第七章 氨基酸代谢

氨基酸是构成蛋白质分子的基本单位。

蛋白质是生命活动的基础。

体内的大多数蛋白质均不断地进行分解与合成代谢。

一、蛋白质的营养作用1．蛋白质的生理功能维持细胞、组织的生长、更新、修补；运输；代谢调节、催化作用；能量供给2．氮平衡蛋白质的含氮量平均约16%，食物中的含氮物质绝大多数是蛋白质，因此机体内蛋白质代谢的概况可根据氮平衡实验来确定。

即测定尿与粪中的含氮量(排出氮)及摄入食物的含氮量(摄入氮)可以反映人体蛋白质的代谢概况。

氮平衡有三种情况(1)氮总平衡：摄入氮=排出氮,反映正常成人的蛋白质代谢情况,即氮的“收支”平衡。

(2)氮正平衡：摄入氮＞排出氮,部分摄入的氮用于合成体内蛋白质。

儿童、孕妇及恢复期病人属于此种情况。

(3)氮负平衡：摄入氮＜排出氮。

例如饥饿或消耗性疾病患者。

3．蛋白质的营养价值蛋白质的互补作用蛋白质的互补作用是指营养价值较低的食物蛋白同时食用时，必需氨基酸可以相互补充，从而提高营养价值。

必需氨基酸机体需要而又不能自身合成,必须由食物供给的氨基酸称为营养必需氨基酸。

人体内有8种必需氨基酸即：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和蛋氨酸。

二、蛋白质的消化、吸收与腐败1．蛋白质的消化与吸收食物蛋白质的消化自胃中开始，主要在小肠进行。

胃蛋白酶、胰蛋白酶等是蛋白质消化的主要酶，通过各种蛋白酶的协同作用，生成氨基酸及二肽后方可被吸收。

氨基酸的吸收主要在小肠进行，可通过肠粘膜细胞膜上的氨基酸载体，也可通过γ－谷氨酰基循环吸收氨基酸。

人体内有四种氨基酸载体即中性氨基酸载体、碱性氨基酸载体、酸性氨基酸载体和亚氨基酸与甘氨酸载体；γ－谷氨酰基循环是氨基酸吸收的一种方式，通过谷胱甘肽的代谢来完成，包括多种酶催化多种反应，其中γ－谷氨酰基转移酶位于细胞膜上，是该循环的关键酶。

2．蛋白质的腐败作用在蛋白质消化过程中,有一部分蛋白质不被消化,也有一小部分消化产物不被吸收。

肠道细菌对这部分蛋白质及其消化产物所起的作用,称为腐败作用。

大多数腐败作用产物对人体有害，但也可以产生少量脂肪酸及维生素等有用物质。

这些有害物质大部分随粪便排出。

三、氨基酸代谢库1.氨基酸代谢库食物蛋白经过消化吸收后，以氨基酸的形式通过血液循环运到全身的各组织。

这种来源的氨基酸称为外源性基酸。

机体各组织的蛋白质在组织酶的作用下，也不断地分解成为氨基酸；机体还能合成部分氨基酸(非必需氨基酸)；这两种来源的氨基酸称为内源性氨基酸。

外源性氨基酸和内源性氨基酸彼此之间没有区别，共同构成了机体的氨基酸代谢库(metabolic pool)。

氨基酸代谢库通常以游离氨基酸总量计算，机体没有专一的组织器官储存氨基酸，氨基酸代谢库实际上包括细胞内液、细胞间液和血液中的氨基酸。

2.氨基酸的主要功能氨基酸的主要功能是合成蛋白质，也合成多肽及其他含氮的生理活性物质。

除了维生素之外(维生素PP是个例外)体内的各种含氮物质几种都可由氨基酸转变而成，包括蛋白质、肽类激素、氨基酸衍生物、黑色素、嘌呤碱、嘧啶碱、肌酸、胺类、辅酶或辅基等。

氨基酸的一般代谢人体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。

不同的蛋白质在体内的寿命差异很大。

真核细胞的蛋白质的降解有两条途径：一是不依赖ATP的过程，在溶酶体内进行主要降解细胞外来源的蛋白质、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白质。

