氨基酸代谢

null Metabolism of Amino Acids 氨基酸代谢 Metabolism of Amino Acids 氨基酸代谢 Chapter 12Jianjun Xie, Ph.D Department of Biochemistry and Molecular Biology, Medical College of Shantou University, Shantou, Chinanull主 要 内 容 蛋白质的营养作用 体内氨基酸的来源 氨基酸的转换与分解 营养非必需氨基酸的合成 氨的代谢 个别氨基酸的代谢null Proteins are macromolecules composed of amino acids linked together through peptide bonds. Major elements: C (50~55%), H (~7%), O (19~20%), N (13~19%), S (~4%); Trace elements: P, Fe, Cu, Zn, I, … Amino acid (AA) is the basic building blocks of proteins. About 300 AAs in nature, but only 20 AAs are used for protein synthesis in biological systems. Reviewnull AAs are grouped as (1) non-polar, hydrophobic; (2) polar, neutral; (3) basic; and (4) acidic AAs.Non-polar, hydrophobic: Gly (甘氨酸), Ala (丙氨酸), Val (缬氨酸), Leu (亮氨酸), Ile (异亮氨酸), Phe (苯丙氨酸), Pro (脯氨酸) Polar, neutral: Trp (色氨酸), Ser (丝氨酸), Tyr (酪氨酸), Cys (半胱氨酸), Met (甲硫氨酸), Asn (天冬酰胺), Gln (谷氨酰胺), Thr (苏氨酸) Basic: Lys (赖氨酸), Arg (精氨酸), His (组氨酸) Acidic: Asp (天冬氨酸), Glu(谷氨酸) 蛋白质的营养作用 Nutritional Function of Protein 前 言 蛋白质的营养作用 Nutritional Function of Protein null一、 蛋白质营养的重要性1. 维持细胞、组织的生长、更新和修补：最重要的功能。2. 参与多种重要的生理活动：生命活动的物质基础。null3. 氧化供能 人体每日18%能量由蛋白质提供。每克蛋白质在体内氧化分解可释放17.19kJ的能量。仅为次要功能，可由脂肪和糖类代替。 人体的三大营养物质：葡萄糖、脂肪、蛋白质，主要的供能物质是葡萄糖，其次是脂肪，最后才会启用蛋白质。三大营养物质可以通过三羧酸循环等相互转换。 null二、蛋白质需要量和营养价值1. 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。可以间接反映体内蛋白质合成以及分解代谢的状况。null2. 蛋白质的生理需要量 成人每日最低蛋白质需要量为30～50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。3. 蛋白质的营养价值其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。精氨酸和组氨酸能在人体合成，但量不大，有时需从食物中摄取，故称营养半必需氨基酸。 如何记忆必需氨基酸的小提示：携来一两本淡色null② 蛋白质的营养价值(nutrition value)：食物蛋白质在体内的利用率。蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。含必需氨基酸种类多、数量足的蛋白质，其营养价值就高，如动物蛋白质等。③ 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。nullLegumes(豆类) poor in Trp（色）, but rich in Lys; Cereals (谷类) poor in Lys（赖）, but rich in Trp Protein deficiency—kwashiorkor (蛋白质营养不良综合征), generalized edema and liver enlargement, abdomen bulged Suggestion: the combined-action of protein in diet第一节 体内氨基酸的来源 Source of Amino Acids in Human Body第一节 体内氨基酸的来源 Source of Amino Acids in Human Bodynull一、外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收（一）蛋白质在胃和肠道被消化被成氨基酸和寡肽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。 