1、氨 基 酸 代 謝Metabolism of Amino Acids第 十 一 章學習任務1.了解蛋白質的主要生理功能；掌握氮平衡的概念 ；必需氨基酸的概念與種類。2.氨基酸來源與去路。氨基酸的3種脫氨基方式的概念、反應過程及意義。體內氨的來源與去路；3. 尿素主要在肝臟中合成，由NH3和CO2通過鳥氨酸循環合成；鳥氨酸循環的概念、過程、重要中間產物、關鍵酶、尿素合成的意義。4. 了解氨基酸的合成代謝過程蛋白質的營養作用Nutritional Function of Protein 第一節一、 蛋白質營養的重要性1. 維持細胞、組織的生長、更新和修補2. 參與多種重要的生理活動催化（酶）、免疫

2、（抗原及抗體）、運動（肌肉）、物質轉運（載體）、凝血（凝血系統）等。3. 氧化供能人體每日18%能量由蛋白質提供。 二、蛋白質需要量和營養價值1. 氮平衡(nitrogen balance)攝入食物的含氮量與排出蛋白質含氮量之間存在的一定關系。氮總平衡：攝入氮 = 排出氮（正常成人）氮正平衡：攝入氮 排出氮（兒童、孕婦等）氮負平衡：攝入氮 排出氮（饑餓、消耗性疾病患者）氮平衡的意義：可以反映體內蛋白質代謝的慨況。2. 生理需要量 成人每日最低蛋白質需要量為3050g，我國營養學會推薦成人每日蛋白質需要量為80g。3. 蛋白質的營養價值必需氨基酸(essential amino acid)指體內

3、需要而又不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。 其余12種氨基酸體內可以合成，稱非必需氨基酸。 蛋白質的營養價值(nutrition value)蛋白質的營養價值取決于必需氨基酸的數量、種類、量質比。蛋白質的互補作用 指營養價值較低的蛋白質混合食用，其必需氨基酸可以互相補充而提高營養價值。第二節 蛋白質的消化和吸收Digestion and Absorption of Proteins一、 蛋白質的消化蛋白質消化的生理意義由大分子轉變為小分子，便于吸收。消除種屬特異性和抗原性，防止過敏、毒性反應。消化過程 （一）胃中的消

4、化作用胃蛋白酶的最適pH為1.52.5，對蛋白質肽鍵作用特異性差，產物主要為多肽及少量氨基酸。 胃蛋白酶原胃蛋白酶 + 多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen) (pepsin) （二）小腸中的消化小腸是蛋白質消化的主要部位。1. 胰酶及其作用胰酶是消化蛋白質的主要酶，最適pH為7.0左右，包括內肽酶和外肽酶。內肽酶(endopeptidase)水解蛋白質肽鏈內部的一些肽鍵，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶。外肽酶(exopeptidase)自肽鏈的末段開始每次水解一個氨基酸殘基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。腸液中酶原的激活可保護胰組織免受蛋白酶的自身消化作用。保證酶在其特定的部位和

5、環境發揮催化作用。酶原還可視為酶的貯存形式。酶原激活的意義氨基肽酶氨基酸 +氨基酸二肽酶蛋白水解酶作用示意圖2. 小腸粘膜細胞對蛋白質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。二、蛋白質的吸收吸收部位：主要在小腸吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收機制：耗能的主動吸收過程（一）氨基酸吸收載體載體蛋白與氨基酸、Na+組成三聯體，由ATP供能將氨基酸、Na+轉入細胞內，Na+再由鈉鉀泵排出細胞。載 體類型中性氨基酸載體堿性氨基酸載體酸性氨基酸載體亞氨基酸與甘氨酸載體（二）-谷氨?；h對氨基酸的轉運作

6、用-谷氨?；h(-glutamyl cycle)過程：谷胱甘肽對氨基酸的轉運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 酸環化 轉移酶氨基酸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細胞外 -谷 氨酰 基轉 移酶細胞膜谷胱甘肽 GSH細胞內-谷氨酰基循環過程-谷氨酰氨基酸氨基酸目 錄利用腸粘膜細胞上的二肽或三肽的轉運體系此種轉運也是耗能的主動吸收過程吸收作用在小腸近端較強（三）肽的吸收第三節氨基酸的分解代謝一、概 述蛋白質的半衰期(half-life)蛋白質降低其

