含氮化合物代谢

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1、第9章 含氮化合物代谢学习目标1. 了解个别氨基酸的代谢、先天性氨基酸代谢缺陷、核苷酸的合成代谢2. 理解蛋白质的腐败作用、氨基酸一般代谢过程、核苷酸的分解代谢3. 掌握蛋白质的消化、吸收我们已经知道，蛋白质和核酸是人体内最为重要的物质之一，在结构上同属于高分 子含氮化合物。在人体内的含氮化合物除蛋白质和核酸外，几乎都是蛋白质或核酸的水 解产物，或者是由这些产物衍生而来的物质。所以在含氮化合物代谢中，我们主要以蛋 白质和核酸的分解代谢为线索，帮助大家充分了解人体内重要含氮化合物的情况。组成蛋白质的基本单位是氨基酸，虽然游离氨基酸仅为蛋白质总量的2%左右，但由于蛋白质在体内要首先分解成为氨基酸，

2、尔后再进一步代谢，所以氨基酸代谢是蛋白质 分解代谢的中心内容。另外，氨基酸还可转变为很多具有重要生理功能的其它含氮化合 物。组成核酸基本结构的核苷酸并不一定需要依靠食物供给，在体内可以由氨基酸、核 糖等小分子物质合成，且核酸在体内也是首先降解为核苷酸然后进一步进行分解代谢的。 故本章将重点讨论蛋白质的消化、吸收与腐败作用，氨基酸代谢及核苷酸代谢，至于蛋 白质与核酸的生物合成，将在以后的内容中专门讨论。第一节 蛋白质的消化、吸收与腐败一、蛋白质的消化食物中蛋白质的消化、吸收是人体氨基酸的主要来源。一般说来，食物蛋白质水解为氨基酸及小肽后才能被机体吸收、利用。食物蛋白质的消化自胃中开始，但主要在小

3、 肠中进行。进入体内的食物蛋白质首先在胃中经胃蛋白酶作用，将其分解为多肽及少量氨基酸。胃蛋白酶是蛋白水解酶，除了可以催化蛋白质进行水解外，它的另一个功能是对乳中的 酪蛋白（casein）有凝乳作用，通过凝乳作用使乳液凝成乳块，延长其在胃中停留的时 间，有利于充分消化，这种作用对乳儿相当重要。蛋白质经胃消化的产物及未被消化的蛋白质进入小肠，在小肠中，主要依靠胰液中的蛋白酶来继续完成消化过程，这些酶可以分为两大类，即内肽酶(endopeptidase )与 外肽酶(exopeptidase)。内肽酶主要有胰蛋白酶(trypsin)、糜蛋白酶(chymotrypsin) 及弹性蛋白酶(elastas

4、e)等，它们的作用是水解蛋白质肽链内部的一些肽键，并且对 不同氨基酸组成的肽键有一定的专一性。外肽酶主要有羧基肽酶A(carboxypeptidase A) 和羧基肽酶B，它们的作用是自肽链的羧基末端开始，每次水解掉一个氨基酸残基，对 不同氨基酸组成的肽键也有一定专一性。蛋白质在一系列酶的作用下，最终分解为氨基酸和一些寡肽。同时存在于小肠粘膜细胞的刷状缘及胞液中的一些寡肽酶 (oligopeptidase)对寡肽继续水解使其最终转变为二肽与氨基酸。正常情况下，蛋白质消化的效率很高，食物蛋白质的95%可被完全水解。但是，人体对一些纤维状蛋白质水解能力相对较差。二、氨基酸的吸收氨基酸的吸收主要在小

5、肠中进行。(一) 氨基酸吸收载体肠粘膜细胞膜上具有转运氨基酸的载体蛋白(carrier protein)，这种蛋白质可以 与氨基酸及Na+形成三联体，将氨基酸及Na+转运入细胞，Na+则借钠泵排出细胞外，并消 耗ATP。转运氨基酸的载体蛋白在人体内共有 4种类型，分别参与不同结构氨基酸的吸 收，它们是：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。其中，中性氨基酸载体是主要载体。上述氨基酸的主动转运不仅存在于小肠粘膜细胞，类似的作用也可能存在于肾小管 细胞、肌细胞等细胞膜上，这对于细胞浓集氨基酸作用具有普遍意义。(二) y -谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用“Y -谷氨