食物中的变应原成分是复杂的，目前对食物变应原的提取、检出和纯化仅限于少数几种常见的食品，如牛奶、鸡蛋、鱼类、花生、豆类、坚果类、肉类和小麦等，这些食物的变应原性已通过特异性皮试、特异性IgE检测和食物激发试验等所证实，并发现食物变应原是一种水溶性糖蛋白，其分子量通常小于70kd。近年来证实某些水果如桃子中的变应原成分与花粉相似，是一种类脂转移蛋白（lipid-transferproteins）。 经过细菌类、真菌类、加热和消化酶等因素的影响，食物变应原可有一定改变，如储藏时间过长、细菌真菌的污染常可使食物的变应原性增强，而加热和消化酶往往可使变应原性减弱。但也有许多食品变应原在受到剧烈的物理或化学作用后其变应原性的变化仍然不大。 nullnull1. 蛋白质胃中被不完全消化胃蛋白酶原由主细胞分泌，可被壁细胞分泌的胃酸激活成胃蛋白酶。 自身激活作用。 胃蛋白酶的最适pH为1.5～2.5，对蛋白质肽键作用特异性差，多水解由芳香族氨基酸及甲硫氨酸、亮氨酸等形成的肽键。产物主要为多肽及少量氨基酸。null2. 蛋白质在小肠被水解成氨基酸和小肽 ——小肠是蛋白质消化的主要部位胰腺和小肠粘膜细胞分泌多种的蛋白酶和肽酶组成小肠消化液，小肠环境pH值约为7~8。 酸性的胃消化产物进入小肠后，较低的pH值可以促发小肠粘膜分泌促胰液素，从而使胰腺像小肠分泌HCO3-，中和胃酸。 胃消化产物又可以刺激胰腺分泌一序列的酶类，对蛋白进行进一步的消化。null⑴ 胰液蛋白酶消化蛋白质产生寡肽和少量氨基酸 内肽酶(endopeptidase) 水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶（碱性氨基酸）、糜蛋白酶（芳香族氨基酸）、弹性蛋白酶（脂肪族氨基酸）。 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(小肠粘膜细胞)。羧基肽酶A主要水解脯氨酸、精氨酸和赖氨酸以外的氨基酸；羧基肽酶B则主要水解碱性氨基酸的羧基形成的肽键。null(十二指肠分泌，胆汁激活)可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。 保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。 酶原还可视为酶的储存形式。酶原激活的意义 ⑵小肠粘膜细胞的消化酶水解寡肽为氨基酸 ⑵小肠粘膜细胞的消化酶水解寡肽为氨基酸 主要是寡肽酶 (oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶 (aminopeptidase)及二肽酶 (dipeptidase)等， 最终产生氨基酸。——在小肠粘膜细胞中进行null蛋白水解酶作用示意图null（二）氨基酸的吸收是一个主动转运过程吸收部位：主要在小肠粘膜细胞 吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽 吸收机制：耗能的主动吸收过程null 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。七种转运蛋白 （transporter）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 β-氨基酸转运蛋白 二肽、三肽转运蛋白 其它： 除小肠粘膜细胞外，肾小管细胞和肌细胞等细胞膜上也存在以上机制。 共用同一载体的氨基酸，其在结构上存在相似性，故在吸收过程中存在一定的竞争性。null ADP+PiK+K+Na+Na+outerMemberinnnerThe mechanism of AA’s absorption intestinenullγ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用γ-谷氨酰基循环(γ-glutamyl cycle)过程：谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成null细胞外 γ-谷 氨酰 基转 移酶细胞膜谷胱甘肽 GSH细胞内γ-谷氨酰基循环过程目 录null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，故其吸收进入细胞的时间甚至比游离的氨基酸还早。 肽的吸收null（三）未被吸收的蛋白质在肠道细菌作用下发生腐败作用蛋白质的腐败作用(putrefaction)外源性的蛋白质，95%均被消化吸收，剩下的可被大肠杆菌分解；肠道细菌对未被消化和吸收的蛋白质及其消化产物所起的作用称为腐败作用。 腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、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，对机体有一定的营养作用。