1、氨 基 酸 代 謝,第 七 章,Metabolism of Amino Acids,第1節(jié) 蛋白質的營養(yǎng)作用,第3節(jié) 氨基酸的一般代謝,第2節(jié) 蛋白質的消化、吸收與腐敗,第4節(jié) 氨 的 代 謝,第5節(jié) 個別氨基酸的代謝,蛋白質的營養(yǎng)作用Nutritional Function of Protein,第1節(jié),一、 蛋白質營養(yǎng)的重要性,催化（酶）、免疫（抗原及抗體）、運動（肌肉）、物質轉運（載體）、凝血（凝血系統(tǒng)）等。,人體每日18%能量由蛋白質提供。,維持細胞、組織的生長、更新和修補,二、蛋白質的需要量和營養(yǎng)價值,(一) 氮平衡(nitrogen balance),氮平衡的意義：,1/16%,蛋

2、白質的含氮量平均約為16%。 100克樣品中蛋白質的含量 ( g % ) = 每克樣品含氮克數(shù) 6.25100,攝入氮 = 排出氮（正常成人）,攝入氮 排出氮（兒童、孕婦、恢復期病人等）,攝入氮 排出氮（饑餓、消耗性疾病患者）,可以反映體內蛋白質代謝的概況。,（二） 生理需要量,成人每日最低蛋白質需要量為3050g，我國營養(yǎng)學會推薦成人每日蛋白質需要量為80g。,（三） 蛋白質的營養(yǎng)價值,每日排氮3.18g（ 蛋白質20g）,食物中各種氨基酸的組成、數(shù)量、和相互比例是否與人體蛋白質接近；所含的營養(yǎng)必需氨基酸的種類多少和含量高低。,（2）蛋白質的互補作用,指營養(yǎng)價值較低的蛋白質混合食用，其必需氨

3、基酸可以互相補充而提高營養(yǎng)價值(谷類、豆類)。,蛋白質的生理價值：,蛋白質的營養(yǎng)價值取決于必需氨基酸的數(shù)量、種類、量質比（例：動物蛋白與人體蛋白質接近）,（1）必需氨基酸(essential amino acid),指體內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、 Lys、 Ile、 Phe、 Met、 Trp、 Leu、Thr。,第2節(jié) 蛋白質的消化、吸收與腐敗,Digestion, Absorption and Putrefaction 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?yōu)樾》肿樱阌谖铡?消除種屬特異性和抗原性，防止過敏

4、、毒性反應。,消化過程,（一）胃中的消化,（二）小腸中的消化,小腸是蛋白質消化的主要場所,（一）胃中的消化,胃蛋白酶: 最適pH為1.52.5， 胃蛋白酶有凝乳作用(乳兒) 。,自身激活,產 物: 主要為多肽及少量氨基酸。(特異性較差),（二）小腸中的消化 小腸是蛋白質消化的主要場所,1. 胰酶及其作用,最終產物（氨基酸1/3和寡肽2/3）,如：胰蛋白酶(Lys-Arg)、糜蛋白酶、彈性蛋白酶,如：羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。,（水解肽鏈內部的肽鍵）,（從肽鏈末端開始水解）,氨基酸 +,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

5、作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等。,腸液中酶原的激活,胰蛋白酶原 糜蛋白酶原 羧基肽酶原 彈性蛋白酶原,胰蛋白酶 糜蛋白酶 羧基肽酶 彈性蛋白酶 (trypsin) (exopeptidase) (carboxypeptidase) (elastase),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環(huán)境發(fā)揮催化作用。 酶原還可視為酶的貯存形式。,酶原激活的意義:,主要在小腸,氨基酸、寡肽、二肽,耗能的主動吸收過程,吸收過程：,二、氨基酸吸收,（一）氨基酸吸收載體,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

