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1、第八章氨基酸代谢氨基酸是蛋白质的基本组成单位。氨基酸的重要生理功能之一是作为合成蛋白质的原料。由于蛋白质在体内首先分解成为氨基酸而后再进一步代谢，所以氨基酸代谢是蛋白质分解代谢的中心内容。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢两方面，本章重点论述分解代谢。体内蛋白质的更新和氨基酸的分解均妇要食物蛋白质来补充。为此，在讨论氨基酸代谢之前，首先叙述蛋白质的营养作用及蛋白质的消化、吸收问题。第一节蛋白质的营养作用一、蛋白质营养的重要性蛋白质是生命的物质基础，维持细胞、组织的生长、更新、修补，以及催化、运输、代谢调节等均需要蛋白质参与。同时，蛋白质也是能源物质，每克蛋白质在体内氧化分解可释放约17kJ(4h
2、eal)能量(蛋白质的供能作用可由精或脂肪代替)。由此，提供足够食物蛋白质对正常代谢和各种生命活动的进行是十分重要的，对于生长发育的儿童和康复期的病人，供给足量、优质的蛋白质尤为重要。二、蛋白质的需要量和营养价值(一)轨平衡机体内蛋白质代谢的概况可根据氛平衡(nitlgnbalan一实验来确定。如前所述，蛋白质的含氮量平均约为16%。食物中的含氮物质绝大部分是蛋白质。因此测定食物的含氮量可以估算出所含蛋白质的量。蛋白质在体内分解代谢所产生的含氮物质主要由尿。粪排出。测定尿与粪中的含氮量(排出氮)及摄入食物的含氮量(摄入氮)可以反映人体蛋白质的代谢概况。1 .氮的总平衡摄入氛一排出氮，反映正常成
3、人的蛋白质代谢情况，即氮的“收支”平衡。2 .氮的正平衡摄入氮排出氮，部分摄人的氛用于合成体内蛋白质。儿童、孕妇及恢复期病人属于此种情况。3 .氮的负平衡摄入氮V排出氛，见于蛋白质来要量不足，例如饥饿或消耗性疾病患者。(一)生理德要五根据氮平衡实验计算，在不进食蛋白质时，成人每日最低分解约COg蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，不可能全部被利用，故成人每口最低需要30。509蛋白质。为了长期保持总氮平衡，仍须增量才能满足要求。我国营养学会推荐成/每日蛋白质需要量为SOg,（三）蛋白质的营养价值在营养方面，不仅要注意膳食蛋白质的量，还必须注意蛋白质的质。由于各种蛋E质所含氨基酸的种类
4、和数量不同，它们的质不同。有的蛋白质含有体内所需要的各种要基酸，并且含量充足，则此种蛋白质的营养价值(nutritionvalue)高；有的蛋白质缺乏村内所需要的某种氨基酸，或含量不足，则其营养价值较低。人体内有8种氨基酸不能合成。这些体内需要而又不能自身合成，必须由食物供应的氨基酸，称为营养必需氨基酸(essentialaminoacid)。它们是：颜氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、宋丙氨酸和色氨酸。其余12种氨基酸体内可以合成，不一定需要由食物供应，在营养上称为非必需氨基酸(non-essentialaxyunoac冰。组氨酸和精氨酸虽能在人体内合成，但合成量不多，若长期
5、缺乏也能造成负氮平衡，因此有人将这两种氨基酸也归为营养必需氨基酸。一般来说，含有必需氨基酸种类多和数量足的蛋白质，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，故营养价值高。营养价值较低的蛋白质混合食用，则必需氨基酸可以互相补充从而提高营养价值，称为食物蛋白质的互补作用。例如I,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，两者混合食用即可提高营养价值。某些疾病情况下，为保证氨基酸的需要，可进行混合氨基酸输液。第二节蛋白质的消化、吸收与腐败一、蛋白质的消化食物蛋白质的消化、吸收是人体氨基酸的主要来源。蛋白质本经消化不易吸收