null 未消化蛋白质 H R-C-COOH NH2 未吸收的消化产物腐败（putrefaction）null1．肠道细菌使氨基酸脱羧基产生胺类 毒性 组胺和尸胺：降血压； 酪胺：升血压； 酪胺和苯乙胺：假神经递质null 假神经递质(false neurotransmitter)某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。 酪胺和苯乙醇胺如果不能及时在肝内转化，容易进入脑组织转化为β-羟酪胺和苯乙醇胺，其结构类似于儿茶酚胺，故称为假神经递质。null β-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它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，可能是肝性脑病的机制之一。null2. 氨的生成----脱氨基作用未被吸收的氨基酸从血中渗入肠道的尿素肠道氨 (ammonia)肠道细菌 脱氨基作用尿素酶高血氨病人酸性灌肠的原理。 降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出（NH3比NH4+更易于穿过细胞膜被吸收）,可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。null3. 其它有害物质的生成null 肝性脑病 （hepatic encephalopathy，HE ） 是严重肝病引起的、以代谢紊乱为基础的中枢神经系统功能失调的综合病征，其主要临床表现是意识障碍、行为失常和昏迷。 肝性脑病的发病机制未完全明确。一般认为产生肝性脑病的病理生理基础是肝细胞功能衰竭和门腔静脉之间有手术造成的或自然形成的侧支分流。主要是来自肠道的许多毒性代谢产物，未被肝解毒和清除，经侧支进入体循环，透过血脑屏障而至脑部，引起大脑功能紊乱。 肝性脑病时血氨增高的原因 血氨增高主要是由于生成过多和 （ 或 ） 代谢清除过少。 在肝功能衰竭时，肝将氨合成为尿素的能力减退，门体分流存在时，肠道的氨未经肝解毒而直 接进入体循环，使血氨增高。null* 摄入过多的含氮食物 （ 高蛋白饮食 ） 或药物，或上消化道出血（每100ml 血液约含20g 蛋白质）时，肠内产氨增多。 * 低钾性碱中毒 进食少、呕吐、腹泻、利尿排钾、放腹水、继发性醛固酮增多症等均可导致低钾血症。低钾引起酸碱平衡失常，从而改变氨的细胞内外分布。钾从细胞外液丢失，即被细胞内钾移出而补充，移出的钾由细胞外液的钠和氢进入细胞与之交换，故使细胞外液中H+减少，有利于NH3进入脑细胞产生毒性作用。 * 低血容量与缺氧 见于上消化道出血、大量放腹水、利尿等情况。休克与缺氧可导致肾前性氮质血症，使血氨增高。脑细胞缺氧可降低脑对氨毒的耐受性。 * 便秘 使含氨、胺类和其他有毒衍生物与结肠粘膜接触的时间延长，有利于毒物吸收。 * 感染 增加组织分解代谢从而增加产氨，失水可加重肾前性氮质血症，缺氧和高热增加氨的毒性。此外，肝病患者肠道细菌生长活跃，使肠道产氨增多。 * 低血糖 葡萄糖是大脑产生能量的重要燃料，低血糖时能量减少，脑内去氨活动停滞，氨的毒性增加。 其它诱因null氨对脑的毒性作用 (1) 干扰脑细胞的能量代谢 氨主要干扰脑细胞的葡萄糖生物氧化过程，可能包括以下几个环节：氨可抑制丙酮酸脱羧酶的活性，使乙酰CoA生成减少，从而影响三羧酸循环的正常进行。 (2) 脑内神经递质的改变 大量实验证实血氨增高可引起脑内谷氨酸、乙酰胆碱等兴奋性神经递质减少，而谷氨酰胺、γ—氨基丁酸等抑制性神经递质增多，从而造成中枢神经系统功能障碍。 (3)对神经细胞膜有抑制作用 有学者认为血氨增高可能通过以下两个方面影响神经细胞膜的功能：干扰神经细胞膜上的Na+-K+-ATP酶的活性，使复极后膜的离子转运障碍，导致膜电位改变和兴奋性异常；与K+有竞争作用，以致影响Na+、K+在神经细胞膜上的正常分布，从而干扰神经传导活动。  null意识障碍、行为失常和昏迷null二、体内蛋白质分解生成氨基酸 Body protein Amino acids Protein degradationProtein circulationRe-utilization for new protein synthesis1-2%（肌肉蛋白质）75-80% T1/2 ? (half life)null蛋白质的半寿期 (half-life)蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示。 肝蛋白的半寿期：1-8天； 血浆蛋白的半寿期：10天； 结缔组织的半寿期：180天以上； 关键酶的半寿期：短，数小时。（一）蛋白质的降解及其半寿期 不同的蛋白质降解速率不同，同一蛋白在不同生理状态下降解速率也不同：创伤康复、妊娠中的子宫等。 PEST序列：脯-谷-丝-苏，快速降解标志序列。null（二）真核细胞内有两条主要的蛋白质的 降解途径 不依赖ATP 利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白1．外在和长寿蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径降解null溶酶体的主要功能是消化作用，是细胞内的消化器官，含酸性磷酸酶。