6、 亞氨基酸與甘氨酸載體,小腸粘膜細胞（ 肌肉細胞、腎小管細胞）,（二）-谷氨?；h(huán)對氨基酸的轉運作用,-谷氨?；h(huán)(-glutamyl cycle)過程：,-谷氨?；D移酶：,在小腸粘膜細胞、腎小管細胞、腦組織中均存在,-谷氨?；?谷胱甘肽,半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly),細胞外,-谷 氨酰 基轉 移酶,細胞膜,谷胱甘肽 GSH,細胞內,-谷氨?；h(huán)過程,氨基酸,目 錄,-谷氨?；?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,三、 蛋白質的腐敗作用,在大腸下段腸道細菌（主要是大腸桿菌）對未 消化的蛋白質和未被吸收的氨

7、基酸的分解作用。,腐敗作用的產物:,蛋白質的腐敗作用(putrefaction),（一）胺類(amines)的生成,酪胺,假神經(jīng)遞質(false neurotransmitter),某些物質結構與神經(jīng)遞質結構相似，可取代正常神經(jīng)遞質從而影響腦功能，稱假神經(jīng)遞質。(肝昏迷原因之一),苯乙胺,苯乙醇胺,-羥酪胺,酪胺,腦組織,腦組織,（二） 氨的生成,氨 (ammonia),降低腸道pH，NH3轉變?yōu)镹H4+以銨鹽形式排出，可減少氨的吸收，這是酸性灌腸的依據(jù)。,（三）其它有害物質的生成,大部分經(jīng)糞便排出，小部分吸收，經(jīng)肝解毒,（三）其它有害物質的生成,（二） 氨的生成,（一）胺類(amines)的

8、生成(假神經(jīng)遞質),小結： 蛋白質的腐敗作用,（四）少量的脂肪酸及維生素的生成,第3節(jié)氨基酸的一般代謝,General Metabolism of Amino Acids,組成人體蛋白質的20種氨基酸均屬于L-氨基酸,存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種，且均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,C,+,N,H,3,C,O,O,-,H,本節(jié)主要內容：,氨基酸脫氨基作用：,生糖氨基酸、生酮氨基酸、生糖兼生酮氨基酸,氨基酸代謝庫(metabolic pool),食物蛋白經(jīng)消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）,體內組織蛋白降解產生的氨基酸（內源性氨基酸）,分布于體內各處參與代謝

9、，稱為氨基酸代謝庫。,氨基酸代謝庫,氨基酸代謝概況,目 錄,氨基酸不能自由通過細胞膜，分布不均勻，肌肉50%。,一、體內蛋白質的轉換更新,蛋白質的半壽期(half-life),蛋白質降低其原濃度一半所需要的時間，用t1/2表示,蛋白質轉換(protein turnover) 人體內蛋白質處于不斷降解與合成的動態(tài)平衡,另一方面，某些異?；驌p傷的蛋白質也必須通過 更新而被清除。,一方面，某些調節(jié)蛋白質的轉換速度可以直接影響代謝過程與生理功能。,蛋白質更新的生理意義：,真核生物中蛋白質的降解有兩條途徑：,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蛋白,依

10、賴ATP 降解異常蛋白和短壽命蛋白,泛素:,普遍存在于真核生物而得名 76個氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 一級結構高度保守,泛素與需要降解蛋白質共價結合，使后者標記并被激活，即為泛素化過程。（標簽作用）,泛素介導的蛋白質降解過程（兩步）,E1,E1,E2,E2,E1,E3,底物,26S蛋白酶 復合體,泛素,泛素活化酶,泛素結合酶,泛素連接酶,底物,1.泛素化,HECT E3,RING E3,ATP,切割,2.降 解,（泛素激活）,復合物,底物,Cys,圓柱形、并與胞液隔離的腔,二、 氨基酸的脫氨基作用*,指氨基酸脫去氨基生成相應-酮酸的過程。,脫氨基方式:,定義:,反應式如下：,（一）轉氨

