生物化学007氨基酸代谢

生物化学007氨基酸代谢，重点掌握： ①蛋白质的生理功能及营养作用：氨基酸和蛋白质的生理功能，营养必需氨基酸的概念和种类，氮平衡。 ②蛋白质消化、吸收及腐败作用：蛋白酶在消化中的作用，氨基酸的吸收，蛋白质的腐败作用。 ③氨基酸的一般代谢：转氨基作用，脱氨基作用，α-酮酸的代谢。 ④氨的代谢：氨的来源，氨的转运，氨的去路。 ⑤个别氨基酸的代谢：氨基酸的脱羧基作用，一碳单位的概念、来源、载体和意义，甲硫氨酸循环，SAM，PAPS，苯丙氨酸和酪氨酸代谢。

生物化学007氨基酸代谢

• 重点掌握
  • ①蛋白质的生理功能及营养作用：氨基酸和蛋白质的生理功能，营养必需氨基酸的概念和种类，氮平衡。
  • ②蛋白质消化、吸收及腐败作用：蛋白酶在消化中的作用，氨基酸的吸收，蛋白质的腐败作用。
  • ③氨基酸的一般代谢：转氨基作用，脱氨基作用，α-酮酸的代谢。
  • ④氨的代谢：氨的来源，氨的转运，氨的去路。
  • ⑤个别氨基酸的代谢：氨基酸的脱羧基作用，一碳单位的概念、来源、载体和意义，甲硫氨酸循环，SAM，PAPS，苯丙氨酸和酪氨酸代谢。
• 一、蛋白质的生理功能及营养作用
  • 1．氨基酸的生理功能
    • （1）合成蛋白质
      • 氨基酸是蛋白质的基本组成单位，氨基酸的重要生理作用是合成蛋白质。
    • （2）作为合成其他物质的原料
      • 氨基酸也是核酸、尼克酰胺、儿茶酚胺、甲状腺激素的重要合成原料。
    • （3）可转变为糖或脂肪
      • 多余的氨基酸在体内也可转变为糖类或脂肪。
    • （4）氧化供能
      • 氨基酸可作为能源物质氧化分解释放能量，但不属于主要作用。
  • 2．蛋白质的生理功能
    • （1）蛋白质是生命的物质基础
      • 可维持细胞组织的生长、更新和修补。
    • （2）蛋白质参与体内多种重要的生理活动
      • 蛋白质可参与催化物质代谢反应、代谢调节、运输物质、机体免疫、肌肉收缩、血液凝固等。
    • （3）蛋白质可作为能源物质氧化供能
      • 蛋白质在体内氧化释放的能量为4.1kcal/g(17.19kJ/g)
  • 3．营养必需氨基酸的概念和种类
    • （1）营养必需氨基酸
      • 是指体内需要而不能自身合成，必须由食物提供的氨基酸，包括苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、组氨酸、缬氨酸共9种，记忆为：舍晾一晾足（球）鞋（苯-蛋-赖-苏-色-亮-异亮-组-缬）。
      • 其余11种氨基酸体内可以合成，不必由食物供给，在营养学上称为非必需氨基酸。
      • 精氨酸虽然能够在体内合成，但合成量不多，若长期供应不足或需要量增加，也可造成负氮平衡，因此有人将精氨酸也归为营养必需氨基酸。
    • （2）蛋白质的营养价值
      • 是指食物蛋白质在体内的利用率。
      • 蛋白质营养价值的高低主要取决于食物蛋白质中必需氨基酸的种类和比例。
      • 含必需氨基酸种类多、比例高的蛋白质，其营养价值高；反之，营养价值低。
      • 由于动物性蛋白质所含必需氨基酸的种类和比例与人体需要相近，故营养价值相对较高。
      • 多种营养价值较低的蛋白质混合食用，彼此间必需氨基酸可以得到相互补充，从而提高蛋白质的营养价值，这种作用称为食物蛋白质的互补作用。
      • 例如谷类蛋白质含赖氨酸较少而含色氨酸较多，豆类蛋白质含赖氨酸较多而含色氨酸较少，将两者混合食用即可提高蛋白质的营养价值。
  • 4．氮平衡
    • 氮平衡是一种测定摄入氮量与排出氮量，间接反映体内蛋白质代谢状况的实验。
    • 蛋白质的含氮量平均约为16％。
    • 摄入氮量主要来源于食物中的蛋白质，主要用于体内蛋白质的合成；
    • 而排出氮量主要来源于粪便和尿液中的含氮物质，是蛋白质在体内分解代谢的终产物。
    • 因此，测定摄入食物中的含氮量和排泄物中的含氮量，可以间接了解体内蛋白质合成与分解代谢状况。