6、。有时某些抗原、毒素蛋白可少量通过粘膜细胞进入体内，会产生过敏、毒性反应。一般说来，食物蛋白质水解为氨基酸及小肽后才能被机体吸收、利用。唾液中不含水解蛋白质的酶，故食物蛋白质的消化自胃中开始，但主要在小肠中进行。（一）胃中的消化胃中消化蛋白质的酶是胃蛋白酶（pepsin）,它由胃蛋白酶原（PePSinOgeh）经胃酸激活而生成。胃蛋白酶也能激活胃蛋白酶原转变成胃蛋白酶，称为自身激活作用CautOCatal-sis）,胃蛋白酶的最适PH为1.5-2.5,对蛋白质肽键作用的特异性较差。蛋白质经胃蛋白酶作用后，主要分解成多肽及少量氨基酸。胃蛋白酶对乳中的酪蛋白（CaSen）有凝乳作用，这对乳儿较为重
7、要，因为乳液凝成乳块后在胃中停留时间延长，有利于充分消化。（二）小肠中的消化食物在胃中停留时间较短，因此蛋白质在胃中消化很不完全。在小肠中，蛋白质的一）召费四吸收载体实验表明，肠粘膜细胞膜上具有转运氨基酸的载体蛋白（CamerPlDtein）,能与氨基酸及Na”形成三联体，将氨基酸及Na”转运入细胞，Na”则借钠泵排出细胞外，并消本ATP.此过程与葡萄糖的吸收载体系统类似。由于氨基酸结构的差异，主动转运氨基酸的载体也不相同。已知人体内至少有4和类型的载体，分别参与不同氨基酸的吸收，它们是：中性氨基酸载体、碱性氨基酸章体、酸性氨基酸载体、亚氨基酸与甘氨酸载体。其中，中性氨基酸载体是主要载体。各种
8、载体转运的氨基酸在结构上有一定的相似性，当某些氨基酸共用同一载体时；则它们在吸收过程中将彼此竞争。上述氨基酸的主动转运不仅存在于小肠粘膜细胞，类似的作用也可能存在于肾小管细胞、肌细胞等细胞膜上，这对于细胞浓集氨基酸作用具有普遍意义。二）谷氨酸幕循环对氨基因的转运作用除了上述氨基酸的吸收机制外，MeiSler提出氨基酸吸收及向细胞内的转运过程是通过谷脱甘肽起作用的，称为“v一谷氨酸基循环”灯一咖tamycyCle）,其反应过程首先由谷脱甘肽对氨基酸转运，其次是谷脱甘肽的再合成，由此构成一个循环（图82）。催化上述反应的各种酶在小肠粘膜细胞、肾小管细胞和脑组织中均存在，其中谷氨酸基转移酶位于细胞膜
9、上，是关键酶。细胞外ICOOHI1_.上卜iHDNCHiIRI石基酸细胞膜细胞内*图8Zy谷氨酸基循环（三）胜的吸收肠粘膜细胞上还存在着吸收二肽或三肽的转运体系。此种转运也是一个耗能的主动吸收过程。吸收作用在小肠近端较强，敌肽吸收入细胞甚至先于游离氨基酸。不同二肽的吸收具有相互竞争作用。三、蛋白质的腐败作用在消化过程中，有一小部分蛋白质不被消化，也有一小部分消化产物不被吸收。肠道细菌对这部分蛋白质及其消化产物所起的作用，称为腐败作用（W向动办fon）。实际上,腐败作用是细菌本身的代谢过程，以无氧分解为主。腐败作用的大多数产物对人体有害，但也可以产生少量脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。一）胶
10、类的生成肠道细菌的蛋白酶使蛋白质水解成氨基酸，再经氨基酸脱坡基作用，产生胺类（椰nes）。例如，组氨酸脱数基生成组胺，赖氨酸脱拨基生成尸胺，色氨酸脱数基生成色胺，酪氨酸脱按基生成酪胶等。酷胺和由苯丙氨酸脱换基生成的苯乙胶，若不能在肝内分解而进入脑组织，则可分别经卜羟化而形成卜羟酪胺（螳胺，OCWine）和苯乙醇胺。它们的化学结构与儿茶酷胺（见后）类似，称为假神经递质（erlelln,tlallSlllltter）假神经递质增多，可取代正常神经递质儿条酚胶，但它们不能传递神经冲动，可使大脑发生异常抑制，这可能与肝昏迷的症状有关。*atat八“，T，”，”FHZC几N凡HCOH-Ogh一Iy苯乙胺
