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1、第 七 章氨 基 酸 代 谢,Metabolism of Amino Acids,Course Content,1.Nutritional Function of Protein2.Digestion,Absorption and Putrefaction of Proteins3.General Metabolism of Amino Acids4.Metabolism of Ammonia-urea synthesis5.Metabolism of Individual Amino Acids,第一节 蛋白质的营养作用(自学)Nutritional Function of Protein,
2、一、蛋白质的生理功能,二、氮平衡(nitrogen balance),1氮总平衡 2氮正平衡 3氮负平衡,必需氨基酸:Lys、Trp、Phe、Met、Thr、Leu、Ile、Val,蛋白质的营养价值及互补作用,三、蛋白质的营养价值,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败,一、外源蛋白质的消化吸收,1.胃中的消化：胃蛋白酶（pepsin）最适pH1.52.5,被胃酸及自身激活。,Digestion,Absorption and Putrefaction of Proteins,（一）蛋白质在胃和肠道的消化,蛋白质在肠中完全水解为氨基酸及部分小肽。,2.蛋白质在小肠的消化主要消化部位,小肠粘膜细胞作用：
3、寡肽酶 氨基肽酶、二肽酶,胰酶：内肽酶 胰蛋白酶（trypsin）糜蛋白酶（chymotrypsin）弹性蛋白酶(elastase)外肽酶羧基肽酶A、B,氨基酸吸收载体：载体-aa-Na+三联体，消耗ATP的主动转运。,(二)氨基酸的吸收主动转运,r-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用（r-glutamgl cycle）（肠粘膜细胞、肾小管细胞、脑）,吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收机制：耗能的主动吸收过程,-谷 氨酰 基转 移酶,细胞膜,细胞外,细胞内,谷胱甘肽 GSH,-谷氨酰基循环过程,肽类的吸收：肠粘膜细胞的二肽、三肽转运体系,过程：1、谷胱甘肽对氨基酸的转运 2、GS
4、H再生,特点：1、每转运一分子氨基酸消耗3ATP 2、关键酶：r-谷氨酰基转移酶（细胞膜上）3、脯氨酸不以此方式吸收,二、蛋白质的腐败作用 肠道细菌对未被消化的蛋白质及 部分产物的作用，产生有害物及 少量可被利用的物质。,胺类的生成：氨基酸脱羧生成。组胺、尸胺、5-羟色胺、酪胺、-羟酪胺、苯乙胺、苯乙醇胺等。,假神经递质:某些物质结构与神经递质结构相似，可取代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递质。,-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。,氨的生成：肠道中的氨主要有两个来源：1、未被吸收的氨基酸脱氨；2、血中尿素渗入肠道分解，
5、产生NH3和CO2 NH3+H+=NH4+pH有利于排氨,其它有害物的生成：苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢等,这些有毒物质被吸收后，由肝脏进行解毒。,第三节 氨基酸的一般代谢,脱氨基作用NH3+-酮酸,特殊分解代谢 特殊侧链的分解代谢,一般分解代谢,脱羧基作用CO2+胺,氨基酸的分解代谢,General Metabolism of Amino Acids,一、体内蛋白质分解生成氨基酸(自学),（一）蛋白质降解,（二）真核细胞内蛋白质降解,1.蛋白质通过ATP-非依赖途径,2.蛋白质通过ATP-依赖途径,二、氨基酸代谢库,三、联合脱氨基-氨基酸的脱氨基作用,定义:指氨基酸脱去氨基生成相应-酮 酸的