    • 人体氮平衡有以下三种情况：
      • （1）氮的总平衡
        • 摄入氮＝排出氮，反映体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡，见于正常成人。
      • （2）氮的正平衡
        • 摄入氮＞排出氮，反映体内蛋白质的合成大于分解，见于儿童、孕妇及恢复期病人。
      • （3）氮的负平衡
        • 摄入氮＜排出氮，反映体内蛋白质的合成小于分解，见于严重烧伤、消耗性疾病患者。
    • 在不进食蛋白质时，成人每日最低分解约20g蛋白质。
    • 我国营养学会推荐成人蛋白质需要量为80g／d。
• 二、蛋白质在肠道的消化、吸收及腐败作用
  • 1．蛋白酶在消化中的作用
    • 蛋白酶作用示意图
  • 2．氨基酸的吸收
    • 蛋白质消化产物氨基酸和寡肽主要通过耗能的钠离子依赖性主动转运机制而被吸收，小肠黏膜细胞膜上存在转运氨基酸和寡肽的载体蛋白。
  • 3．蛋白质的腐败作用
    • （1）概念
      • 食物中的蛋白质，大约95％可被消化吸收。
      • 未被消化的蛋白质和未被吸收的氨基酸，在大肠下部会被大肠杆菌分解，此分解过程称为蛋白质的腐败作用。
    • （2）生理意义
      • ①少数腐败作用产物有一定的营养意义，如人类维生素K的供应，主要来自大肠杆菌。
      • ②多数腐败作用产物对人类是有害的，这些产物主要有胺类、酚类、吲哚、硫化氢等。
• 三、氨基酸的一般代谢
  • 1．转氨基作用
    • 氨基酸的转氨基作用是指在转氨酶的催化下，可逆地把α-氨基酸的氨基转移给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-酮酸则转变为另一种氨基酸。
    • 转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。
    • 在各种转氨酶中，以L-谷氨酸和α-酮酸的转氨酶（ALT、AST）最为重要。
    • ALT为丙氨酸转氨酶，AST为天冬氨酸转氨酶。这些酶主要存在细胞内，血清中的活性很低，当急性肝炎时ALT活性升高，心梗时AST明显升高。
    • 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛（维生素B6)。
    • 转氨酶催化的转氨基作用通式
    • 丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶催化的转氨基反应
    • 注意：
      • ①氨基酸转氨酶的辅酶和脱羧酶的辅酶都是磷酸吡哆醛（维生素B6)。
      • ②L-谷氨酸脱氢酶的辅酶是NAD＋或NADP＋。
  • 2．脱氨基作用
    • 氨基酸的脱氨基作用是指氨基酸脱去氨基，生成氨及相应的α-酮酸的过程，这是氨基酸的主要分解代谢途径。
    • 脱氨基的方式包括联合脱氨基（最重要）、L-谷氨酸氧化脱氨基、非氧化脱氨基等。
    • （1）L-谷氨酸氧化脱氨基-通过L-谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基
      • 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，脱下的氨进一步代谢后排出体外。
      • L-谷氨酸的氧化脱氨反应由L-谷氨酸脱氢酶催化完成，此酶广泛存在于肝、肾、脑等组织中，属于一种不需氧脱氢酶。
      • 在L-谷氨酸脱氢酶催化下，L-谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸和氨。
      • L-谷氨酸脱氢酶的辅酶是NAD＋或NADP＋，因此它是体内唯一既能利用NAD＋又能利用NADP＋接受还原当量的酶。
      • L-谷氨酸氧化脱氨基