一些营养性蛋白质通过内吞作用进入细胞，由溶酶体的酶进行水解消化；溶酶体还可以清除细胞无用的大分子和衰老的细胞器等。 根据完成生理功能的不同阶段可将其分为: 初级溶酶体 (含酶原，可被激活) 次级溶酶体（正进行消化，内含水解酶和相应底物） 残体（失去酶活性，剩未消化的残渣） 2．异常和短寿蛋白质在蛋白酶体通过需要ATP的泛素途径降解2．异常和短寿蛋白质在蛋白酶体通过需要ATP的泛素途径降解 依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白 蛋白酶体(proteasomes) 是在真核生物和古菌中普遍存在的，在一些原核生物中也存在的一种巨型蛋白质复合物。在真核生物中，蛋白酶体位于细胞核和细胞质中。蛋白酶体的主要作用是降解细胞不需要的或受到损伤的蛋白质，这一作用是通过打断肽键的化学反应来实现。 泛素(ubiquitin)泛素共价地结合于底物蛋白质，蛋白酶体（proteasome）特异性地识别被泛素标记的蛋白质并将其迅速降解，泛素的这种标记作用是非底物特异性的，称为泛素化（ubiquitination）。泛素(ubiquitin)76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守 泛素介导的蛋白质降解过程（1）泛素化使蛋白质贴上了被降解的标签 泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活。（2）泛素化的蛋白质在蛋白酶体降解 泛素介导的蛋白质降解过程蛋白酶体对泛素化蛋白质的降解。null泛素化过程E1：泛素活化酶E2：泛素结合酶，泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶null蛋白酶体是一个26S蛋白质复合物，由20S的核心颗粒(core particle, CP)和19S的调节颗粒(regulatory particle, RP)组成 null蛋白酶体的核心颗粒是由4个环——2个α环和2个β环组成的圆柱体，每个α环由7个α类型的亚基组成，它们位于圆柱体的顶端。每个β环由7个β类型的亚基组成，它们位于圆柱体的中央。 null蛋白酶体的作用过程调节颗粒识别并结合泛素化的蛋白泛素化的蛋白去折叠并被移至核心颗粒中心腔蛋白酶体的β亚基水解蛋白肽键，产生多肽氨基酸null 如基因表达、细胞增殖、炎症反应、诱发癌瘤（促进抑癌蛋白P53降解）等。体内蛋白质降解参与多种生理、病理调节作用null P53是一种肿瘤抑制基因。在所有恶性肿瘤中，50%以上会出现该基因的突变。 由这种基因编码的蛋白质是一种转录因子，其控制着细胞周期的启动。许多有关细胞健康的信号向P53蛋白发送。关于是否开始细胞分裂就由这个细胞决定。 如果这个细胞受损，又不能得到修复，则P53蛋白将参与启动过程，使这个细胞在细胞凋亡中死去。有P53缺陷的细胞没有这种控制，甚至在不利条件下继续分裂。 P53的失活机理：P53蛋白与其它蛋白的相互作用，P53基因突变，都可以导致正常生物功能的丧失。P53：细胞内的分子警察null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。三、外源性氨基酸和内源性氨基酸组成氨基酸代谢库null氨基酸代谢库氨基酸代谢概况目 录第二节 氨基酸的转换和分解 第二节 氨基酸的转换和分解 Amino Acid Conversion and Catabolismnull一般在下列3种代谢状况下，氨基酸才氧化降解：①细胞的蛋白质进行正常的合成和降解时，蛋白质合成并不需要蛋白质降解释放出的某些氨基酸，这些氨基酸会进行氧化分解。 ②食品富含蛋白质，消化产生的氨基酸超过了蛋白质合成的需要，由于氨基酸不能在体内储存，过量的氨基酸在体内被氧化降解。 ③机体处于饥饿状态或未控制的糖尿病状态时，机体不能利用或不能合适地利用糖作为能源，细胞的蛋白质被用做重要的能源。null一、转氨基作用是氨基酸与α-酮酸之间的氨基交换转氨基作用（transamination）： 在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。（一）待分解的氨基酸经转氨酶作用移去α-氨基null 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。null 要点： 转氨酶催化的可逆反应。 广泛分布于体内各组织中，以肝和心肌含量最为丰富。 转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。 体内存在着多种转氨酶，不同转氨酶与α-酮酸之间的转氨作用只能由专一的转氨酶催化。 丙氨酸氨基转移酶（alanine amino-transferase, ALT或glutamic pyruvic transaminase, GPT）：肝中活性最高。 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotrans-ferase, AST或glutamic oxalo-acetic transaminase, GOT）：心肌中活性最高。 