1、第九章第九章 蛋白质降解与氨基酸代谢蛋白质降解与氨基酸代谢主要内容主要内容一、蛋白质的营养作用一、蛋白质的营养作用二、蛋白质的消化、吸收与腐败二、蛋白质的消化、吸收与腐败三、细胞内蛋白质的降解三、细胞内蛋白质的降解四、氨基酸的一般代谢四、氨基酸的一般代谢五、氨的代谢五、氨的代谢六、个别氨基酸的代谢六、个别氨基酸的代谢七、一碳单位七、一碳单位一、体内蛋白质具有多方面的重要功能一、体内蛋白质具有多方面的重要功能1.1.蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补2.2.蛋白质参与体内多种重要的生理活动蛋白质参与体内多种重要的生理活动催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（
2、肌催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。每克蛋白质在体内氧化分解可释放每克蛋白质在体内氧化分解可释放16kJ (4.1 16kJ (4.1 kcal)kcal)的能量，人体每日的能量，人体每日18%18%能量由蛋白质提供。能量由蛋白质提供。 3.3.蛋白质可作为能源物质氧化供能蛋白质可作为能源物质氧化供能第一节第一节 蛋白质的营养作用蛋白质的营养作用二、氮平衡二、氮平衡n 氮平衡氮平衡(nitrogen balance)(nitrogen balance)摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量摄入食物
3、的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。之间的关系。氮总平衡：氮总平衡：摄入氮摄入氮 = = 排出氮（正常成人）排出氮（正常成人）氮正平衡：氮正平衡：摄入氮摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）排出氮（儿童、孕妇等）氮负平衡：氮负平衡：摄入氮摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）病患者）可以反映体内蛋白质代谢的概况。可以反映体内蛋白质代谢的概况。1.1.营养必需氨基酸营养必需氨基酸(essential amino acid)指体内需要而又不能自身合成，必须由食指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有物供给的氨基酸，共有8 8种：种：ValVal、IleIle
4、、LeuLeu、ThrThr、MetMet、LysLys、PhePhe、TrpTrp。 n其余其余1212种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需 氨基酸。氨基酸。三、蛋白质的营养价值三、蛋白质的营养价值营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值2.2.蛋白质的营养评价蛋白质的营养评价蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，取决于的利用率，取决于必需氨基酸的必需氨基酸的数量及种类数量及种类( (量量质比质比) ) 。成人每日蛋白质最低生理需要量为成人每日蛋白质最低生理需要量为30g30g50g5
5、0g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g80g。在一定程度上，蛋白质的质量比数量更为重要在一定程度上，蛋白质的质量比数量更为重要3.3.蛋白质的生理需要量蛋白质的生理需要量4. 4. 蛋白质的互补作用蛋白质的互补作用不同来源的蛋白质混合食用，其必需氨基不同来源的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。酸可以互相补充而提高营养价值。谷类谷类豆类豆类赖氨酸赖氨酸少少多多色氨酸色氨酸多多少少提高食物蛋白质营养价值的方法提高食物蛋白质营养价值的方法*优先补充动物性蛋白优先补充动物性蛋白*不同类型食物的混合饮食不同类型食物的混合饮食一、食物
6、蛋白质的消化一、食物蛋白质的消化n 蛋白质消化的生理意义蛋白质消化的生理意义 由大分子转变为小分子，便于吸收。由大分子转变为小分子，便于吸收。 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。毒性反应。食物蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收食物蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收蛋白质被消化成氨基酸和寡肽蛋白质被消化成氨基酸和寡肽第二节第二节 蛋白质的消化、吸收和腐败蛋白质的消化、吸收和腐败 胃蛋白酶的胃蛋白酶的最适最适pHpH为为1.51.52.52.5，对蛋白质肽键，对蛋白质肽键的作用的作用特异性较差特异性较差，主要水解由芳香族氨基酸、，主要水解由芳香族氨基酸、蛋氨