11、OH苯乙醇股酷胺OH卜羟酷联二）去的生成肠道中的氨（ammoia）主要有两个来源：一是未被吸收的氨基酸在肠道细菌作用下脱氨基而生成；二是血液中尿素渗入肠道，受肠菌尿素酶的水解而生成氨。这些氨均可被吸收入血液在肝合成尿素。降低肠道的批，可减少氨的吸收。（三）其他有害物质的生成除了胺类和氨以外，通过腐败作用还可产生其他有害物质，例如苯酚、吼跌、甲基咧除及硫化氢等。正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。第三节氨基酸的一般代谢人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡。成人每天约有体内蛋白质的1%一2呢被降解（加沙叨时on）。不同蛋白质的寿
12、命差异很大，短则数秒钟，长则数月。蛋白质的寿命通常用半寿期t；（half-life）表示，即蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间。例如，人血浆蛋白质的依约为10天，肝中大部分蛋白质的HD为1一百天，结缔组织r一些蛋白质的ti人可达180天以上。许多关键性调节酶的ti人均很短。体内蛋白质的降解也是由一系列蛋白酶（P凶闲田）和肽酶（pephdase）完成的。真核g胞中蛋白质的降解有两条途径：一是不依赖ATh的过程，在溶酶体内进行，主要降B细胞外来源的蛋白质、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白质。另一是依赖ATh和泛素（ubqultin）的过程，在胞液中进行，主要降解异常蛋白和短寿命的蛋白质。后一过程在不岩溶
13、酶体的红细胞中尤为重要。泛素是一种8.SkD（含兀个氨基酸残基）的小分子蛋白质，由于普遍存在于真材细胞而得名，其一级结构高度保守，酵母与人体泛素比较，只有3个氨基酸的差别。右蛋白质降解过程中，泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后者激活。这种蛋E质的降解实际上是以一种极大的复合体（分子量1炉）形式进行的，其具体作用权银尚不清楚。食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库（metaboPoo人氨基酸代谢库通常以游离氨基酸总量计算。氨基酸由于不能自由通过细胞膜，所以在体内的分布也是不均匀的
14、。例如，肌肉中氨基酸占总代谢库的扣以上，肝约占10%,肾约占4%,血浆占1%6%。由于肝、肾体积较小，实际上它们所含游离氨基酸的浓度很高，氨基酸的代谢也很旺盛。消化吸收的大多数氨基酸，例如丙氨酸、芳香族氨基酸等主要在肝中分解，但支链氨基酸的分解代谢主要在骨骼肌中进行。血浆氨基酸是体内各组织之间氨基酸转运的主要形式。虽然正常人血浆氨基酸浓度并不高，但其更新却很迅速，平均半寿期约为15分钟，表明一些组织器官不断向血浆释放和摄取氨基酸。肌肉和肝在维持血浆氨基酸浓度的相对稳定中起着重要作用。体内氨基酸的主要功用是合成蛋白质和多肽。此外，也可以转变成其他含氮物质。正常人尿中排出的氨基酸极少。各种氨基酸具
15、有共同的结构特点，故它们有共同的代谢途径，但不同的氨基酸由于结构的差异，也各有其个别的代谢方式。体内氨基酸代谢的概况见图83所示。本节首先介绍氨基酸的一般代谢途径：脱氨基作用及由此而产生的a一酮酸的代谢。有关氢的代谢在下一节叙述。一、氨基酸的脱氨基作用一从量上看，氨基酸分解代谢的最主要反应是脱氨基作用。氨基酸的脱氨基作用在体内大多数组织中均可进行。氨基酸可以通过多种方式脱去氨基，例如氧化脱氨基、转氨基、联合脱氨基及非氧化脱氨基等，以联合脱氨基为最重要。一一联合脱氨基的过程是，氨基酸首先与小酮戊二酸在转氨酶作用下生成a一酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸再经L谷氨酸脱氢酶作用，脱去氨基而生成a.酮戊：酸，