7、原濃度一半所需要的時間，用t1/2表示蛋白質周轉(protein turnover) 指已有蛋白質的降解和新蛋白的生成。蛋白質周轉可以使各種蛋白質得到自我更新，也使細胞中的蛋白質組分得到周轉。組織蛋白的降解有兩條途徑 不依賴ATP利用組織蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和長壽命的細胞內源性蛋白 依賴泛素(ubiquitin)的降解過程 溶酶體內降解過程依賴ATP降解異常蛋白和短壽命蛋白氨基酸代謝庫食物蛋白質消化吸收 組織蛋白質分解 體內合成氨基酸 (非必需氨基酸)氨基酸代謝概況 -酮酸 脫氨基作用 酮 體氧化供能糖胺 類脫羧基作用氨 尿素代謝轉變其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等

8、)合成 目 錄二、 氨基酸的脫氨基作用定義指氨基酸脫去氨基生成相應-酮酸的過程。脫氨基方式氧化脫氨基轉氨基作用聯合脫氨基 轉氨基和氧化脫氨基偶聯轉氨基和嘌呤核苷酸循環偶聯（一）氧化脫氨基作用（1）氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶 僅存在于肝、腎組織中 以FAD為輔基存在于肝、腦、腎中輔酶為 NAD+ 或NADP+GTP、ATP 、NADH為其抑制劑ADP為其激活劑L-谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸NH3-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O（2）L-谷氨酸脫氫酶（二）轉氨基作用(transamination)1. 定義在轉氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相應的-酮

9、酸，而另一種-酮酸得到此氨基生成相應的氨基酸的過程。 2. 反應式大多數氨基酸可參與轉氨基作用，但賴氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸除外。3. 轉氨基作用的機制轉氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛氨基酸 磷酸吡哆醛 -酮酸 磷酸吡哆胺 谷氨酸 -酮戊二酸 轉氨酶轉氨基作用不僅是體內多數氨基酸脫氨基的重要方式，也是機體合成非必需氨基酸的重要途徑。通過此種方式并未產生游離的氨。4. 轉氨基作用的生理意義（三）聯合脫氨基作用 兩種脫氨基方式的聯合作用，使氨基酸脫下-氨基生成-酮酸的過程。2. 類型 轉氨基偶聯氧化脫氨基作用1. 定義 轉氨基偶聯嘌呤核苷酸循環 轉氨基偶聯氧化脫氨基作用氨基酸 谷氨酸 -酮酸 -酮戊二酸 H

10、2O+NAD+轉氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脫氫酶 此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式，也是體內合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、腎組織進行。 轉氨基偶聯嘌呤核苷酸循環蘋果酸 腺苷酸代琥珀酸次黃嘌呤 核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶-酮戊 二酸氨基酸 谷氨酸-酮酸 轉氨酶 1草酰乙酸天冬氨酸AST此種方式主要在肌肉組織進行。腺苷酸脫氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)三、氨基酸的脫羧基作用（1）直接脫羧作用氨基酸脫羧酶氨基酸胺類RCH2NH2+ CO2磷酸吡哆醛L-組氨酸組胺組氨酸脫羧酶CO2組胺是強烈的血管舒張劑，可增加毛細血管的通透性，還可刺激胃蛋白酶及胃酸的

11、分泌。 L-谷氨酸-氨基丁酸（GABA）CO2L- 谷氨酸脫羧酶GABA是抑制性神經遞質，對中樞神經有抑制作用。5-HT在腦內作為神經遞質，起抑制作用；在外周組織有收縮血管的作用。（2）羥化脫羧基作用1.色氨酸羥化脫羧基2.苯丙氨酸和酪氨酸的羥化脫羧基苯丙氨酸 + O2酪氨酸 + H2O苯丙氨酸羥化酶四氫生物蝶呤二氫生物蝶呤NADPH+H+NADP+此反應為苯丙氨酸的主要代謝途徑。帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成減少。在黑色素細胞中，酪氨酸可經酪氨酸酶等催化合成黑色素。人體缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障礙，皮膚、毛發等發白，稱為白化病(albinism)。四、-酮酸的代

12、謝（一）經氨基化重新合成生成非必需氨基酸（二）轉變成糖及脂類（三）氧化分解供能-酮酸在體內可通過TAC 和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2，同時生成ATP。氨是機體正常代謝產物，具有毒性。正常人血氨濃度一般不超過 0.6mol/L。五、氨的代謝1. 血氨的來源 氨基酸脫氨基作用產生的氨是血氨主要來源, 胺類的分解也可以產生氨 RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶 腸道吸收的氨氨基酸在腸道細菌作用下產生的氨尿素經腸道細菌脲酶水解產生的氨 腎小管上皮細胞分泌的氨主要來自谷氨酰胺 谷氨酰胺谷氨酸 + NH3谷氨酰胺酶2. 血氨的去路 在肝內合成尿素，這是最主要的去路合成非必需氨基酸及其它含氮