7、酸和亮氨酸所形成的肽键，产物主要为蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键，产物主要为多多肽及少量氨基酸。肽及少量氨基酸。 胃蛋白酶原胃蛋白酶原胃蛋白酶胃蛋白酶 + + 多肽碎片多肽碎片胃酸、胃蛋白酶胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen) (pepsin) （一）胃中消化（一）胃中消化（二）小肠中的消化（二）小肠中的消化n胰酶及其作用胰酶及其作用胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pHpH为为7.07.0左右，包括内肽酶和外肽酶。左右，包括内肽酶和外肽酶。 内肽酶内肽酶( (endopeptidaseendopeptidase) )水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、水解蛋白质
8、肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。糜蛋白酶、弹性蛋白酶。 外肽酶外肽酶( (exopeptidaseexopeptidase) )自肽链的末段开始，每次水解一个氨基酸残基，自肽链的末段开始，每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶如羧基肽酶(A(A、B) B) 、氨基肽酶。、氨基肽酶。u蛋白水解酶作用示意图蛋白水解酶作用示意图氨基酸氨基酸二肽酶二肽酶氨基肽酶氨基肽酶内肽酶内肽酶氨基酸氨基酸 +NHNH羧基肽酶羧基肽酶56消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝胰凝乳蛋乳蛋白酶白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 弹性
9、弹性蛋白蛋白酶酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（Glu. Asp）蛋白酶原的激活蛋白酶原的激活胰蛋白酶胰蛋白酶(trypsin)肠激酶肠激酶(enterokinase)胰蛋白酶原胰蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶(elastase)弹性蛋弹性蛋白酶原白酶原糜蛋白酶糜蛋白酶( (chymotrypsin)糜蛋白糜蛋白酶原酶原羧基肽酶羧基肽酶(A或或B)(carboxypeptidase)羧基肽酶原羧基肽酶原(A或或B)n小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用主要是主要是寡肽酶寡肽酶( (oligopeptidaseoligopeptidase) )的作用，
10、例的作用，例如氨基肽酶如氨基肽酶( (aminopeptidaseaminopeptidase) )及二肽酶及二肽酶( (dipeptidasedipeptidase) )等等, ,最终产物为最终产物为氨基酸氨基酸。二、氨基酸和肽的吸收二、氨基酸和肽的吸收n 吸收部位：吸收部位：主要在小肠主要在小肠n 吸收形式：吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽氨基酸、寡肽、二肽n 吸收机制：吸收机制：耗能的主动吸收过程耗能的主动吸收过程1. 1. 主动吸收主动吸收载体蛋白与氨基酸、载体蛋白与氨基酸、NaNa+ +组成三联体，由组成三联体，由ATPATP供能将氨基酸、供能将氨基酸、NaNa+ +转入细胞内，转入细胞
11、内，NaNa+ +再由钠泵排再由钠泵排出细胞。出细胞。七种转运蛋白七种转运蛋白(transporter)(transporter)中性氨基酸转运蛋白中性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白亚氨基酸转运蛋白亚氨基酸转运蛋白氨基酸氨基酸转运蛋白转运蛋白二肽转运蛋白二肽转运蛋白三肽转运蛋白三肽转运蛋白ATPADPPi外膜内N a+氨基酸Na+氨基酸K+Na+K+Na+氨基酸进入细胞的主动转运机制氨基酸进入细胞的主动转运机制2.2.- -谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用- -谷氨酰基循环谷氨酰基循环( (- -glutamy
12、lglutamyl cycle) cycle)过程：过程： 谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽对氨基酸的转运 谷胱甘肽再合成谷胱甘肽再合成谷氨酸谷氨酸 5-氧脯氧脯氨酸酶氨酸酶ATPADP+Pi半胱氨酰甘氨酸半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸肽酶肽酶-谷氨谷氨 酰环化酰环化 转移酶转移酶氨基酸氨基酸H2NCHCOOHR5-氧脯氨酸氧脯氨酸-谷氨酰半胱氨酸谷氨酰半胱氨酸-谷氨酰谷氨酰半胱氨酸半胱氨酸 合成酶合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽谷胱甘肽 合成酶合成酶ATPADP+Pi细胞外细胞外 - -谷谷 氨酰氨酰 基转基转 移酶移酶细胞膜细胞膜谷胱甘肽谷胱甘肽 GSH细胞内细