6、过程。,（一）转氨基作用(transamination),由转氨酶(transaminase)催化，将-氨基 酸的氨基转移到-酮酸酮基的位置上，生成相应的-氨基酸，而原来的-氨基 酸则转变为相应的-酮酸。,1、转氨酶与转氨基作用,ALT:alanine transaminase（GPT）AST:aspartate transaminase（GOT）,2、机制：辅酶磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺（B6）,转氨基作用不仅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。,转氨基作用不产生游离的氨。,转氨基作用的生理意义,（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用 L-谷aa脱氢酶NAD+（NADP
7、+）（L-glutamate dehydrogenase）,存在于肝、脑、肾中,辅酶为 NAD+或NADP+GTP、ATP为其抑制剂;GDP、ADP为其激活剂,(三)联合脱氨基作用,转氨基作用与脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为-酮酸(-ketoacid)的过程，称为联合脱氨基作用。联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。,类型,转氨基偶联氧化脱氨基作用,转氨基偶联嘌呤核苷酸循环,1、转氨基与L 谷aa脱氨基作用,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。,存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用
8、方式。,腺苷酸脱氨酶可催化AMP脱氨基，此反应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用。,在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。,2、嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle）转氨基与腺苷酸脱氨基作用,嘌呤核苷酸循环-转氨基与腺苷酸脱氨基作用,氨基酸的脱氨基作用,（一）氧化供能：三羧酸循环是物质代谢 的总枢纽,（三）转变为糖或脂：1.生糖氨基酸 2.生酮氨基酸：Leu，Lys 3.生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp,（二）再氨基化为氨基酸：非必需氨基酸,四、-酮酸的代谢氨基酸碳架的
9、代谢,-酮戊二酸,琥珀酰 CoA,延胡索酸,草酰乙酸,丙酮酸,乙酰CoA,乙酰乙酰 CoA,三羧酸循环中间产物,PEP,葡萄糖,脂肪酸,酮体,第四节 氨的代谢,Metabolism of Ammonia,氨是机体正常代谢产物，具有毒性。体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。正常人血氨浓度一般不超过 60mol/L。,一、血氨的来源,1.氨基酸脱氨基(主要)来源,胺类的分解,2.肠道吸收的氨,3.肾小管分泌的氨:主要来自谷氨酰胺,血氨的去路,在肝内合成尿素，这是最主要去路,合成非必需氨基酸及其它含氮化合物,合成谷氨酰胺,肾小管泌氨:分泌的NH3在酸性条件 下生成NH4+，随尿排出。,二、氨
10、的转运,各组织产生的NH3通过丙氨酸葡萄糖循环和谷氨酰胺转运两种方式将NH3转运到肝或肾，并使NH3在转运中不表现毒性。,（一）丙氨酸葡萄糖循环（alanine-glucose cycle）(肌肉肝),肌肉中产生的NH3通过此循环转运到肝生成尿素。,生理意义,肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式 运输到肝。,肝为肌肉提供葡萄糖。,丙氨酸,葡萄糖,肌肉蛋白质,氨基酸,NH3,谷氨酸,-酮戊 二酸,丙酮酸,糖酵解途径,肌肉,丙氨酸,血液,丙氨酸,葡萄糖,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,NH3,尿素,尿素循环,糖异生,肝,丙氨酸-葡萄糖循环,葡萄糖,目 录,（二）谷氨酰胺的运氨作用（脑、肌肉肝、肾）,在脑、肌肉合
