生物化学第09章氨基酸代谢

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1、氨 基 酸 代 谢,第 09 章,Metabolism of Amino Acids,第一节 蛋白质的生理功能 和营养价值,The physiological Functions and Nutritional value of Protein,一、 体内蛋白质具有多方面的重要功能,（一）蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补,（二）蛋白质参与体内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。,每克蛋白质在体内氧化分解可释放17.19kJ (4.1 kcal)的能量，人体每日18%能量由蛋白质提供。,（三）蛋白质可作为能源物质氧化供能,二

2、、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述,氮平衡(nitrogen balance) 摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。,氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人）,氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）,氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）,蛋白质的生理需要量 成人每日蛋白质最低生理需要量为30g50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,氮平衡的意义 可以反映体内蛋白质代谢的概况。,四、蛋白质的营养价值(nutrition value),蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，取决于组成该蛋白质必需氨基酸的数量、种类和相互间的比例。,蛋白质中的

3、氨基酸按营养价值分可分为：营养必需氨基酸和非必需氨基酸两类。,其余12种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需 氨基酸。,三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值,蛋白质的营养价值(nutrition value),蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。,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。,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败,Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins,一、外源性蛋白质的消化,（一）在胃和肠道蛋白质被消化成氨基酸和寡肽,蛋白质在

4、胃中被水解成多肽和氨基酸,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键的作用特异性较差，主要水解由芳香族氨基酸、蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键，产物主要为多肽及少量氨基酸。,1、胃中的消化,蛋白质在小肠被水解成小肽和氨基酸,（1）、胰液中的蛋白酶及其作用,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。,2、小肠中消化小肠是蛋白质消化的主要部位。,蛋白水解

5、酶作用示意图,氨基酸 +,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,最终产物为氨基酸。,蛋白质消化的生理意义,由大分子转变为小分子，便于吸收。 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。,蛋白质消化产物：氨基酸和寡肽,肠粘膜细胞氨基酸载体蛋白的作用,肠粘膜细胞膜上有七种转运不同氨基酸的载体蛋白，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。,钠泵,ATP,二、氨基酸的吸收转运,蛋白质消化产物氨基酸的吸收一般认为有

6、两种方式： 主动转运 -谷氨酰基循环, 主动转运:, -谷氨酰基循环,二、蛋白质在肠中的腐败,肠道细菌对未被消化的蛋白质及其未被吸收的氨基酸所起的作用。称蛋白质的腐败作用(putrefaction),腐败作用的定义,肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类,肠道细菌通过脱氨基或尿素酶的作用产生氨,其它有害物质：苯酚、硫化氢等,腐败作用的产物,有益物质：维生素，脂肪酸,（一）肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类,蛋白质,氨基酸,胺类(amines),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 苯乙醇胺,假神经递质,假神经递质(false neurotransmitter),假神经递

7、质：指某些物质结构(如苯乙醇胺，-羟酪胺）与神经递质（如儿茶酚胺）结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能。,腐败作用产物与假神经递质,正常情况下，这些 有害物质大部分随 粪便排出，只有小 部分被吸收，经肝 脏的代谢转变而解 毒，故不会发生中 毒现象。,当肝功能受损时，腐败产物酪胺、苯乙胺可进入脑组织，并在-羟化酶的作用生成结构与儿茶酚胺类似的物质，他们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。这些结构与神经递质相似的物质称假神经递质。,第三节 氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acids,蛋白质的半寿期(half-life)

8、：蛋白质降低其原浓度一 半所需要的时间，用t1/2表示。,人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。,一、体内（内源性）蛋白质的降解,成人体内的蛋白质每天约有1%2%被降解，主要是肌肉蛋白质。 蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%80%被重新利用合成新的蛋白质。,不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而 变化。如人血浆蛋白质10天，肝蛋白质1-8天，结缔 组织180天。,（一）、蛋白质的降解速率,真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径,溶酶体为细胞内消化器官，在溶酶体内含有多种酸性水解酶，包括蛋白酶（组织蛋白酶）。,（二）真核细胞内蛋白质的降解,1、溶酶体降解途径（不依赖ATP的降解途径）

9、,溶酶体主要降解细胞外蛋白、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。,蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解 （依赖ATP和泛素）,泛素(ubiquitin),76个氨基酸组成的多肽(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守,2、蛋白酶体降解途径,蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质。, 蛋白质的泛素化(ubiquitination)：,泛素介导的蛋白质降解过程（了解）,泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后者活化。包括三种酶参与的3步反应，并需消耗ATP。, 蛋白酶体的降解：,泛素化的蛋白质与多种蛋白质构成蛋白酶体(proteasome)，使蛋白质降解。,