13、胞内-谷氨酰谷氨酰氨基酸氨基酸COOHCHNH2CH2CH2CONHCHCOOHRCHH2NCOOHR氨基酸氨基酸-谷氨酰基循环过程谷氨酰基循环过程u利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系 此种转运也是耗能的主动吸收过程此种转运也是耗能的主动吸收过程u吸收作用在小肠近端较强，肽的吸收甚至吸收作用在小肠近端较强，肽的吸收甚至先于游离氨基酸。先于游离氨基酸。 肽的吸收肽的吸收三、蛋白质的腐败作用三、蛋白质的腐败作用肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的分解作用。物所起的分解作用。腐败作用的产物大多有害，如腐败作用的产物大多
14、有害，如胺、氨、胺、氨、苯酚、吲哚苯酚、吲哚等；也可产生少量的等；也可产生少量的脂肪酸及维脂肪酸及维生素生素等可被机体利用的物质。等可被机体利用的物质。n 蛋白质的腐败作用蛋白质的腐败作用(putrefaction)(putrefaction)（一）（一）氨的生成氨的生成未被吸收的氨基酸未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素渗入肠道的尿素氨氨(ammonia)脱氨基作用脱氨基作用尿素酶尿素酶 降低肠道降低肠道pH，NH3转变为转变为NH4+以胺盐形式排出，以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。（二）胺类的生成（二）胺类的生成蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸胺
15、类胺类(amines)蛋白酶蛋白酶 脱羧基作用脱羧基作用 组氨酸组氨酸组胺组胺 赖氨酸赖氨酸尸胺尸胺 色氨酸色氨酸 色胺色胺 酪氨酸酪氨酸酪胺酪胺氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶氨基酸氨基酸胺类胺类RCH2NH2+ CO2CC O O HN H2HR 苯丙氨酸苯丙氨酸苯乙胺苯乙胺（三）（三）其它有害物质的生成其它有害物质的生成酪氨酸酪氨酸 苯酚苯酚半胱氨酸半胱氨酸 硫化氢硫化氢 色氨酸色氨酸 吲哚吲哚 正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排正常情况下，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。解毒，故不会发生中毒现象
16、。 不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。理需要而变化。 成人体内的蛋白质每天约有成人体内的蛋白质每天约有1%2%1%2%被降解，主被降解，主要是肌肉蛋白质。要是肌肉蛋白质。 蛋白质降解产生的氨基酸，大约蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%80%70%80%被重被重新利用合成新的蛋白质。新利用合成新的蛋白质。第三节第三节 细胞内的蛋白质降解细胞内的蛋白质降解一、体内蛋白质的寿命一、体内蛋白质的寿命n 蛋白质的半寿期(half-life)蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用用t t1/21/2表示。表示。不依
17、赖不依赖ATP和泛素；和泛素；利用溶酶体中的组织蛋白酶利用溶酶体中的组织蛋白酶( (cathepsin)降降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。二、二、真核细胞内蛋白质的降解途径真核细胞内蛋白质的降解途径（一）溶酶体降解途径（一）溶酶体降解途径u泛素泛素(ubiquitin)(ubiquitin) 76 76个氨基酸组成的多肽个氨基酸组成的多肽(8.5kD)(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守一级结构高度保守（二）蛋白酶体降解途径（二）蛋白酶体降解途径u三种重要的酶三种重要的酶E1：泛素激活酶：泛素激活酶E2：泛素结
18、合酶：泛素结合酶E3：泛素蛋白连接酶：泛素蛋白连接酶UB：泛素：泛素Pr：被降解蛋白质：被降解蛋白质UBCO-O+HS-E1ATPAMP+PPiUBCOS E1HS-E2HS-E1UBCOS E2UBCOS E1PrHS-E2UBCOS E2UBC NH OE3Pr 蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质异常蛋白质和短寿蛋白质。 26S26S蛋白蛋白质酶体质酶体 20S20S的核心的核心颗粒颗粒(CP)(CP) 19S19S的调节颗粒的调节颗粒(RP) :(RP) : 18 18个亚基个亚基, , 6 6个亚基具有个亚基具有ATPAT
19、P酶活性酶活性2 2个个环：环：7 7个个亚基亚基2 2个个环：环：7 7个个亚基亚基蛋白酶体分子量大于蛋白酶体分子量大于100万万u蛋白酶体蛋白酶体泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活接，并使其激活, ,即即泛素化泛素化，包括三种，包括三种酶参与的酶参与的3 3步反应，并需消耗步反应，并需消耗ATPATP。蛋白酶体蛋白酶体( (proteasomeproteasome) )对泛素化蛋白质对泛素化蛋白质的降解。的降解。u泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程泛泛素素介介导导的的蛋蛋白白质质降降解解过过程程一一、体内体内氨基酸氨基酸代谢库代