null 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。null谷丙转氨酶谷草转氨酶升高的常见原因 1）肝脏本身的疾患，特别是各型病毒型肝炎、肝硬变、肝脓肿、肝结核、肝癌、脂肪肝等，均可引起不同程度的转氨酶升高。 　　 2）除肝脏外，体内其他脏器组织也都含有此酶，因此当心肌炎、肾盂肾炎、大叶性肺炎、肺结核、乙型脑炎、多发性肌炎、急性败血症、肠伤寒、流脑、疟疾、胆囊炎、钩端螺旋体病、流感、麻疹、血吸虫病、挤压综合征等，亦均可见血中转氨酶升高。 　　 3）因为转氨酶是从胆管排泄的，因此如果有胆管、胆囊及胰腺疾患，胆管阻塞，也可使转氨酶升高。 　 4）药源性或中毒性肝损害，以及药物过敏都可引起转氨酶升高，并常伴有淤胆型黄疸和肝细胞损伤。例如生病时吃了会损伤肝脏的药物，红霉素、四环素、安眠药、解热镇痛药、避孕药，还有半夏、槟榔、青黛等中药。在停用这些药物后，转氨酶水平会很快恢复正常。 　　 5）正常妊娠、妊娠中毒症、妊娠急性脂肪肝等也是转氨酶升高的常见原因。 　　 6）对于一些看起来没什么大病的人来说，还有可能因为长期酗酒导致酒精肝，或饮食结构不合理导致脂肪肝，造成转氨酶高；剧烈运动、过于劳累或者近期吃过油腻食物，都可能使转氨酶暂时偏高。 null（二）所有的转氨酶均有相同的辅基和相同 的作用机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛null 维生素B6的磷酸酯－磷酸吡哆醛（PLP）是所有转氨酶的辅酶，在转氨酶的底物不存在时，PLP的醛基和酶活性位点赖氨酸的ε-氨基形成共价Schiff-base连接。氨基酸底物存在时，氨基酸的α-氨基与PLP的醛基形成新的Schiff-base连接。磷酸吡哆醛（PLP）nullnull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。转氨基作用的生理意义null二、体内有几条氨基酸脱氨基的途径定义： 指氨基酸脱去氨基生成相应α-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 转氨基和氧化脱氨基偶联 转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联null（一）在肝内谷氨酸脱氢酶催化Ｌ-谷氨酸脱去氨基（氧化脱氨基）转氨基作用使得许多氨基酸的氨基被转移至α-酮戊二酸，进而生成L-谷氨酸； L-谷氨酸可以进一步在L-谷氨酸脱氢酶作用下生成α-酮戊二酸和氨； L-谷氨酸是哺乳动物组织中唯一能以相当高的速率进行氧化脱羧反应的氨基酸。null反应可逆 存在于肝、脑、肾中 辅酶为 NAD+ 或NADP+ ：唯一既能利用NAD+ 又能利用NADP+ 作为受氢体的酶。 此酶为别构酶，此反应与能量代谢密切相关。 GTP、ATP为其抑制剂 GDP、ADP为其激活剂催化酶：L-谷氨酸脱氢酶null 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， 如转氨作用和谷氨酸脱氢作用的结合。定义联合脱氨基作用类型 ① 转氨基偶联氧化脱氨基作用 ② 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环null转氨基偶联氧化脱氨基作用H2O+NAD+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。nullAla + -酮戊二酸丙酮酸 + GluGlu + NAD+ + H2O-酮戊二酸+ NADH + NH4+ Ala + NAD+ + H2O丙酮酸 + NADH + NH4+null（二）肌肉中的氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基此种方式主要在肌肉组织进行。null 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环（三）氨基酸氧化酶也可以从α-氨基酸中去除氨基（三）氨基酸氧化酶也可以从α-氨基酸中去除氨基O2 + FMNH2L-氨基酸氧化酶，属于黄酶类，存在于哺乳类动物的肝和肾组织内。null三、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解（一）α-酮酸（α-ketoacid）经氨基化生成非必需氨基酸丙酮酸（丙氨酸）、草酰乙酸（天冬氨酸）、 α-酮戊二酸（谷氨酸）null （二）α-酮酸可转变成糖及脂类-酮戊二酸琥珀酰 CoA延胡索酸草酰乙酸丙酮酸乙酰CoA乙酰乙酰 CoA三羧酸循环中间产物PEP葡萄糖脂肪酸酮体 生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。 生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。 