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1、第 九 章 氨 基 酸 代 谢 Metabolism of Amino Acids 生化教研室& 蛋白质的营养作用& 蛋白质的消化、吸收与腐败& 氨基酸的一般代谢& 氨的代谢& 个别氨基酸的代谢 为什么肝硬化腹水病人不能用碱性利尿药 或碱性肥皂水灌肠？氮平衡（nitrogen balance) 营养必需氨基酸（essential amino acid) 蛋白质的互补作用 氨基酸代谢库(metabolic pool) 丙 氨酸葡萄糖循环 转氨基作用 (transanination) 鸟 氨酸循环 (ornithine cycle) 一碳单位（one carbon unit ） 甲硫氨酸循环（me
2、thionine cycle)第一节 蛋白质的营养作用 Nutritional Function of Protein一、蛋白质营养的重要性1. 维持组织细胞的生长、更新和修复 2. 参与多种重要的生理活动： 催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运 动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血 （凝血系统）等。 3. 氧化功能，每克蛋白质氧化分解可 释放约17kJ能量。二、蛋白质的需要量和营养价值氮平衡(nitrogen balance):反映机体内蛋白质代谢概况的一项指标，实质上是指蛋白质 摄入量与排出量的对比关系。氮的总平衡：摄入氮排出氮（正常成人）氮的正平衡：摄入氮排出氮（儿童、孕妇及 恢复期病人等）
3、氮的负平衡：摄入氮排出氮（饥饿、消耗性 疾病患者） 生理需要量： 正常成人在食用不含蛋白质的食物时，每日排氮量约为3.18g，相当于分解蛋白质20g。 成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。二、蛋白质的需要量和营养价值蛋白质的营养价值评定食物蛋白质营养价值的指标： 1. 蛋白质含量：食物蛋白质含量多少是评定 其营养价值的重要前提。 2. 蛋白质的消化率 3. 蛋白质的利用率：蛋白质的生理价值或生 物价。蛋白质生理价值的高低取决与： 食物蛋白质中各种氨基酸的组成、数量和 相互比例是否与人体蛋白质接近。 所含的必需氨基酸的种类多少和含量高低 。必需氨基
4、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，共有8种：Val、Ile、Leu、 Thr、Met、Lys、Phe、Trp。 其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨 基酸。 蛋白质的互补作用：指营养价值较低的蛋白 质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而 提高营养价值。八种必需氨基酸记忆口诀 借来一两本淡色书 撷苏丹来奔以色列第二节 蛋白质的消化、 吸收和腐败 Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins一、蛋白质的消化蛋白质消化的生理意义u由大分子转变为小分子，便于吸收。u消除种属
5、特异性和抗原性，防止过敏、 毒性反应。消化过程 （一）胃中的消化作用胃蛋白酶原胃蛋白酶 + 多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen) (pepsin) 胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽 键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨 基酸。 1. 胰酶及其作用：胰酶是消化蛋白质的主 要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外 肽酶。 内肽酶(endopeptidase) 水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶 、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。 外肽酶(exopeptidase) 自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基， 如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。（二）小肠中的消化小肠是蛋白质消化的主
6、要部位2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基 肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等 。氨基酸 +蛋白水解酶作用示意图内肽酶羧基肽酶二肽酶氨基酸氨基肽酶胰蛋白酶原 糜蛋白酶原 羧基肽酶原 弹性蛋白酶原肠激酶胰蛋白酶 糜蛋白酶 羧基肽酶 弹性蛋白酶酶原激活的意义1. 可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。2. 保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。3. 酶原还可视为酶的贮存形式。二、氨基酸的吸收 吸收部位：主要在小肠 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收机制：耗能的主动吸收过程；包括主动 转运和谷氨酰基循
7、环两种形式。（一）氨基酸吸收载体载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体， 由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内 ，Na+再由钠泵排出细胞。载体类型中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体（二）-谷氨酰基循环对氨基 酸的转运作用-谷氨酰基循环(-glutamyl cycle)过 程：1.谷胱甘肽对氨基酸的转运 2.谷胱甘肽再合成半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶-谷氨酸环化转移酶氨基酸5-氧脯氨酸谷氨酸5-氧脯 氨酸酶ATPADP+Pi-谷氨酰半胱氨酸-谷氨酰 半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶 ATPADP+Pi细胞外-谷氨酰 基转移酶细
8、胞膜谷胱甘肽GSH细胞内-谷氨酰基循环过程氨基酸目 录谷氨 酰氨基酸（三）肽的吸收 利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运 体系 此种转运也是耗能的主动吸收过程 吸收作用在小肠近端较强三、 蛋白质的腐败作用蛋白质的腐败作用(putrefaction)肠道细菌对未消化的蛋白质和未被吸收的 氨基酸的分解作用腐败作用的产物大多有害，如胺类、酚类、吲哚、硫化氢等；也可产生少量的脂肪酸及 维生素等可被机体利用的物质。（一）胺类(amines)的生成蛋白质氨基酸胺类蛋白酶 脱羧基作用组氨酸组胺赖氨酸尸胺色氨酸 色胺酪氨酸酪胺苯丙氨酸苯乙胺 假神经递质(false neurotransmitter)酪胺和苯乙胺