20、谢库食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源外源性氨基酸性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸基酸及体内合成的非必需氨基酸（内源性氨（内源性氨基酸）基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为称为氨基酸代谢库氨基酸代谢库(metabolic pool)(metabolic pool) 。第四节第四节 氨基酸的一般代谢氨基酸的一般代谢氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况合成合成分解分解嘌呤、嘧啶、肌酸嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物等含氮化合物代谢转变代谢转变胺类胺类 + CO2脱羧基作用脱羧
21、基作用脱 氨 基脱 氨 基作用作用消化吸收消化吸收其它含氮物质其它含氮物质非必需氨基酸非必需氨基酸NH3CO2+H2O糖或脂类糖或脂类-酮酸酮酸谷氨酰胺谷氨酰胺尿素尿素食物食物蛋白蛋白质质组织组织蛋白蛋白质质血液血液氨基氨基酸酸组织组织氨基氨基酸酸氨氨基基酸酸代代谢谢库库二、氨基酸的脱氨基作用二、氨基酸的脱氨基作用n 脱氨基作用脱氨基作用指氨基酸脱去指氨基酸脱去-氨基生成相应氨基生成相应-酮酸的过程。酮酸的过程。 脱氨基脱氨基方式：方式：转氨基作用转氨基作用氧化脱氨基氧化脱氨基联合脱氨基联合脱氨基非氧化脱氨基非氧化脱氨基 转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联转
22、氨基和嘌呤核苷酸循环偶联uL-L-氨基酸氧化酶在体内分布不广泛，活性不高。氨基酸氧化酶在体内分布不广泛，活性不高。1.1.氨基酸氧化酶（需氧脱氢酶）氨基酸氧化酶（需氧脱氢酶）（一）氧化脱氨基作用（一）氧化脱氨基作用uD-D-氨基酸氧化酶是以氨基酸氧化酶是以FADFAD为辅基的黄素蛋白酶。为辅基的黄素蛋白酶。体内体内D-D-氨基酸缺乏，意义不大氨基酸缺乏，意义不大。2.甘氨酸氧化酶甘氨酸氧化酶3.L-3.L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 存在于肝、脑、肾中存在于肝、脑、肾中 辅酶为辅酶为 NAD+ 或或NADP+催化酶：催化酶： L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸谷氨酸NH3-酮戊二酸酮戊二酸N
23、AD(P)+NAD(P)H+H+H2ONH2CH(CH2)2COOHCOOHNH2CH(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHOC(CH2)2COOHCOOH+OC(CH2)2COOHCOOH+（不需氧脱氢酶）（不需氧脱氢酶）（二）转氨基作用（二）转氨基作用n转氨基作用转氨基作用(transamination)1 1、转氨基作用由转氨酶催化完成、转氨基作用由转氨酶催化完成在在转氨酶转氨酶( (transaminasetransaminase) )的作用下，某一的作用下，某一氨基酸去掉氨基酸去掉-氨基生成相应的氨基生成相应的-酮酸，而另一酮
24、酸，而另一种种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。n 反应式反应式大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。正常人各组织中正常人各组织中GPT及及GOT 活性活性 (单位单位/克湿组织克湿组织)n血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。后的指标之一。组组 织织 GPT GOT组组 织织 GPT GOT 肝肝 44000 142000胰胰 腺腺 2000 28000 肾肾 19000 91000脾脾 1200 14000
25、 心心 7100 156000肺肺 700 10000 骨骼肌骨骼肌 4800 99000血清血清 16 202.2.转氨酶转氨酶n 转氨酶的辅酶是转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 - -酮酸酮酸 磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 谷氨酸谷氨酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 转氨酶转氨酶3.3.转氨酶作用机制转氨酶作用机制乒乓反应机制乒乓反应机制转氨基作用不仅是体内多数氨基酸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。需氨基酸的重要途径。 通过此种方式并未产生游离的氨。通过此种方式并未产生游离的氨。4.