13、化合物 合成谷氨酰胺 谷氨酸 + NH3谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi 腎小管泌氨分泌的NH3在酸性條件下生成NH4+，隨尿排出。 （六）尿素的生成（一）生成部位主要在肝細胞的線粒體及細胞液中。（二）氨的轉運肝外組織產生的氨向肝內轉運主要有兩種方式：一種是以谷氨酰胺的形式轉運；另一種是以丙氨酸的形式轉運。（1）以谷氨酰胺的形式轉運 谷氨酸 + NH3谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi（2）以丙氨酸的形式轉運（三）生成過程尿素生成的過程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，稱為鳥氨酸循環(orinithine cycle)，又稱尿素循環(urea cy

14、cle)或Krebs- Henseleit循環。即將有毒的氨轉變為無毒的尿素的循環過程。1. 氨基甲酰磷酸的合成 CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸反應在線粒體中進行反應由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。N-乙酰谷氨酸為其激活劑，反應消耗2分子ATP。N-乙酰谷氨酸(AGA)2. 瓜氨酸的合成鳥氨酸氨基甲酰轉移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸由鳥氨酸氨基甲酰轉移酶(ornithine carbamoyl transfer

15、ase,OCT)催化，OCT常與CPS-構成復合體。反應在線粒體中進行，瓜氨酸生成后進入細胞液。3. 精氨酸的合成反應在細胞液中進行。 精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸精氨酸代琥珀酸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. 精氨酸水解生成尿素反應在細胞液中進行尿素鳥氨酸精氨酸鳥氨酸循環2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鳥氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸蘋果酸-酮戊 二酸谷氨酸-酮酸精氨酸代 琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP + PPi鳥氨酸尿素線粒體細胞 液目 錄（四）反應小結原料：2 分子氨，一個

16、來自于游離氨，另一個來自天冬氨酸。過程：先在線粒體中進行，再在胞液中進行。耗能：3 個ATP，4 個高能磷酸鍵。（五）尿素生成的調節1. 食物蛋白質的影響高蛋白膳食 合成加快低蛋白膳食 合成減慢2. CPS-的調節：AGA為其激活劑琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-酮戊二酸檸檬酸乙酰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丙氨酸半胱氨酸絲氨酸蘇氨酸色氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸 蛋氨酸絲氨酸 蘇氨酸 纈氨酸酮體亮氨酸 賴氨酸酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 谷氨酸精氨酸 谷氨酰胺組氨酸 纈氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代謝的聯

17、系T A C目 錄第四節 氨基酸的合成代謝人體只能合成部分氨基酸非必須氨基酸生物體內所有氨基酸都不是以CO2和NH3為起始材料從頭合成的，而是起源于糖代謝的中間產物（如：丙酮酸，3-磷酸甘油，-酮戊二酸，草酰乙酸，及5-磷酸核糖等）。1.丙酮酸型：包括丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸。其都是以丙酮酸為骨架。2.絲氨酸型：包括絲氨酸、半胱氨酸、和甘氨酸。其骨架來自于糖酵解產生的3-磷酸甘油醛。3.天冬氨酸型：包括天冬氨酸、天冬酰胺、賴氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸。其骨架來源于草酰乙酸。根據合成氨基酸碳架來源的不同，可以將氨基酸分為六大組：4.谷氨酸型：包括谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸。其骨架來源于-酮戊二酸。5.芳香族氨基酸型：包括酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。其骨架來源于磷酸烯醇式丙酮酸和4-磷酸赤蘚糖。6.組氨酸型：僅包括組氨酸。其以5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）和三磷酸腺苷酸為起始物，經10步特殊酶促反應合成。第五節 蛋白質的腐敗作用腸道細菌對未被消化和吸收的蛋白質及其消化產物所起的作用。腐敗作用的產物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可產生少量的脂肪酸及維生素等可被機體利用的物質。蛋白質的腐敗作用(putrefaction)（一）胺類(amines)的生成蛋白質 氨基酸胺類蛋白酶 脫羧基作用 組氨酸組胺 賴氨酸尸胺 色氨酸色胺