《杨在清》第11章氨基酸代谢

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1、第 11 章 氨基酸代谢一、教学大纲基本要求 蛋白质的消化、吸收，氨基酸代谢库，必需氨基酸，氮平衡，氨基酸代谢概论，氨基酸的脱氨基、转 氨基、联合 脱氨基作用；蛋白质降解，尿素循环，氨基酸合成代谢；氨基酸的脱羧基作用，氨基酸的碳链 代谢，氨的排出、转 运。二、本章知识要点（一）氨基酸代谢概述 蛋白质作为动物体的主要组成成分，总是在不断地进行着新陈代谢。而蛋白质的基本组成 单位是氨基 酸，所以氨基酸代谢是蛋白质代谢的重要内容。1蛋白质的消化、吸收（ 1）蛋白质的消化 动物的唾液中虽有少量唾液蛋白质酶能分解蛋白质，但在整个消化过程中，其 作用不大。蛋白质食物主要是在胃和小肠中进行消化的。胃粘膜主细

2、胞可分泌胃蛋白酶原， 胰液能提供胰蛋白酶原、 糜蛋白酶原、 弹性蛋白酶原和羧基肽酶原， 这些 酶原激活后可转变成有活性的酶， 在这些酶以及动物体所含的氨肽酶、 羧肽酶和二肽酶等共同作用下， 来完成日粮 中蛋白质的消化过程。（ 2）蛋白质的吸收 在正常情况下，只有氨基酸及少量二肽、三肽能被动物体吸收进入血液。这种 吸收主要在小肠粘膜细胞上进行， 肾小管细胞和肌肉细胞也能吸收， 这是一个耗能、 需氧的主动运输过程。 关于氨 基酸吸收的机理，目前仍未完全解决。A. Meister在1968-1969年，从肾脏研究中，提出关于氨基 酸吸收的“丫 - 谷氨酰基循环”假说，具有一定理论意义。他认为氨基酸吸

3、收或向各组织、细胞内转移是 通过谷胱甘肽起作用，这个 过程由六步连续的酶促反应完成。2氨基酸的代谢库 动物体吸收进入血液的氨基酸与体内游离的氨基酸构成了氨基酸代谢库。在正常情况下，氨 基酸代谢 库中的氨基酸维持在一个动态平衡中。 一方面， 氨基酸被消耗， 或用来合成蛋白质， 或合成其它含氮物 质， 或氧化分解提供能量；另一方面，可由体外吸收、体内合成或体内蛋白质分解所产生的氨基酸补充。3必需氨基酸必需AA是指机动物体内不能合成或合成量不足，必须由日粮提供的一类氨基酸，构成天然蛋白质的20种氨基酸 中有10种氨基酸是多数动物的必需氨基酸：3种碱性AA （赖AA精AA组AA）, 3种支链AA （亮

4、AA异亮AA缬 AA, 2种芳香AA （苯丙AA色AA, 1种含硫AA （甲硫AA, 1种羟基AA （苏AA。把动物自身能够合成，不需要由 日粮提供的氨基酸称为非必需氨基酸。在其它10种AA中，有两种AA需要由必需AA转化而来，如甲硫AL;苯丙AL酪AA故称半胱AA和酪AA为半 必需AA若日粮中的半胱AA和酪AA供应量不足，就会消耗苯丙AA和甲硫AA，引起这两种必需AA需要量增加。 此外，其余 8 种为非必需 AA。反刍动物瘤胃内的微生物可以合成所有20种AA，故可提供体内所需一部分必需AA，相对地来说，必需AA 没有其它动物那样重要。蛋白质的生物价：是衡量日粮中蛋白质质量的术语，指日粮蛋白质

5、中必需AA 的含量、种类和比例。这些指标越接近体蛋白，蛋白质的生物价就越高。4氮平衡正常情况下，动物体内的氮总量必须维持在一定水平，机体吸收的氮与排出的氮总是相当的，这种平 衡称为氮平衡。如果吸收氮的量大于排出氮的量时，称为氮正平衡。氮正平衡又分为生理氮正平衡和病理 氮正平衡。 前者如幼年生长期，孕期或哺乳期动物，需摄入大量氮以满足机体正常生理的需要。后者如组 织损伤修复过程中需要 大量氮而产生的氮正平衡。如果吸收氮的量小于排出氮的量称为氮负平衡。氮负平 衡又分为生理氮负平衡和病理氮负 平衡。前者如衰老、经期失血时氮的过多排出;后者如感染、烧伤、坏 死是大量蛋白质氧化分解而排出氮。5氨基酸代谢