生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。null（三）α-酮酸可彻底氧化分解并供能氧化供能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。综上可见，氨基酸代谢与糖和脂肪代谢的代谢密切相关。null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酮体CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T C A循环目 录第三节 营养非必需氨基酸的合成第三节 营养非必需氨基酸的合成 Formation of Nutritionally Nonessential Amino Acidsnull一、体内蛋白质代谢状况可用氮平衡来描述氮平衡(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）氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。null蛋白质的生理需要量 成人每日最低蛋白质需要量为30～50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。二、氨基酸可分为营养必需氨基酸和营养非必需氨基酸二、氨基酸可分为营养必需氨基酸和营养非必需氨基酸营养必需氨基酸(nutritionally 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。 （nutritionally semiessential amino acid） null三、短的生物合成途径可合成非必需氨基酸（一）α-酮戊二酸还原氨化生成谷氨酸谷氨酸脱氢酶H2ONH4+α － 酮戊二酸L－谷氨酸null（二）谷氨酸在谷氨酰胺合成酶催化下合成谷氨酰胺谷氨酸合成酶L－谷氨酰胺L－谷氨酸NH4+Mg－ATPMg－ADP ＋ PiNH3+NH3+null（三）丙酮酸和草酰乙酸通过转氨基作用生成丙氨酸和天冬氨酸丙酮酸转氨酶丙氨酸谷氨酸或天冬氨酸α － 酮戊二酸 或草酰乙酸null（四）天冬氨酸在天冬酰胺合成酶催化下形成天冬酰胺L－天冬酰胺L－天冬氨酸天冬酰胺合成酶NH3+NH3+GlnGluMg－ATPMg－AMP ＋ PPinull（五）丝氨酸从糖酵解的中间产物D-3-磷酸甘油酸形成null（六）甘氨酸在哺乳动物中 有几条合成途径null（七）脯氨酸是从谷氨酸形成的L－谷氨酸L－脯氨酸L－谷氨酸－γ －半缩醛Δ2－吡咯－5－羧酸H2ONADH ＋ H+NADH ＋ H+NAD＋NAD＋H2ONH3＋NH2＋NH＋H3N＋null（八）半胱氨酸可由甲硫氨酸和丝氨酸合成null（九）苯丙氨酸在苯丙氨酸羟化酶催化下形成酪氨酸四氢生物蝶呤二氢生物蝶呤L－ 丙氨酸L－ 酪氨酸NADP＋NADPH ＋ H＋酶 II酶 IO2H2OCH2 – CH – COO-CH2 – CH – COO-NH3+NH3+HOnull组氨酸和精氨酸虽能在人体内合成，但合成量不多，长期缺乏也能造成负氮平衡，可以将这两种氨基酸视为营养半必需氨基酸（nutritionally semi－essential amino acid）。 （十）组氨酸和精氨酸是营养性半必需氨基酸第四节 氨 的 代 谢第四节 氨 的 代 谢The Fate of Ammonianull一、体内有毒性的氨有几个来源（一）体内氨有3个主要来源1. 氨基酸脱氨基作用和胺类的分解均可以产生氨2. 肠道细菌腐败作用产生氨3. 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺（二）氨中毒是致命的（二）氨中毒是致命的 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60 μmol/L。null二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺形式转运（一）丙氨酸-葡萄糖循环将氨从肌肉运输到肝反应过程丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle)null丙 氨 酸葡 萄 糖 肌肉 蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊 二酸丙酮酸糖酵解途径肌肉丙氨酸血液丙氨酸葡萄糖α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖目 录null(二） 谷氨酰胺是氨的另一种运输形式反应过程在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。null三、氨在肝合成尿素是氨的主要去路① 在肝内合成尿素，这是最主要的去路② 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物③ 合成谷氨酰胺④ 肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。