氨基酸代谢

第十单元 氨基酸代谢植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种氨基酸、蛋 白质、含氮化合物。人和动物消化吸收动、植物蛋白质，得到氨基酸，合成蛋白质及含氮物质 。有些微生物能把空气中的转变成氨态氮，合成氨基酸。一、蛋白质消化、降解及氮平衡1. 蛋白质消化吸收 哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性 蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解成游离氨基酸，在小肠被吸收。被吸收的氨基酸（与糖 、脂一样）一般不能直接排出体外，需经历各种代谢途径。肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽， 吸收作用在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离氨基酸。2. 蛋白质的降解体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有总体蛋白的被降解更新。不同蛋白的半寿期差异很大人血浆蛋白质的/2约10天，肝脏的/2约18天，结缔组织蛋白的t/2约180天，许多关键性的调节酶的均很短。真核细胞中蛋白质的降解有两条途径：一条是不依赖TP的途径，在溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞 内蛋白。另一条是依赖TP和泛素的途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途 径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。泛素是8一种D（76a.a残基）的小分子蛋白质，普遍 存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相!差a残基，它能与被降解的蛋白质 共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。3. 氨基酸代谢库食物蛋白经消化而被吸收的氨基酸卜源tfa.a）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性a.a）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库氨基酸代谢库以游离a总 量计算，肌肉中a占代谢库的0%以上，肝脏中a占代谢库的0%,肾书.a占代谢库的%, 血浆中i.a占代谢库的6%,肝、肾体积小，它们所含的农度很高，血浆a.a是体内各组织之 间a.a转运的主要形式。4. 氮平衡 食物中的含氮物质，绝大部分是蛋白质，非蛋白质的含氮物质含量很少，可以忽略不计。氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在正常情况下处于平衡状态。即，摄入氮二排出氮。 氮正平衡：摄入氮排出氮，部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。氮负平衡：摄入氮V排出氮。饥锇、疾病。二、氨基酸分解代谢 氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，形成的碳骨架可以被氧化成O2和H2O,产生ATP，也可以为糖、脂肪酸的合成提供碳架。（一）脱氨基作用步，1. 氧化脱氨基 第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。生成的有毒，在过氧化氢酶催化下，生成h2o+02，解除对细胞的毒害。2. 催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶）（1）L-氨基酸氧化酶有两类辅酶，MN和FAD （人和动物，对下列ua不起作用：Gly、0-羟氨酸Ser、Thr ）、二羧a.a （ Glu、Asp）、二氨i.a （Lys Arg），真核生物中，真正起作用的不是l.氧化 酶，而是谷氨酸脱氢酶。（2）D-氨基酸氧化酶有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，可催化脱氨。Gly氧化酶使Gly脱氨生成乙醛酸。（4）D-AspK化酶兔肾中有）-AspM化酶，D-Asp兑氨，生成草酰乙酸。（5）L-G1U脱氢酶真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不的脱氢酶。此酶是能 使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有 。ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。ADP、GDI及某些i.a可激活此酶活性。