11、基作用(transamination),催化轉氨基作用的酶統(tǒng)稱轉氨酶(transaminase)或氨基轉移酶。,轉氨基作用:,轉氨酶:,大多數(shù)氨基酸可參與轉氨基作用(賴氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸除外).,(無游離氨生成),轉氨基作用最常見-酮酸: -酮戊二酸、丙氨酸、草酰乙酸*,丙氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,天冬氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,草酰乙酸,ALT,AST,(GPT),(GOT),最為重要的轉氨酶 (主要存在于細胞內，血清活性很低),正常人各組織AST(GOT)及ALT(GPT)活性 (單位/克濕組織),AST,ALT,*,血清轉氨酶活性，臨床上可作為疾病診斷和預后的指標之一,新藥研究

12、的觀測指標* 。,2. 轉氨基作用的機制,轉氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛,*,目 錄,分子重排,氨基酸,-酮酸,轉氨基作用不僅是體內多數(shù)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。,轉氨基作用的生理意義：,*,氨基酸脫氨基伴有氧化反應， 故稱為氧化脫氨基作用。,（二）氧化脫氨基作用,酶： 存在于肝、腦、腎中 輔酶： 為 NAD+ 或NADP+ 抑制劑：為GTP、ATP 激活劑：為GDP、ADP 可逆反應，一般情況下偏向谷氨酸的合成,L-谷氨酸脫氫酶,L-谷氨酸,-酮戊二酸,NAD+,NADH+H+,H2O,H2O,NH3,（三）聯(lián)合脫氨基作用,兩種脫氨

13、基方式的聯(lián)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(lián)氧化脫氨基作用,1. 定義, 轉氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán), 轉氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用,轉氨酶,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途徑。 主要在肝、腎 組織進行 。, 轉氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán),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,此種方式主要在肌肉組織進行。,L-谷氨酸脫氫酶活性低,*,*,(肌肉組織),嘌呤核苷酸循環(huán),*,（四）非氧化脫氨基作用,1.脫水脫氨基 2.脫硫化氫脫氨基 3.直接脫氨基,三、-酮酸的代謝,（一）經(jīng)氨基化生成非必需氨基

14、酸,（二）轉變成糖及脂類,（三）氧化供能,-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。,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,酮體,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代謝的聯(lián)系,T A C,目 錄,*,*,本節(jié)主要內容小結：,氨基酸脫氨基作用：,生糖氨基酸、生酮氨基酸、生糖兼生酮氨基酸,第4節(jié)氨 的 代 謝,Metabolism of Ammonia,本節(jié)主要內容：,丙氨酸葡萄糖循環(huán)、 谷氨酰胺的生成及意義。 尿素合成的部位、關鍵酶及限速

15、反應，尿素氮的來源。（鳥氨酸循環(huán)） 高血氨癥和氨中毒。,*,氨是機體正常代謝產物，具有毒性。,體內的氨主要在肝合成尿素而解毒。（90%）,正常人血氨濃度一般不超過 60mol/L(1mg/L) 。,腦組織對氨的毒性特別敏感。,嚴重肝病患者尿素合成功能降低，血氨增高，,引起腦功能紊亂。常與肝性腦病的發(fā)病有關。,一、體內氨的來源,氨來源,酸性利尿藥,（腸道pH偏堿，氨的吸收加強）,（酸性尿利于腎小管細胞的氨擴散入尿 ),它是體內氨的主要來源, 胺類的分解也可以產生氨。,腎小管上皮細胞分泌的氨主要來自谷氨酰胺,丙氨酸,二、氨的轉運,谷氨酰胺,肝、腎,（血液中）,葡 萄 糖,丙酮酸,糖酵解途徑,丙 氨