6、概论氨基酸代谢包括分解代谢和合成代谢。分解代谢一般是a -氨基酸首先脱去 a -氨基并产生 a -酮酸;酰胺氨基酸首先脱去酰胺，再脱氨，于是氨基酸的分解代谢转变为氨的代谢和a -酮酸的代谢。氨在肝脏 中可被合成尿素或尿酸后排出体外， a - 酮酸可以进入糖代谢或脂代谢，或转变为糖，或转变为脂，或氧 化分解提供 能量。另外，氨基酸可以经过脱羧基作用产生许多重要的活性胺，氨基酸还可以作为许多含氮 物质合成的前体。不同 的生物合成氨基酸的能力虽然不同，但是，它们合成氨基酸的途径仍然具有许多共 性，那就是，氨基酸的合成都与糖 代谢和脂代谢的基本代谢途径具有密切的关系。（二）氨基酸的分解代谢1氨基酸的脱

7、氨基作用氨基酸分解代谢常开始于脱氨基作用。 氨基酸脱去氨基， 生成游离氨的过程， 称为氨基酸脱氨基作用。 正常 条件下，氨基酸脱氨基有 2 种方式：氧化脱氨基作用和非氧化脱氨基作用;其中最重要的脱氨基方式 为氧化脱氨基作 用。（1）氨基酸的氧化脱氨基作用 氧化脱氨基作用是普遍存在于动植物体中的一种脱氨基作用方式，主要在动物肝 脏中进行。这样的脱氨基作用实际上包括脱氢与水解两个化学过程。首先，a -氨基酸氧化脱氢生成亚氨基酸和还原 氢，然 后，亚氨基酸水解生成 a -酮酸和氨，还原氢或者进入呼吸链与氧结合生成水同时产生ATP 或者直接与氧结合生成过氧化氢（HQ）。过氧化氢或者被过氧化氢酶分解成水

8、和氧气，或者将a -酮酸的羧基氧化成CO2, 同时生成脂肪酸。（ 2）氨基酸的非氧化脱氨基作用 氨基酸的脱氨基作用除了氧化脱氨基作用外，还有非氧化脱氨基作用。例如 还原脱氨基作用、水解脱 氨基作用、脱水脱氨基作用等。这些脱氨基作用主要存在于微生物中，而且也不普遍。2酰胺氨基酸的脱酰胺基作用 谷氨酰胺和天冬酰胺的氨基分别通过特殊的酶 （谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶） 的 水解生成氨和相应的二 羧酸 - 谷氨酸和天冬氨酸。3转氨基作用a - 氨基酸可以通过转氨基作用脱去氨基。转氨基作用是 a - 氨基酸将氨基转移给 a - 酮酸生成相应的 a -酮酸和 a - 氨基酸。反应由转氨酶催化，是一个可逆反应。

9、在氨基酸的分解代谢中，许多转氨反应都可 以生成谷氨酸或天冬氨 酸， 这两个氨基酸的氨基可以进入导致氮排泄的途径， 例如尿素循环或尿酸的合成。转氨基作用是氨基酸脱去氨基的一种重要方式，它可以在a -氨基酸与 a -酮酸之间普遍进行。用 15N标记证明，构成蛋白质的氨基酸中除了甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸外都能不同程度的参 与转氨基作 用。4联合脱氨基作用氨基酸和 a - 酮酸在转氨酶的作用下通过转氨可以相互转换，但转氨作用并没有使氨基游离。另外， 单靠氧化脱 氨基作用也不能满足机体氨基酸分解的需要。联合脱氨基作用可以使细胞迅速的将各种不同的 氨基酸脱掉 a -氨基，它 是动物体内氨基

10、酸脱氨基作用的主要方式。所谓联合脱氨基作用是指a -氨基酸先通过转氨基再脱氨基，将 a - 氨基转变为游离氨的过程，即氨基酸的转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联 在一起进行 的过程。5氨基酸的脱羧作用在动物体内， 一部分氨基酸可以通过脱羧作用脱去 a -羧基生成一级胺。 催化脱羧作用的酶为脱羧酶， 它以磷 酸吡哆醛（PLP）为辅酶。氨基酸脱羧酶的专一性很强，一般是一种氨基酸一种脱羧酶，而且只对L型氨基酸起作用。 由氨基酸脱羧生成的胺中有许多具有重要的生理作用。在脑中，谷氨酸通过脱氨可以 生成丫 -氨基丁酸，它是一种抑 制性的神经递质。由组氨酸合成的组胺控制血管的收缩以及胃分泌胃酸。 另外，由色氨酸

11、合成的 5- 羟色胺不仅是神经 递质， 而且也是某些非神经组织的激素。 酪氨酸可转换为多巴 胺，多巴胺在肾上腺髓质进一步代谢可生成肾上腺 素。而在脑中，由酪氨酸只能合成到多巴胺这一步，帕 金森病与脑中多巴胺的生成减少有关，所以可以用酪氨酸形成 多巴胺过程中的中间代谢物 3,4- 二羟苯丙氨 酸来治疗。6氨基酸碳链的代谢氨基酸降解的第一步常常是脱去 a 氨基，然后除去氨基的碳骨架经过特殊的代谢途径降解后进入碳代 谢的中心途径。在动物体内， a 氨基酸失去氨基以后生成的a 酮酸由 20 种不同的多酶体系催化进行氧化分解，虽然各种氨基酸的氧化途径不同，但它们都集中形成五种产物而进入柠檬酸循环，或被氧