另一是依赖ATP和泛素的过程，在胞液中进行，主要降解异常蛋白和短寿命的蛋白质。

外源性与内源性的氨基酸共同构成“氨基酸代谢库”参与体内代谢。

各种氨基酸具有共同的结构特点，故有共同的代谢途径，但不同的氨基酸也各有其个别的代谢方式。

一、氨基酸的脱氨基作用脱氨基作用是氨基酸分解代谢的主要途径。

体内的氨基酸可通过多种方式脱去氨基,包括氧化脱氨基作用、转氨基作用、联合脱氨基作用及嘌呤核苷酸循环,其中联合脱氨基作用是氨基酸脱氨基的主要方式。

所谓联合脱氨基，是指氨基酸的转氨基作用和氧化脱氨基作用的联合，其过程是氨基酸首先与α－酮戊二酸在转氨酶催化下生成相应的α－酮酸和谷氨酸，谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶作用下生成α－酮戊二酸和氨，α－酮戊二酸再继续参与转氨基作用。

上述联合脱氨基作用是可逆的，所以也是体内合成非必需氨基酸的主要途径。

催化氨基酸转氨基的酶是转氨酶，其辅酶是维生素B6的磷酸酯即磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，此酶催化某一氨基酸的α氨基转移到另一种α酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸。

体内有多种转氨酶，其中谷丙转氨酶(GPT或ALT)和谷草转氨酶(GOT 或AST)最为重要。

由于骨骼肌和心肌中L-谷氨酸脱氢酶的活性弱,难于进行联合脱氨基作用,该组织的氨基酸主要通过嘌呤核苷酸循环进行脱氨基作用。

嘌呤核苷酸循环过程，氨基酸首先通过连续的,转氨基作用将氨基转移给草酰乙酸，生成天冬氨酸；天冬氨酸与次黄嘌呤核苷酸生成腺苷酸带琥珀酸，经裂解生成AMP，AMP在腺苷酸脱氨酶催化下脱去氨基。

由此可见，嘌呤核苷酸循环实际上也可以看成是另一种形式的联合脱氨基作用。

二、α－酮酸的代谢氨基酸脱氨基后生成的α酮酸主要代谢途径有三(1)通过转氨基作用合成非必需氨基酸(2)转变成糖、脂类。

体内能转变成糖的氨基酸称生糖氨基酸；能转变成酮体的称生酮氨基酸；二者兼备的称生糖兼生酮氨基酸。

大多数氨基酸为生糖氨基酸。

(3)氧化供能。

三、氨的代谢1．氨的来源正常情况下血氨的来源与去路保持动态平衡，血浆中氨的浓度不超过0.1mg/100ml。

血氨增高，引起脑功能紊乱。

体内氨的来源：（1）组织中氨基酸脱氨基作用，是体内氨的主要来源；（2）肠道吸收的氨，有两个来源,①腐败作用产生的氨;②肠道尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨，NH3比NH4+易吸收，临床上对高血氨病人采用弱酸性液做结肠透析，禁止用碱性液灌肠，是为了减少氨的吸收。

（3）肾小管上皮细胞分泌的氨，主要来自谷氨酰胺的水解；（4）胺类、嘌呤、嘧啶等含氮物质的分解亦可以产生小部分氨。

2．氨的运输氨对机体是有毒的。

在血液中主要以无毒的丙氨酸及谷氨酰胺两种形式运输。

肌肉中的氨通过丙氨酸—葡萄糖循环以无毒的丙氨酸形式运输到肝脏；谷氨酰胺是脑、肌肉等组织向肝脏运输氨的形式。

3．尿素的生成正常情况下，体内的氨主要在肝脏合成尿素，只有少部分在肾以铵盐形式由尿排出。

尿素在肝细胞经鸟氨酸循环合成。

使有毒的氨合成无毒的尿素,随尿液排出体外。

主要步骤：（1）CO2和氨在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）催化下生成氨基甲酰磷酸，反应在线粒体内进行，消耗2分子ATP；（2）氨基甲酰磷酸和鸟氨酸缩合成瓜氨酸，瓜氨酸通过线粒体膜到达胞液；（3）精氨酸的生成，瓜氨酸与天冬氨酸缩合成精氨酸代琥珀酸，后者裂解为精氨酸和延胡索酸；（4）尿素的生成，精氨酸由精氨酸酶催化释放1分子尿素和鸟氨酸，完成鸟氨酸循环。

