11.28 氨基酸代谢2

谷氨酸
转氨酶 α-酮戊 二酸
丙酮酸 丙氨酸
丙酮酸 丙 氨 酸
α-酮戊二酸
丙 氨 酸
丙氨酸-葡萄糖循环
3、尿素的生成机制和鸟氨酸循环
尿 素 生成 的 过程 于 1932年由 Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟 氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素 循环(urea cycle) 。
脯氨酸和精氨酸
目录
（2）草酰乙酸衍生类型
草酰乙酸和谷氨酸通过转氨基作用生成天冬氨酸
丙酮酸 草酰乙酸
+
谷氨酸
谷草转氨酶
天冬氨酸
异亮氨酸
高丝氨酸
赖氨酸 或甲硫氨酸 天冬酰胺 苏氨酸
草酰乙酸衍生类型可合成天冬氨酸、天冬酰胺、
赖氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸
目录
（3）丙酮酸衍生类型
丙酮酸
转氨酶
丙氨酸
+
CH HOOC
COOH
精氨琥珀酸
精氨酸
转氨基作用
延胡索酸
三羧酸 循环
天冬氨酸
草酰乙酸
瓜氨酸 （氨基的供体）
谷氨酸
(3) 精氨酸水解生成尿素
H2O
精氨酸
尿素
鸟氨酸
反应在胞液中进行
尿素-柠檬酸双循环
线粒体 胞 液
该循环是体内消除氨毒的 主要方式，还消耗了一部 分体内不需要的CO2 鸟 氨 酸 循 环
磷酸吡哆胺
α-酮戊二酸
大多转氨酶都需要 -酮戊二酸作为氨基受体，从而生成谷氨酸
COOH | (CH2)2 | HC-NH2 | COOH
谷氨酸 COOH | (CH2)2 | C=O | COOH -酮戊二酸
谷丙转氨酶
CH3 | C=O | COOH 丙酮酸
COOH | (CH2)2 | HC-NH2 | COOH
动物体自身能合成的非必 需氨基酸都是生糖氨基酸
非必须氨基酸 蛋白质 氨基酸 必须氨基酸
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糖
所有生酮氨基酸都 是必需氨基酸
酮体
由于氨基酸的合成与机体内糖和脂肪等的代谢途径有关，
因此可将氨基酸生物合成相关代谢途径的中间产物，看作 氨基酸生物合成的起始物，并依据此分为六大类型。
目录
（1）α-酮戊二酸衍生类型
目录
α-酮戊二酸 CO2
异亮氨酸 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸
11.3 氨基酸的合成代谢
11.3.1 氨基酸合成途径的类型
• 必需氨基酸(essential amino acid) 指体内需要而又不能自身合成，必须由食 物供给的氨基酸。 • 其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。 （ semiessential amino acid） •不同生物体合成氨基酸的能力有所不同，人体内可 以合成10种氨基酸，植物和绝大多数微生物能合成 全部（20种）氨基酸。 目录
11.2 氨基酸的分解代谢

氨基酸的共同分解代谢途径包括脱氨基作 用(α-酮酸+NH4+)和脱羧基作用(胺+CO2)。
11.2.1 氨基酸的脱氨基作用
脱氨基作用
指氨基酸脱去α-氨基生成相应α-酮酸的过程。
1、氧化脱氨基作用 2、转氨基作用 3、联合脱氨基作用 4、非氧化脱氨基作用
目录
2、转氨基作用
+
C
鸟氨酸转氨甲酰酶
(CH2 )3 CH NH2
O ~PO3
COOH
H3PO4
COOH
鸟氨酸
氨基甲酰磷酸
瓜氨酸
反应在线粒体中进行
(2) 从瓜氨酸合成精氨酸
NH C NH (CH 2 )3
2
NH2
COOH N C H CH2 COOH NH2
O
COOH
C
+
NH
2
H2N
C CH2
H
ATP
精氨琥珀酸合成酶
Mg2+ H2O
NH (CH2)3
CH
COOH
AMP+PPi
CH
COOH
COOH
瓜氨酸
天冬氨酸
精氨琥珀酸
反应在胞液中进行
NH2 C NH (CH2)3 CH NH2 COOH N
COOH C H CH2 COOH
NH2 C NH NH COOH CH
精氨琥 精氨酸代琥 珀酸裂合酶 珀酸裂解酶
(CH2)3 CH NH2
α-酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸
α － 酮戊二酸 NH4+
谷氨酸脱氢酶
L－谷氨酸 H2 O
目录
谷氨酸在谷氨酰胺合成酶催化下合成谷氨酰胺
NH3+ NH3+
L－谷氨酸
谷氨酰胺合成酶
L－谷氨酰胺
NH4+
Mg－ATP Mg－ADP ＋ Pi
目录
脯氨酸是从谷氨酸转
H3N＋
L－谷氨酸
NADH ＋ H+ H2 O NAD＋
天冬氨酸
草酰乙酸
延胡索酸 苹果酸
4、非氧化脱氨基作用
微生物中： 脱水脱氨基 脱硫化氢脱氨基 直接脱氨基
水解脱氨基
5、脱酰胺基作用