6、酰基循环”(Y -glutamyl cycle)的反应过程共 有两步：首先由谷胱甘 肽对氨基酸转运，其次是谷胱甘肽的再合成，由此构成一个循环。催化上述反应的各种 酶在小肠粘膜细胞、肾小管细胞和脑组织中均存在，其中以Y -谷氨酰基转移酶最为重要， 它位于细胞膜上，是关键酶。蛋白质摄入越多越好？大家都知道，摄入蛋白质过少，会导致营养不良。但你也许不知道，过多摄入蛋白质对机体也同样有害，这必须引起足够的重视。一个人每天需要吃多少蛋白质，应根据年龄，性别，劳动强度和健康状况来确定。一般成年人每天每公斤体重需要11 . 5克蛋白质；正在生长发育的青少年，孕妇，乳 母每天每公斤体重需要1 .53克蛋白质。

7、如长期过量摄入蛋白质，会使它的代谢产物 增加。如：尿素，肌酐，尿酸等，这样将加重肾脏负担，也使钙的排出增加，从而引起 肾脏损害或引起骨质疏松症。若同时过多食入动物食品，能增加患高血脂症，冠心病等 的危险。如何合理摄入蛋白质，营养学家认为，既要保证蛋白质的摄入量，又要考虑蛋白质 的营养价值。尽量多摄入优质蛋白质，比如瘦肉、鱼类、奶类、蛋类和大豆中的蛋白质。 人人都关心自己的健康，只有合理膳食，保证蛋白质合理摄入，才有利于身体健康。三、蛋白质的腐败作用一部分蛋白质或其消化产物被肠道细菌代谢，产生包括胺类、氨、苯酚、吲哚、甲 基吲哚及硫化氢等有害物质的过程，称为腐败作用(putrefaction)。

8、这些产物对机体是 有害的，在正常情况下，上述物质随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的生物转化而 解毒，故不会发生中毒现象。第二节氨基酸的代谢食物蛋白经消化而被吸收的外源性氨基酸与体内组织蛋白分解产生的内源性氨基酸 混在一起，共同参与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolic pool)。由于氨基酸不能自 由通过细胞膜，所以各种组织中氨基酸的含量并不相同。例如，肌肉中氨基酸占总代谢 库的50%以上，肝约占10%，肾约占4%，但由于肝、肾体积较小，实际上它们的氨基酸 代谢是很旺盛的。在人体中大多数氨基酸在肝中分解代谢， 有些氨基酸(如支链氨基酸) 则主要在骨骼肌中进行。各种氨基酸在结构上具有共同的

9、特点，故它们有共同的代谢途径，称为氨基酸的一 般代谢；同时不同的氨基酸由于结构的差异，也有不同的代谢方式，称为个别氨基酸代 谢，现将体内氨基酸代谢的概况总结如图9-1。图9-1氨基酸代谢概况引生物化学与分子生物学p180，图9-4。一、氨基酸的一般代谢(一) 氨基酸的脱氨基作用1. 氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用是在氨基酸氧化酶作用下，使氨基酸脱氢生成亚氨基酸，后者再水解为相应的a -酮酸和氨。反应式：谷氨酸氧化脱氨基引生物化学与分子生物学P182方程式在体内氨基酸氧化酶有多种，其中以L-谷氨酸脱氢酶的作用最为重要。L-谷氨酸脱 氢酶是以NAD+或NADP +为辅酶的不需氧脱氢酶，它催化L-谷氨

10、酸脱氨基生成a -酮戊二酸 和氨，此酶不仅在氨基酸的分解中起作用，而且在氨基酸合成中也起重要作用。2. 转氨基作用氨基酸在转氨酶的催化下，把氨基酸的氨基转移给 a -酮酸，结果是使氨基酸转变成相应的a -酮酸，而原来的a -酮酸接受氨基转变成另一种氨基酸，此 反应称为转氨基作用。转氨基作用是可逆反应，参与转氨基作用的a -酮酸有a -酮戊二酸、草酰乙酸和丙酮酸，反应通式为：转氨基作用反应通式引生物化学与分子生物化学p180，底部方程式。在组成蛋白质的氨基酸中，除苏氨酸和赖氨酸外，其余氨基酸均能进行转氨反应。转氨酶的种类很多，专一性强，辅酶为维生素 B6的磷酸酯，即磷酸毗哆醛。正常情况下转氨酶主

11、要存在于细胞内，血清中含量极低。人体各组织中转氨酶的含 量差别较大，临床上利用这种差别来诊断疾病。例如肝细胞胞浆中丙氨酸氨基转移酶 (alanine transaminase,ALT )含量较其他细胞高，心肌细胞胞浆中天冬氨酸氨基转移 酶(aspartate transaminase,AST )含量较高，当某种原因使心肌或肝细胞细胞膜通透 性升高，或因组织坏死，细胞破裂时，可有大量的转氨酶释放入血，致使血清中含量增9-4高。通过检测血液中ALT、AST含量可协助肝脏疾患及心肌疾病的诊断。 ATT谷氨酸+丙酮酸a -酮戊二酸+丙氨酸AST谷氨酸+草酰乙酸 a -酮戊二酸+天冬氨酸因为转氨酶催化的

