第七章氨基酸代谢Chapter 7 Metabolism of Amino Acids 一、蛋白质营养的重要性二、蛋白质需要量和营养价值一、外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收（二）氨基酸通过主动转运过程被吸收二、蛋白质在肠道发生腐败作用二、氨基酸的脱氨基作用三、α- 酮酸的代谢第四节氨的代谢一、血氨的来源与去路二、氨的转运三、尿素的生成（五）高氨血症和氨中毒一、氨基酸脱羧基作用二、一碳单位的代谢三、含硫氨基酸的代谢（一）甲硫氨酸的代谢（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢四、芳香族氨基酸的代谢（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢（二）色氨酸代谢五、支链氨基酸的代谢1. 甲硫氨酸与转甲基作用腺苷转移酶PPi+Pi + 甲硫氨酸ATP S—腺苷甲硫氨酸( S-adenosyl methionine, SAM) 甲基转移酶RH RH—CH3 腺苷SAM S—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM 为体内甲基的直接供体体内有50 多种物质需要SAM 提供甲基，经甲基化后生成甲基化合物。不少甲基化合物是重要的生理活性物质。2. 甲硫氨酸循环(methionine cycle) 甲硫氨酸S- 腺苷同型半胱氨酸S- 腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸FH4 N5—CH3—FH4 N5—CH3—FH4 转甲基酶(VitB12) H2O 腺苷RH ATP PPi+Pi RH -CH3 VitB12 缺乏↓FH4 不能再生↓一碳单位转运障碍↓核酸合成障碍↓细胞分裂障碍↓巨幼红细胞性贫血3. 肌酸的合成肌酸(creatine) 和磷酸肌酸(creatine phosphate) 是能量储存、利用的重要化合物。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM 提供甲基而合成。肌酸在肌酸激酶（CPK ）的作用下，转变为磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物为肌酸酐(creatinine) 。H2O + 瓜基脒基尿中肌酸酐排出量十分恒定。严重肾病时，血中肌酸酐浓度↑体内储能的一种形式。在肌肉、脑组织中含量较高。CPK 有三种同工酶：MM 型（骨骼肌）MB 型（心肌）BB 型（脑组织）心肌梗塞时，血中MB 型↑，且变化较早，特异性好。1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变-2H +2H CH2SH CHNH2 COOH CH2 CHNH2 COOH CH2 CHNH2 COOH S S 2 2. 硫酸根的代谢含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。SO42- + ATP AMP - SO3- (腺苷-5′- 磷酸硫酸) 3-PO3H2-AMP-SO3- （3′- 磷酸腺苷-5′- 磷酸硫酸，PAPS ）PAPS 为活性硫酸，是体内硫酸基的供体ATP 芳香族氨基酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸+ O2 酪氨酸+ H2O 苯丙氨酸羟化酶四氢生物蝶呤二氢生物蝶呤NADPH+H+ NADP+ 此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。鸟氨酸循环2ADP+Pi CO2 + NH3 + H2O 氨基甲酰磷酸2ATP N- 乙酰谷氨酸Pi 鸟氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸苹果酸α- 酮戊二酸谷氨酸α- 酮酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATP AMP + PPi 鸟氨酸尿素线粒体胞液（三）反应小结原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3 个ATP ，4 个高能磷酸键。（四）尿素生成的调节1. 食物蛋白质的影响高蛋白膳食合成↑低蛋白膳食合成↓CO2 ＋NH3 ＋H2O ＋2ATP 氨基甲酰磷酸＋2ADP ＋Pi 精氨酸AGA 乙酰CoA ＋谷氨酸AGA 合成酶CPS-Ⅰ（+）（+）2. CPS-Ⅰ的调节：AGA 、精氨酸为其激活剂CPS-ⅠCPS-Ⅱ细胞内定位氮源合成物变构激活剂反馈抑制剂生理功能酶活性的意义线粒体（肝）NH3 氨基甲酰磷酸N- 乙酰谷氨酸无参与尿素合成反映肝细胞的分化程度细胞液（所有细胞）Gln 氨基甲酰磷酸无UMP （哺乳动物）参与嘧啶合成反映细胞增殖程度两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较3. 尿素生成酶系的调节：肝细胞再生时，活性↓血氨浓度升高称高氨血症( hyperammonemia) ，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning) 。TAC ↓脑供能不足α- 酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3 NH3 脑内α- 酮戊二酸↓氨中毒的可能机制第五节个别氨基酸的代谢Section 5 Metabolism of Some Other Amino Acids 1、氨基酸的脱羧基作用熟悉某些氨基酸脱羧基作用的产物及其生理作用2 、一碳单位代谢掌握一碳单位的定义和种类、转运载体、来源、互变、生理功能熟悉一碳单位代谢障碍与疾病、某些抗生素及抗肿瘤药物作用的生化机制3 、含硫氨基酸的代谢掌握甲硫氨酸与转甲基作用、甲基供体、甲硫氨酸循环、活性硫酸根熟悉与肌酸代谢有关的生理与临床意义4 、芳香族氨基酸的代谢熟悉儿茶酚胺类化合物的来源熟悉引起白化病、尿黑酸症、苯酮酸尿症的原因（酶缺陷）了解色氨酸的转化产物5 、支链氨基酸的代谢了解支链氨基酸的转化产物脱羧基作用(decarboxylation) 氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2 + CO2 磷酸吡哆醛胺的氧化（一）γ- 氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA) GABA 是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。磷酸吡哆醛（二）牛磺酸(taurine) 牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。（三）组胺(histamine) 组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。（四）5- 羟色胺(5-hydroxytryptamine, 5-HT) 5-HT 在脑内作为神经递质，起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。