第七章氨基酸代谢

第七章氨基酸代谢引入新课：在生物体的降解代谢过程中,蛋白质代谢十分重要,所谓蛋白质代谢,是指已有蛋白质的降解和新蛋白质的合成。

体内蛋白质不断降解,又不断合成,二者处于动态平衡中。

蛋白质代谢使各种蛋白质得到自我更新,也使细胞中蛋白质组分得到转换,这对于机体新组织、细胞形成及机体生长发育有十分重要的意义。

蛋白质降解产生的氨基酸进一步分解或做为能源或转化为其它氮化物合成前体,因此蛋白质的代谢实质上就是氨基酸的代谢。

第一节概述一、食物蛋白质生理功能：（一）维持细胞组织的生长、发育和修补作用。

细胞的主要成分之一——蛋白质，儿童生长发育与蛋白质的需求，特别是对大脑正常发育的影响。

成人——组织更新。

（二）转变为含氮化合物。

体内酶、核酸、多肽激素的合成。

（三）氧化功能或转变为糖或脂肪。

机体18%能量来源于蛋白质，人体摄入蛋白质的标准可用氮平衡来衡量。

二、氮平衡（一）定义：指机体摄入氮量并与同期内排出氮量（排泄物）之间的关系。

依据机体状况不同氮平衡可出现三种情况。

（二）氮的总平衡：摄入的氮量与排出氮量相等。

表示蛋白质的合成等于分解（营养正常的成年人）（三）氮的正平衡：摄入的氮量大于排出的氮的氮量。

表示蛋白质的合成大于分解（儿童、孕妇、恢复期病人）（四）氮的负平衡：摄入的氮量小于排出的氮的氮量。

表示蛋白质的合成小于分解（营养不良或消耗性疾病）。

氮平衡对评价食物蛋白质营养价值、补充儿童及孕妇和恢复期病人所需的蛋白质及指导临床上有关疾病的治疗都有实用价值。

三、蛋白质的生理价值与必需氨基酸（一）蛋白质的生理价值蛋白质的生理价值=（二）必需氨基酸与非必需氨基酸1、必需氨基酸：机体不能合成或合成量很少（八种）。

2、非必需氨基酸：机体能合成。

（三）蛋白质的互补作用：将不同来源的蛋白质混合食用，以增加营养必需氨基酸的种类及比例，提高蛋白质的营养价值。

第三节氨基酸的一般代谢一、体内氨基酸的动态平衡：（一）氨基酸的来源与去路：1、氨基酸的来源：①食物消化吸收；②组织蛋白分解；③营养非必需氨基酸合成等。

2、氨基酸的去路：①合成组织蛋白；②转变为非蛋白含氮物质。

③氧化分解或转化为糖或脂肪。

蛋白质降解成氨基酸后,氨基酸可通过脱氨基和脱羧基作用进一步分解。

二、氨基酸脱氨基作用α-氨基酸分子上的氨基被脱去生成α-酮酸和氨的化学反应，称氨基酸脱氨基作用。

氨基酸的脱氨基作用主要包括氧化脱氨基、转氨脱氨基、联合脱氨基等，这是氨基酸主要的转化方式。

（一）氧化脱氨基作用：氨基酸在酶的催化下脱氢氧化的同时拌有脱氨的反应，称作氧化脱氨基作用。

催化这一过程的酶有脱氢酶和氧化酶两类,脱氢酶中最重要的是谷氨酸脱氢酶,辅酶是NAD+或NADP+,它催化谷氨酸氧化脱氨,生成α-酮戊二酸。

1、氨基酸氧化酶：2、L-谷氨酸脱氢酶：（二）转氨基作用：转氨基作用是α-氨基酸和α-酮酸之间的氨基转移反应。

α-氨基酸的氨基在相应的转氨酶催化下转移到α-酮酸的酮基碳原子上,结果是原来的氨基酸生成了相应的α-酮酸,而原来的α-酮酸则形成了相应的氨基酸。

这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。

催化转氨基作用的酶叫做转氨酶或氨基移换酶。

转氨酶广泛存在于生物体内。

（三）联合脱氨基作用：氨基酸的转氨作用虽然在生物体内普遍存在,但只靠转氨作用并不能最终使氨基脱掉。

同时,氧化脱氨作用也不能满足机体脱氨基的需要。

因此一般认为L-氨基酸在体内不是直接氧化脱氨,而是先与α-酮戊二酸经转氨作用变为相应的α-酮酸和谷氨酸,谷氨酸可通过二种方式氧化脱氨:1、转氨酶—谷氨酸脱氢酶的联合脱氨作用。

这种脱氨基作用是转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联进行的,所以称为联合脱氨基作用：2、转氨酶—嘌呤核苷酸循环联合脱氨作用三、氨的代谢机体各种来源的氨汇入血液形成血氨。

氨是毒性物质，浓度过高会引起中毒。

在正常情况下细胞中游离氨浓度非常低，这是因为机体通过各种途径使血氨的来源与去路处于相对平衡。

（一）氨的来源①氨基酸脱氨作用产生的氨；②肠道吸收的氨（包括蛋白质食物腐败所产生的氨、尿素渗入肠道被脲酶水解产生的氨等）；③肾脏谷氨酰胺分解产生被回流入血的氨；④药物及体内其它含氮物质氧化分解产生的氨。