16、后者再继续参加转氨基作用（图84）。联合脱氨基作用的全过程是可逆的，因此这一过程也是体内合成非必需氨基酸的主要途径。NAI）H+HI-单几Q-*JX旧文一文。mOHpe0*H-mQCr了上回C额外囚.四五C且*声0民U17rpl;!rtR；.IOo*回P-OK大回P一*C一岁*囚.一XtD回D.TOplpeHWIWN一回巴3卜一2一间一*谷氨酸图8.4联合脱氨基作用（）转石基作用1.转氨酶与转氨基作用体内各组织中都有氨基转移酶（thenohaferase）或称转氨酶（UanS出山nase）。此酶催化某一氨基酸的a氨基转移到另一种a一酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸；原来的氨基酸则转变成a一酮酸（
17、a-ketoaCid）,阶*7o一Icofrpop尼尼尼1_转氨酶1半工一OZ三三三立土。臼o+I+一C*H.COOHOodJCOOH上述反应可逆，平衡常数近于1。因此，转氨基作用（一一。ihatio）既是氨基酸的分解代谢过程，也是体内某些氨基酸（非必需氨基酸）会成的重要途径。反应的实际方向权决于四种反应物的相对浓度。体内大多数氨基酸可以参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸例外。除了氨基外，氨基酸侧链末端的氨基，如马氨酸的8.氨基也可通过转氨基作用而脱去。体内存在着多种转氨酶。不同氨基酸与a.酮酸之间的转氨基作用只能由专一的转氨海催化。在各种转氨酶中，以L一谷氨酸与a一酮酸的转氨酶最为重
18、要。例如，谷丙转氨酶（glllta11HCppoviChaaminase,Gpp又称Al：f）和谷草转氨酶（咖m加COxaloaCetichandnase,CffF,又称AST）,它们在体内广泛存在，但各组织中含量不等（表8.1）。表8-1正常成人各组织4GUY及GPT活性日肌织大户于知明忑肝骼组7,叩,火工骨规（单位/克湿组织）156OOO142000winOl（y。皿（单位/克湿组织）2800014000IcopMGPP（单位/克湿组织）20001200加肾谷氨酸十丙。一。戊。酸十。氨。谷氨酸十草酸乙一。咖。酸十天冬氨酸16由上表可见，正常时上述转氨酶主要存在于细胞内，而血清中的活性很低；
19、各组织器官中以心和肝的活性为最高。当某种原因使细胞膜通透性增高或细胞破坏时，则转氨酶可以大量释放人血，造成血清中转氨酶活性明显升高。例如，急性肝炎患者血清GPT活性显著别高；心肌梗死患者血清中GoT明显上升。临床上可以此作为疾病诊断和预后的指标之一。2.转氨基作用的机制转氨酶的辅酶都是维生素见的璘酸酯，即磷酸毗哆醒，它结合于转氨酶活性中心赖氨酸的。氨基上。在转氨基过程中，一磷酸毗哆醛先从氨基酸接受氨基转变成磷酸毗哆胺，同时氨基酸则转变成。甜酸。磷酸毗哆胺进一步将氨基转移给另一种a一酮酸而生成相应的氨基酸，同时磷酸毗哆胺又变回磷酸毗哆醛。在转氨酶的催化下，磷酸毗哆醛与磷酸毗哆胺的这种相互转变，起
20、着传递氨基的作用，如下图。HOOCT-9dNHZ小CH.OfTeH.ICh-HOO（：WNZ=HOC）tewt令H.0OHCH3磷酸毗哆醛o丹一nwCH.OPO：H.N=CHNOHCH3勒h五碱D分子重排FHZOffeHZ氨基酸HOOCG=O+HZN回民a一酮酸FHZOffeHZCHHNOHCH3磷酸毗哆胶rtrtcoo+H.0TNCHHNOHCH3S加进碱异构体（二）L一谷氨酸氧化脱氨基作用肝、肾、脑等组织中广泛存在着L谷氨酸脱氨酶（LgIIID区以bdhaM）,此酶活性较强，是一种不需氧脱氨酶，催化L谷氨酸氧化脱氨生成。酮戊二酸，辅酶是NAD”或NAD。以上反应可逆。般情况下，反应偏向于谷
