氨基酸代谢

氨基酸代谢特点：含氮废物产生、侧链种类丰富。

metabolism：change，食物中的能量->可直接使用的化学能；大分子物质->小分子物质；代谢废物的清除

概况：

第一节 蛋白质的营养价值

Nutrition Value of Proteins

一、体内蛋白质的代谢状况

氮平衡Nitrogen balance：

• 指每日氮的摄入量(食物中的蛋白质)与排出量(粪便和尿液中的含氮化合物)之间的关系。蛋白质的平均含氮量为16%
• 意义：可以间接反映体内蛋白质合成与分解代谢的状况
• 氮的总平衡：摄入氮量 = 排出氮量（正常成人）
• 氮的正平衡：摄入氮量 > 排出氮量（儿童、孕妇、恢复期病人等）
• 氮的负平衡：摄入氮量 < 排出氮量（饥饿、严重烧伤、出血、消耗性疾病患者）

生理需要量：成人/60kg

• 分解量: 20g/日
• 最低需要量: 30-50g/日
• 推荐量(我国营养学会): 80g/日

二、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值

营养必需氨基酸 (essential amino acid)：

• 指体内需要而又不能自身合成，必须由食物提供的氨基酸，9种
• 其余11种氨基酸体内可以合成，不必由食物供给，称为营养非必需氨基酸。

蛋白质的营养价值 (nutritional value ofprotein)

• 指食物蛋白质在体内的利用率，主要取决于其中必需氨基酸的种类和比例。
• 通常动物蛋白 > 植物蛋白，尤其奶类和鸡蛋较高

食物蛋白质的互补作用

• 指多种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
  • 谷类蛋白质：赖氨酸少，色氨酸多
  • 豆类蛋白质：赖氨酸多，色氨酸少

第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败

Digestion, Absorption, and Putrefaction of Proteins

蛋白质消化过程

蛋白质最主要消化吸收场所：胃（强酸性环境）、小肠（实际面积大、消化酶丰富）；被消化成寡肽和氨基酸

（一）蛋白质在胃和小肠被消化成寡肽和氨基酸

蛋白质消化的生理意义：

• 食物蛋白质的消化、吸收是体内氨基酸的主要来源
• 消除食物蛋白质的抗原性，避免引起机体的过敏和毒性反应

1. 蛋白质在胃中被水解成多肽和氨基酸
   • 胃蛋白酶原在胃酸中转变为胃蛋白酶，
   • 凝乳作用
2. 蛋白质在小肠被水解成寡肽和氨基酸
   • 小肠是蛋白质消化的主要部位
   • 胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶
   • 酶原激活的意义
     • 可保护胰腺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
     • 酶原还可视为酶的贮存形式
   • 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用

（二）氨基酸和寡肽通过主动转运机制被吸收

• 吸收部位：主要在小肠黏膜细胞
• 吸收形式：氨基酸、寡肽
• 吸收机制：耗能的主动转运过程（逆浓度梯度；主要通过氨基酸转运载体transporter）

通过转运蛋白完成氨基酸和寡肽的吸收，七种转运蛋白(transporter)

• 中性氨基酸转运蛋白（主要）
• 酸性氨基酸转运蛋白（Glu，Asp）
• 碱性氨基酸转运蛋白（Arg, His, Lys）
• 亚氨基酸转运蛋白
• β-氨基酸转运蛋白
• 二肽转运蛋白
• 三肽转运蛋白

（三）未消化吸收的蛋白质在结肠下段发生腐败

蛋白质的腐败作用(putrefaction)

• 未被消化的蛋白质及未被吸收的消化产物在结肠下部受到肠道细菌的分解，称为蛋白质的腐败作用（putrefaction）
• 腐败作用的产物大多有害，如胺类、氨、酚类、吲哚和硫化氢等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质

1. 肠道细菌通过脱羧基作用产生胺类(amines)
2. 肠道细菌通过脱氨基作用产生氨 (ammonia)

腐败作用产生其它有害物质

• 酪氨酸——苯酚
• 半胱氨酸——硫化氢
• 色氨酸——吲哚

第三节 组织蛋白质的降解

体内蛋白质分解生成氨基酸：

• 人体内蛋白质合成与分解处于动态平衡;1-2%/总蛋白质/天被降解/70-80%再利用

（一）蛋白质以不同的速率进行降解

• 蛋白质的半寿期(half-life)：蛋白质浓度减少到开始值50%所需要的时间，用t1/2表示。
  • 不同蛋白质的半衰期(half-life)差异很大：
  • p53：20分钟
  • 人血浆蛋白：10天
  • 结缔组织蛋白：180天
  • 眼晶体蛋白：寿命相当于人体寿命