因此ATP、 GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于分解供能（动物体内有0%的能量来ii.a 氧化）。3. 非氧化脱氨基作用大多数在微生物的中进行主要有:还原脱氨基（严格无氧条件下）水解脱氨基， 脱水脱氨基，脱巯基脱氨基，氧化原脱氨基，脱酰胺基作用。4. 转氨基作用是a.aB兑氨的重要方式，（Gly、Lys Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基作用。转氨基作用由 转氨酶催化,辅酶是维生素6 （磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺。转氨酶在真核细胞的胞质线粒体 中都存在。转氨基作用：是-氨基酸和!-酮酸之间氨基转移作用，结果是原来的生成相应 的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨基酸。不同的转氨酶催化不同的转氨反应。大多数转氨酶 ，优先利冊-酮戊二酸作为氨基的受体生成Glu。如丙氨酸转氨酶,可生成3lu,叫谷丙转氨 酶（GPT）。肝细胞受损后，血中此酶含量大增活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低动 物组织中,Asp转氨酶的活性最大在大多数细胞中含量高Asp是合成尿素时氮的供体通过 转氨作用解决氨的去向。5. 联合脱氨基单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要， 因为只有G1U脱氢酶活力最高其余L-氨基酸氧化酶的活力都低机体借助联合脱氨基作用可以 迅速脱去氨基。（1）以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用氨基酸的X -氨基先转到a -酮戊二酸上，生成相应的-酮酸和Glu,然后肛-GlU兑氨酶催 化下，脱氨基生成-酮戊二酸，并释放出氨。（2）通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用 骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主。（二）脱羧作用生物体内大部分a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。a.a兑羧酶专一性很强，每一种都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。a.aB羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-G1U兑羧生成-氨基丁酸，是重要的神经介质。脱羧生成组胺（又称组织胺）有降低血压 的作用Ty脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。（三）氨的去向氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，1血%的中氨会引起中枢神经中毒， 因此，脱去的氨必须排出体外氨中毒的机理:脑细胞的线粒体可将氨与-酮戊二酸作用生成 Glu,大量消耕-酮戊二酸，影响CA,同时大量消INADPH产生肝昏迷。氨的去向:重新利用，合成a.a、核酸。贮存，合成Gln, Asn,高等植物将氨基氮IGln，Asn的形式储存在体内。排出体外，排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出。排尿 酸动物:鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。排尿动物:以尿素形式排出。（四）氨的转运（肝外-肝脏）1. Gin转运Gin合成酶催化Glu与氨结合生成Gin, Gin中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。Gin经血液进入肝中，经in酶分解，生成Glu和NH2. 丙氨酸转运Glc-Aia循环）肌肉可利AAia将氨运至肝脏这一过程称lc-A l循环。丙氨酸在PH7时接近中性,不带电 荷，经血液运到肝脏在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸在肝中，丙酮酸又可生励lc。肌肉运动 产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏，而以的形式运送，一举两得。三、氨的排泄（一）直接排氨排氨动物将氨IGln形式运至排泄部位，经in酶分解，直接释放也。游离的借助扩散作用直接排除体外。（二）尿素的生成（尿素循环）排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环2年Kreb发现，向悬浮有肝切片的缓 冲液中加入鸟氨酸、瓜氨酸Arg中的任一种，都可促使尿素的合成。1. 