21、氨酸的合成，但是当谷氨酸浓度高而NH浓度低时，则有利于a酮戊H酸的生成。谷氨酸脱氢酶是一种变构酶，由6个相同的亚基聚合而成，每个亚基的分子量为56OOOo已知GTP和ATP是此酶的变构抑制剂，而GDP和Af）I,是变构激活剂。因此当体内GTP和ATP不足时，谷氨酸加速氧化脱氨，这对于氨基酸氧化供能起着重要的调节作用。（三）唤冷核着诏循环上述联合脱氨基作用主要在肝、肾等组织中进行。骨骼肌和心肌中L谷氨酸脱氧酶的活性弱，难于进行以上方式的联合脱氨基过程。肌肉中存在着另一种氨基酸脱氨基反应，即通过瞟吟核音酸循环（PChnenUCk）OtIdeCyCle）脱去氨基。在此过程中，氨基酸首先通过连续的转氨
22、基作用将氨基转移给草酸乙酸，生成天冬氨酸；天冬氨酸与次黄瞟吟核着酸（IMP）反应生成腺音酸代琉璃酸，后者经过裂解，释放出延胡索酸并生成腺源吟核昔酸（AMP）。AMP在腺音酸脱氨酶（此酶在肌组织中活性较强）催化下脱去氨基，最终完成氨基酸的脱氨基作用。IMP可以再参加循环（图8.5）,由此可见，瞟吟核着酸循环实际上也可以看成是另一种形式的联合脱氨基作用。苹果团延胡素因图8.5$吟核甘酸循环二、小酮酸的代谢氨基酸脱氨基后生成的。甜酸可以进一步代谢，主要有以下三方面的代谢途径：一）经氨基化生成非必需丕基准过程如前，不再重复。（二）转变成糖及脂类在体内，a一酮酸（a-ketoaCid）可以转变成糖及脂类
23、。实验发现，用各种不同的氨基酸饲养人工造成糖尿病的犬时，大多数氨基酸可使尿中排出的葡萄糖增加，少数几种则可使葡萄糖及酮体排出同时增加，而亮氨酸和赖氨酸只能使酮体排出量增加。由此，将在体内可以转变成糖的氨基酸称为生糖氨基酸（破此OgeniCanUnaCid）；能转变成酮体者两为生酮氨基酸（ketoggnicanunacV；二者兼有者称为生糖兼生酮氨基酸（咖cognicanketogchicthenoac冰（表82）。表8-2氨基酸生糖及生酮性质的分类类别氨基酸生糖氨基酸甘氨酸、丝氨酸、激氨酸、组氨酸、精氨酸、半恍氨酸、脯氨酸。生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酸胺，天冬氨酸
24、、天冬酸胺。甲流氨酸亮氨酸、赖氨酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸用同位素标记氨基酸的实验证明，上述营养学研究的结果是正确的。各种氨基酸脱氨基后产生的a一酮酸结构差异很大，其代谢途径也不尽相同。在此，并不叙述各种a酮酸转变成糖或（及）酮体的具体代谢途径，但这些转变过程的中间产物不外乎是：乙酸辅酶A（二碳化合物）、丙酮酸（三碳化合物）、以及三坡酸循环的中间物，例如沈拍酸单配辅酶入延胡索酸、草酸乙酸（四碳化合物）及小酮戊二酸（五碳化合物）等（参见第十章，图IGI）。以丙氨酸为例，丙氨酸脱去氨基生成丙酮酸，丙酮酸可以转变成葡萄糖，所以丙氨酸是生糖氨基酸；又如亮氨酸经过一系列代谢转变生成乙酸
25、辅酸A或乙酸乙酸辅酶A,它们可以进一步转变成酮体或脂肪，所以亮氨酸是生酮氨基酸；再如，苯丙氨酸与酪氨酸经代谢转变既可生成延胡索酸，又可生成乙酸乙酸，所以这两种氨基酸是生糖兼生酮氨基酸。由于转氨基作用是可逆的，因此图IGl也可以说明一些氨基酸的合成过程。（三）氧化供能a一酮酸在体内可以通过三波酸循环与生物氧化体系彻底氧化成COZ和水，同时释放能量供生理活动的需要。可见，氨基酸也是一类能源物质。综上可见，氨基酸的代谢与糖和脂肪的代谢密切相关。氨基酸可转变成糖与脂肪；稼也可以转变成脂肪及多数非必需氨基酸的碳架部分；由此可见，三波酸循环是物质代谢的总枢纽，通过它可使糖、脂肪酸及氨基酸完全氧化，也可使其