体内氨的去路：null （一）在肝进行的鸟氨酸循环合成尿素——主要在肝细胞的线粒体及胞液中尿素生成的过程由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。null 反应在线粒体中进行1. CO2、氨和ATP缩合形成氨基甲酰磷酸null反应由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoyl phosphate synthetaseⅠ, CPS-Ⅰ) 催化。 N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。null鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸2．氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸null由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常与CPS-Ⅰ构成复合体。反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。null3. 瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸反应在胞液中进行。+天冬氨酸精氨酸代琥珀酸null精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸4. 精氨酸代琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸5. 精氨酸裂解释放出尿素并再形成鸟氨酸 反应在胞液中进行。5. 精氨酸裂解释放出尿素并再形成鸟氨酸 null鸟氨酸循环线粒体胞 液目 录null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。null（二）尿素合成受膳食蛋白质和两个限速酶活性的调节1. 高蛋白质膳食促进尿素合成 2. N-乙酰谷氨酸别位激活氨基甲酰磷酸合酶Ⅰ启动尿素合成 3. 精氨酸代琥珀酸合酶活性促进尿素合成AGA、精氨酸为其激活剂nullnull（三）尿素合成障碍引起高血氨症和氨中毒1.高血氨时脑内α-酮戊二酸减少导致能量代谢障碍2.鸟氨酸循环任何一个合成酶遗传缺陷均可引起高氨血症 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)。nullTAC ↓ 脑供能不足 脑内 α-酮戊二酸↓氨中毒的可能机制第五节 氨基酸代谢的特殊产物和个别氨基酸代谢第五节 氨基酸代谢的特殊产物和个别氨基酸代谢Special Products and Individual Pathway of Amino Acids 一、某些氨基酸代谢产生特殊的产物（一）氨基酸的脱羧基(decarboxylation)产生特殊的胺类化合物null1．谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸脱羧生成γ-氨基丁酸 GABA是抑制性神经递质，其作用是抑制突触传导 。γ-氨基丁酸 (γ-aminobutyric acid, GABA)null2．组氨酸经组氨酸脱羧酶催化脱羧生成组胺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。组胺 (histamine)null3．色氨酸经5-羟色氨酸生成5-羟色胺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。5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT)null4．某些氨基酸在体内经脱羧作用可产生多胺类物质L－ 鸟氨酸腐胺 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM )脱羧基SAM 鸟氨酸脱羧酶CO2SAM脱羧酶CO2精脒 (spermidine)丙胺转移酶5'-甲基-硫-腺苷 精胺 (spermine)多胺(polyamines)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。null（二）一碳单位是甘氨酸、丝氨酸、甲硫氨酸和组氨酸的特殊产物定义1．一碳单位代谢需有四氢叶酸参与 某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。 null甲基 (methyl)-CH3甲烯基 (methylene)-CH2-甲炔基 (methenyl)-CH=甲酰基 (formyl)-CHO亚胺甲基 (formimino)-CH=NH 种类nullFH4的生成 四氢叶酸是一碳单位的载体null 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—FH4N5、N10—CH2—FH4N5、N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH4null（1）一碳单位由丝氨酸和甘氨酸生成2．