11、成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。,正常机体细胞可利用谷氨酰胺的酰胺基提供给天冬氨酸而合成天冬酰胺，但白血病细胞不能合成天冬酰胺，用天冬酰胺酶分解血液中的天冬酰胺来治疗白血病。,三、尿素的生成（urea synthesis）-氨的主要去路,体内氨的主要代谢去路是合成无毒的尿素合成部位：主要是肝脏，肾及脑少量合成合成过程：尿素合成是经鸟氨酸循环的反 应过程来完成的。催化反应的 酶存在于胞液和线粒体中,鸟氨酸循环（ornithine cycle)又称尿素循环(urea cycle)或Krebs-Henseliet 循环。,(一)鸟氨酸循环的提出,实 验,大鼠肝切片与NH4
12、+保温数小时，NH4+，尿素；加入鸟氨酸、瓜氨酸和Arg后，尿素；上述三种氨基酸结构上彼此相关；早已证实肝中有精氨酸酶。,精氨酸,精氨酸酶,1.氨基甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,(二)鸟氨酸循环的反应过程,氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase,CPS-)N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),2.瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)，OCT常与CPS-构成复合体。,反应在线粒体中进行，瓜
13、氨酸生成后进入胞液。,3.精氨酸的合成,反应在胞液中进行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,4.精氨酸水解生成尿素,尿素,鸟氨酸,精氨酸,反应在胞液中进行,线粒体,延胡索酸,胞 液,鸟氨酸循环,尿素合成的特点：,1.合成部位：主要在肝脏的线粒体和胞液,5.CPS-I:位于肝线粒体，AGA（N-乙酰谷 氨酸）为别构激活剂，精氨酸又 是AGA合成酶的激活剂,2.消耗能量：合成1分子尿素消耗4个高能键,3.限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶,4.原料：每生成1分子尿素，两个氨基一个 来自NH3，另一个来自天冬氨酸，其碳来自CO2,1食物蛋白质的影响2C
14、PS-的调节：AGA3尿素合成合成酶系的调节：精氨酸代琥珀酸合成酶是启动后的限速酶,（三）尿素合成的调节：,正常情况下，尿素合成的速度依据体内NH3产生的多少。,（四）高氨血症和氨中毒,肝昏迷、肝性脑病,血NH3，导致-酮戊二酸，使三羧酸循环,ATP,发生脑昏迷。,血NH3 0.1 mg/100ml 即为高血氨。,NH3入脑：,Metabolism of Individual Amino Acids,第五节个别氨基酸的代谢,一、氨基酸的脱羧基作用（Decarboxylation）-生物胺的产生：r-氨基丁酸（GABA）、牛磺酸、组胺、5-HT、多胺,生物胺的产生及功能,二、一碳单位的代谢,定义
15、：某些氨基酸在代谢过程中产生的含有一 个碳原子的有机基团，称为一碳单位.,(一)一碳单位的载体-四氢叶酸,FH4的生成,5,一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上,一碳单位携带形式：,N5-CH3-FH4 N5,N10-CH2-FH4 N5,N10=CH-FH 4 N5-CH=NH-FH4 N10-CHO-FH4,（二）一碳单位互相转变,参与一碳单位代谢的氨基酸：丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸、蛋氨酸。Vit B12 也参加。,（三）一碳单位生理功能,一碳单位参与嘌呤和胸嘧啶的合成，并为体内广泛存在的甲基化反应提供甲基。其是联系氨基酸、核酸及其他多种物质代谢的枢纽。,一碳单位的 互相
16、转化,三、含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,（一）甲硫氨酸的代谢,1.甲硫氨酸与转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基转移酶,RH,RH-CH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM为体内甲基的直接供体,2.甲硫氨酸循环(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 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,循环意义：将N5-CH3-FH4的甲基通过SAM转出以进行体内广泛存在的甲基化反