26、彼此相互转变，构成一个完整的代谢体系。第四节氨的代谢机体内代谢产生的氨，以及消化道吸收来的氨进入血液，形成血氨。氨具有毒性，脑组织对氨的作用尤为敏感。体内的氨主要在肝合成尿素而解毒。因此，除门静脉血液外，体内血液中氨的浓度很低。正常人血浆中氨的浓度一般不超过O.haL（.Indl（Xha）o严重肝病患者尿素合成功能降低，血氨增高，引起脑功能紊乱，常与肝性脑病的发病有关。一、体内氨的来源体内氨有三个主要的来源.即各级织器官巾费基酸口朴#0N$amuhM氮以及肾小管上皮细胞分泌的氨。1 .氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。胺类的分解也可以产生氨RCHZN11-mnxsen一RCHO+NH
27、32 .正如前述，肠道吸收的氨有两个来源，即肠内氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨和肠道尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨。肠道产氨的量较多，每日约4g。肠内腐败作用增强时，氨的产生量增多。NH3比XW易于穿过细胞膜而被吸收；在碱性环境中，xN”偏向于转变成X抚。因此肠道Pn偏碱时，氨的吸收加强。临床上对高血氨病人采用弱酸性透析液作结肠透析，而禁止用碱性肥皂水灌肠，就是为了减少氨的吸收。3 .肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酷胺。谷氨酸胺在谷氨酸胺酶的催化下水解成谷氨酸和NH,这部分氢分泌到肾小管腔中主要与尿中的H“结合成Nfu”，以较盐的形式由尿排出体外，这对调节机体的酸碱平衡起着重要作用。酸性
28、尿有利于肾小管细胞中的氨扩散人尿，但碱性尿则可妨碍肾小管细胞中NH3的分泌，此时氨被吸收入血，成为血氨的另一个来源。由此，临床上对因肝硬化而产生腹水的病人，不直使用碱性利尿药，以免血氨升高。二、氨的转运氨是有毒物质。各组织中产生的氨如何以无毒性的方式经血液运输到肝合成尿素或运至肾以按盐形式随尿排出？现已阐明，氨在血液中主要是以丙氨酸及谷氨酸胺两种形式运输的。卜）丙氨酸热萄糖循环肌肉中的氨基酸经转氨基作用将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸；丙氨酸经血液运到肝。在肝中，丙氨酸通过联合脱氨基作用，释放出氨，用于合成尿素。转氨基后生成的丙酮酸可经精异生途径生成葡萄糖。葡萄糖由血液输送到肌组织，沿糖分解途径转变
29、成丙酮酸，后者再接受氨基而生成丙氨酸。丙氨酸和葡萄糖反复地在肌肉和肝之间进行氨的转运，故将这一途径称为丙氨酸一葡萄糖循环（alanine-gllkxSeCyCle）（图86）。通过这个循环，既使肌肉中的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝，同时，肝又为肌肉提供了生成丙酮酸的葡萄糖。二）谷氨酸肢的运氨作用谷氨酸胺是另一种转运氨的形式，它主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。氨与谷氨酸在谷氨酸胶合成酶（一词而nes帅IaSe）的催化下生成谷氨酸胺，并由血液输送到肝或肾，再经谷氨酸胺酶（少讪血nase）水解成谷氨酸及氨。谷氨酸胺的合成与分解是由不同酶催化的不可逆反应，其合成需要ATP参与，并消耗能量.可以认为，
