第十章氨基酸代谢 植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮,合成各利氨基酸、蛋白质、含氮化合物 人和动物消化吸收动、植物蛋白质,得到氨基酸,合成蛋白质及含氮物质。 有些微生物能把空气中的N转变成氨态氮,合成氨基酸。 第一节 蛋白质消化、降解好氮平衡 蛋白质消化吸收 哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰疑乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性蛋白酶。经上述酶的作用,蛋白 质水解成游离氨基酸,在小肠被吸收 被吸收的氨基酸(与糖、脂样)一般不能直接排出体外,需经历各种代谢途径。 肠粘膜细胞还可吸收二或≡肽,吸收作用在小肠近端较强,因此肽的吸收先于游离氨基酸。 蛋白质的降解 人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有总体蛋白的1%~2%被降解、更新。 不同蛋白的半寿期差异很大,人血浆蛋白质的t约10天,的tn约1~8天,结缔组织蛋白的t约180天,许多 键性的调节酶的tn均很短 真核细胞中蛋白质的降解有两条途径 条是不依赖ATP的途径,在溶酶体中进行,主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。 另一条是依赖AP和泛素的途径,在胞质中进行,主要降解异常蛋白和短寿命蛋白,此途径在不含溶酶体的红细胞中尤 为重要。 泛素是一种85KD(76aa残基)的小分子蛋白质,普遍存在于真核细胞内。—级结构高度保守,酵母与人只相差3个aa 残基,它能与被降解的蛋白质共价结合,使后者活化,然后被蛋白酶降解。 氨基酸代谢库 食物蛋白中,经消化而被吸收的氨基酸(外源性aa)与体内组织蛋白降解产生的氨基酸(内源性a)混在一起,分布于 体内各处,参与代谢,称为氨基酸代谢库 氨基酸代谢库以游离aa总量计算 肌肉中a占代谢库的50%以上。 肝脏中aa占代谢库的10% 肾中aa占代谢库的4%。 血浆中aa占代谢库的1~6% 肝、肾体积小,它们所含的aa浓度很高,血浆aa是体内各组织之间aa转运的主要形式。 氨基酸代谢库
１ 第十章 氨基酸代谢 植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化合物。 人和动物消化吸收动、植物蛋白质，得到氨基酸，合成蛋白质及含氮物质。 有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮，合成氨基酸。 第一节 蛋白质消化、降解及氮平衡 一、 蛋白质消化吸收 哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白 质水解成游离氨基酸，在小肠被吸收。 被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能直接排出体外，需经历各种代谢途径。 肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离氨基酸。 二、 蛋白质的降解 人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有总体蛋白的1%～2%被降解、更新。 不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的 t1/2约 10 天，肝脏的 t1/2约 1～8天，结缔组织蛋白的 t1/2约 180 天，许多关 键性的调节酶的t1/2 均很短。 真核细胞中蛋白质的降解有两条途径： 一条是不依赖ATP的途径，在溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。 另一条是依赖 ATP 和泛素的途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤 为重要。 泛素是一种8.5KD（76a.a.残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个a.a 残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。 三、 氨基酸代谢库 食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性a.a）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性a.a）混在一起，分布于 体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。 氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。 肌肉中a.a占代谢库的50％以上。 肝脏中a.a占代谢库的10％。 肾中 a.a占代谢库的4％。 血浆中a.a占代谢库的1～6％。 肝、肾体积小，它们所含的a.a浓度很高，血浆a.a是体内各组织之间a.a转运的主要形式。 氨基酸代谢库 图
四、氮平衡 食物中的含氮物质,绝大部分是蛋白质,非蛋白质的含氮物质含量很少,可以忽略不计。 氮平衡:机体摄入的氮量和排出量,在正常情况下处于平衡状态。即,摄入氮=排出氮。 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。 氮负平衡:摄入氮<排出氮。饥锇、疾病。 氨基酸分解代谢 氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。 ,氨酸的分解谢般是先氨基形的碳骨架可以被氧化成(C2和BD.产生AP,也可以为、脂酸的合 提供碳架。 脱氨基俑用 主要在肝脏中进行 氧化脱基 第一步,脱氢,生成亚胺。第二步,水解。 P219反应式 生成的HAO有毒,在过氧化氢酶催化下,生成H2OHO2↑,解除对细孢的毒害。 l、催化氧化脱基反应(氨基敦氧体) L一氨基敦化醇 有两类辅酶,E一FMN E—FAD(人和动物) 对下列aa不起作用: Gly、β-羟氨酸(Sr、Thr)、一羧a(Glu、Asp)、二氨a(Lys、Arg) 真核生物中,真正起作用的禔是Laa氧化酶,而是谷氨酸脱氢酶。 (2)、D-氨基醜氣E-FAD 有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶,可催化Daa脱氨 (3)、G1y氧化E-FAD 使Gy脱氨生成乙醛酸 D-As氧化醇EFAD E-FAD兔肾中有DAsp氧化酶,DAsp脱氨,生成草酰乙酸