17、应。,肌酸（creatine)主要在肝中合成，随血液到心肌、骨骼肌、脑中形成磷酸肌酸，储存能量备用。,3.肌酸的合成甲硫氨酸提供甲基,肌酸酐每日生成量恒定，从尿排出，可反映肾功能。,肌酸激酶（creatine kinase,CK或creatine phosphokinase,CPK)有三种同工酶：,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢,1.半胱氨酸与胱氨酸的互变,2,2.半胱氨酸转变为牛磺酸,半胱氨酸磺基丙氨酸-牛磺酸,3.硫酸根的代谢:,含硫氨基酸分解可产生硫酸根，半胱氨酸是主要来源。,PAPS为活性硫酸，是体内硫酸基的供体,四、芳香族氨基酸的代谢,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,此反应为苯丙氨酸的主
18、要代谢途径。,1.苯丙氨酸羟化生成酪氨酸,2.儿茶酚胺与黑色素的合成,黑色素,酪氨酸酶黑色素细胞,酪氨酸酶缺乏-白化病,3.酪氨酸的分解代谢,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。,乙酰乙酸,苯丙氨酸、酪氨酸代谢障碍病：,1、苯酮酸尿症(phenyl keronuria,PKU)：苯丙氨酸羟化酶先天缺乏，苯丙氨酸 转氨基生成苯丙酮酸及苯乙酸（苯酮 酸尿症），对中枢神经有毒性，患儿 智力发育障碍。防治原则：早发现，控制苯丙氨酸摄入量。,体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。,4、尿黑
19、酸尿症：酪氨酸分解代谢生成尿黑酸，尿黑酸 分解酶先天缺乏，尿黑酸自尿排出，在空气中氧化呈黑色。,3、白化病：酪氨酸酶遗传性缺乏，黑色素细胞的 黑色素合成障碍。,2、帕金森氏病（Parkinson）：脑中多巴胺生成减少，锥体外系功能 障碍（震颤麻痹）。,（二）色氨酸代谢,生成5-羟色胺 生成 N10-CHO-FH4 代谢生成丙酮酸+乙酰乙酰CoA 可生成Vit pp（尼可酸），但量微。,五、支链氨基酸的代谢,支链氨基酸,小 结,蛋白质的营养作用与互补作用,氮平衡:氮总平衡、氮正平衡、氮负平衡,必需氨基酸有八种：Lys、Trp、Phe、Met、Thr、Leu、Ile、Val。,蛋白质的消化吸收 r
20、-谷氨酰基循环,过程：1、谷胱甘肽对氨基酸的转运 2、GSH再生,特点：1、每转运一分子氨基酸消耗3ATP 2、关键酶：r-谷氨酰基转移酶（细胞膜上）3、脯氨酸不以此方式吸收,氨基酸的来源与去路,氨基酸代谢库,食物蛋白质,组织蛋白质,体内合成氨基酸,尿素,氨基酸的脱氨基作用,定义:指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程,-酮酸的代谢：生糖、生酮、生糖兼生酮氨基酸,血氨的来源与去路,尿素合成的特点：,1合成部位：主要在肝脏的线粒体和胞液中进行；,5.CPS-I:位于肝线粒体，AGA（N-乙酰谷氨酸）为 别构激活剂，精氨酸又是AGA合成酶的激活剂。,2消耗能量：合成1 分子尿素消耗4 个高能键；,3
21、关键酶：精氨酸代琥珀酸合成酶；,4原料：每生成1 分子尿素，其两个氨基，一个来 自NH3，另一个来自天冬氨酸，其碳来自CO2；,高氨血症和氨中毒：,肝昏迷、肝性脑病,造成-酮戊二酸,三羧酸循环,ATP,发生脑昏迷。,血NH3 0.1 mg/100ml 即为高血氨。,NH3入脑：,一碳单位的代谢,定义：某些氨基酸在代谢过程中产生的含有一 个碳原子的有机基团，称为一碳单位.,一碳单位的载体-四氢叶酸,一碳单位生理功能：,一碳单位参与嘌呤和胸嘧啶的合成，并为体内广泛存在的甲基化反应提供甲基。其是联系氨基酸、核酸及其他多种物质代谢的枢纽.,甲硫氨酸循环,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 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,循环意义：将N5-CH3-FH4的甲基通过SAM转出以进行体内广泛存在的甲基化反应。,苯丙氨酸、酪氨酸代谢障碍病,1、苯酮酸尿症(phenyl keronuria,PKU)：缺乏苯丙氨酸羟化酶,4、尿黑酸尿症：缺乏分解尿黑酸的酶,3、白化病：缺乏酪氨酸酶,2、帕金森氏病（Parkinson）：脑中多巴胺生成减少,