30、谷氨酸胺既是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。谷氨酸胺在脑中固定和转运氨的过程中起着重要作用。临床上对氨中毒病人可服用或输入谷氨酸盐，UI险防症的地皮值得提出的是，谷氨酸腹还可以提供其酷胶基使天冬氨酸转变成天各酸胺。机体细胞能够合成足量的天各酷胺以供蛋白质合成的饭要，但白血病细胞却不能或很少能合成天各氨酸，必须依靠血液从其他器官运输而来。由此，临床上应用天冬酸胶酶（肪Pm峪一nase）以减少血中天各酸胶，达到治疗白血病的目的。CONHCOOHCfuH70xxsisiulCHZ+NHtCHNHZCOOH天各酸胺CHNHCOOH天各氨酸三、尿素的生成如上所述，正常情况下体内的氨主要在肝中合成尿
31、素而解毒；只有少部分氨在肾以按盐形式由尿排出。正常成人尿素占排氛总量的孤一叨,可见肝在氨解毒中起着重要作用。体内氨的来源与去路保持动态平衡，使血氨浓度相对稳定。（一）肝是尿素合成的主要器官实验证明，将动物（犬）的肝切除，则血液及尿中尿素含量明显降低。若给此动物输入或饲喂氨基酸，则大部分氨基酸积存于血液中，也有一部分随尿排出，另有一小部分氨基酸脱去氨基而变成a一酮酸及氨，因而血氨增高。若只切除犬的肾而保留肝，则尿素仍然可以合成，但不能排出，因此血中尿素浓度明显升高。若将犬的肝、肾同时切除，则血中尿素的含量可以维持在较低水平，而血氨浓度显著升高。此外，临床上可见急性肝坏死患者血及尿中几乎不含尿素而
32、氨基酸含量增多。这些实验与临床观察充分证明，肝是合成尿素的最主要器官。肾及脑等其他组织虽然也能合成尿素，但合成量甚微。（一）尿素合成的乌江诏循环学说肝如何合成尿素？早在1932年，德国学者HansIci：el：）S和KUrtHenSeIeit根据一系列实验，首次提出了马氨酸循环（OlnithineCycIe）学说，又称尿素循环（u。cyCle）或ILlei:）SHenSeleit循环。KIeDS一生中提出了两个循环学说（还有三波酸循环），为生物化学的发展做出了重大贡献。乌氨酸循环学说的实验根据如下：将大鼠肝的薄切片放在有氧条件下加铁盐保温数小时后，按盐的含量减少，而同时尿素增多。在此切片中，分
33、别加入各种化合物，并观察它们对尿素生成速度的影响。发现鸟氨酸、瓜氨酸或精氨酸能够大大加速尿素的合成。根据这三种氨基酸的结构推断，它们彼此相关，即马氨酸可能是瓜氨酸的前体，而瓜氨酸又是精氨酸的前体（结构式见后）。实验还观察到，当大量鸟氨酸与肝切片及M山“保温时，确有瓜氨酸的积存。此外，早已证实肝含有精氨酸酶，此酶催化精氨酸水解生成马氨酸及尿素。基于以上事实，KleDS和HenSeIeit提出了一个循环机制，即：首先鸟氨酸与氨及C%结合生成瓜氨酸；第二，瓜氨酸再接受三分子氨而生成精氨酸；第三，精氨酸水解产生尿素，并重新生成马氨酸。接着，乌氨酸参与第二轮循环（图8刁）。由此可见，在这个循环过程中，乌
34、氨酸所起的作用与王俊酸循环中草酸乙酸所起的作用类似。总的看来，通过乌氨酸循环，2分子氨与1分子CO结合生成1分子尿素及1分子水。尿素是中性、无毒、水溶性很强的物质，由血液运输至肾，从尿中排出。其后，用同位素标记的N&CI或含N的氨基酸饲养犬，发现随尿排出的尿素含有N,但马氨酸中不含N；用含14C标记的NaHFCo3饲养犬，随尿排出的尿素也含有MCo由此进一步证实了尿素可由氨及CoZ合成。（三）鸟氨酸循环的详细步骤。研究表明，鸟氨酸循环的具体过程远比上述的复杂，详细过程可分为以下四步：1 .氨基甲酸磷酸的合成在MglATh及N一乙酷谷氨酸（N-acetylglutalnaicacid.AGA）存