（二）氨的去路1、合成尿素生成尿素是体内氨代谢的主要途径，是通过尿素循环生成的，尿素循环是最早发现的代谢循环。

合成尿素的器官是肝脏。

参与尿素合成的酶分布在肝细胞的胞液和线粒体中。

合成过程分四个步骤：（1）合成氨基甲酰磷酸 NH3和CO2为原料，ATP供能，在氨基甲酰磷酸合成酶的催化下合成氨基甲酰磷酸（线粒体中进行）。

（2）合成瓜氨酸（线粒体中）。

（3）合成精氨酸线粒体中的瓜氨酸经膜载体转运至胞液在精氨酸代琥珀酸缩合酶（活性低，限速酶）和裂解酶的催化下与天门冬氨酸生成精氨酸和延胡索酸。

延胡索酸进入TCAC循环生成草酰乙酸，重新生成天门冬氨酸（胞液）。

（4）生成尿素精氨酸在精氨酸酶的催化下，水解生成尿素和鸟氨酸。

鸟氨酸经膜载体转运至线粒体，可再次参与尿素循环。

鸟氨酸循环途径通过鸟氨酸循环将CO2和有毒的NH3转变为尿素并通过肾脏排出体外，从而解除了氨毒。

因此，当肝功能严重受损时，尿素合成受阻、使血氨浓度升高，称为高血氨症，可导致氨中毒。

2、合成谷氨酰胺在心、脑和肌肉等组织中，广泛地存在着谷氨酰胺合成酶，催化NH3和谷氨酸合成谷氨酰胺,反应由ATP供能。

谷氨酰胺还可通过血液循环运送到肾脏，在谷氨酰胺酶催化下水解为谷氨酸和氨。

生成的氨可与肾小管中的酸结合成铵盐由尿排出。

3、重新利用氨也可使α-酮酸氨化为营养非必需氨基酸；还可参加嘌呤、嘧啶等的合成。

四、α-酮酸的代谢α-酮酸的代谢主要有三条途径。

（一）生成营养非必需氨基酸通过氨基酸脱氨基作用的逆向途径，α-酮酸经转氨基作用或还原加氨基化反应生成相应的氨基酸。

这是机体合成营养非必需氨基酸的重要途径。

（二）转变为糖和酮体氨基酸所生成的α-酮酸可经特定代谢转变成糖和酮体。

依转化产物不同，可将氨基酸分为三类：1、生糖氨基酸2、生酮氨基酸3、生糖兼生酮氨基酸（三）氧化供能AA脱氨后可以转化糖代谢的中间产物，进行彻底氧化。

第四节个别氨基酸的代谢各种氨基酸由于R基的不同，又有各自的代谢特点。

一、氨基酸的脱羧作用体内多种氨基酸可以进行脱羧基反应，生成相应的具有重要生理作用的胺类物质。

（一）脱羧作用氨基酸在脱羧酶的催化下，放出CO2并生成相应胺的反应过程，叫做脱羧作用。

催化这类反应的脱羧酶特异性较强，其辅酶是磷酸吡哆醛。

（二）重要氨基酸的脱羧反应1、谷氨酸脱羧产物是γ-氨基丁酸（GABA）。

催化反应的谷氨酸脱氢酶，在脑组织中活性较高。

GABA是神经系统的主要抑制递质。

VB6是该酶的辅酶，因此临床上用VB6神经性妊娠呕吐及小儿抽搐。

2、组氨酸产物是组胺，组胺是一种血管舒张剂，有降血压、促进胃液分泌等作用。

3、色氨酸产物是5-羟色胺（5-HT），具有镇痛、升高血压等作用。

4、鸟氨酸在S-腺苷蛋氨酸（SAM）参与下，生成精胺和精脒等多胺物质。

这些物质能促进细胞生长发育。

肿瘤及胚胎细胞中鸟氨酸脱氢酶的活性较高，可生成大量的多胺。

V A可抑制此酶的活性，因此对抗癌具有一定的疗效。

二、氨基酸与“一碳单位”的代谢（一）“一碳单位”的概念某些氨基酸在代谢过程中分解产生含一个碳原子的活性基团，称一碳单位或一碳基团。

一碳单位的生成、转变、运输及参与物质合成的反应过程称一碳单位代谢。

（一）一碳单位及其载体体内重要的一碳单位有：甲基、亚甲基、次甲基、甲酰基和亚氨甲基等。

一碳单位与载体结合后才能被运输并参与代谢。

一碳单位的载体是四氢叶酸（FH4），它作为一碳转移酶的辅酶参与对一碳单位的运输。

四氢叶酸的核心部分结构为；FH4结合一碳单位的基团是FH4、N10的位置，形成N5-甲基- FH4、N5，N10-亚甲基- FH4、N5，N10-次甲基- FH4、N10-甲酰- FH4、N10-亚氨甲基 - FH4。

（二）一碳单位的生成体内重要的一碳单位来自不同的氨基酸。

包括甘氨酸、色氨酸、组氨酸、丝氨酸和蛋氨酸。

1、甘氨酸2、色氨酸3、组氨酸4、丝氨酸5、蛋氨酸蛋氨酸与ATP反应生成S-腺苷蛋氨酸（SAM），SAM进入蛋氨酸甲基转移循环。

该循环不仅为胆碱、肌酸和肾上腺素等重要物质的生物合成提供了甲基，而且对于重新利用N5-甲基- FH4分子的FH4具有重要意义。

N5-甲基- FH4一旦生成，不能转变为其他的一碳单位，也就是说N5-甲基- FH4中的FH4不能在利用。

但是在N5-甲基- FH4转甲基酶的作用下，N5-甲基-FH4能与同型的半胱氨酸反应生成蛋氨酸和FH4，使FH4重新获得被利用的机会。

N5-甲基- FH4转甲基酶的辅酶是VB12，因此VB12缺乏时，会影响有关代谢。

（三）一碳单位代谢的生理意义1、直接参与嘌呤、嘧啶等物质的生物合成。

2、满足多种重要物质合成对甲基的需要。

体内约50多种化合物的生物合成由SAM提供甲基。

3、一碳单位代谢与新药设计三、含硫氨基酸代谢四、芳香族氨基酸代谢。