氨基酸的一般代谢以及尿素生成过程4.尿素合成的调节尿素生成受多种因素的调节，以保证及时、充分地解除氨毒。

氨基甲酰磷酸的生成是尿素合成的重要步骤，Ｎ－乙酰谷氨酸是CPS-Ⅰ的别构激活剂，它由乙酰辅酶A和谷氨酸通过Ｎ－乙酰谷氨酸合成酶催化而生成，精氨酸是Ｎ－乙酰谷氨酸合成酶的激活剂。

2分子的NH3和1分子CO2通过鸟氨酸循环生成1分子的尿素，其中第二分子的NH3以天冬氨酸的形式参与合成。

尿素合成是一个耗能过程，合成1分子尿素消耗4个高能键。

5.高氨血症和氨中毒正常生理情况下，血氨处于较低水平。

尿素循环是维持血氨低浓度的关键。

当肝功能严重损伤时，尿素循环发生障碍，血氨浓度升高，称为高氨血症。

氨中毒机制尚不清楚。

一般认为，氨进入脑组织，可与α酮戊二酸结合成谷氨酸，谷氨酸又与氨进一步结合生成谷氨酰胺，从而使α 酮戊二酸和谷氨酸减少，导致三羧酸循环减弱，从而使脑组织中ATP生成减少。

谷氨酸本身为神经递质，且是另一种神经递质γ-氨基丁酸(γ-aminobutyrate,GABA)的前体，其减少亦会影响大脑的正常生理功能，严重时可出现昏迷。

个别氨基酸代谢1．氨基酸的脱羧基作用体内部分氨基酸可进行脱羧基作用，生成相应的胺类。

催化这些反应的是氨基酸脱羧酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。

谷氨酸脱羧生成γ－氨基丁酸、组氨酸脱羧生成组胺、色氨酸脱羧生成5-羟色胺，此外还有精胺、精脒等，这些胺类都具有重要的生理功能。

,2．一碳单位的代谢某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团,称为一碳单位。

其代谢的辅酶是四氢叶酸。

一碳单位参与嘌呤、胸腺嘧啶的合成，主要的一碳单位有甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基和亚氨甲基。

一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸结合而转运和参加代谢。

四氢叶酸由叶酸经二氢叶酸还原酶催化，通过两步还原反应而生成。

不同的一碳单位形式可以相互转变，但N5-甲基四氢叶酸的生成基本上是不可逆的。

一碳单位的主要生理功能是作为合成嘌呤和嘧啶核苷酸的原料，一碳单位是联系氨基酸与核酸代谢的枢纽。

3．含硫氨基酸的代谢含硫氨基酸有甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸。

甲硫氨酸循环是甲硫氨酸代谢的主要途径，其中生成的S—腺苷甲硫氨酸（SAM）是体内最主要的甲基供体，体内多种重要生理活性物质的合成需要甲基化，例如：肾上腺素、肌酸、肉碱等。

甲基化具有广泛的生理意义。

肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，S—腺苷甲硫氨酸供给甲基而生成。

肝脏是肌酸合成的主要器官。

在肌酸激酶（CPK）催化下，肌酸转变成磷酸肌酸，储存能量。

半胱氨酸可转变生成牛磺酸，后者是结合胆汁酸的成分。

含硫氨基酸分子中的硫-，部分以钠盐形式由尿排出，其余转变成活性硫酸根（PAPS），具在体内可转变成HSO4有生理功能。

4．芳香族氨基酸的代谢芳香族氨基酸包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。

苯丙氨酸经苯丙氨酸羟化酶作用生成酪氨酸。

苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏使苯丙氨酸积累，并转变为苯丙酮酸而引起苯酮酸尿症。

酪,氨酸代谢的主要途径有三：（1）转变成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素。

后三者统称为儿茶酚胺，是重要的神经递质；（2）在色素细胞中生成黑色素。

酪氨酸酶缺乏黑色素合成障碍引起白化病；（3）酪氨酸进一步分解，参与糖和脂肪代谢。