第七章

氨基酸代謝AminoAcidMetabolismThebiochemistryandmolecularbiologydepartmentofCMU第一節

蛋白質的營養作用NutritionalFunctionofProteins一、體內蛋白質具有多方面的重要功能（一）蛋白質維持組織細胞的生長、更新和修補（二）蛋白質參與體內多種重要的生理活動（三）蛋白質可作為能源物質氧化供能二、體內蛋白質的代謝狀況可用氮平衡描述氮平衡狀態進、出氮情況常見人群氮的總平衡攝入氮＝排出氮健康成年人氮的正平衡攝入氮＞排出氮兒童、青春期青少年、孕婦及恢復期病人氮的負平衡攝入氮＜排出氮長期饑餓、消耗性疾病患者三、營養必需氨基酸決定蛋白質的營養價值必需氨基酸：人體營養需要，而又不能自身合成，必須由食物供應的氨基酸。共8種：Val、Ile、Leu、Phe、Met、Trp、Thr、Lys。蛋白質的互補作用：混合食用營養價值較低的蛋白質，則必需氨基酸可以互相補充，從而提高營養價值。第二節

蛋白質的消化、吸收與腐敗Digestion,AbsorptionandPutrefactionofproteins一、蛋白質的消化胃蛋白酶胰液中的蛋白酶：對肽鍵有一定的專一性內肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶外肽酶：羧基肽酶A和羧基肽酶B小腸粘膜細胞中的氨基肽酶和二肽酶。蛋白水解酶作用示意圖氨基酸二肽酶氨基肽酶內肽酶氨基酸

+NHNH羧基肽酶56

胰蛋白酶胰糜蛋白酶原彈性蛋白酶羧基肽酶原胰蛋白酶原腸激酶胰糜蛋白酶彈性蛋白酶原羧基肽酶二、蛋白質在腸道發生腐敗作用腸道細菌對未被消化的蛋白質及其消化產物所起的分解作用，稱為腐敗作用（putrefaction）。主要產物：NH3、胺類和酚，吲哚等有害物質和營養物如：維生素，脂肪酸。第三節

氨基酸的一般代謝GeneralMetabolismofAminoAcid一、真核細胞內蛋白質的降解有兩條重要途徑

不依賴ATP的過程：在溶酶體由組織蛋白酶降解細胞外來的蛋白質、膜蛋白和胞內長壽蛋白質。依賴ATP和泛素的過程：蛋白酶體需消耗ATP，降解泛素化的異常蛋白質和短壽蛋白質。泛素：是一種參與蛋白質降解的小分子蛋白質。二、外源性氨基酸與內源性氨基酸組成氨基酸代謝庫食物蛋白質經消化吸收產生的氨基酸（外源性氨基酸）與體內組織蛋白質降解生成的氨基酸以及其它物質經代謝轉變而來的氨基酸（內源性氨基酸）混在一起，分布于體內各處，參與代謝，稱為氨基酸代謝庫（metabolicpool）。氨基酸代謝概況：合成分解嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物代謝轉變胺類+CO2脫羧基作用脫氨基作用消化吸收其它含氮物質非必需氨基酸NH3CO2+H2O糖或脂類a-酮酸谷氨酰胺尿素食物蛋白質組織蛋白質血液氨基酸組織氨基酸氨基酸代謝庫三、聯合脫氨基作用是體內主要的脫氨基途徑脫氨基的方式：轉氨基作用氧化脫氨基作用聯合脫氨基作用非氧化脫氨基作用嘌呤核苷酸循環（一）氨基酸通過轉氨基作用脫去氨基轉氨基作用(transamination)轉氨基作用由轉氨酶催化完成在轉氨酶(transaminase)的作用下，

-氨基酸的氨基轉移到

-酮酸的

-碳上，使其生成相應的氨基酸，而原來的氨基酸則轉變成

-酮酸。

①反應可逆。②體內除Lys、Pro和羥脯氨酸外，大多數氨基酸都可進行轉氨基作用。體內重要的轉氨酶①丙氨酸氨基轉移酶（alanineaminotransferase,ALT或glutamicpyruvictransaminase,GPT）：肝中活性最高②天冬氨酸氨基轉移酶（aspartateamino-transferase,AST或glutamicoxalo-acetictransaminase,GOT）：心肌中活性最高各種轉氨酶都具有相同的輔酶和作用機制轉氨酶均以磷酸吡哆醛為輔酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反應中起傳遞氨基的作用。

