形式为S腺苷蛋氨酸（S-adenosyl methionine,SAM），体内 最重要的甲基供应形式。
• 同型半胱氨酸在酶的作用下，从四氢叶酸 获得甲基而合成蛋氨酸，并重复参与上述 过程，称为——蛋氨酸甲基转移循环
• L-氨基酸氧化酶：以FEN或FAD为受氢体，在肝 肾存在，活性低
• D-氨基酸氧化酶：以FAD为受氢体，广泛存在， 活性较强
• 谷氨酸脱氢酶催化 进入氧
化磷酸 化
属不需氧脱氢酶，辅酶为NAD+或NADP+，特异 性强，分布广泛，肝脏中含量最丰富；该酶属于 变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP， GDP的激活。
氨甲酰磷酸合成酶
O
(CPS-I)
NH3 + CO2 + 2ATP
H2N C O ~PO3H2+ 2ADP+Pi
Mg2+
• 瓜氨酸的生成 反应部位：肝细胞线粒体
鸟氨酸转氨甲酰酶
（ OCT ）
鸟氨酸 + 氨甲酰磷酸
瓜氨酸 + Pi
* OCT通常与CPS-Ⅰ结成酶复合体存在
• 精氨酸的生成
反应部位：肝细胞浆
NH3
在肝，肾以 尿素或铵盐形 式排出
经血液循
H2O
环运输至肝，
肾
丙氨酸－葡萄糖循环
氨的最终去处——尿素的生成
• 部位：主要是肝脏
• 意义：体内氨代谢的 主要途径，保 持体内氨的 来源和去路 平衡的关键
NH（2 谷氨酸）
• 氨甲酰磷酸的生成
反应部位：肝细胞线粒体
变构激活
N-乙酰谷氨酸 （AGA)
N5
一碳基团代谢的生物学意义
1．四氢叶酸一碳基团 参与嘌呤与嘧啶的生
物合成
2．SAM参与体内50多 种甲基化反应
3．帮助药物设计
· 抗叶酸代谢药：
·磺胺类
与叶酸分子中的对氨基 苯甲酸结构相似，可竞 争性抑制叶酸合成酶， 阻止叶酸合成。
·氨甲喋呤
结构与叶酸类似，可竞 争性抑制二氢叶酸还原 酶的作用，从而阻止 FH4的合成
比较三种氧化脱氨基酶
分类
L-谷氨酸脱氢酶 L-氨基酸氧化酶 D-氨基酸氧化酶
不需氧脱氢酶
需氧脱氢酶 需氧脱氢酶
辅酶
NAD+、NADP+
FMN、FAD
FMN、FAD
分布
广泛
不广（肝、肾）
广
活性
高
较低
高
（但人体极少 D-氨基
酸）
变构剂
被ADP、GDP激活
/
/
被ATP、GTP抑制
转氨基作用
• 由转氨酶(transaminase)催化，将α氨基酸的氨基转移到α-酮酸酮基的位 置上，生成相应的α-氨基酸，而原来 的α-氨基酸则转变为相应的α-酮酸。
• α-酮酸的代谢
• 合成非必需氨基酸 • 转变为糖及脂类 • 氧化产生能量
• 若饲某种氨基酸后尿中排出葡萄糖增多，称此 氨基酸为称生糖氨基酸(glucogenic amino acid)；若尿中酮体含量增多，则称为生酮氨基 酸(ketogenic amino acid)。尿中二者都增多 者称为生糖兼生酮氨基酸(glucogenic and ketogenic amino acid)。
ALT
谷氨酸+丙酮酸
α-酮戊二酸+丙氨酸
附： 正常人各组织中ALT及AST活性
转氨作用的意义 • 体内多数氨基酸脱氨的重要方式 • 机体合成非必需氨基酸的主要途径
• 联合脱氨基作用
• 转氨作用偶联氧化脱氨作用 （肝、肾、脑等组织中多）
• 转氨作用偶联AMP循环脱氨作用 ——嘌呤核苷酸循环
（骨骼肌、心脏、脑等组织中多见）
• 含硫氨基酸的代谢
包括：半胱氨酸，胱氨酸，甲硫氨酸
1．甲硫氨酸的代谢
2．胱氨酸和半胱氨酸的代谢 · 相互转化 · 产生-SO42-，Cys代谢是体内-SO42-的主要来源 · Cys代谢生成牛磺酸 · 生成谷胱甘肽（glutathione，GSH）
作用：
①保护某些蛋白质及酶蛋白分子的-SH不被氧化，维持其 活性
**CO2不属于这种一碳基团的概念
• 一碳基团的载体
• 四氢叶酸
（tetrahydrofolic acid，FH4） —— 由叶酸转变而来。叶酸 是一种水溶性维生素，由1分 子蝶呤，1分子对氨基苯甲酸 和1分子谷氨酸组成的。经二 氢叶酸还原酶催化，在叶酸 分子的5、6位加氢还原生成 二氢叶酸，继续在7、8位上 加氢生成5、6、7、8四氢叶 酸。
• 氨基酸的体内代谢 ——氨基酸的一般代谢
• 氨基酸代谢库
食物蛋白质经消化吸 收，以氨基酸形式进 入血液循环及全身各 组织，组织蛋白质又 可降解为氨基酸，这 两种来源的氨基酸 （外源性和内源性） 混合在一起，存在于 组织细胞，血液和其 他体液中，总称为氨 基酸代谢库。
脱羧基作用
R
个别氨基酸 的代谢