    • （2）联合脱氨基-通过转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶的联合作用脱去氨基
      • 转氨基作用只是把氨基酸分子中的氨基转移给α-酮戊二酸或其他α-酮酸，并没有真正实现脱氨基。
      • 若氨基转移酶与L-谷氨酸脱氢酶协同作用，首先通过转氨基作用使其他氨基酸的氨基转移至α-酮戊二酸生成L-谷氨酸，然后L-谷氨酸再脱氨基，就可以使氨基酸脱氨生成NH3。
      • 这种方式需要氨基转移酶与L-谷氨酸脱氢酶联合作用，即转氨基作用与L-谷氨酸的氧化脱氨基作用偶联进行，称为联合脱氨作用，主要在肝、肾组织中进行
      • 转氨脱氢作用（联合脱氨）
    • （3）嘌呤核苷酸循环-通过转氨酶和腺苷酸脱氨酶的联合作用脱去氨基
      • 肝、肾组织脱氨基主要以联合脱氨基、转氨基、L-谷氨酸氧化脱氨基方式进行。
      • 肌肉组织（骨骼肌和心肌）由于L-谷氨酸脱氢酶活性低，主要通过嘌呤核苷酸循环方式脱氨基。
      • 各种脱氨基方式归纳如下：嘌呤核苷酸循环
      • 注意：
        • ①氨基酸分解代谢的最主要反应是脱氨基作用。
        • ②肝、肾组织中最重要的脱氨基方式是联合脱氨基。
        • ③骨骼肌、心肌中最主要的脱氨基方式是嘌呤核苷酸循环。
  • 3．α-酮酸的代谢
    • 氨基酸脱氨基后生成的α-酮酸可进一步代谢，主要有以下三方面途径。
    • （1）α-酮酸彻底氧化供能 α-酮酸可经三羧酸循环彻底氧化成CO2和H2O，并释放能量。
    • （2）α-酮酸可转变成糖和脂类化合物 即生糖氨基酸、生酮氨基酸和生糖兼生酮氨基酸的概念。
    • （3）α-酮酸经氨基化生成非必需氨基酸 如丙酮酸→丙氨酸、草酰乙酸→天冬氨酸、α-酮戊二酸→谷氨酸。
    • 根据氨基酸转变的情况不同，可将氨基酸分为以下三类：
• 四、氨的代谢
  • 1．氨的来源
    • （1）外源性氨
      • 是指从消化道吸收的氨。
      • 蛋白质、氨基酸在肠道细菌腐败作用下可产生氨，肠道内尿素经细菌尿素酶水解也可产生氨。
      • 肠道产氨量每天约为4g。
      • 在碱性环境中，NH4+易转变为NH3，而NH3比NH4+易于穿过细胞膜而被吸收。
      • 因此，肠道偏碱性时，氨的吸收增强。
      • 临床上对高血氨病人采用弱酸性透析液作结肠透析，而禁止用碱性的肥皂水灌肠，就是为了减少氨的吸收。
    • （2）内源性氨
      • 由体内代谢产生。
  • 2．氨的转运
    • 氨是有毒物质，各组织中产生的氨必须以无毒的丙氨酸、谷氨酰胺形式转运至肝或肾。
    • （1）氨以丙氨酸形式进行转运
      • 氨以丙氨酸形式经丙氨酸-葡萄糖循环从肌肉转运至肝。
      • 骨骼肌中的氨基酸经转氨基作用将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，丙氨酸进入血液后被运往肝。
      • 在肝中，丙氨酸通过联合脱氨基作用生成丙酮酸，并释放出氨。
      • 氨用于尿素的合成，丙酮酸经糖异生途径生成葡萄糖。
      • 葡萄糖经血液运往肌肉，沿糖酵解途径转变成丙酮酸，后者接受氨基生成丙氨酸。
      • 丙氨酸和葡萄糖周而复始的转变，完成骨骼肌和肝之间氨的转运，这一途径称为丙氨酸-葡萄糖循环。
      • 通过这个循环，骨骼肌组织中氨基酸的氨基（“氨”）以丙氨酸形式运往肝，同时，肝又为骨骼肌提供了生成丙酮酸的葡萄糖。
      • 丙氨酸-葡萄糖循环
    • （2）氨以谷氨酰胺形式进行转运
      • 血液中的氨以谷氨酰胺形式运输至肾，再以铵盐的形式排出体外。
      • ①谷氨酰胺的合成
        • 在谷氨酰胺合成酶催化下，谷氨酸与氨反应生成谷氨酰胺，此反应需消耗ATP，为不可逆反应。
        • 谷氨酰胺合成酶主要分布于脑、骨骼肌等组织中。
      • ②谷氨酰胺的分解