（五）多胺(polyamines) 鸟氨酸腐胺S- 腺苷甲硫氨酸(SAM ) 脱羧基SAM 鸟氨酸脱羧酶CO2 SAM 脱羧酶CO2 精脒(spermidine) 丙胺转移酶5'- 甲基-硫-腺苷丙胺转移酶精胺(spermine) 多胺是调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的组织（如胚胎、再生肝、肿瘤组织）含量较高，其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性较强。定义（一）概述一碳单位/一碳基团某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团。一碳单位包括甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基和亚氨甲基。one carbon unit/one carbon group organic groups, including methyl(—CH3), methylene (—CH2—), methenyl(—CH ＝), formyl(—CHO) and formimino(—CH ＝NH) groups, each containing only one carbon atom generated through catabolisms of some amino acids. 种类甲基(methyl) -CH3 甲烯基(methylene) -CH2- 甲炔基(methenyl) -CH= 甲酰基(formyl) -CHO 亚氨甲基(formimino) -CH=NH （二）四氢叶酸是一碳单位的载体4 2 5 1 2- 氨基4- 羟基6- 甲基蝶呤啶对氨基苯甲酸谷氨酸蝶酸FH4 的生成F FH2 FH4 FH2 还原酶FH2 还原酶NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ NADP+ F: 叶酸(folic acid) ；FH2: 二氢叶酸(dihydrofolic acid) ；FH4: 四氢叶酸(tetrahydrofolic acid) FH4 携带一碳单位的形式（一碳单位通常是结合在FH4 分子的N5 、N10 位上）N5—CH3—FH4 N5 、N10—CH2—FH4 N5 、N10=CH—FH4 N10—CHO—FH4 N5—CH=NH—FH4 一碳单位主要来源于氨基酸代谢丝氨酸N5, N10—CH2—FH4 甘氨酸N5, N10—CH2—FH4 组氨酸N5—CH=NH—FH4 色氨酸N10—CHO—FH4 （三）一碳单位与氨基酸代谢（四）一碳单位的互相转变N10—CHO—FH4 N5, N10=CH—FH4 N5, N10—CH2—FH4 N5—CH3—FH4 N5—CH=NH—FH4 H+ H2O NADPH+H+ NADP+ NADH+H+ NAD+ NH3 H2O 2H 2H NH3 NH3 色组丝﹑甘甜菜碱等嘌呤C2 嘌呤C8 dTMP 中的甲基S- 腺苷甲硫氨酸→甲基化产物（SAM ）一碳单位的互相转变（五）一碳单位的生理功能作为合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来叶酸缺乏→FH4↓一碳单位代谢障碍与临床↓一碳单位转运障碍↓核酸合成障碍↓细胞分裂障碍↓巨幼红细胞性贫血磺胺药（抑制肠菌合成FH4 ）甲氨蝶呤（二氢叶酸还原酶抑制物）FH4↓一碳单位转运障碍↓核酸合成与细胞增殖分化障碍↓抑菌或抗肿瘤叶酸胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸含硫氨基酸3. 转氨酶正常人各组织GOT 及GPT 活性( 单位/克湿组织) 血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。4. 转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸磷酸吡哆醛α- 酮酸磷酸吡哆胺谷氨酸α- 酮戊二酸转氨酶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。通过此种方式并未产生游离的氨。5. 转氨基作用的生理意义（二）L- 谷氨酸氧化脱氨基作用存在于肝、脑、肾中辅酶为NAD+ 或NADP+ GTP 、ATP 为其抑制剂GDP 、ADP 为其激活剂催化酶：L- 谷氨酸脱氢酶L- 谷氨酸NH3 α- 酮戊二酸NAD(P)+ NAD(P)H+H+ H2O （三）联合脱氨基作用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。2. 类型①转氨基与氧化脱氨基联合1. 定义②转氨基与嘌呤核苷酸循环联合①转氨基与氧化脱氨基联合氨基酸谷氨酸α- 酮酸α- 酮戊二酸H2O+NAD+ 转氨酶NH3+NADH+H+ L- 谷氨酸脱氢酶此种方式既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。主要在肝、肾组织进行。②转氨基与嘌呤核苷酸循环联合苹果酸腺苷酸代琥珀酸次黄嘌呤核苷酸(IMP) 腺苷酸代琥珀酸合成酶α- 酮戊二酸氨基酸谷氨酸α- 酮酸转氨酶1 草酰乙酸天冬氨酸转氨酶2 此种方式主要在肌肉组织进行。腺苷酸脱氨酶H2O NH3 延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP) GTP （一）经氨基化生成非必需氨基酸（二）转变成糖及脂类（三）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 。琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸α- 酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA 丙酮酸PEP 磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α- 磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA 丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸蛋氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸酮体亮氨酸赖氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸缬氨酸CO2 CO2 氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C Section 4 Metabolism of Ammonia 1、氨的来源与去路掌握脱氨的来源与去路2 、氨的转运掌握丙氨酸-葡萄糖循环的途径掌握谷氨酰胺与谷氨酸之间的互变、谷氨酰胺在氨转运中的意义3 、尿素的生成掌握鸟氨酸循环的途径熟悉尿素生成的调节4 、高血氨症和氨中毒熟悉高血氨症形成的生化机理氨是机体正常代谢产物，具有毒性。体内的氨主要在肝合成尿素(urea) 而解毒。正常人血氨浓度一般不超过0.6μmol/L 。1. 血氨的来源①氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源, 胺类的分解也可以产生氨RCH2NH2 RCHO + NH3 胺氧化酶②肠道吸收的氨氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨③肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸+ NH3 谷氨酰胺酶2. 血氨的去路①在肝内合成尿素，这