氨基酸代谢

蛋白质水解生成的氨基酸在体内的代谢包括两个方面，一方面主要用以合成机体自身所特有的蛋白质、多肽及其他含氮物质。另一方面可通过脱氨作用，转氨作用，联合脱氨或脱羧作用，分解成α-酮酸、胺类及二氧化碳。氨基酸分解所生成的α-酮酸可以转变成糖、脂类或...

氨基酸代谢

• 蛋白质的生理功能和营养作用
  • N平衡
    • N平衡：体内蛋白质合成与分解处于动态平衡，故每日N的摄入量与排出量也维持着动态平衡
      • 意义：可以反应蛋白质代谢的概况
    • 分类
      • N总平衡：摄入=排出
        • 正常人
      • N正平衡：摄入>排出
        • 儿童，孕妇，病后恢复期，青春期青少年
      • N负平衡：摄入<排出
        • 消耗性病（结核，肿瘤），饥饿者，严重烧伤，出血
  • 必需氨基酸：体内不能合成或合成不足，必须由食物蛋白质供给
    • Leu,lle,Thr,Val,Lys,Met,Phe,Trp,His/甲硫、组、缬、赖、异亮、苯丙、亮、色、苏氨酸
    • Arg（合成不足）
    • 蛋白质营养取决于：必须氨基酸含量，种类，比例
  • 外源性蛋白质消化成寡肽和氨基酸后被吸收
  • 未被消化吸收的蛋白质在结肠下端腐败
    • 肠道细菌对蛋白质的分解
      • 有利产物：维生素和脂肪酸等；有害产物：胺类、氨、酚类、吲哚、硫化氢等
      • 脱羧基作用产生胺类物质
        • 酪胺和苯乙胺经羟基化作用：β-羟酪胺和苯乙醇胺（类似儿茶酚胺）→假神经递质
      • 脱氨基作用产生氨→肝
• 氨基酸的一般代谢
  • 体内降解
    • 在溶酶体非ATP依赖途径
      • 溶酶体含组织蛋白酶，主要降解外来蛋白质、膜蛋白、胞内长寿蛋白
    • 在蛋白酶体ATP依赖途径
      • 蛋白酶体在胞核与胞质，经泛素化作用，主要降解异常蛋白、短寿蛋白
  • 氨基酸代谢库：外源性氨基酸——非必需氨基酸；外源性氨基酸
  • 脱氨基作用
    • 转氨基作用
      • 氨基酸（除外脯、赖、羟脯、苏氨酸）在转氨酶作用下将氨基转移给α-酮酸生成相应的α-酮酸和另一种氨基酸
      • 转氨酶的辅基都是磷酸吡哆醛（Vit B6），有传递氨基的作用，以L-谷氨酸和α-酮酸的转氨酶最为重要
      • 转氨酶的专一性极强，反应可逆，通过此种方式并未生成游离的氨
      • 除α氨基外，氨基酸的侧链末端和氨基也可通过转氨基作用脱去
      • 血清转氨酶的活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一
    • L-谷氨酸氧化脱氨基
      • L-谷氨酸是体内唯一能以相当高的速率进行氧化脱氨反应的氨基酸，该反应经L-谷氨酸脱氢酶催化完成，L-谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸和氨。
      • L-谷氨酸脱氢酶：属于不需氧脱氢酶，是别构酶，辅酶是NAD+或NADP+→是体内唯一既能利用NAD+又能利用NADP+接受还原当量的酶。
    • 联合脱氨基
      • 通过转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶的联合作使各种氨基酸脱氨基，称为转氨脱氨作用，主要在肝肾进行，其逆反应也是体内生成非必须氨基酸的途径。
    • 氨基酸氧化酶脱氨基（了解）
      • 氨基酸在氨基酸氧化酶的催化下被氧化成α-亚氨基酸，再加水分解成相应的α-酮酸，并释放铵根离子。
      • L-氨基酸氧化酶催化，辅基为FMN或FAD，发生在肝肾组织