谷胺酰胺酶：谷胺酰胺+ H2O →谷氨酸+ NH3 天冬酰胺酶：天冬酰胺 + H2O → 天冬氨酸 + NH3 谷胺酰胺、天冬酰胺是动、植物体内氨的储运
形式。因此脱酰胺基作用也是氨基酸代谢的重
曾经认为此种方式是氨基酸脱氨基的主要方式， 也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。
（2）嘌呤核苷酸循环脱氨基作用
心肌、骨骼肌： L-谷氨酸脱氢酶活 性 腺苷酸琥
氨 基 酸 α-酮戊 二酸 珀酸合成酶 NH3 次黄苷酸 谷 草 转 氨 酶 腺苷酸 脱氨酶 H2O 转 氨 酶 腺苷酸 琥珀酸 腺苷酸 (AMP) 谷氨酸 α-酮酸
谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺合成酶 ATP ADP+Pi 谷氨酰胺
合成非必需氨基酸、嘌呤、嘧啶等
1、氨的排泄方式
氨是有毒物质 氨中毒的可能机制
正常人血氨浓度低于58.7μmol/L,血氨浓度升
α-酮戊二酸
NH3 NH3 高可致脑组织功能障碍，甚至昏迷或死亡。
降低肠道pH（7.4），NH3转变为NH4+以胺盐 形式排出，可减少氨的吸收，这是高血氨病人酸 性灌肠的依据。 脑 脑内α-酮戊二酸↓
变而来的
NH3＋ L－谷氨酸－γ －半缩醛 H2 O
NH＋ Δ2－吡咯－5－羧酸 NADH ＋ H+ NAD＋
NH2＋
L－脯氨酸
目录
谷氨酸转变成精氨酸
L－谷氨酸
N－乙酰谷氨酸
N－乙酰－ γ －谷氨酰磷酸
N－乙酰谷氨酸－ γ －半醛
N－乙酰鸟氨酸
鸟氨酸
精氨酸
α-酮戊二酸衍生类型可合成谷氨酸、谷氨酰胺、
β丙氨酸
大量胺类物质能引起神经或心血管等系统的功 能紊乱
胺类 入肝（单胺氧化酶或 二胺氧化酶） 胺类 相应的醛 相应的脂肪酸 CO2+H2O 解毒
11.2.3 氨的代谢去路
动物体内氨基酸脱下的氨去路有：
铵盐随尿排出
在肝内合成尿素，这是最主要的去路
合成谷氨酰胺或天冬酰胺储存
4、以酰胺的形式储存
NH3 ATP
谷氨酸
ADP + Pi
谷氨酰胺
谷氨酰胺合成酶
NH3 天冬氨酸
天冬酰胺合成酶
天冬酰胺
（植物体中储氨的重要物质）
11.2.4 α-酮酸的代谢去路
氨基酸脱氨基后生成的-酮酸主要有三 条代谢去路: （一）α-酮酸还原氨基化生成非必需氨基酸
(脱氨作用的逆反应)
（二）α-酮酸可转变成糖及脂肪 （三）α-酮酸可彻底氧化分解并提供能量
谷氨酰胺
谷氨酰胺是电中 性的无毒物质， 容易通过细胞膜 迚入血液循环。
E1 谷氨酰胺合成酶
（ 脑、肝）
E2 谷 氨 酰 胺 酶 （ 肾）
肝：合成尿素 肾：铵盐（尿 氨）形式 排出
• 意义 —— 谷氨酰胺是氨在体内的利用、贮存和运输形 式，也是体内 (脑) 暂缓氨毒的一种重要方式。
② 氨以丙氨酸的形式转运
谷氨酸
谷氨酰胺
排泄方式
供 水生动物：排氨 TAC ↓ 能 不 鸟类和某些爬虫类动物：排尿酸 足
人和哺乳类动物：排尿素
2、氨的转运
① 氨以谷氨酰胺的形式转运
COOH | (CH2)2 | HC-NH2 | COOH
谷氨酸
CO -NH2 NH3 ATP ADP + Pi + H2O | (CH2)2 E1 | HC-NH2 E2 | NH3 H2O COOH
丙酮酸衍生类型可合成丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸
目录
（4）3-磷酸甘油 酸衍生类型
丝氨酸从糖酵解的 中间产物3-磷酸甘
3-磷酸 甘油酸
D – 3 –磷酸甘油醛 NAD＋ NADH ＋ H+
磷酸羟基丙酮酸
转氨酶
α－
AA
NH3
+
α－
KA
油酸形成
磷酸- L - 丝氨酸
H2 O
Pi NH3
+
L- 丝氨酸
目录
大部分氨基酸是生糖氨基酸，只有2种生酮氨基酸
（三）α-酮酸可彻底氧化分解并供能氧化供能
α-酮酸在体内可通过TAC 和氧化磷酸化彻 底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。
综上可见，氨基酸代谢与糖和脂肪 的代谢密切相关。
目录
糖
葡萄糖或糖原 磷酸丙糖
甘油三酯
脂肪
脂肪酸
氨 基 酸 、 糖 及 脂 肪 代 谢 的 联 系
（二）α-酮酸转变成糖及脂肪
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、精氨酸、 羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、 天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸 、苏氨酸 亮氨酸、赖氨酸 异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸
生酮氨基酸 生糖兼生酮氨基酸
谷氨酸
COOH | CH2 | C=O | COOH 草酰乙酸 COOH | CH2 | C -NH2 | COOH 天冬氨酸
