第七章 氨基酸代谢

氨基酸是构成蛋白质分子的基本单位。蛋白质是生命活动的基础。体内的大多数蛋白质均不断地进行分解与合成代谢。

一、蛋白质的营养作用

1．蛋白质的生理功能

维持细胞、组织的生长、更新、修补；运输；代谢调节、催化作用；能量供给2．氮平衡

蛋白质的含氮量平均约16%，食物中的含氮物质绝大多数是蛋白质，因此机体内蛋白质代谢的概况可根据氮平衡实验来确定。即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。氮平衡有三种情况

(1)氮总平衡：摄入氮=排出氮,反映正常成人的蛋白质代谢情况,即氮的“收支”平衡。

(2)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、孕妇及恢复期病人属于此种情况。

(3)氮负平衡：摄入氮＜排出氮。例如饥饿或消耗性疾病患者。

3．蛋白质的营养价值

蛋白质的互补作用

蛋白质的互补作用是指营养价值较低的食物蛋白同时食用时，必需氨基酸可以相互补充，从而提高营养价值。

必需氨基酸

机体需要而又不能自身合成,必须由食物供给的氨基酸称为营养必需氨基酸。人体内有8种必需氨基酸即：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和蛋氨酸。

二、蛋白质的消化、吸收与腐败

1．蛋白质的消化与吸收

食物蛋白质的消化自胃中开始，主要在小肠进行。

胃蛋白酶、胰蛋白酶等是蛋白质消化的主要酶，通过各种蛋白酶的协同作用，生成氨基酸及二肽后方可被吸收。

氨基酸的吸收主要在小肠进行，可通过肠粘膜细胞膜上的氨基酸载体，也可通过γ－谷氨酰基循环吸收氨基酸。

人体内有四种氨基酸载体即中性氨基酸载体、碱性氨基酸

载体、酸性氨基酸载体和亚氨基酸与甘氨酸载体；γ－谷氨酰基循环是氨基酸吸收的一种方式，通过谷胱甘肽的代谢来完成，包括多种酶催化多种反应，其中γ－谷氨酰基转移酶位于细胞膜上，是该循环的关键酶。

2．蛋白质的腐败作用

在蛋白质消化过程中,有一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。大多数腐败作用产物对人体有害，但也可以产生少量脂肪酸及维生素等有用物质。这些有害物质大部分随粪便排出。

三、氨基酸代谢库

1.氨基酸代谢库

食物蛋白经过消化吸收后，以氨基酸的形式通过血液循环运到全身的各组织。这种

来源的氨基酸称为外源性基酸。

机体各组织的蛋白质在组织酶的作用下，也不断地分解成为氨基酸；机体还能合成部分氨基酸(非必需氨基酸)；这两种来源的氨基酸称为内源性氨基酸。

外源性氨基酸和内源性氨基酸彼此之间没有区别，共同构成了机体的氨基酸代谢库(metabolic pool)。

氨基酸代谢库通常以游离氨基酸总量计算，机体没有专一的组织器官储存氨基酸，氨基酸代谢库实际上包括细胞内液、细胞间液和血液中的氨基酸。

2.氨基酸的主要功能

氨基酸的主要功能是合成蛋白质，也合成多肽及其他含氮的生理活性物质。除了维生素之外(维生素PP是个例外)体内的各种含氮物质几种都可由氨基酸转变而成，包括蛋白质、肽类激素、氨基酸衍生物、黑色素、嘌呤碱、嘧啶碱、肌酸、胺类、辅酶或辅基等。

氨基酸的一般代谢

人体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。不同的蛋白质在体内的寿命差异很大。真核细胞的蛋白质的降解有两条途径：一是不依赖ATP的过程，在溶酶体内进行主要降解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ATP和泛素的过程，在胞液中进行，主要降解异常蛋白和短寿命的蛋白质。外源性与内源性的氨基酸共同构成“氨基酸代谢库”参与体内代谢。各种氨基酸具有共同的结构特点，故有共同的代谢途径，但不同的氨基酸也各有其个别的代谢方式。