２ 四、 氮平衡 食物中的含氮物质，绝大部分是蛋白质，非蛋白质的含氮物质含量很少，可以忽略不计。 氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在正常情况下处于平衡状态。即，摄入氮＝排出氮。 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。 氮负平衡：摄入氮＜排出氮。饥锇、疾病。 第二节 氨基酸分解代谢 氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。 氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，形成的碳骨架可以被氧化成 CO2 和 H2O，产生 ATP ，也可以为糖、脂肪酸的合 成提供碳架。 一、 脱氨基作用 主要在肝脏中进行 （一） 氧化脱氨基 第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。 P219 反应式： 生成的H2O2有毒，在过氧化氢酶催化下，生成H2O+O2↑，解除对细胞的毒害。 1、催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶） （1）、 Ｌ—氨基酸氧化酶 有两类辅酶，Ｅ—ＦＭＮ Ｅ—ＦＡＤ（人和动物） 对下列a.a不起作用： Gly、β-羟氨酸（Ser、 Thr）、二羧a.a（ Glu、 Asp）、二氨a.a （Lys、 Arg） 真核生物中，真正起作用的不是L-a.a氧化酶，而是谷氨酸脱氢酶。 （2）、 D-氨基酸氧化酶 E-FAD 有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，可催化D-a.a脱氨。 （3）、 Gly 氧化酶 E-FAD 使 Gly脱氨生成乙醛酸。 （4）、 D-Asp氧化酶 E-FAD E-FAD 兔肾中有D-Asp氧化酶，D-Asp脱氨，生成草酰乙酸
(5)、L-Glu脱氢藤E-NADE-NDF P220反应式: 真核细胞的Gu脱氢酶,大部分存在于线粒体基质中,是种不需O2的脱氢酶。 此酶是能使a直接脱去氨基的活力最强的酶,是·个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有 ATP、GIP、NADH可抑制此酶活性 ADP、GDP及某些aa可激活此酶活性 因此当AP、GIP不足时,Gu的氧化脱氨会加速进行,有利于aa分解供能(动物体内有10%的能量来自aa氧化) 非氧化脱氨基作用(大多数在微生物的中进行) P221 ①还原脱氨基(严格无氧条件下) 图 ②水解脱氨基 图 ③脱水脱氨基 图 ④脱巯基脱氨基 ⑤氧化-还原脱氨基 两个氨基酸互相发生氧化还原反应,生成有机酸、醐酸、氨 ⑥脱酰胺基作用 谷胺酰胺酶:谷胺醱胺+H2O→谷氨酸+NH 天冬酰胺酶天冬酰胺+H2O→天冬氨酸+NH3 谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶~泛存在于动植物和微生物中 转氨基用 转氨作用是aa脱氨的重要方式,除(、Ls、Th、Po外,a都能参与转氨基作用。 转氨基作用由转氨酶催化,辅酶是维生素B(磷酸吡哆醛、磷醃吡哆胺)。转氨酶在真核细胞的胞质、线粒体中都存在。 转氨基作用:是α氨基酸和α-酮酸之间氨基转移作用,结果是原来的aa生成相竝的醪酸,而原来的酮酸生成相应的氨 基酸。 P223结构式
３ （5）、 L-Glu脱氢酶 E-NAD+ E-NADP+ P220 反应式： 真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。 此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。 ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。 ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。 因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自a.a氧化）。 （二） 非氧化脱氨基作用（大多数在微生物的中进行） P 221 ①还原脱氨基（严格无氧条件下） 图 ②水解脱氨基 图 ③脱水脱氨基 图 ④脱巯基脱氨基 ⑤氧化-还原脱氨基 两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。 ⑥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 谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中 （三） 转氨基作用 转氨作用是a.a脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基作用。 转氨基作用由转氨酶催化，辅酶是维生素B6（磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺）。转氨酶在真核细胞的胞质、线粒体中都存在。 转氨基作用：是α-氨基酸和α-酮酸之间氨基转移作用，结果是原来的 a.a 生成相应的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨 基酸。 P223 结构式：
不同的转氨酶催化不同的转氨反应。 大多数转氨酶,优先利用α-酮戊一酸作为氨基的受体,生成Gu。如丙氨酸转氨酶,可生成u,叫谷丙转氨酶(GPT)。 肝细胞受损后,血中此酶含量大增,活性高。肝细胞正常,血中此酶含量很低。 动糊织中,A转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高,Asp是合成尿素时氮的供体,通过转氨作用解决氨的去向。 转氨作用机制P224图162 此图只画出转氨反应的一半。 (四) 联合脱基 单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基,单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要,因为只有Gu脱氢活力最高, 其余L氨基酸氧化酶的活力都低。 机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基。 l、以谷氨酸脱忽酶为中心的联合脱基侑用 氨基酸的α-氨基先转到α-醐戈二酸上,生成相应的α酮酸和Gu,然后在LGu脱氨酶催化下,脱氨基生成α-醐戈酸, 并释放出氨。 P225图16-3以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱嬃基用 2、通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用 P225结构式:次黄嘌呤核苷磷酸(MP)、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸 P226图164通过嘌呤令核苷酸循环的联合脱氨基做用 骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循琍的方式为主 二、脱羧作用 生物体内大部分aa可进行脱羧作用,生成相应的级胺。 a脱羧酶专一性很强,每种aa都有一种脱羏酶,辅酶都是磷酸吡哆醛。 aa脱羧反应泛存在于动、植物和微生物中,有些产物具有重要生理功能,如脑组织中LGlu脱羧生成r氨基J酸,是 重要的神经介质。Hs脱羧生成组胺(又称组织胺),有降低血压的作用。Tr脱羧生成酪胺,有升高血压的作用 但大多数胺类对动物有毒,体内有胺氧化酶,能将氧化为醛氨。 三、氨的去向 氨对性生物机体有毒,特別是高等动物的脑对氨极敏感,血中1%的氨会引起中枢神经中毒,因此,脱去的氨必须排出体外。 氨中毒的机理:脑细胞的线粒体可将氨与α酮戊二酸作用生成Gu,大量潲耗α酮戊二酸,影响TCA,同时大量消耗