        • 谷氨酰胺的分解由谷氨酰胺酶催化，此酶主要分布于肝、肾、小肠等组织中。
        • 谷氨酰胺的合成，对维持组织中氨的浓度起着重要作用。
        • 中枢神经系统对氨特别敏感。
        • 氨在中枢神经系统生成后，立即被转变为无毒的谷氨酰胺，然后经血液向肝、肾、小肠等组织转运，以便利用。
        • 肾可利用它释放出氨，中和肾小管腔中的H＊以利于机体排出多余的酸。
        • 所以，谷氨酰胺既是氨的解毒产物，也是氨的储存和运输形式。
      • 注意：
        • ①脑中氨的主要去路是合成谷氨酰胺。
        • ②肌肉中氨的主要去路是合成丙氨酸。
        • ③脑中的氨运输至肝的形式是谷氨酰胺。
        • ④肌肉中的氨运输至肝的形式是丙氨酸＋谷氨酰胺。
        • ⑤肌肉中的氨运往肝的主要形式是丙氨酸。
        • ⑥氨在血液中的运输形式主要是丙氨酸＋谷氨酰胺。
  • 3．体内氨的去路
    • （1）转变为丙氨酸
      • 肌组织中的氨经丙氨酸-葡萄糖循环，以丙氨酸形式运送到肝。
    • （2）合成谷氨酰胺
      • 脑、肌组织中的氨以谷氨酰胺形式运送到肝、肾。
    • （3）合成谷氨酸
      • 氨可与α-酮戊二酸反应生成谷氨酸，谷氨酸的氨基又可转移给其他α-酮酸，生成相应的非必需氨基酸。
    • （4）在肝中合成尿素
      • 尿素循环
      • 体内氨的主要去路是在肝中合成尿素，再由肾排出体外。
      • 尿素合成的途径即为鸟氨酸循环、尿素循环或Krebs-Henseleit循环。
      • 在氨基甲酰磷酸合成酶I催化下，氨与CO反应生成氨基甲酰磷酸。
      • 氨基甲酰磷酸与鸟氨酸缩合成瓜氨酸。
      • 由精氨酸代琥珀酸合成酶催化，瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸。
      • 后者裂解为精氨酸和延胡索酸。
      • 精氨酸水解生成尿素。
      • 正常情况下，血氨的来源与去路保持动态平衡，血氨浓度处于较低的水平。
      • 当肝功能损伤时，尿素合成障碍，可导致血氨浓度增高，称为高血氨症。
      • 鸟氨酸循环的常考点归纳如下表。
• 五、个别氨基酸代谢
  • 1．氨基酸的脱羧基作用
    • 有些氨基酸可通过脱羧基作用生成相应的胺类，催化脱羧基反应的酶称为脱羧酶，其辅酶是醛。
    • 体内胺类含量虽然不高，但具有重要的生理功能。
    • 细胞内广泛存在胺氧化酶，能将胺氧化成相应的醛、NH3和H2O2。
    • 醛类可继续氧化成羧酸，羧酸再氧化成CO2和H2O 或随尿排出，从而避免胺类的蓄积。
    • 氨基酸衍生的重要含氮化合物（包括部分氨基酸脱羧基生成的相应胺）如下表。
    • 记忆：
      • ①半胱氨酸可转变成牛磺酸，牛磺酸是胆汁酸的组成成分之一。
      • ②含硫氨基酸氧化均可产生硫酸根，且部分变为活性硫酸根PAPS，即3＇-磷酸腺苷-5＇-磷酰硫酸。半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源。
      • ③半胱氨酸可生成牛磺酸，记忆为-“半”与“牛”相似（形象记忆法）。
  • 2．一碳单位
    • （1）概念
      • 一碳单位是指某些氨基酸在分解代谢过程中产生的一个碳原子的基团，包括甲基（一CH3）、甲烯基（-CH-CH2-)一）、甲炔基（-CH＝）、甲酰基（-CHO）、亚氨甲基（-CHCH=NH)等。
    • （2）来源
      • 一碳单位主要来自丝氨酸、色氨酸、组氨酸、甘氨酸的分解代谢。
    • （3）载体
      • 一碳单位的载体为四氢叶酸（FH4）。一碳单位常与FH4结合而参与转运和代谢。
    • （4）意义
      • 一碳单位的主要功能是作为嘌呤及嘧啶的合成原料，在核酸生物合成中占有重要地位。