尿素循环途径（鸟氨酸循环）（1）氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合酶肝细胞液中的.a经转氨作用，与a-酮戊二酸生成Siu, Glu进入线粒体基质，经iu兑氢酶 作用脱下氨基，游离的氨NH4+）与TCA盾环产生的：02反应生成氨甲酰磷酸。氨甲酰磷酸是 高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。氨甲酰磷酸：存在于线粒体中，参与尿素的合成。 氨甲酰磷酸合酶：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。（ 2）合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸。鸟氨酸转氨甲酰酶存在于线粒体中 ，需要Mg2+作为辅因子。瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。（3）合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合酶） 瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨琥珀酸。（4）精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）精氨琥珀酸f精氨酸+延胡索素酸，此时sp的氨基转移到Arg上。来自Asp的碳架被 保留下来，生成延胡索酸。延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸。（5）精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素 尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。尿素循环总反应：NH4+ + cq+ 3ATP + Asp + 2曹 f 尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + Ppi延胡索酸形成一分子尿素可清除分子氨及一分子02,消耗I个高能磷酸键。联合脚斗合成尿素 是解决去向的主要途径。尿素循环勻CM关系：草酰乙酸、延胡素酸（联系物）肝昏迷（血氨升高，使-酮戊二酸下降,TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。（三）生成尿酸（见核苷酸代谢）尿酸（包括尿素）也是嘌呤代谢的终产物。四、氨基酸碳架的去向20种a.a的碳架可转化成种物质：丙酮酸、乙CfoA、乙酰乙酰CoA、a -酮戊二酸、琥珀 酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。它们最后集中为物质进入TCA：乙SCoA、a -酮戊二酸、 琥珀SCoA、延胡索酸、草酰乙酸。1. 转变成丙酮酸的途径（1）Ala经与a -酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）（2）Gly先转变成Ser,再由Sei转变成丙酮酸。ly与Ser的互变是极为灵活的该反应也是 Ser生物合成的重要途径Gly的分解代谢不是以形成乙（酰A为主要途径,Gly的重要作用是一 碳单位的提供者。Gly + FH + NAD+ N5，N10-甲烯基FH4 + CO2 + NH+ + NADH(3) Ser脱水、脱氢，生成丙酮酸(丝氨酸脱水酶)(4) Thr由Thij醛缩酶催化裂解成ly和乙醛，后者氧化成乙酸一 乙酰ZoA。(5) Cys有3条途径:转氨，生成p -巯基丙酮酸，再脱巯基，生成丙酮酸。氧化成 丙酮酸加水分解成丙酮酸。2. 转变成乙酰乙HCoA的途径(1) Phe Tyr 乙酰乙gCoA，Phe、Tyr分解为乙酰乙酰oA和延胡索酸。(2) Tyr分解产物：1个乙酰乙CoA (可转化成个乙SCoA。)，1个延胡索酸，个CO2O(3) Leu分解产物：1个乙StoA, 1个乙酰乙BCoA，相当羽个乙StoA。(4) Lys分解产物：1个乙酰乙BCoA，2个CO2o(5) Trp分解产物：1个乙酰乙BCoA，1个乙BCoA，4个CO2，1个甲酸。3. a-酮戊二酸途径(1) Arg产物：1分子Glu 1分子尿素。(2) His产物：1分子Glu, 1分子NH1分子甲亚氨基。(3) Gln三条途径： .Gli酶：Gln + H2O Glu + NH3； Glu合成酶：Gln+a -酮戊二酸 + NADPH 2Glu + NADR； 转酰胺酶:Gln+a -酮戊二酸一Glu + r-酮谷酰氨酸一a -酮戊二酸+ NH4+(4) Pro产物：Pro Glu, Hpro 丙酮酸+ 丙醛酸。4琥珀酰CoA途径(1) Me给出1个甲基，将SH转给Ser(生成2ys),产生一个琥珀酰oA。(2) Ile产生一个乙酰oA和一个琥珀酰oA。（3）Val分解也生成一个琥珀COA。5. 