４ 不同的转氨酶催化不同的转氨反应。 大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）。 肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。 动物组织中，Asp转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。 转氨作用机制 P224 图 16-2 此图只画出转氨反应的一半。 （四） 联合脱氨基 单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高， 其余 L-氨基酸氧化酶的活力都低。 机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。 1、以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用 氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸， 并释放出氨。 P225 图 16-3 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用 2、通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用 P 225结构式：次黄嘌呤核苷一磷酸（IMP）、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸 P226 图 16-4通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用 骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主 二、 脱羧作用 生物体内大部分a.a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。 a.a 脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。 a.a 脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中 L-Glu 脱羧生成 r-氨基丁酸，是 重要的神经介质。His 脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr 脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。 但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。 三、 氨的去向 氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。 氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与α-酮戊二酸作用生成 Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响 TCA，同时大量消耗
NADPH,产生肝昏迷。 氨的去向: (1)重新利用合成aa、梭酸。 (2)贮存 GIn, Asn 高等植物将氨基氮以Gn,Asn的形式储存在体内。 (3)排出体外 排氨动物水生、海洋动物,以氨的形式排出。 排尿酸动物:鸟类、爬虫类,以尿酸形式排出 排尿动物以尿素形式排出 氨的转运(肝外→肝脏 l、Gn转运Gln合成Gn藤(在肝中分解Gh) Gln合成酶,催化Gu与氨结合,生成Ghn Gln中性无毒,易透过细胞膜,是氨的主要运输形式。 Gln经血液进入肝中,经Gln酶分解,生成Gu和NH3 gln合成酶 谷氨酸+NH4++AP 谷氨酰胺+ADP+H+ 谷胺酰胺酶 谷氨酰胺+H2O 谷氨酸+NH4+ 2、丙氨酸耘运(Glk-№a环) 肌肉可利用Ala将氨运至肝脏,这一过程称 GIc-Ala循环 谷氨酸脱氢酶 NH4++a-酮戊二酸+ NADPH+H 谷氨酸+NADP 肌肉中 丙氨酸转氨酶 Glu+丙酮酸 a-酮戊二酸+Ala 肌肉中 丙氨酸在PH7时接近中性,不带电荷,经血液运到肝脏 丙氨酸转氨酶 Ala+a-酮戊二酸 丙酮酸+Glu 肝脏中 在肌肉中,糖酵解提供丙酮酸,在肝中,丙酮酸又可生成Gcs 肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸,两者都要运回肝脏,而以Ala的形式运送
５ NADPH，产生肝昏迷。 氨的去向： （1）重新利用 合成 a.a、核酸。 （2）贮存 Gln，Asn 高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。 （3）排出体外 排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出。 排尿酸动物：鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。 排尿动物：以尿素形式排出。 （一） 氨的转运（肝外→肝脏） 1、Gln转运 Gln合成酶、Gln酶（在肝中分解Gln） Gln 合成酶，催化Glu与氨结合，生成Gln。 Gln 中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。 Gln 经血液进入肝中，经Gln酶分解，生成Glu和NH3。 2、丙氨酸转运（Glc-Ala循环） 肌肉可利用Ala将氨运至肝脏，这一过程称Glc-Ala循环。 丙氨酸在PH7时接近中性，不带电荷，经血液运到肝脏 在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成Glc。 肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏，而以Ala的形式运送，一举两得。 谷氨酸 + NH4 + + ATP 谷氨酰胺 + ADP + H+ gln 合成酶 谷氨酰胺 + H2O 谷氨酸 + NH4 + 谷胺酰胺酶 肌肉中 NH4 + + α-酮戊二酸 + NADPH + H+ 谷氨酸 + NADP+ 谷氨酸脱氢酶 肌肉中 Glu + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + Ala 丙氨酸转氨酶 肝脏中 Ala + α-酮戊二酸 丙酮酸 + Glu 丙氨酸转氨酶