  • 氨基酸碳链骨架可进行转换或分解
    • 经过氨基化为非必需氨基酸
    • 转变为糖或脂
      • 生糖氨基酸
        • Met 甲硫氨酸
      • 生酮氨基酸
        • Leu , Lys
      • 生糖兼生酮氨基酸
        • Lle, Phe, Tyr, Thr, Trp
    • 进入TCA循环氧化分解供能
• 氨的代谢
  • 氨的来源
    • 氨基酸脱氨基（主要）、肠道细菌腐败作用；肾小管上皮细胞分泌氨（主要来自谷氨酰胺）
  • 氨的转运
    • 丙氨酸-葡萄糖循环
      • 意义：①骨骼肌中氨以无毒的丙酮酸形式运往肝，②肝为骨骼肌提供了生成丙酮酸的葡萄糖
    • 通过谷氨酰胺途径
      • 在脑和骨骼肌等，氨与谷氨酸合成谷氨酰胺经血液运往肝或肾，再分解成谷氨酸及氨。
      • 意义：①既是氨的解毒产物，又是氨的储存及运输形式，尤其在脑中固定和转运氨起重要作用。②Gln还可以提供氨基，使Asp转变成Asn
  • 氨的主要代谢去路
    • 氨在肝合成尿素是氨的主要去路
      • 尿素是体内解除氨毒的主要方式
    • 鸟氨酸循环（尿素循环）：Krebs提出
      • ①肝细胞线粒体：NH3、CO2和ATP在CPS-I的催化下缩合生成氨基甲酰磷酸。氨基甲酰磷酸合成酶-1（CPS-1）为关键酶，此酶为变构酶，需要N-乙酰谷氨（AGA）别构激活。消耗两分子ATP
      • ②氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸，反应不可逆，在线粒体合成后即被转运到细胞液中。鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OCT），常与CPS-1构成复合体
      • ③瓜氨酸与天冬氨酸（Asp提供第二个N）在精氨酸代琥珀酸合成酶(ASS）为关键酶的催化下生成精氨酸代琥珀酸。反应在胞液中进行，消耗两分子ATP
      • ④精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸与延胡索酸；延胡索酸经系列转化可重新生成天冬氨酸。反应在胞液中进行
      • ⑤精氨酸水解释放尿素并生成鸟氨酸；鸟氨酸经线粒体内膜载体转运再进入线粒体，反应在胞液中进行
      • 尿素分子中的氮，一个来自氨基甲酰磷酸（或游离的NH3），另一个来自于Asp
      • 每合成一分子尿素，需消耗三分子ATP，4个~P
    • 尿素合成的调节
      • ①高蛋白质膳食增加尿素生成②精氨酸浓度升高，AGA合成增加，AGA激活CPS-1，启动尿素合成，CPS-1是鸟氨酸循环启动的关键酶③精氨酸代琥珀酸合成酶的活性最低，可调节合成速度，是尿素合成以后的关键酶
    • 尿素生成障碍
      • 高血氨症：肝功严重受损，血氨浓度升高。脑中氨的增加使脑细胞中的α-酮戊二酸减少，导致三羧酸循环减弱，ATP生成减少，引起大脑功能障碍，称氨中毒。
• 个别氨基酸的代谢
  • 氨基酸的脱羧基作用
    • 脱羧基作用
      • 氨基酸在脱羧酶（辅酶是磷酸吡哆醛）催化下生成胺类物质，胺是体内的生理活性物质，主要在肝中灭火
    • 谷氨酸脱羧
      • 经谷氨酸脱羧酶催化生成γ-氨基丁酸（GABA）→抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用
    • 组氨酸脱羧
      • 经组氨酸脱羧酶催化生成组胺，组胺主要存在于肥大细胞，强烈的血管扩张剂，增加毛细血管通透性，使平滑肌收缩，还能促进胃蛋白酶原及胃酸的分泌。