来自4种氨基酸的一碳单位可以相互转变种类羟甲基转移酶甘氨酸裂解酶系null（2）一碳单位由组氨酸生成组氨酸酶null（3）一碳单位由色氨酸代谢生成 色氨酸null一碳单位的互相转变N10—CHO—FH4N5, N10=CH—FH4N5, N10—CH2—FH4N5—CH3—FH4N5—CH=NH—FH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3null4．一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成 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null（一）3种含硫氨基酸的代谢途径有联系又有差别胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸二、个别氨基酸有特殊的代谢途径null（1）甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关：1. 甲硫氨酸与转甲基作用腺苷转移酶PPi+Pi+甲硫氨酸ATPS—腺苷甲硫氨酸(SAM)null甲基转移酶RHRH—CH3腺苷SAMS—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null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FH4N5—CH3—FH4N5—CH3—FH4 转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+Pinull（2）甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基：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)。null目 录肌酸的代谢null（1） 半胱氨酸与胱氨酸的互变2．半胱氨酸有多种代谢途径null⑵半胱氨酸可生成牛磺酸： 牛磺酸是结合胆汁酸的组成成份之一。⑶半胱氨酸生成活性硫酸根：含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。PAPS为活性硫酸， 是体内硫酸基的供体⑶半胱氨酸生成活性硫酸根：⑷半胱氨酸与谷氨酸及甘氨酸合成谷胱甘肽：⑷半胱氨酸与谷氨酸及甘氨酸合成谷胱甘肽：还原型谷胱甘肽（GSH）有保护酶分子上巯基及抗氧化作用。 null（二）苯丙氨酸、酪氨酸与色氨酸代谢途径不同null1．苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。⑴苯丙氨酸经羟化转变为酪氨酸： null苯丙酮酸尿症(phenyl keronuria, PKU) 体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。null体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。⑵ 酪氨酸可彻底氧化分解或转变为儿茶酚胺和黑色素①酪氨酸经尿黑酸转变成乙酰乙酸和延胡索酸： null②酪氨酸可转变为儿茶酚胺和黑色素 null帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。 在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。 人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。null③苯丙氨酸和酪氨酸脱羧羟化产生假性神经递质 两种氨基酸在脑内脱羧羟化产生假性神经递质——苯乙醇胺及β-羟酪胺(鱆胺)，假性神经递质产量增多可能与肝昏迷的发生有关。 ④酪氨酸参与甲状腺激素合成： null2．色氨酸分解可生成乙酰乙酰CoA 色氨酸null（三）支链氨基酸分解包括转氨、脱羧和彻底氧化3阶段支链氨基酸null②线粒体的支链α-酮酸脱氢酶，催化由亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸演变而来的α-酮酸的氧化脱羧。这种脱氢酶的结构和调节与丙酮酸脱氢酶极其相似。其亚单位均为α-酮酸脱羧酶、转酰基酶和二氢硫辛酰脱氢酶。α-酮酸经氧化脱羧基作用，并有CoA参加，生成脂酰CoA。3种氨基酸的分解代谢相似，都可分为3个阶段：①通过转氨基作用将氨基转给α-酮戊二酸、生成谷氨酸，3种氨基酸则分别转变为相应的支链α-酮酸。③3种脂酰CoA经脂酸β-氧化过程代谢，分别以不同中间产物参加三羧酸循环氧化——缬氨酸（生糖氨基酸）代谢产生琥珀酰-CoA；亮氨酸（生酮氨基酸）产生乙酰乙酸和乙酰CoA；异亮氨酸（生糖兼生酮氨基酸）产生乙酰CoA和琥珀酰CoA。null 氨基酸的重要含氮衍生物null+ NO+ O2NADPH+H+ NADP+ 一氧化氮合酶 （NOS）精氨酸瓜氨酸一氧化氮