（二）真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径

1. 蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解
   • 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质
2. 蛋白质通过泛素-蛋白酶体途径降解，需要ATP，特异性高

第四节 氨基酸的一般代谢

General Metabolism of Amino Acids

脱氨基作用：指氨基酸脱去α-氨基生成相应α-酮酸的过程。

转氨基 transamination

1. 转氨基作用由转氨酶催化完成

转氨基作用(transamination)：

• 在转氨酶(transaminase)的催化下，
• 可逆地将某一α-氨基酸的氨基转移给另一种α-酮酸，
• 结果是氨基酸脱去氨基生成相应的α-酮酸，
• 而原来的α-酮酸则转变成另一种氨基酸。

• 大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。
• 转氨基作用既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。

在各种转氨酶中，以L-谷氨酸和α-酮酸的转氨酶最为重要。

2. 各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制

转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛（维生素B6的磷酸酯）

氧化脱氨基 oxidative deamination

联合脱氨基 transdeamination

非氧化脱氨基 non-oxidative deamination

氨基酸碳链骨架的转换或分解

氨基酸脱氨基后生成的a-酮酸(a-keto acid）的代谢去路：

1. 氧化供能（分解）
   • 酮酸可通过TCA及生物氧化体系彻底氧化生成
     • CO2和水，同时释放能量（供能物质）
2. 经氨基化生成营养非必需氨基酸(转换)
3. 转变成糖和脂质(转换)
   • 生糖氨基酸：在体内可转变成糖的氨基酸
   • 生酮氨基酸：在体内可转变成酮体的氨基酸
   • 生糖兼生酮氨基酸

第五章 氨的代谢

Metabolism of Ammonia

血氨的概念：

• 血氨（blood ammonia)
  • 体内代谢产生的氨及消化道吸收的氨进入
  • 血液，形成血氨。
• 血氨水平
  • 正常血氨水平：47-65 μmol/L
• 氨的毒性

一、血氨来源

1. 氨基酸脱氨基作用（主要来源）和胺类分解均可产生氨
2. 肠道细菌作用产生氨
   • 蛋白质和氨基酸在肠道细菌腐败作用下产生的氨
   • 尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨
3. 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺

二、氨在血液中以丙氨酸及谷氨酰胺的形式转运

（一）氨通过丙氨酸-葡萄糖循环从骨骼肌运往肝

（二）氨通过谷氨酰胺从脑和骨骼肌等组织运往肝或肾

三、氨的主要代谢去路是在肝中合成尿素*

（一）尿素合成的学说

鸟氨酸循环 Ornithine Cycle

• 尿素循环、Krebs- Henseleit循环
• 1932年 Hans Krebs & Kurt Henseleit

（二）肝中鸟氨酸循环的反应步骤

尿素合成的特点：

1. 合成尿素的主要器官：肝脏
2. 两个氮原子的来源：NH3、天冬氨酸
3. 反应场所：先在线粒体后在胞质
4. 关键酶：氨基甲酰磷酸合成酶I、精氨酸代琥珀酸合成酶
5. 耗能：合成1分子尿素需要3分子ATP，4 个高能磷酸键
   • 2NH3 + CO2 + 3ATP + 3H2O H2N–CO–NH2 + 2ADP + AMP + 4Pi
6. 意义：解除氨毒

（三）尿素合成的调节

1. 受食物蛋白质的影响（高蛋白-合成增加）
2. 关键酶CPS-I的调节：尿素合成启动的关键酶
   • AGA是别构激活剂
   • 精氨酸是AGA合酶的激活剂，精氨酸增加-尿素合成增加

（四）尿素合成障碍可以引起高血氨症或氨中毒

1. 血氨浓度升高称高血氨症(hyperammonemia)
   • 常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷
2. 高血氨症可引起脑功能障碍，称氨中毒（ammonia poisoning）
3. 氨中毒的可能机制
   1. 高血氨使脑内α-酮戊二酸减少，导致能量代谢障碍 -
   2. 脑内谷氨酸和谷氨酰胺增多，渗透压增大引起脑水肿

第六节 个别氨基酸的代谢

Metabolism of Individual Amino Acid

一、氨基酸脱羧基生成胺类化合物

(decarboxylation)

依旧磷酸吡哆醛

（一）谷氨酸脱羧生成γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）

（二）组胺 (histamine)

• 组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性。
• 组胺可使平滑肌收缩，引起支气管痉挛导致哮喘。
• 还可促进胃蛋白酶原及胃酸的分泌。

（三）色氨酸羟化后脱羧生成5-羟色胺(5-hydroxytryptamine, 5-HT)