26、4.转氨基作用的生理意义转氨基作用的生理意义（三）联合脱氨基作用（三）联合脱氨基作用 两种脱氨基方式的联合作用，使两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下氨基酸脱下-氨基生成氨基生成-酮酸的过程。酮酸的过程。 定义定义类型类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环转氨基偶联嘌呤核苷酸循环是体内主要的脱氨基途径是体内主要的脱氨基途径（1 1）转氨基偶联氧化脱氨基作用）转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD+转氨酶转氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要
27、方式，也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。是体内合成非必需氨基酸的主要方式。 转氨基作用的氨基受体是转氨基作用的氨基受体是-酮戊二酸。酮戊二酸。 主要在主要在肝、肾和脑肝、肾和脑组织进行。组织进行。苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸代琥珀酸代琥珀酸次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸合成酶珀酸合成酶-酮戊酮戊 二酸二酸氨氨基基酸酸 谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸 转转氨氨酶酶 1草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸转转氨氨酶酶 2腺苷酸腺苷酸脱氨酶脱氨酶H2ONH3延胡索酸延胡索酸腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)（2 2）转氨基偶联嘌呤核苷酸循
28、环）转氨基偶联嘌呤核苷酸循环此种方式主要在此种方式主要在肌肉组织肌肉组织进行。进行。( (四四) )一些氨基酸的非氧化脱氨基作用一些氨基酸的非氧化脱氨基作用1.1.脱水脱氨基作用脱水脱氨基作用2.脱硫化氢脱氨脱硫化氢脱氨3.直接脱氨直接脱氨HOCH2CHCOOHNH2H2OCH2CN H3NHCH3L-丝 氨 酸 脱 水 酶分 子 重 排丝 氨 酸亚 氨 基 丙 酸-氨 基 丙 烯 酸自 发 水 解丙 酮 酸COOHNH2CCOOHH2OCH3COCOOH三、三、 -酮酸的代谢酮酸的代谢氨基酸脱氨基后生成的氨基酸脱氨基后生成的 -酮酸酮酸( -keto acid）主要有三条代谢去路。主要有三条
29、代谢去路。3.-酮酸可彻底氧化分解并提供能量酮酸可彻底氧化分解并提供能量1.-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸2.-酮酸可转变成糖及脂类化合物酮酸可转变成糖及脂类化合物甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别类别氨氨 基基 酸酸生糖氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、
30、色氨酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸氨基酸生糖及生酮性质的分类氨基酸生糖及生酮性质的分类甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别类别氨氨 基基 酸酸生糖氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、甘氨酸、丝氨
31、酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别类别氨氨 基基 酸酸生糖氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸类别类别氨氨 基基 酸酸生糖氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色
32、氨酸氨基酸生糖及生酮性质的分类氨基酸生糖及生酮性质的分类琥珀酰琥珀酰CoA 延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸PEP磷酸丙糖磷酸丙糖葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原糖糖-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油三酯甘油三酯乙酰乙酰乙酰乙酰CoA丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸 蛋氨酸蛋氨酸丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸酮体酮体亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨
33、酸 谷氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸 缬氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C氨是机体正常代谢产物，具有毒性。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体内的氨主要在肝合成尿素(urea)(urea)而解毒而解毒。正常人血氨浓度一般不超过正常人血氨浓度一般不超过 0.6mol/L0.6mol/L。 四、氨的代谢四、氨的代谢一、氨的来源一、氨的来源1.1.氨基酸和胺类分解均可产生氨氨基酸和胺类分解均可产生氨 RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶胺氧化酶（1 1）氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的）氨基酸脱氨基
34、作用产生的氨是体内氨的主要来源。主要来源。 （2 2）胺类分解：）胺类分解：3.3.肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺 谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸 + NH3谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶H2O2.2.肠道细菌腐败作用产生氨肠道细菌腐败作用产生氨蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨外源性氨的吸收：与肠道PH有关肾脏的泌氨作用肾脏的泌氨作用NaClNa+Cl-H+NH3NH4Cl终尿终尿HCO3-Na+NaHCO3H2OCO2H2CO3碳酸酐酶碳酸酐酶H+谷氨