一、氨基酸的脱氨基作用

脱氨基作用是氨基酸分解代谢的主要途径。体内的氨基酸可通过多种方式脱去氨基,包括氧化脱氨基作用、转氨基作用、联合脱氨基作用及嘌呤核苷酸循环,其中联合脱氨基作用是氨基酸脱氨基的主要方式。所谓联合脱氨基，是指氨基酸的转氨基作用和氧化脱氨基作用的联合，其过程是氨基酸首先与α－酮戊二酸在转氨酶催化下生成相应的α－酮酸和谷氨酸，谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶作用下生成α－酮戊二酸和氨，α－酮戊二酸再继续参与转氨基作用。上述联合脱氨基作用是可逆的，所以也是体内合成非必需氨基酸的主要途径。催化氨基酸转氨基的酶是转氨酶，其辅酶是维生素B6的磷酸酯即磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，此酶催化某一氨基酸的α氨基转移到另一种α酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸。体内有多种转氨酶，其中谷丙转氨酶(GPT或ALT)和谷草转氨酶(GOT 或AST)最为重要。由于骨骼肌和心肌中L-谷氨酸脱氢酶的活性弱,难于进行联合脱氨基作用,该组织的氨基酸主要通过嘌呤核苷酸循环进行脱氨基作用。嘌呤核苷酸循环过程，氨基酸首先通过连续的,

转氨基作用将氨基转移给草酰乙酸，生成天冬氨酸；天冬氨酸与次黄嘌呤核苷酸生成腺苷酸带琥珀酸，经裂解生成AMP，AMP在腺苷酸脱氨酶催化下脱去氨基。由此可见，嘌呤核苷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。

二、α－酮酸的代谢

氨基酸脱氨基后生成的α酮酸主要代谢途径有三(1)通过转氨基作用合成非必需氨基酸(2)转变成糖、脂类。体内能转变成糖的氨基酸称生糖氨基酸；能转变成酮体的称生酮氨基酸；二者兼备的称生糖兼生酮氨基酸。大多数氨基酸为生糖氨基酸。(3)氧化供能。

三、氨的代谢

1．氨的来源

正常情况下血氨的来源与去路保持动态平衡，血浆中氨的浓度不超过0.1mg/100ml。血氨增高，引起脑功能紊乱。

体内氨的来源：（1）组织中氨基酸脱氨基作用，是体内氨的主要来源；（2）肠道吸收的氨，有两个来源,①腐败作用产生的氨;②肠道尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的

氨，NH

3比NH

4

+易吸收，临床上对高血氨病人采用弱酸性液做结肠透析，禁止用碱性液灌

肠，是为了减少氨的吸收。（3）肾小管上皮细胞分泌的氨，主要来自谷氨酰胺的水解；（4）胺类、嘌呤、嘧啶等含氮物质的分解亦可以产生小部分氨。

2．氨的运输

氨对机体是有毒的。

在血液中主要以无毒的丙氨酸及谷氨酰胺两种形式运输。

肌肉中的氨通过丙氨酸—葡萄糖循环以无毒的丙氨酸形式运输到肝脏；

谷氨酰胺是脑、肌肉等组织向肝脏运输氨的形式。

3．尿素的生成

正常情况下，体内的氨主要在肝脏合成尿素，只有少部分在肾以铵盐形式由尿排出。尿素在肝细胞经鸟氨酸循环合成。使有毒的氨合成无毒的尿素,随尿液排出体外。主要步骤：（1）CO

2

和氨在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）催化下生成氨基甲酰磷酸，反应在线粒体内进行，消耗2分子ATP；（2）氨基甲酰磷酸和鸟氨酸缩合成瓜氨酸，瓜氨酸通过线粒体膜到达胞液；（3）精氨酸的生成，瓜氨酸与天冬氨酸缩合成精氨酸代琥珀酸，后者裂解为精氨酸和延胡索酸；（4）尿素的生成，精氨酸由精氨酸酶催化释放1分子尿素和鸟氨酸，完成鸟氨酸循环。