    • 记忆：
      • 施舍一根竹竿，让你去参加四清运动：
      • ①一碳单位的来源-“施（丝）舍（色）一根竹（组）竿（甘）”（丝一色一组一甘）。
      • ②一碳单位-“一根”。
      • ③一碳单位的运载体-让你去参加“四清”（四氢叶酸）运动（运动→运送→运载体）。
    • 一碳单位代谢
  • 3．甲硫氨酸循环、SAM与PAPS
    • （1）甲硫氨酸循环和SAM
      • 甲硫氨酸可与ATP作用生成S-腺苷甲硫氨酸（SAM），SAM可将甲基转移至另一种物质使其甲基化，而SAM即变为S-腺苷同型半胱氨酸，后者进一步生成同型半胱氨酸，再接甲硫氨酸受甲基重新生成甲硫氨酸，这一循环过程，称为甲硫氨酸循环。
      • 此循环中的转甲基酶，也称甲硫氨酸合成酶，其辅酶是维生素B12。
      • 当维生素B12缺乏时，甲基转移不能实现，FH4的再生也受到影响。
      • 由N5-CH3-FH4供给甲基生成甲硫氨酸，再通过SAM提供甲基，以进行体内广泛存在的甲基化反应。
      • SAM是活泼的甲基供给者，可为体内50多种物质提供甲基，如肾上腺素、肉碱、胆碱、肌酸等。
      • 记忆：
        • ①甲基供体是甲硫氨酸；甲基受体是同型半胱氨酸。活性甲基是SAM中的甲基。
        • ②甲基直接供体是S-腺苷甲硫氨酸（SAM）；甲基间接供体是 NS-CH3-FH4
      • 甲硫氨酸循环
    • （2）PAPS
      • 含硫氨基酸氧化分解均可产生硫酸根，半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源。
      • 体内的硫酸根一部分以无机盐形式随尿排出，另一部分由ATP活化生成活性硫酸根，即3＇-磷酸腺苷-5＇-磷酰硫酸（PAPS）。
      • PAPS化学性质活泼，在肝生物转化中可提供硫酸根使某些物质生成硫酸酯，例如类固醇激素可形成硫酸酯而被灭活。
      • 此外，PAPS还可参与硫酸角质素及硫酸软骨素等分子中硫酸化氨基糖的合成。
  • 4．苯丙氨酸代谢
    • （1）主要代谢途径
      • 苯丙氨酸的主要代谢是经羟化作用生成酪氨酸，此反应由苯丙氨酸羟化酶催化，为不可逆反应，因此酪氨酸不能转变为苯丙氨酸。
    • （2）次要代谢途径
      • 苯丙氨酸的次要代谢是经转氨基作用生成苯丙酮酸（如下图）。
      • 先天性苯丙氨酸羟化酶缺陷患者，不能将苯丙氨酸羟化为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成大量苯丙酮酸，造成体内苯丙酮酸及其部分代谢产物（苯乳酸、苯乙酸等）蓄积，由尿排出，称为苯丙酮酸尿症。
  • 5．酪氨酸代谢
    • （1）在肾上腺髓质和神经组织
      • 酪氨酸在酪氨酸羟化酶的作用下，生成多巴。
      • 在多巴脱羧酶的作用下，多巴脱去羧基生成多巴胺。
      • 在肾上腺髓质，多巴胺被羟化生成去甲肾上腺素。
      • 后者甲基化生成肾上腺素。
      • 多巴胺、去甲肾上腺素及肾上腺素统称为儿茶酚胺。
    • （2）在黑色素细胞中
      • 酪氨酸经酪氨酸酶作用，羟化生成多巴，后者经氧化、脱羧等反应，最后转变为吲哚-5,6-醌（黑色素）。
    • （3）转氨基作用
      • 酪氨酸可在转氨酶催化下，生成对羟苯丙酮酸，后者经尿黑酸等中间产物进一步转变为延胡索酸和乙酰乙酸，进入糖、脂代谢途径进行代谢。
      • 上述反应中，苯丙氨酸羟化酶和酪氨酸羟化酶的辅酶都是四氢生物蝶呤。
      • 如人体缺乏酪氨酸酶，色素（吲哚醌的聚合物）合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病。
      • 当体内尿黑酸分解代谢的酶先天性缺陷时，尿黑酸的分解受阻，可出现尿黑酸尿症。
• 生物化学 007 氨基酸代谢