氨基酸磷酸吡哆醛a-酮酸

磷酸吡哆胺谷氨酸a-酮戊二酸（二）L-谷氨酸通過L-谷氨酸脫氫酶催化脫去氨基

要點：①反應可逆。②L-谷氨酸脫氫酶為不需氧脫氫酶，輔酶為NAD+或NADP+。③此酶分布廣泛，但以肝、腎、腦中活性較強。④此酶為別構酶。此反應與能量代謝密切相關。聯合脫氨基作用在轉氨酶和谷氨酸脫氫酶的聯合作用下，使各種氨基酸脫下氨基的過程。它是體內各種氨基酸脫氨基的主要形式。其逆反應也是體內生成非必需氨基酸的途徑。Ala+

-酮戊二酸丙酮酸+GluGlu+NAD++H2O

-酮戊二酸+NADH+NH4+

Ala+NAD++H2O丙酮酸

+NADH+NH4+

（三）氨基酸通過嘌呤核苷酸循環脫去氨基肌肉中的脫氨基反應是一種特殊的聯合脫氨基作用（四）氨基酸通過氨基酸氧化酶脫去氨基a-氨基酸a-酮酸O2+FMNH2NH4++H2O2L-氨基酸氧化酶四、氨基酸碳鏈骨架可進行轉換或分解

脫掉氨基后的

-酮酸可轉變成

-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三羧酸循環中間產物PEP葡萄糖脂肪酸酮體

生糖氨基酸：在體內能轉變成糖的氨基酸。生酮氨基酸：在體內能轉變成酮體的氨基酸。有Leu和Lys。生糖兼生酮氨基酸：既能轉變成糖也能轉變成酮體的氨基酸。有Ile、Phe、Tyr、Trp、Thr。第四節

氨的代謝MetabolismofAmmonia氨的來源去路一、體內有毒的氨有三個重要來源（一）氨基酸脫氨基作用和胺類分解均可產生氨（二）腸道細菌腐敗作用產生氨

4g/日腸道對氨的吸收與腸道pH有關：（三）腎小管上皮細胞分泌的氨主要來自谷氨酰胺

二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式轉運（一）通過丙氨酸-葡萄糖循環氨從肌肉運往肝

生理意義肌肉中氨以無毒的丙氨酸形式運輸到肝。肝為肌肉提供葡萄糖。

丙氨酸-葡萄糖循環（二）通過谷氨酰胺氨從腦和肌肉等組織運往肝或腎

Gln既是氨的一種解毒形式，也是氨的儲存和運輸形式。Gln還可提供酰胺基，使Asp轉變成Asn。三、氨在肝合成尿素是氨的主要去路尿素是體內解除氨毒的主要方式。鳥氨酸循環又叫尿素循環或Krebs-Henseleit循環尿素合成部位：肝細胞的線粒體和胞液（一）Krebs提出尿素是通過鳥氨酸循環合成的學說鳥氨酸循環的實驗根據：①大鼠肝切片與NH4+保溫數小時，NH4+↓，尿素↑；②加入鳥氨酸、瓜氨酸和Arg后，尿素↑；③上述三種氨基酸結構上彼此相關；④早已證實肝中有精氨酸酶。

鳥氨酸循環（二）肝中鳥氨酸循環合成尿素的詳細步驟1.NH3、CO2和ATP縮合生成氨基甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶-Ⅰ(carbamoylphos-phatesynthetaseⅠ，CPS-Ⅰ)為變構酶，N-乙酰谷氨酸（N-AGA）為此酶的變構激活劑。反應在線粒體中進行

2.氨基甲酰磷酸與鳥氨酸反應生成瓜氨酸鳥氨酸氨基甲酰轉移酶(ornithinecarbamoyltransferase,OCT)常與CPS-Ⅰ構成復合體。反應在線粒體中進行，瓜氨酸生成后進入胞液。3.瓜氨酸與天冬氨酸反應生成精氨酸代琥珀酸反應在胞液中進行。4.精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸反應在胞液中進行。5.精氨酸水解釋放尿素并再生成鳥氨酸反應在胞液中進行。

鳥氨酸循環小結①尿素分子中的氮，一個來自氨甲酰磷酸（或游離的NH3），另一個來自Asp；②每合成1分子尿素需消耗4個~P；③循環中消耗的Asp可通過延胡索酸轉變為草酰乙酸，再通過轉氨基作用，從其他