10、蛋白质的泛素化过程,19S的调节颗粒(RP) : 18个亚基, 6个亚基具有ATP酶活性,蛋白酶体的结构与功能,泛素介导的蛋白质降解过程：,食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（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(metabolic pool) 。,氨基酸代谢库概念,二、氨基酸代谢库,氨基酸代谢库,氨基酸代谢库中氨基酸的来源与去路,三、氨基酸的脱氨基作用,氨基酸的脱氨基作用：是体内氨基酸分解代谢的途径，指氨基酸脱去-氨基生成相应-酮酸的过程。主要脱氨方式有：氧化脱氨基，转氨基、联合脱氨基和嘌呤核苷酸循

11、环等四种，而在微生物中则主要为非氧化脱氨基。,存在于肝、脑、肾中，活性高 为不需氧脱氢酶 辅酶为 NAD+ 或NADP+ 变构酶；GTP、ATP为其抑制剂；GDP、ADP为其激活剂,L-谷氨酸脱氢酶特点,（一）氧化脱氨基作用,哺乳动物氨基酸氧化脱氨基作用以L-谷氨酸氧化脱氨基为主,L-谷氨酸通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基,（二）转氨基作用,转氨基作用(transamination):指在转氨酶的作用下，某一氨基酸的-氨基转移到另一种-酮酸的酮基上生成相应的氨基酸，原来的氨基酸则转变成-酮酸的过程。,1、转氨基作用与转氨酶, 丙氨酸氨基转移酶(ALT)，又称为谷丙转氨酶(GPT)。,两种重要的

12、转氨酶, 天冬氨酸氨基转移酶(AST)，又称为谷草转氨酶(GOT)。,正常人各组织中GPT及GOT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。,各种转氨酶的辅酶均为磷酸吡哆醛(胺),2、转氨基作用的生理意义,（1） 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。,（2） 临床上转氨基作用可作为一些疾病诊断和治疗 的必要指标。,（3）治疗肝脏疾病的药物及涉及肝脏解毒的药物，也 通常测定转氨酶的活性作为重要的观察指标。,转氨基作用的产物：,主要为谷氨酸,联合脱氨基作用,两种脱氨基方式的联合作用，主要指氨基酸通过转氨基作用

13、和L-谷氨酸氧化脱氨基的作用，最终脱下-氨基生成-酮酸的过程。是体内脱氨基的主要方式。,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、肾和脑组织进行。,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,（三）、嘌呤核苷酸循环,主要在肌肉组织（骨骼肌、心肌）中进行，因为肌肉中L-谷氨酸脱氢酶活性很低。,三、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解,氨基酸脱氨基后生成的-酮酸(-keto acid）主要有三条代谢去路。,（一）-酮酸可彻底氧化分解并提供能量,（二）-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸,（三）-酮酸可转变成糖及脂类化合物,琥珀酰

14、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,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,第四节 氨的代谢 Metabolism of Ammonia,一、体内有毒性的氨有三个重要来源,（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨,氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。,（二）肠道细菌腐败作用产生氨,临床应用：弱酸性透析液结肠透析治疗高血氨症，而禁止使用肥皂液灌肠。,碱性利尿剂 酸性利尿剂,氨吸收问题：,NH3比NH4+更易于穿过细胞膜而进入细胞而被吸收入血，NH

15、3与NH4+的互变受pH的影响。肠道氨的吸收与肾脏氨的分泌和吸收与酸碱度有关。,（三）肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺,二、血氨的转运（2条）,1、丙氨酸-葡萄糖循环,在肌肉组织中存在该循环：把氨从肌肉运往肝。即产生的大量氨（通过转氨基以谷氨酸的氨基形式存在）转到丙酮酸形成丙氨酸，丙氨酸在血液中转运到肝脏，在转氨酶作用下变为丙酮酸和谷氨酸，谷氨酸进一步进行转氨基或氧化脱氨基，为合成尿素准备前体物。,生理意义,肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。 肝为肌肉提供葡萄糖。,在血液中主要以谷氨酰胺（需谷氨酰胺合成酶）形式把氨转运到肝脏，在肝细胞谷氨酰胺酶的作用下又变为氨，形成尿素。,2、谷氨酰胺

16、的运氨作用,生理意义,把氨以谷氨酰胺形式从脑、肌肉运到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，起到解毒作用。,谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。肝性脑病可服用谷氨酸盐以降低血氨浓度。,三、体内氨的去路有（4条）,在肝内合成尿素，这是最主要的去路；,肾小管泌氨,合成非必需氨基酸及其它含氮化合物；,合成谷氨酰胺。,尿素的合成,合成部位：肝脏,合成机理: 鸟氨酸循环,尿素生成的过程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环(urea cycle)或Krebs- Henseleit循环。,动物实验证明肝是合成尿素的主要器官。,尿素合成的亚细胞定位：,胞液和线粒体,线粒体,胞液,1、 NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行,（二）肝中鸟氨酸循环合成尿素的详细步骤,反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl pho