16、 酸,肌肉,丙氨酸,血液,葡萄糖,糖異生,肝,丙氨酸-葡萄糖循環(huán),葡萄糖,目 錄,（一） 丙氨酸-葡萄糖循環(huán) (alanine-glucose cycle),（二）谷氨酰胺的運氨作用,反應過程,在腦、肌肉合成谷氨酰胺，運輸?shù)礁魏湍I后再分解為氨和谷氨酸，從而進行解毒。,谷氨酰胺的運氨作用生理意義:,臨床上對氨中毒的病人服用、輸入谷氨酸鹽，以降低氨的濃度。,谷氨酰胺,三、尿素的生成,（一）肝臟是尿素合成的主要器官（腎合成甚微）,主要在肝細胞的線粒體及胞液中。,將動物（犬）的肝臟切除，則血及尿中尿素含量明顯降低。 若只切除犬的腎而保留肝，則尿素仍然可以合成，但不能排出，血中尿素濃度明顯升高。（腎臟是

17、尿素排出器官。） 若將犬的肝、腎同時切除，則血中的尿素的含量可以維持在較低水平，而血氨濃度顯著升高。,（二）尿素合成的的鳥氨酸循環(huán)學說,尿素生成的過程由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 提出，稱為鳥氨酸循環(huán)(orinithine cycle)，又稱尿素循環(huán)(urea cycle)或Krebs- Henseleit循環(huán)。,鳥氨酸循環(huán)的實驗依據(jù)：,將大鼠肝的薄切片放在有氧條件下加銨鹽溫育數(shù)小時后，銨鹽減少，而同時尿素增多。 另外，在切片中，分別加入不同化合物，并觀察它們對尿素生成的影響。發(fā)現(xiàn)鳥氨酸、瓜氨酸、或精氨酸能夠大大加速尿素的生成。,NH2,精氨酸,尿素,H2O,鳥氨酸,

18、瓜氨酸,精氨酸,尿素,H20,H20,H20,NH3CO2 氨基甲酰磷酸（線粒體）,NH3,尿素生成的的鳥氨酸循環(huán),（三）鳥氨酸循環(huán)的詳細步驟,1. 氨基甲酰磷酸的合成,2. 瓜氨酸的合成,3. 精氨酸的合成,4. 精氨酸水解生成尿素,1. 氨基甲酰磷酸的合成:,反應在線粒體中進行,鳥氨酸循環(huán)的詳細步驟如下:,(AGA）激活劑,N-乙酰谷氨酸(AGA),2. 瓜氨酸的合成:,鳥氨酸氨基甲酰轉移酶,（高能化合物),反應在線粒體中進行，瓜氨酸生成后進入胞液。,3. 精氨酸的合成:,反應在胞液中進行。,精氨酸代琥珀酸裂解酶,4. 精氨酸水解生成尿素,反應在胞液中進行,鳥氨酸循環(huán),線粒體,胞 液,目

19、錄,精氨酸代琥珀酸合成酶（關鍵酶）,（CPS-）,（三）反應小結,2 分子氨:,先在線粒體中進行(瓜氨酸)，再在胞液中進行。,3 個ATP，4 個高能磷酸鍵。,精氨酸代琥珀酸合成酶,關鍵酶:,（四）尿素生成的調節(jié),AGA、精氨酸為其激活劑,（精氨酸代琥珀酸合成酶）,（五）高氨血癥和氨中毒,血氨濃度升高稱高氨血癥( hyperammonemia)，常見于肝功能嚴重損傷時，尿素合成酶的遺傳缺陷也可導致高氨血癥。,高氨血癥時可引起腦功能障礙，稱氨中毒(ammonia poisoning)。,TAC ,腦供能不足,腦內 -酮戊二酸,氨中毒的可能機制,腦功能障礙,氨中毒,本節(jié)主要內容小結：,丙氨酸葡萄糖

20、循環(huán)、 谷氨酰胺的生成及意義。 尿素合成的部位、關鍵酶及限速反應，尿素氮的來源。 （鳥氨酸循環(huán)） 高血氨癥和氨中毒。,*,第5節(jié) 個別氨基酸的代謝,Metabolism of Individual Amino Acids,本節(jié)主要內容：,個別氨基酸脫羧基作用的產物及功能 一碳單位的概念、來源、載體 、種類及生理功能。 活性甲硫氨酸（SAM）的生理功能，甲硫氨酸循環(huán)，活性硫酸根（PAPS）的作用。 合成肌酸原料，苯酮酸尿癥、白化病的原因。,一、氨基酸的脫羧基作用,脫羧基作用(decarboxylation),（V-B6）,（一）-氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA),L

