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 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。 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,肝脏的tn约1~8天,结缔组织蛋白的tn 约180天,许多关键性的调节酶的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。一级结构高度保守,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。 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aa)与体内组织蛋白降解产生的氨基酸(内源性aa) 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总量计算 肌肉中aa占代谢库的50%以上 肝脏中aa占代谢库的10 肾中a占代谢库的4%。 血浆中aa占代谢库的1~6%
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 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。 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OO和HO,产生AIP,也可以为 糖、脂肪酸的合成提供碳架。 脱氨基作用 主要在肝脏中进行 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HO2有毒,在过氧化氢酶催化下,生成HOHO2↑,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一氨基酸氧化酶 有两类辅酶,E一FMN E一FAD(人和动物) 对下列aa不起作用: Gly、β-羟氨酸(Ser、Thr)、二羧aa(Gu、Asp)、二氨a(Iys、Arg) 真核生物中,真正起作用的不是L-aa氧化酶,而是谷氨酸脱氢酶。 (2)、D-氨基酸氧化酶EFAD 有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶,可催化Daa脱氨
２ 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。 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) G1y氧化酶EFAD 使G脱氨生成乙醛酸。 (4)、D-As氧化酶E-FAD EFAD兔肾中有DA氧化酶,DAsp脱氨,生成草酰乙酸。 5)、LGlu脱氢酶E-NMD’ E-NADP P220反应式: 真核细胞的Gu脱氢酶,大部分有在于线粒体基质中,是种不需O的脱氢酶 此酶是能使aa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aa可激活此酶活性。 因此当ATP、GIP不足时,Glu的氧化脱氨会加速进行,有利于a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 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
３ （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脱氨的重要方式,除(y、Iys、Th、Po外,aa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aa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酮戊戈二酸作为氨基的受体,生成Gu。如丙氨酸转氨酶,可生成Ghu,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,A转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高,Aφ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Gu 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釅戊戈二酸上,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a酮戊二酸,并释放出氨。 P225图163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 P225结构式:次黄嘌呤核苷磷酸(IMP)、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸 P226图164通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用 骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤令核苷酸循环的方式为主
４ （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aa可进行脱羧作用,生成相应的-级胺 aa脱羧酶专一性很强,每一种aa都有一种脱羧酶,辅酶都是磷酸吡哆醛 aa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LGiu脱羧生成 r-氨基丁酸,是重要的神经介质。Hs脱羧生成组胺(又称组织胺),有降低血压的侑用。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,能将胺氧化为醛和氨。 、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Gu,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a、核酸。 (2)贮存 GIn, Asn 高等植物将氨基氮以Gh,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) l、Ghn转运Gln合成酶、Gln酶(在肝中分解Ghn) GIn合成酶,催化Gu与氨结合,生成Gm GIn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NH3e 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+
５ 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 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。 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