• 转氨酶在体内分布广泛，大多数氨基酸均可参与转氨 基作用（赖，苏，脯，羟脯除外），是体内合成非必 需氨基酸的重要途径
• 体内两种重要的转氨酶 （1）天冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase，AST）
AST
谷氨酸+草酰乙酸
α-酮戊二酸+天冬氨酸
（2） 丙氨酸氨基转移酶（alanine amino transferase，ALT）
NH2 RC H
COOH
转氨基作用 R C=O
+ NH3
COOH
α-酮酸的代谢 氨的代谢
• 氨的代谢
• 氨的来源和去路 • 氨的运输 • 氨的最终代谢去路——尿素循环
• 氨的来源和去路
⑴ 体内各组织中氨基酸 的脱氨基作用
⑵ 谷氨酰胺的水解 ⑶ 肠道吸收的氨
药源性氨
• 氨的运输
·谷氨酰胺的生成和水解 部位: 脑，心，骨骼肌 作用：解氨毒，运输及储存氨
• FH4分子的第5和第10位N上 是携带一碳单位的位置，故 通 前常 标在 以FNH5，4所N携10，带以的表一示碳一单碳位 单位的位置
• 常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物表示为：
1．N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHO FH4）
2．N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NH FH4） 3．N5,N10-亚甲基四氢叶酸 （N5,N10-CH2-FH4） 4．N5,N10-次甲基四氢叶酸 （N5,N10=CH-FH4） 5．N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3 FH4）
·苯丙酮酸尿症 ·白化病 ·尿黑酸症
色氨酸的代谢
提供氨基*
精氨酸代琥珀酸
瓜氨酸+天冬氨酸 缩合酶** 精氨酸代琥珀酸
ATP AMP +PPi
裂解酶
草酰乙酸
精氨酸
+ 延胡索酸
• 尿素的生成
反应部位：肝细胞浆
精氨酸 + H2O 精氨酸酶 尿素 + 鸟氨酸
运回线粒体 参与下一个循环
胞液 cytoplasm
延胡索酸
尿素
H2O
⑤
精氨酸
鸟氨酸
苹果酸 草酰乙酸
转氨作用偶联氧化脱氨作用
• 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α-酮酸的过程
• 在体内大多数组织中存 在，是体内主要的脱氨 基方式，尤其在肝、脑、 肾等组织中活跃，也是 合成非必需氨基酸的重 要途径
转氨偶联AMP循环脱氨作用
嘌呤核苷酸循环
• 联合脱氨基作用生理意义
氨基酸的一般代谢
COOH
C NH2
H
脱氨基作用
• 氨基酸的脱氨基作用
部位：体内大多数组织中 方式：氧化脱氨基作用
转氨基作用 联合脱氨基作用* 非氧化脱氨基作用 * 体内最重要的脱氨基方式
· 氧化脱氨基 （oxidative deamination）
• 氨基酸氧化酶催化 • 谷氨酸脱氢酶催化
• 氨基酸氧化酶催化
• 能生成丙酮酸或三羧酸循环的中间产物的氨基酸均 为生糖氨基酸；
• 能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的氨基酸均为生酮氨基 酸；
• 能生成丙酮酸或三羧酸循环中间产物同时能生成乙 酰CoA或乙酰乙酸者为生糖兼生酮氨基酸。
• 氨基酸的脱羧基作用 （decarboxylation）
氨基酸
R-CH2-NH2 + CO2 胺类
④
精氨酸代琥珀酸 瓜氨酸
③*
AMP+PPi ATP+Asp
线粒体 mitochondrion
2ATP+CO2+NH3+H2O
① 2ADP+Pi
鸟氨酸 氨基甲酰磷酸
②
瓜氨酸 Pi
* 限速部位
• 尿素循环 urea cycle
又称：鸟氨酸循环（ornithine cycle） Krebs-Hebseleit 循环
• 多胺调节细胞生长。促进细胞增殖。生长快速 的细胞中含量明显升高，可作为肿瘤诊断的辅 助指标。
个别氨基酸的代谢
• 一碳基团的代谢 • 含硫氨基酸的代谢 • 芳香族氨基酸的代谢
• 一碳基团的代谢
• 某些氨基酸在分解代谢过程中产生含有一个 碳原子的基团，称为一碳基团。
• 体内的一碳基团主要包括： 甲基(-CH3) 、 甲烯基(亚甲基)(-CH2-)、 甲炔基(次甲基)(-CH=)、 甲酰基(-CHO) 亚氨甲基(-CH=NH)