35、在时，氨与C%可在氨基甲酸磷酸合成酶I（CMoyIPhoSIhaSynthtaSe1,CryI）的催化下，合成氨基甲酸璘酸。0Co+N肌十H,0+2AI邹害8类留影尖子勾闪NUCo一咄一-bZADP+Pi氨基甲酸璘酸CH霎CHICNIf-CH0COOHN一乙酣谷氨酸（AGA）此反应不可逆，消耗2分子ATP。Cpp-I是一种变构酶，AGA是此酶的变构激活剂。AGA的作用可能是使酶的构象改变，暴露了酶分子中的某些流基，从而增加了能与AP的亲和力。Cryl和AGA都存在于肝细胞线粒体中。氨基甲酸磷酸是高能化合物，性质活泼，在酶的催化下易与乌氨酸反应生成瓜氨酸。2 .瓜氨酸的合成在鸟氨酸氨基甲酸转移前
36、（Om讪mecwhamwltlallsfmee,OCT雕化下，氨基甲酷磷酸与乌氨酸绩合生成瓜氨酸。师叫乌氨酸氨基甲酸转移酶Nfu，厂。CHNH7+OmpOCOOHoNareCHZ）o+H3ffeICHNHZ暑COOH鸟氨酸氨基甲酸磷酸瓜氨酸此反应不可逆。OCy也存在于肝细胞的线粒体中，并通常与CPS一互结合成酶的复合体03 .精氨酸的合成由瓜氨酸转变成精氨酸的反应分两步进行。首先，瓜氨酸在线粒体合成后，即被转运到线粒体外，在胞液中经精氨酸代德怕酸合成酶（Haninosuccinate甲油切忧）的催化下，与天冬氨酸反应生成精氨酸代晓来酸，此反应由ATP供能。其后，精氨酸代琉璃酸再经精氨酸代琉拍酸
37、裂解酶（MninoSUCCinaSe或ninosuccinate灯）的在上述反应过程中，天冬氨酸起着供给氨基的作用。天各氨酸又可由草酸乙酸与谷氨酸经转氨基作用而生成，而谷氨酸的氨基又可来自体内多种氨基酸。由此可见，多种氨基酸的氨基也可通过天冬氨酸的形式参与尿素合成（图8.8）o从图8.8还可看出，精氨酸代钱用酸裂解产生的延胡索酸可经过三摄酸循环的中间步骤转变成草酸乙酸，后者与谷氨酸进行转氨基反应，又可重新生成天冬氨酸。由此，通过延胡索酸和天冬氨酸，可使尿素循环与三波酸循环联系起来。4 .精氨酸水解生成尿素在胞液中，精氨酸受精氨酸酶的作用，水解生成尿素和乌氨酸。乌氨酸通过线粒体内膜上载体的转运再
38、进入线粒体，并参与瓜氨酸含成。如此反复，完成尿素循环。M雪*H平1(CHZ)3匡CH-NHZ1c000o精氨酸脱手uO；IaXi,O*ONW严(CHZ)31严_.”COOH尿素鸟氨酸尿素作为代谢终产物排出体外，目前尚未发现它在体内有什么其他的生理功能。综上所述，可将尿素合成的总反应归结为：NH.*to令*u*Ir牛*thU广一一平tru平*IJf*月山Ib*刀nNHZ现将尿素合成的中间步骤及其在细胞中的定位总结于图88。从图8石可见，尿素分子中的2个氮原子，1个来自氨，另1个则来自天冬氨酸，百天冬氨酸又可由其他氨基酸通过转氨基作用而生成。由此，尿素分子中2个氮原子的来源虽然不同，但都直接或间接
39、来自各种氨基酸。另外，还可看到，尿素合成是一个耗指的过程，合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键。值得提出的是，除了线粒体中以氢为氮源，通过CSPl合成氨基甲酷璘酸，并进一步参与尿素合成外，在胞液中还存在Cnyll,它以谷氨酷肤的酷胺基为氛源，催化合成茗基甲酸磷酸，并进一步参与喀陡的合成(参见第九章)。两种CPS催化合成的产物虽效相同，但它们是两种不同性质的酶，其生理意义也不相同：CryI参与尿素的合成，重是肝细胞独特的一种重要功能，是细胞高度分化的结果，因而CPS1的活性可作为肝田胞分化程度的指标之一；Cffell参与咯吱核音酸的从头合成，与细胞增殖过程中核酸南合成有关，因而它的活性可作为细胞增殖程度的指标之一。实验证明，当肝细胞再生时，线粒体中乌氨酸氨基甲酸转移酶活性降低，而胞液中E冬氨酸氨基甲酸转移酶活性增高，亦即尿素合成减少，晓晚会成增加,当细胞再生完e时，乌氨酸氨基甲酸转移酶活性重新增高，而天冬氨酸氨基甲酸转移酶活性降So由此可见，上述两种氨基甲酸转移酶的活性对调节尿素合成与核酸合成起着重要作用。