21、-谷氨酸,-氨基丁酸,CO2,L- 谷氨酸脫羧酶,COOH (CH2)2 CH NH2 COOH,COOH (CH2)2 CH NH2,(GABA),（V-B6）,（二）?；撬?taurine),?；撬崾墙Y合膽汁酸的組成成分。,（三）組胺 (histamine),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分泌。,（四）5-羥色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT),5-HT在腦內作為神經(jīng)遞質，起抑制作用；在外周組織有收縮血管的作用。,（五）多胺(polyamines),鳥氨酸,腐胺,S-腺苷甲硫氨酸 (SAM ),脫羧基SAM,鳥氨酸脫羧酶,C

22、O2,SAM脫羧酶,CO2,精脒 (spermidine),丙胺轉移酶,5-甲基-硫-腺苷,精胺 (spermine),多胺是調節(jié)細胞生長的重要物質。在生長旺盛的組織（如胚胎、再生肝、腫瘤組織）含量較高，其限速酶鳥氨酸脫羧酶活性較強。,二、一碳單位的代謝,1、一碳單位：,某些氨基酸代謝過程中產生的只含有一個碳原子的基團，稱為一碳單位。,2、一碳單位的代謝：,有關一碳單位的生成與轉移的代謝稱為一碳單位的代謝。,種類,甲基 (methyl),-CH3,甲烯基 (methylene),-CH2-,甲炔基 (methenyl),-CH=,甲?；?(formyl),-CHO,亞胺甲基 (formimin

23、o),-CH=NH,(無CO2),（一）一碳單位與四氫葉酸,FH4的生成,1,（一碳單位通常是結合在FH4分子的N5、N10位上）,FH4攜帶一碳單位的形式,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,5,一碳單位主要來源于氨基酸代謝,（二）一碳單位與氨基酸代謝,（三）一碳單位的互相轉變,（四）一碳單位的生理功用,作為合成嘌呤和嘧啶的原料 把氨基酸代謝和核酸代謝聯(lián)系起來,一碳單位來源與互變及利用：,CH3,ATP,來源,互變,CH3,三、含硫氨基酸的代謝,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,（一）甲硫氨酸的代謝,1. 甲硫氨酸與轉甲基

24、作用,腎上腺素、肌酸、肉堿、膽堿,SAM為體內甲基的直接供體,2. 甲硫氨酸循環(huán)(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,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 轉甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,SAM,意義：提供甲基,3. SAM參與肌酸的合成,肌酸以甘氨酸為骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基而合成。,肝是合成肌酸的主要器官。,甘氨酸、甲硫氨酸、精氨酸,肌酸在肌酸激酶的作用下，轉變?yōu)榱姿峒∷帷?肌酸,肌酸(creatine)和磷酸肌酸(creatine phosphate)是能量儲存、利用的重要化合物。,肌酸和磷酸肌酸代謝的終產物為肌酸酐(creatinine)。,同工酶（MM、 MB、 BB）,（骨骼肌、心肌、大腦）,（腎病輔助診斷指標）,心梗,（二）半胱氨酸與胱氨酸的代謝,1. 半胱氨酸與胱氨酸的互變,1.巰基酶 乳酸脫氫酶 芥子氣、重金屬等于巰基結合，抑制酶活性 2.二硫鍵維持蛋白質空間構象穩(wěn)定，胰島素A、B鏈 3.還原型谷胱甘肽，可保護巰基酶活性，因而有重要的生理意義。,2. 硫酸根的代謝,含硫氨基酸分解可產生硫酸根，半胱氨酸是主要來源。,PAPS為活性硫酸， 是體內硫酸基的供體,(肝生物轉化)激素滅活,四、芳香