35、酰胺谷氨酰胺NH3肾肾小小管管上上皮皮细细胞胞肾肾小小管管管管腔腔谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶二、氨的去路二、氨的去路 在肝内合成尿素，这是最主要的去路；在肝内合成尿素，这是最主要的去路； 谷氨酸谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi 肾小管泌氨以铵盐形式由尿排出肾小管泌氨以铵盐形式由尿排出分泌的分泌的NH3在酸性条件下生成在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。随尿排出。 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物；合成非必需氨基酸及其它含氮化合物； 合成谷氨酰胺。合成谷氨酰胺。三、氨在血液中的转运三、氨在血液中的转运通过通过丙氨酸丙氨酸- -葡萄糖循环葡萄糖循环氨从肌肉
36、运往肝氨从肌肉运往肝n 生理意义生理意义 肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。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。肝为肌肉提供葡萄糖。1.1.以以丙氨酸丙氨酸的形式的形式丙丙氨氨酸酸葡葡萄萄糖糖 肌肉肌肉蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸NH3谷氨酸谷氨酸-酮戊酮戊 二酸二酸丙酮酸丙酮酸糖酵解途径糖酵解途径肌肉肌肉丙丙氨氨酸酸血液血液丙氨酸丙氨酸葡萄糖葡萄糖-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸丙酮酸丙酮酸NH3尿素尿素尿素循环尿素循环糖糖异异生生肝肝丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环葡葡萄萄糖糖肌肉紧张活动既产生大量的氨，又产生大量肌肉紧张活动既产生大量的氨，又产生大量的丙酮酸，二者需到
37、肝中转化。以丙氨酸形的丙酮酸，二者需到肝中转化。以丙氨酸形式转运，一举两得。式转运，一举两得。2.2.生成生成谷氨酰胺谷氨酰胺n 反应过程反应过程谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。存及运输形式。谷氨酸谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶+ H2On生理意义生理意义临床解氨中毒，可输入谷氨酸盐。临床解氨中毒，可输入谷氨酸盐。 氨以谷氨酰胺形式从脑和肌肉等组织运往肝或肾氨以谷氨酰胺形式从脑和肌肉等组织运往肝或肾 尿素生成的过程由尿素生成的过程由Hans Krebs Hans Krebs
38、和和Kurt Henseleit Kurt Henseleit 提出，称为提出，称为鸟氨酸循鸟氨酸循环环(orinithine cycle)(orinithine cycle)，又称尿素循，又称尿素循环环(urea cycle)(urea cycle)或或Krebs- HenseleitKrebs- Henseleit循环。循环。主要在肝细胞的线粒体及胞液中。主要在肝细胞的线粒体及胞液中。四、尿素的合成四、尿素的合成1、 NH3、CO2和和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸缩合生成氨基甲酰磷酸 CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，乙酰谷氨酸
39、，Mg2+）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 反应在线粒体中进行反应在线粒体中进行u肝中鸟氨酸循环合成尿素的详细步骤肝中鸟氨酸循环合成尿素的详细步骤此反应不可逆此反应不可逆反应由氨基甲酰磷酸合成酶（反应由氨基甲酰磷酸合成酶（CPS-)催化。催化。N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子分子ATP。N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸(AGA)COOHCH3C-NH-CH(CH2)2COOHOCOOHCH3C-NH-CH(CH2)2COOHO2 2、氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸、氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟
40、氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟鸟氨氨酸酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟鸟氨氨酸酸NH2COOPO32-NH2COOPO32-NHCHCOOHNH2NH2CO瓜瓜氨氨酸酸(CH2)3此反应不可逆此反应不可逆 反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase, OCT)催化，催化，OCT常与常与CPS-构成复合体。构成复合体。 反应在反应在线粒体线粒体中进行，中进行，瓜氨酸瓜氨酸生成后进入生成后进入胞液胞液。3 3、瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸、瓜氨酸
41、与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸反应在反应在胞液胞液中进行。中进行。 精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜瓜氨氨酸酸(CH2)3COOHCHH2NCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH限速酶限速酶精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸精氨酸代琥精氨酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH
42、(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH4 4、精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸、精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸 反应在胞液中进行。反应在胞液中进行。5 5、精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸、精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸 反应在胞液中进行。反应在胞液中进行。尿素尿素鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸H2O鸟鸟氨氨酸酸循循环环线粒体线粒体胞胞 液液n反应小结：反应小结： 原料：原料：2 分子氨，一个来自于分子氨，一个来自于游离氨游离氨，另一个，另一个来自来自天冬氨酸天冬氨酸。 过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞
43、液中进行。再在胞液中进行。 耗能：耗能：3 个个ATP，4 个高能磷酸键。个高能磷酸键。酶酶相对活性相对活性氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶精氨酸酶4.5163.01.03.3149.0正常成人肝尿素合成酶的相对活性正常成人肝尿素合成酶的相对活性酶酶相对活性相对活性氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶精氨酸酶4.5163.01.03.31
44、49.0n血氨浓度升高称高血氨症血氨浓度升高称高血氨症(hyperammonemia)高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)(ammonia poisoning)。u尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。的遗传缺陷。TAC 脑供能不足脑供能不足- -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺NH3NH3 脑内脑内- -酮戊二酸酮戊二酸氨中毒的可能机制氨中毒的可能机制第六节第六节 个别氨基酸的代谢个别氨基酸的代
45、谢一、氨基酸的脱羧基一、氨基酸的脱羧基n脱羧基作用脱羧基作用( (decarboxylationdecarboxylation) )氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶氨基酸氨基酸胺类胺类RCH2NH2+ CO2磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛CCOOHNH2HR 组氨酸组氨酸组胺组胺 色氨酸色氨酸 色胺色胺 酪氨酸酪氨酸酪胺酪胺 氨基酸氨基酸胺类胺类(amines) 脱羧基作用脱羧基作用氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶氨基酸氨基酸胺类胺类RCH2NH2+ CO2CCOOHNH2HR谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成-氨基丁酸氨基丁酸 GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有是抑制性神经递质，对中枢神经有
46、抑制作用。抑制作用。GABA COOH(CH2)2 CH2NH2 CO2L- L- 谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶 COOH(CH2)2 CHNH2 COOHL-L-谷氨酸谷氨酸组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺 组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。L-组氨酸组氨酸组胺组胺组氨酸脱羧酶组氨酸脱羧酶CO2HN NCH2CHCOOHNH2HN NCH2CH2NH2色氨酸经色氨酸经5-5-羟色胺酸生成羟色胺酸生成5-5-羟色胺羟色胺 (5-HT)(5-H
47、T) 5-HT在脑内作为神经递质起，抑制作用；在脑内作为神经递质起，抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。在外周组织有收缩血管的作用。5-羟色氨酸羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶色氨酸羟化酶5-5-羟色氨酸脱羧酶羟色氨酸脱羧酶CO2色氨酸色氨酸CH2CHCOOH NH2CH2CHCOOH NH2HOCH2CH2NH2HO某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类物质某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类物质鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸脱羧酶 鸟氨酸鸟氨酸腐胺腐胺 S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸 (SAM )脱羧基脱羧基SAM CO2SAM脱羧酶脱羧酶CO2精脒精脒 (spermidine)丙胺转移酶丙胺转移酶5-甲基甲基
48、-硫硫-腺苷腺苷丙胺转移酶丙胺转移酶 精胺精胺 (spermine) 多胺是调节细胞生长的重要物质。多胺是调节细胞生长的重要物质。二、芳香族氨基酸代谢二、芳香族氨基酸代谢芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸1）苯丙氨酸羟化生成酪氨酸）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。此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。u苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别苯丙氨酸苯丙氨酸+ H2O苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶四氢生物蝶呤四氢生物蝶呤二氢生物蝶呤二氢生物蝶呤NADPH+H+NADP+酪氨酸酪氨酸+ O2n苯酮酸尿症苯酮酸尿症(phen
49、yl keronuria, PKU)体内体内苯丙氨酸羟化酶缺陷苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常，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。酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。苯丙酮酸对中枢神经系统有毒害。苯丙酮酸对中枢神经系统有毒害。（二）（二） 儿茶酚胺的生成儿茶酚胺的生成S-腺苷同型腺苷同型半胱氨酸半胱氨酸黑色素黑色素聚合聚合（三）（三） 黑色素的生成黑色素的生成在皮肤黑色素细胞中在皮肤黑色素细胞中 帕金森病帕金森病(Parkinson disease)(Parkinson
50、 disease)患者患者多巴胺生成减少。多巴胺生成减少。 人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为皮肤、毛发等发白，称为白化病白化病(albinism)(albinism)。二、氨基酸与一碳单位代谢二、氨基酸与一碳单位代谢（一）一碳基团的概念（一）一碳基团的概念 四氢叶酸四氢叶酸作为一碳单位的载体参作为一碳单位的载体参与一碳单位代谢，与一碳单位代谢，S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸也也可视为一碳单位的载体。可视为一碳单位的载体。 某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为有一个碳原子的基团，称