氨基酸的一般代谢以及尿素生成过程

4.尿素合成的调节

尿素生成受多种因素的调节，以保证及时、充分地解除氨毒。氨基甲酰磷酸的生成是尿素合成的重要步骤，Ｎ－乙酰谷氨酸是CPS-Ⅰ的别构激活剂，它由乙酰辅酶A和谷氨酸通过Ｎ－乙酰谷氨酸合成酶催化而生成，精氨酸是Ｎ－乙酰谷氨酸合成酶的激活剂。2

分子的NH

3和1分子CO

2

通过鸟氨酸循环生成1分子的尿素，其中第二分子的NH

3

以天冬

氨酸的形式参与合成。尿素合成是一个耗能过程，合成1分子尿素消耗4个高能键。

5.高氨血症和氨中毒正常生理情况下，血氨处于较低水平。尿素循环是维持血氨低浓度的关键。当肝功能严重损伤时，尿素循环发生障碍，血氨浓度升高，称为高氨血症。氨中毒机制尚不清楚。一般认为，氨进入脑组织，可与α酮戊二酸结合成谷氨酸，谷氨酸又与氨进一步结合生成谷氨酰胺，从而使α 酮戊二酸和谷氨酸减少，导致三羧酸循环减弱，从而使脑组织中ATP生成减少。谷氨酸本身为神经递质，且是另一种神经递质γ-氨基丁酸(γ-aminobutyrate,GABA)的前体，其减少亦会影响大脑的正常生理功能，严重时可出现昏迷。

个别氨基酸代谢

1．氨基酸的脱羧基作用

体内部分氨基酸可进行脱羧基作用，生成相应的胺类。催化这些反应的是氨基酸脱羧酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。谷氨酸脱羧生成γ－氨基丁酸、组氨酸脱羧生成组胺、色氨酸脱羧生成5-羟色胺，此外还有精胺、精脒等，这些胺类都具有重要的生理功能。,

2．一碳单位的代谢

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,称为一碳单位。

其代谢的辅酶是四氢叶酸。

一碳单位参与嘌呤、胸腺嘧啶的合成，主要的一碳单位有甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基和亚氨甲基。

一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸结合而转运和参加代谢。四氢叶酸由叶酸经二氢叶酸还原酶催化，通过两步还原反应而生成。不同的一碳单位形式可以相互转变，但N5-甲基四氢叶酸的生成基本上是不可逆的。

一碳单位的主要生理功能是作为合成嘌呤和嘧啶核苷酸的原料，一碳单位是联系氨基酸与核酸代谢的枢纽。

3．含硫氨基酸的代谢

含硫氨基酸有甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸。甲硫氨酸循环是甲硫氨酸代谢的主要途径，其中生成的S—腺苷甲硫氨酸（SAM）是体内最主要的甲基供体，体内多种重要生理活性物质的合成需要甲基化，例如：肾上腺素、肌酸、肉碱等。甲基化具有广泛的生理意义。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，S—腺苷甲硫氨酸供给甲基而生成。肝脏是肌酸合成的主要器官。在肌酸激酶（CPK）催化下，肌酸转变成磷酸肌酸，储存能量。半胱氨酸可转变生成牛磺酸，后者是结合胆汁酸的成分。含硫氨基酸分子中的硫-，部分以钠盐形式由尿排出，其余转变成活性硫酸根（PAPS），具在体内可转变成HSO

4

有生理功能。

4．芳香族氨基酸的代谢

芳香族氨基酸包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。苯丙氨酸经苯丙氨酸羟化酶作用生成酪氨酸。苯丙氨酸羟化酶先天性缺乏使苯丙氨酸积累，并转变为苯丙酮酸而引起苯酮酸尿症。酪,

氨酸代谢的主要途径有三：（1）转变成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素。后三者统称为儿茶酚胺，是重要的神经递质；（2）在色素细胞中生成黑色素。酪氨酸酶缺乏黑色素合成障碍引起白化病；（3）酪氨酸进一步分解，参与糖和脂肪代谢。