12、反应可逆，即它们既可将氨基酸脱下的氨基移交给a -酮酸，也可 反过来由a-酮酸接受氨基酸移换来的氨基合成相应的氨基酸。所以，转氨基作用既参与氨基酸的分解代谢，也是氨基酸合成代谢的一种方式。转氨基作用的一个重要特点是： 如果把体内氨基酸代谢库看作是一个整体，那么氨基酸并没有真正地脱去氨基，而只是 发生了氨基的转移，没有游离氨的产生，只是由一种氨基酸转变为另一种氨基酸，改变 了体内氨基酸的种类，所以独立进行的转氨基作用也不是氨基酸脱氨基的主要方式。3. 联合脱氨基作用是人体中最重要的脱氨基方式，具体过程是：首先在转氨酶催化下，各种氨基酸与a -酮戊二酸进行氨基转换，结果生成相应的a -酮酸和谷氨酸

13、，谷 氨酸再经L-谷氨酸脱氢酶的作用脱去氨基生成a -酮戊二酸和氨（图9-2 ）。联合脱氨基 作用主要在肝、肾等组织中进行，在转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶的共同作用下，多种氨基 酸都可以完成脱氨基反应。此过程是可逆的，所以通过联合脱氨基的逆反应过程就可以 合成新的非必需氨基酸。图9-2联合脱氨基作用引生物化学与分子生物学P183,图9-5。在骨骼肌、心肌中，谷氨酸脱氢酶活性不高，难以完成上述的联合脱氨方式，研究 表明，肌肉中存在另一种脱氨基方式，即嘌吟核苷酸循环（purine nucleotide cycle）。在此过程中，氨基酸首先通过连续的转氨基作用，将氨基转移给草酰乙酸，生成天冬氨 酸；天冬

14、氨酸与次黄嘌吟核苷酸（IMP ）反应生成腺苷酸代琥珀酸，后者经过裂解，释放 出延胡索酸并生成腺嘌吟核苷酸（AMP ）。AMP在腺苷酸脱氨酶催化下脱去氨基生成IMP， 完成了氨基酸的脱氨基作用，IMP可以再参加循环，延胡索酸则可经三羧酸循环转变成 草酰乙酸，再次参加转氨基反应（图9-3）。嘌吟核苷酸循环实际上是联合脱氨基的另一 种形式的，是骨骼肌和心肌中主要的脱氨基方式。图9-3嘌吟核苷酸循环引生物化学与分子生物学P183,图9-6。经过上述的几种脱氨基方式，氨基酸在体内分解为氨和a -酮酸两种产物，下面我们 分别介绍这两种物质的代谢。（二）氨的代谢氨对机体特别是神经系统有害，是有毒物质。动物实

15、验证明，给动物注射一定量的NH4+后，可使动物发生“昏迷”以致死亡。正常人血氨浓度极低，一般不超过60p mol/L， 这说明在体内有一系列去除氨的代谢机制，使血氨的来源和去路保持一定的动态平衡。1. 体内氨的来源 在体内代谢过程中产生的氨称为内源性氨。大部分来自大家已经熟悉的氨基酸脱氨作用，少量来自肾远曲小管上皮细胞的谷氨酰胺水解产生的NH3。正常情况下这部分氨主要被分泌到肾小管管腔中，与 H+结合成NH4+，并以铵盐的形式由尿 排出，这对调节机体的酸碱平衡起着重要的作用。酸性尿可促使 NHJH+ NH4+，有利于肾 小管细胞的氨扩散入尿，相反碱性尿则不利于氨的排出，氨被吸收入血，引起血氨升

16、高。 因此，临床上对肝硬化病人不宜使用碱性利尿药，以免血氨升高。由消化道吸收入体内的氨称为外源性氨。肠管产氨的量较多，每日约4g。包括：腐败作用产生的氨；血中尿素扩散入肠管后在肠菌尿素酶作用下水解产生的氨。在碱性环 境中，部分NH4+可转变为NH3，而NH3比NH4+易于透过细胞膜而被吸收入血，所以肠管 pH 偏碱时，氨的吸收增加。临床上对高血氨病人不用碱性肥皂水灌肠，就是为了减少氨的 吸收。2. 氨的转运丙氨酸一葡萄糖循环：肌肉中的氨基酸经转氨基作用将氨基转移至丙酮酸，丙酮 酸接受氨基生成丙氨酸，随即以丙氨酸的形式，携带着肌肉氨基酸脱下的氨经血液运输 到肝。在肝中，丙氨酸经联合脱氨基作用，释放出氨，氨可