    • 色氨酸脱羧
      • 色氨酸→5-羟色氨酸→5-羟色胺（5-HT)：脑中是抑制性神经递质；外周：强烈的血管收缩
    • 某些氨基酸脱羧产生多胺类物质
      • 鸟氨酸经鸟氨酸脱羧酶（关键酶）催化生成腐胺→亚精胺和精胺：调节细胞生长。
  • 含硫氨基酸的代谢
    • 甲硫氨酸循环
      • 甲硫氨酸参与甲基转移 ，S－腺苷甲硫氨酸（SAM）：活性甲硫氨酸，为体内甲基的直接供体，N5－CH3－FH4可看成是体内甲基的间接供体。
      • 转甲基酶的辅酶为VitB12,缺乏时会产生巨幼红细胞性贫血
      • 高同型半胱氨酸血症：动脉粥样硬化和冠心病
      • 生理意义
        • 为甲基化反应提供甲基，促进FH4再生
    • 肌酸代谢
      • 肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，SAM提供甲基合成。磷酸肌酸－能量的储存形式，在心肌，骨骼肌，及脑组织中含量丰富。肌酸和磷酸肌酸的终末代谢产物是肌酐，随尿排出。在肝合成
    • 半胱氨酸代谢
      • ①半胱氨酸含有二硫键对于维持蛋白质空间构想的稳定性有重要作用②半胱氨酸转变成牛磺酸－结合胆汁酸的组成成分之一。③半胱氨酸可形成活性硫酸根（PAPS），是体内硫酸基的供体
  • 一碳单位
    • 定义和载体
      • 某些氨基酸经分解代谢产生的含有一个碳原子的有机基团，称为一碳单位，包括甲基、亚甲基、次甲基、甲酰基、亚氨甲基等
      • 一碳单位不能有游离存在，常与四氢叶酸结合。四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体，可以看作是一碳单位代谢的辅酶，结合在其N5、N10位上
    • 来源
      • 主要来自甘、丝、组、色氨酸（钢丝阻塞），苏氨酸间接转变成甘氨酸也可产生一碳单位。
    • 意义
      • ①叶酸缺乏/一碳单位代谢障碍——巨幼细胞贫血　②磺胺药及抗代谢药　③为体内甲基化反应间接提供甲基 ④把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来 ⑤参与嘌呤和嘧啶的合成
  • 芳香族氨基酸的代谢
    • 主要在肝脏进行
    • 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，反应不可逆
      • 该反应由苯丙氨酸羟化酶（属单加氧酶，辅酶是四氢生物喋呤）催化；苯丙氨酸极少经转氨基作用生成苯丙酮酸。
      • 苯丙酮尿症PKU：先天性苯丙氨酸羟化酶缺陷病人，不能将苯丙氨酸羟化为酪氨酸，大量的苯丙酮酸及其部分代谢产物由尿排出。
    • 酪氨酸转变为儿茶酚胺和黑色素或彻底氧化分解
      • 酪氨酸羟化酶
        • 多巴→多巴胺→去甲肾上腺素→肾上腺素
        • 帕金森病→患者脑内多巴胺生成减少
      • 酪氨酸酶（酶缺陷→白化病）
        • 多巴→多巴醌→吲哚醌→黑色素
      • 酪氨酸转氨酶
        • 对羟苯丙酮酸→尿黑酸→（经尿黑酸氧化酶作用）延胡索酸+乙酰乙酸
    • 色氨酸分解代谢可产生丙酮酸和乙酰乙酰CoA，少部分还可转变成烟酸
  • 支链氨基酸的分解
    • 缬氨酸
      • 琥珀酰CoA
    • 亮氨酸
      • 乙酰CoA和乙酰乙酰CoA
    • 异亮氨酸
      • 琥珀酰CoA和乙酰CoA
    • 在骨骼肌中进行
• 精氨酸在一氧化氮合酶催化下生成NO