9、可进入脑组织，分别经羟 化形成-羟酪胺和苯乙醇胺，它们的结构与神经 递质儿茶酚胺结构相似，可取代正常神经递质从 而影响脑功能，称假神经递质。苯乙胺苯乙醇胺酪胺-羟酪胺（二） 氨的生成未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨 (ammonia)肠道细菌 脱氨基作用尿素酶降低肠道pH，NH3转变为NH4+，以铵 盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸 性灌肠的依据。（三）其它有害物质的生成酪氨酸 苯酚半胱氨酸 硫化氢色氨酸 吲哚第三节 氨基酸的一般代谢General Metabolism of Amino Acids氨基酸代谢库(metabolic pool)食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组
10、织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库。食物蛋白质消化吸收组织 蛋白质分解 体内合成氨基酸(非必需氨基酸)-酮酸 脱氨基作用 酮 体氧化供能糖胺 类脱羧基作用氨 尿素代谢转变其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成 氨基酸 代谢库一碳单位氨 基 酸 代 谢 概 况一、体内蛋白质的转换更新蛋白质转换更新(protein turnover)：人体内蛋白质处于不断降解与合成的动 态平衡。 蛋白质的半寿期(half-life， T1/2)：蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间， 用T1/2表示。生理意义1. 某些调节蛋白的转换速度可直接影响物质代谢过程及其生理
11、功能。2. 通过更新可清除异常或损伤的蛋白质。真核生物中蛋白质降解的两条途径 溶酶体内降解过程不依赖ATP 利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白 泛素(ubiquitin)介导的蛋白质降解过程依赖ATP在胞浆中进行 降解异常蛋白和短寿命蛋白u76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) u普遍存在于真核生物而得名 u一级结构高度保守1. 泛素化(ubiquitination) 泛素与需要被降解蛋白质形成共价连接， 使其标记并被激活。2. 蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质 的降解泛素介导的蛋白质降解过程泛素泛素活化酶泛素结合酶泛素蛋白连接酶二、
12、氨基酸的脱氨基作用 脱氨基作用：指氨基酸脱去氨基生成相 应-酮酸的过程。脱氨基方式 转氨基作用 氧化脱氨基 联合脱氨基 非氧化脱氨基（一）转氨基作用 (transamination) 1. 定义 在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸的-氨基转移到另一种- 酮酸的酮基上，原来的氨基酸生成相应 的酮酸，而原来的酮酸则生成相应的氨 基酸。反应式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。体内重要的转氨酶丙氨酸氨基转移酶(ALT或GPT）：肝中活性最高天冬氨酸氨基转移酶（AST或GOT）：心肌中活 性最高正常人各组织AST及ALT活性 (单位/克湿组织)临床意义
13、：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。ASTALTASTALT2. 转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是维生素B6的磷酸酯，即 磷酸吡哆醛氨基酸 磷酸吡哆醛 -酮酸 磷酸吡哆胺 谷氨酸 -酮戊二酸 转氨酶H2OH2O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。通过此种方式并未产生游离的氨。（二）氧化脱氨基作用NAD(P)H+H+NAD(P)+H2OL-谷氨酸-酮戊二酸催化酶：L-谷氨酸脱氢酶要点： 反应是可逆的 辅酶为 NAD+ 或NADP+ 存在于肝、脑、肾中 此酶为别构酶，GTP、ATP为其 抑制剂，GDP、ADP为
14、其激活剂， 与能量代谢密切相关。NH3-亚氨基戊二酸（三）联合脱氨基作用1. 定义两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下- 氨基生成-酮酸的过程。2. 类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 转氨基偶联氧化脱氨基作用 整个过程是可逆的，因此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。氨基酸 转氨酶 谷氨酸 -酮酸 -酮戊二酸 L-谷氨酸脱氢酶 NH3+NADH+H+H2O+NAD+ 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环此种方式主要在肌肉组织进行-酮戊二酸氨 基 酸谷氨酸 -酮酸 转 氨 酶 1草酰乙酸天冬氨酸转 氨 酶 2腺苷酸 代
15、琥珀酸腺苷酸代琥 珀酸合成酶次黄嘌呤核苷酸(IMP)腺苷酸 脱氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤 核苷酸 (AMP)苹果酸（四）非氧化脱氨基作用 脱水脱氨基：丝氨酸 脱硫化氢脱氨基：半胱氨酸 直接脱氨基：天冬氨酸三、-酮酸的代谢（一）经氨基化生成非必需氨基酸（二）转变成糖及脂类琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-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-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA甘氨酸 丙氨酸 半胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸异亮氨酸 亮氨酸天冬氨酸 天冬酰胺苯丙氨酸 酪氨酸异亮氨酸 蛋氨酸 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
16、胺 组氨酸 脯氨酸CO2CO2T A C目 录氨基酸、糖及脂肪代谢的联系（三）氧化供能-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。第四节 氨 的 代 谢Metabolism of Ammonia氨是机体正常代谢产物，具有毒性。正常人血氨浓度一般不超过60mol/L，血 氨增高，引起脑功能紊乱，常与肝性脑病的 发病有关。体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。一、体内氨的来源 氨的来源主要有三个： 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RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶 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NH3比NH4更易于穿过细胞膜而被吸收，因此临床 上对高血氨病人采用弱酸性透析液