CH3 | HC-NH2 | COOH 丙氨酸
COOH | (CH2)2 | C=O | COOH -酮戊二酸
谷草转氨酶
转氨基作用
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。 通过此种方式只转移氨基，并未产 生游离的氨。
鸟氨酸循环的过程分3个阶段：
(1) 从鸟氨酸合成瓜氨酸
谷氨酸的氧化 脱氨作用
CO2 + NH3 + H2O + 2ATP
糖的代谢 产物
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ
N-乙酰谷氨酸（别构激活剂）
O H2N C O ~ PO32氨基甲酰磷酸
+ 2ADP + Pi
NH2 C
NH2
NH2
O
NH
O
2-
(CH2)3 CH NH2
肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝，肝为肌肉 肌肉 血液 肝 提供葡萄糖。 肌肉 葡
蛋白质 糖 酮酸从肌肉带到肝中。 糖 氨基酸
糖 异 生 尿素循环
脏排泄
萄 葡 通过血液 转运一分子丙氨酸，相当于将一分子氨和一分子丙 葡萄糖 尿素 糖 萄 循环到肾
酵 解 途 径
NH3 谷氨酸
谷丙转氨酶
NH3
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。
大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、
脯氨酸、羟脯氨酸除外。
转氨作用的机制:
转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛
+ α-酮酸
氨基酸
氨基酸
磷酸吡哆醛
转氨酶
谷氨酸
转氨酶
α-酮酸
三羧酸循环
反应小结：
原料：2 分子氨，一个来自于游离氨(谷氨酸氧
化脱氨)，另一个来自天冬氨酸（其他氨基酸
通过转氨基作用将氨转给草酰乙酸生成）。 过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行， 再在胞液中进行。 耗能：3 个ATP。
尿素是哺乳动物蛋白质代谢的最终产物。尿素
氮占尿中排出总氮量的90%，在蛋白质营养不足 时，可降低至40-50%。
预苯酸脱氢酶
对羟基 苯丙酮酸
氨基苯甲酸合酶
邻氨基苯甲酸
赤藓糖4-磷酸衍生类型可合成苯丙氨酸、
酪氨酸和色氨酸
色氨酸
目录
（6）组氨酸 生物合成
由5-磷酸核糖焦 磷酸开始，经过 一系列的复杂反
3、联合脱氨基作用
定义 两种脱氨基方式的联合作用，使氨 基酸脱下α-氨基生成α-酮酸的过程。
类型 ① 转氨基偶联氧化脱氨基作用 ② 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环
(1) 转氨基偶联氧化脱氨基作用
α-酮戊二酸 L-谷氨酸
NH3+NADH+H+
L-谷氨酸脱氢酶
L-氨基酸
转氨酶
α-酮酸
H2O+NAD+
丝氨酸脱去羟甲基形成甘氨酸
目录
半胱氨酸可由丝氨酸转变生成
大多植物和微生物：
乙酰CoA O-乙酰丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸转乙酰基酶 半胱氨酸+乙酸
3-磷酸甘油酸衍生类型可合成丝氨酸、甘氨酸和
半胱氨酸
目录
（5）赤藓糖4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸 衍生类型
苯丙氨酸
苯丙酮酸
酪氨酸
预苯酸 烯醇丙酮酸磷酸 赤藓糖4-磷酸 分支酸
要反应之一。
11.2.2 氨基酸的脱羧基作用
肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类
不是氨基酸代谢的主要方式
一般脱羧酶的丏一性很高 蛋白质
蛋白酶 氨基酸脱羧酶
氨基酸 组氨酸 谷氨酸
伯胺类+CO2
使血管舒张，降 低血压 为神经递质
组胺
γ氨基丁酸
5-磷酸吡哆 醛为辅酶
酪氨酸 天冬氨酸
酪胺
使血压升高 组成泛酸
α-磷酸甘油 PEP
丙氨酸 半胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸
丙酮酸 异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸 草酰乙酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 亮氨酸 赖氨酸 酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 酮体
柠檬酸
天冬氨酸 天冬酰胺
延胡索酸 苯丙氨酸 酪氨酸
T C A循环
琥珀酰CoA
CO2
谷氨酸 精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 缬氨酸