草酰乙酸途径Asp和Asn可转变成草酰乙酸进入CA, Asn先转变成Asp （Asn酶），Asp经转氨作用生成草 酰乙酸。6. 延胡索酸途径Phe、Ty可生成延胡索酸（前面已讲过）7. 生糖氨基酸与生酮氨基酸生酮氨基酸:Phe、Tyr. Leu、Ly% Trpo在分解过程中转变为乙酰乙酰A,后者在动物 肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸，因此这种a.a称生酮i.a.生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸a -酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸a.都称为 生糖i.a,它们都能生成lc。而Phe、Ty是生酮兼生糖.氐五、由氨基酸衍生的其它重物质1. 由氨基酸产生一碳单位一碳单位:具有一个碳原子的基团包括：亚氨甲基（-CH=NH）,甲酰基（HC=O-）,羟 甲基（-CH2OH）,亚甲基（又称甲叉基-CH2）,次甲基（又称甲川基-CH=）,甲基（CH3） 。一碳单位不仅与a代谢密切相关，还参与嘌吟、嘧啶的生物合成，是生物体内各种化合物甲 基化的甲基来源。ly、Thr、Ser、His、Met等a.a可以提供一碳单位。一碳单位的转移靠四氢叶酸（,（6, 7, 8-四氢叶酸）携带甲基的部位是N102. 氨基酸与生物活性物质（1）Ty与黑色素合成有关。（2）Tyr与可生成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素，这四种统称儿茶酚胺类。前 二者是神经递质，后二者是激素。 Tp形成5-羟色胺及吲哚乙酸,5-羟色胺是神经递质，促进血管收缩。吲哚乙酸是植物激素。(4) Arg. Gly、Me形成磷酸肌酸，肌酸和磷酸肌酸贮存和转移磷酸键能中起重要作 用。它们存在于动物的肌肉、脑、血液中。(5) Hi或兑羧生成组胺，是一种血管舒张剂，在神经组织中是感觉神经的一种递质。(6) Arg f水解f鸟氨酸f脱羧f腐胺f亚精胺f精胺。(7) Glu本身就是一种兴奋性神经递质(还有)在脑、脊髓中广泛存在Glu脱羧形 成的r氨基丁酸是一种抑制性神经递质。(8) Cys的SH氧化成SQp并脱去C00-就形成了牛磺酸，牛磺酸与胆汁酸结合，乳化 食物。3. 氨基酸代谢缺陷症氨基酸代谢缺陷可造成多种疾病，如苯丙酮尿症()白化病等。七、氨基酸合成代谢(一) 氨基酸合成中的氮源和碳源1.氮源(1)生物固氨(微生物)与豆科植物共生的根瘤菌或自养固氮菌如兰藻在固氮酶系作用空气中的N2固定，产 生NHo(2)各种脱氨基酸作用产生的 (所有生物)2. 碳源直接碳源是相应的-酮酸，植物能合成种A.A相应的全部碳架或前体。人和动物只能直 接合成部分.A相应的a -酮酸。主要来源：糖酵解、CA、磷酸已糖支路。必需氨基酸：le、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Vai、（Arg、His） （二）脂肪族氨基酸生物合成途径（1） a-酮戊二酸衍生类型Glu的合成：由a -酮戊二酸与游离氨经L-G1U兑氢酸催化。对于植物和微生物氨的来源 是Glnfi勺酰胺基。Gln的合成:由a-酮戊二酸形成Glu,由Glu可以进一步形成Sin, Gin合酶是催化氨转变为有 机含氮物的主要酶活性受8种含氮物反馈调控氨基Glc-6-P Trp. Ala、Gly、His和CTP、AMP 、氨甲酰磷酸。除ly、Ala,其余含氮物的氮都来自n。Pro的合成：由Glu环化而成。Arg合成：由鸟氨酸循环合成。Ly合成：a-酮戊二酸衍生型（蕈类、眼虫天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、细 菌）。均是十分复杂的途径。（ 2）草酰乙酸衍生类型Asp通过装氨基作用直接合成Asn由Asp通过转移酰胺基作用合成Met合成和Thr合成均 十分复杂,Ly% Met、Thr合成中，有一段共同途径，即生成p -半醛，是一个分枝点化合 物。Ile的合成途径与al极为相似。6个C中4个来gAsp （Asp - Thr）, 2个来自丙酮酸，所以 也可以归入丙酮酸衍生型。4. 芳香族氨基酸的生成合成Phe、Tyr. Trp的合成过程复杂，由个磷酸烯醇丙酮酸,1个赤藓糖4-P合成分枝酸在分别 转化成e、Ty和Trp。5His合成 合成过程复杂，其中部分反应与嘌呤核苷酸合成相同。（三）氨基酸生物合成的调节最有效的调节是通过合成过程的终端产物，反馈抑制反应系列中第一个酶的活性，即通过 别构效应调节第一个酶的活性。通过终端产a物对成的反馈抑制，简单的终端产物反馈抑制如由Thr合成Ile不同终端产物可对共同合成途径进行协同抑制同分枝产物还可分别对多个 同工酶进行抑制。若终端产物只分别抑制分支途径中第一个酶的活性，则称作顺序反馈抑制 此外，通过酶量调节也可调控氨基酸的合成。八、几种重要的a.a.衍生物的生物合成谷胱甘肽、肌酸、卟啉和短杆菌肽是由氨基酸转化生成的。