• 5-HT在脑内作为神经递质起抑制作用；
• 在外周组织具有强烈的血管收缩作用。

（四）某些氨基酸脱羧基可产生多胺类物质 Polyamine

二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单位

某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的有机基团。

种类：

• 甲基 （methyl） -CH3
• 亚甲基（methylene） -CH2-
• 次甲基(methenyl) -CH=
• 甲酰基（formyl） -CHO
• 亚氨甲基(formimino) -CH=NH

（一）四氢叶酸FH4作为一碳单位的运载体参与一碳单位代谢

（二）由氨基酸产生的一碳单位可相互转变

一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的分解代谢

• 丝氨酸 N5, N10—CH2—FH4
• 甘氨酸 N5, N10—CH2—FH4
• 组氨酸 N5—CH=NH—FH4
• 色氨酸 N10—CHO—FH4

（三）一碳单位的生理功能

• 作为嘌呤和嘧啶合成的原料
• 将氨基酸代谢与核苷酸代谢联系起来

三、含硫氨基酸代谢可产生多种生物活性物质

甲硫氨酸、半胱氨酸、胱氨酸

（一）甲硫氨酸参与甲基转移反应

1. 甲硫氨酸转甲基作用与甲硫氨酸循环有关
   • 甲硫氨酸+ATP —— S-腺苷甲硫氨酸（SAM，活性甲硫氨酸、体内最重要的甲基供体）
   • SAM + RH —— RCH3 + S-腺苷同型半胱氨酸（脱腺苷为同型半胱氨酸）

受体	产物
去甲肾上腺素	肾上腺素
胍乙酸	肌酸
磷脂酰乙醇胺	磷脂酰胆碱
γ-氨基丁酸	肉碱
RNA	甲基化的RNA
DNA	甲基化的DNA
蛋白质	甲基化的蛋白质

• 甲硫氨酸循环(methionine cycle)‘
  • 
• 甲硫氨酸循环的生理意义：
  1. 为体内广泛存在的甲基化反应提供甲基
  2. 促进FH4再生

2. 甲硫氨酸为肌酸合成提供甲基

（二）半胱氨酸与多种生理活性物质的生成有关

1. 半胱氨酸与胱氨酸可以互变
2. 半胱氨酸可转变成牛磺酸
3. 半胱氨酸可生成活性硫酸根
   • 含硫氨基酸氧化分解可产生硫酸根
   • 半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源
   • 硫酸根被ATP活化成活性硫酸根（PAPS)
   • PAPS（3’-phosphoadenosine-5’-phosphosulfate）是体内硫酸基的供体
   • 

四、芳香族氨基酸代谢可产生神经递质

苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸

（一）苯丙酮酸&酪氨酸代谢

1. 苯丙氨酸羟化生成酪氨酸
   • 
   • 此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。
   • 苯丙氨酸羟化酶：存在于肝组织，其它组织无
   • 苯丙酮尿症：体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，转化为苯丙酮酸-苯乙酸（毒性/气味）
2. 酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解
   • 黑色素(melanin) 的生成 （黑色素细胞）
     • 
     • 白化病：酪氨酸酶先天缺乏。可发生于所有脊椎动物，头发、皮肤、虹膜色素缺乏。不影响智力，及身体其他主要机能。
   • 儿茶酚胺(catecholamine) 的生成（肾上腺髓质和神经组织）
     • 
     • 帕金森病(Parkinson disease)：患者多巴胺生成减少。
   • 酪氨酸的分解代谢
     • 
     • 尿黑酸尿症（alkaptonuria，发病率1/250000）：体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻；尿色深，关节软骨受损。

（二）色氨酸的分解代谢可产生丙酮酸和乙酰乙酰CoA

色氨酸

• 5-羟色胺
• 一碳单位
• 丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA
• 维生素 PP

五、支链氨基酸的分解有相似的代谢过程

亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸

• NH3 转氨基作用
  • 相应的α-酮酸
• CO2 氧化脱羧基作用
  • 相应的脂酰CoA
• 氧化
  • 相应的α、β烯脂酰CoA

琥珀酰CoA、乙酰CoA及乙酰乙酰CoA、乙酰CoA及琥珀酰CoA

final

• 营养必需氨基酸：概念、种类；
• 氨基酸的一般代谢：脱氨基的方式、α-酮酸的代谢；
• 氨的代谢：氨的来源与去路、氨的转运、尿素的生成；
• 个别氨基酸代谢：
  • 一碳单位：概念、种类、载体、生理功能；
  • 甲硫氨酸代谢：SAM、甲硫氨酸循环；
  • 硫酸根代谢：PAPS
  • 苯丙氨酸、酪氨酸代谢：儿茶酚胺和黑色素的生成
    • 苯丙酮酸尿症，白化病

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