12、化分解为CO?和出0 以释放能量，或被转变为脂肪而贮存起来，或被异生为葡萄糖。将可以转变为葡萄糖的氨基酸称为生糖氨基酸， 例如丙氨酸、 天冬氨酸及其酰胺、 谷氨酸及其酰胺等； 将可 以转化成酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，例如亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸等；将其分解的中 间代谢物既含有 糖异生的前体又含有合成酮体的前体的氨基酸称为生糖兼生酮氨基酸，例如苯丙氨酸、酪 氨酸。（三）氨的排出和转运1氨的排出氨基酸分解代谢中生成的大多数氨是以质子化形式-NH4+（ 铵离子 ） 存在的， 也有少数反应生成的氨是非质子化形式-NH3。由于氨能渗透生物膜，对于细胞来说氨是毒性很强的物质，所以通常细胞内氨的浓

13、度都维持在很低 水平，在正常血液中含量也很低，一般不超过0.1%。不同动物排泄废氨的途径是不同的， 许多水生动物， 例如一些鱼类可以通过鳃组织的细胞膜直接排氨， 鸟类和 许多爬行动物可将过量的氨转化为尿酸排泄掉，尿酸也是鸟、爬行动物和灵长类动物嘌呤核苷酸降 解的产物。生活在 陆地上的大多数脊椎动物可以将氨转化为毒性很小的尿素。尿素是一种不带电荷的、水 溶性的化合物，可以通过血液 转运到肾脏，作为尿的主要成分被排泄掉。2氨的转运 既然氨对机体有害，那么组织中氨基酸分解生成的氨必须以一种特殊的方式被运输到肝脏中，然后 才 能在肝脏中被合成无毒的尿素。谷氨酰胺在哺乳动物中有着特殊的作用，它可以在组织

14、之间转移氨，由此 可以减少 有毒 NH 的循环水平。三、重点、难点重点： 氨基酸代谢概论，氨基酸的脱氨基、转氨基、联合脱氨基作用；蛋白质降解，尿素循环，氨基 酸生物合 成；氨基酸的脱羧基作用等。难点： 尿素循环和氨基酸的生物合成。四、典型例题解析例题 11-1：动物体内的蛋白质消化过程需要哪些酶类参与？ 解：唾液中有少量唾液蛋白质酶能分解蛋白质；胃 粘膜主细胞可分泌胃蛋白酶原，该酶原经胃壁细胞分泌的盐酸（HCI）作用和自我催化，氨基末端切除42肽后转化 为胃蛋白酶。它能催化芳香族氨基酸、蛋氨 酸和亮氨酸羧基形成的肽键的水解，使食物蛋白质被水解为胨、朊以及少 量的多肽和氨基酸。胰液除提供HCO以

15、中和胃酸外，尚能提供多种经活化后能水解食物蛋白的酶原，它们是胰蛋白酶原、糜蛋白酶 原、 弹性蛋白酶原和羧基肽酶原， 它们可分别转化成胰蛋白酶、 糜蛋白酶、 弹性蛋白酶和肠肽酶。 前三者催化断 裂肽链内部肽键，称为内肽酶，而羧肽酶以及氨肽酶分别催化羧基末端和氨基末端肽键的断 裂，称为外肽酶。它们特 异地作用于不同的肽键。胰蛋白酶催化断裂碱性氨基酸如精氨酸、赖氨酸残基羧基端肽键。糜蛋白酶催化断裂芳香族氨基酸， 如苯丙氨 酸、酪氨酸或色氨酸残基羧基端肽键。弹性蛋白酶特异性较差，作用于各种脂肪族氨基酸残基羧 基端肽键。羧肽酶 A, B 分别主要作用于带有游离羧基的中性和碱性氨基酸残基所形成的肽键。动物

16、体内含有氨肽酶、 羧肽酶和二肽酶。 前两种酶可将小肠中的蛋白质水解产物-寡肽从两端逐个水解成氨基酸,剩下的二肽,经二肽酶催化水解,最后寡肽完全水解成为氨基酸。例题 11-2：简要叙述动物体内蛋白质降解的特性。解：动物细胞有选择地降解非正常蛋白质。如血红蛋白与缬氨酸类似物a-氨基-3 -氯代丁酸结合，得到的产物在网织红细胞中的半存活期约为10min,而正常血红蛋白可延续红细胞的存活期最终达120天。同样，不稳定的突变株血红蛋白在与此种丁酸衍生物结合之后，即迅速降解。因此，它成了溶血性贫血这 种分子疾病 的治疗药物。绝大多数非正常蛋白质很可能基于化学修饰或由于脆弱分子的不断变性而容易发生降解。它们更多缘 起于细胞的 活泼环境，而不一定是基于突变，或在转录或翻译时出现的误差，受损蛋白质的降解能力是具 有选择