-氨基酸獲得氨基而再生；高蛋白質膳食促進尿素合成AGA激活CPS-Ⅰ啟動尿素合成精氨酸代琥珀酸合成酶活性促進尿素合成（三）尿素合成受膳食蛋白質和兩種限速酶活性的調節（四）尿素合成障礙可引起高血氨癥與氨中毒氨中毒的可能機制TAC障礙腦供能不足a-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3

腦內a-酮戊二酸↓第五節

個別氨基酸代謝MetabolismofSpecificAminoAcid一、氨基酸的脫羧基作用產生特殊的胺類化合物氨基酸脫羧酶的輔酶是磷酸吡哆醛。胺是體內的生理活性物質，主要在肝中滅活。

（一）谷氨酸經谷氨酸脫羧酶催化生成

-氨基丁酸（GABA）GABA是抑制性神經遞質。（二）組氨酸經組氨酸脫羧酶催化生成組胺組胺是強烈的血管舒張劑，可增加毛細血管的通透性，支氣管痙攣導致哮喘，還可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。（三）色氨酸經5-羥色氨酸生成5-羥色胺（5-HT）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。腦白金的結構松果體分泌的褪黑素，（四）某些氨基酸的脫羧基作用可產生多胺類(polyamines)物質是由鳥氨酸和Met參與生成的。多胺是調節細胞生長的重要物質。二、某些氨基酸在分解代謝中產生一碳單位某些氨基酸在分解代謝過程中產生的含有一個碳原子的基團，稱為一碳單位（onecarbonunit）。一碳單位不能游離存在，常與四氫葉酸（tetrahydrofolicacid，FH4）結合而轉運和參加代謝。（一）四氫葉酸作為一碳單位的運載體參與一碳單位代謝一碳單位體內的一碳單位有：甲基－CH3甲烯基－CH2－甲炔基＝CH－甲酰基－CHO亞氨甲基－CH＝NHFH4是一碳單位的載體，可看作是一碳單位代謝的輔酶。其功能部位是N5和N10。FH4的結構FH4的生成一碳單位主要來源于Ser、Gly、His、Trp的分解代謝。（二）由氨基酸產生的一碳單位可相互轉變

一碳單位的相互轉變

（三）一碳單位的主要功能是參與嘌呤、嘧啶的合成N10-CHO-FH4為嘌呤合成提供C2與C8，N5,N10-CH2-FH4為胸腺嘧啶核苷酸合成提供甲基。把氨基酸代謝和核酸代謝聯系起來。三、含硫氨基酸的代謝是相互聯系的Met的代謝：Met循環肌酸的合成Cys的代謝：胱氨酸的合成

PAPS的合成牛磺酸的合成（一）甲硫氨酸參與甲基轉移甲硫氨酸轉甲基作用與甲硫氨酸循環有關

①SAM為活性蛋氨酸，SAM中的甲基為活性甲基。SAM是體內最重要的甲基供體。②N5-CH3-FH4是甲基的間接供體。③轉甲基酶的輔酶為VitB12。甲硫氨酸為肌酸合成提供甲基肌酸的合成原料：Arg、Gly、SAM肌酸的合成部位：主要在肝（二）半胱氨酸代謝可產生多種重要的生理活性物質半胱氨酸可轉變成牛磺酸由Cys氧化后再脫羧而生成。半胱氨酸與胱氨酸可以互變半胱氨酸可生成活性硫酸根PAPS為活性硫酸根，是體內硫酸基的供體。四、芳香族氨基酸代謝可產生神經遞質芳香族氨基酸包括：Phe、Tyr、Trp。（一）苯丙氨酸和酪氨酸代謝有聯系又有區別苯丙氨酸羥化生成酪氨酸

反應不可逆。苯丙氨酸羥化酶為加單氧酶。輔酶為四氫生物蝶呤。Phe極少轉氨基生成苯丙酮酸：苯酮酸尿癥：先天缺乏苯丙氨酸羥化酶。酪氨酸轉變為兒茶酚胺和黑色素或徹底氧化分解

多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素合稱為兒茶酚胺。酪氨酸羥化酶是兒茶酚胺合成的限速酶。酪氨酸酶也使Tyr羥化，先天缺乏酪氨酸酶稱為白化病。Tyr為生糖兼生酮氨基酸。體內代謝尿黑酸的酶先天缺陷時，尿黑酸分解受阻，可出現尿黑酸尿癥。（二）色氨酸的分解代謝可產生丙酮酸和乙酰乙酰CoA①生成5-羥色胺。②轉變成N10-CHO-FH4。③分解可產生丙酮酸和乙酰乙酰CoA，為生糖兼生酮氨基酸。④分解可產生尼克酸（Vpp