含氮化合物代谢二氨基酸代谢

关于含氮化合物代谢二氨基酸代谢

氨基酸（aminoacids)是蛋白质(protein)的基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。本章主要讨论氨基酸的分解代谢。第2页,共83页，2024年2月25日，星期天一蛋白质的营养作用NutritionalFunctionofProtein第3页,共83页，2024年2月25日，星期天1）蛋白质营养的重要性是构成组织细胞的重要成分。参与组织细胞的更新和修补。参与物质代谢及生理功能的调控。氧化供能，可占所需能量的18%。其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关。

第4页,共83页，2024年2月25日，星期天2）蛋白质的需要量和营养价值人体每日需要分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，必须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动需要。由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。

氮平衡：第5页,共83页，2024年2月25日，星期天体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogenbalance)。

第6页,共83页，2024年2月25日，星期天

⑴氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。氮平衡的类型：第7页,共83页，2024年2月25日，星期天⑵氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。第8页,共83页，2024年2月25日，星期天⑶氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。第9页,共83页，2024年2月25日，星期天根据计算，正常成人每日最低分解约20g蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，故每日食物蛋白质的最低需要量为30~50g。为了长期保持氮总平衡，正常成人每日蛋白质的生理需要量应为80g。2）生理需要量：第10页,共83页，2024年2月25日，星期天体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为营养必需氨基酸(essentialaminoacid)。体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸(non-essentialaminoacid)。

3）必需氨基酸：第11页,共83页，2024年2月25日，星期天必需氨基酸共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。

由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。

第12页,共83页，2024年2月25日，星期天决定食物蛋白质营养价值高低的因素有：①必需氨基酸的含量；②必需氨基酸的种类；③必需氨基酸的比例（即具有与人体需求相符的氨基酸组成）。4）蛋白质的营养价值及互补作用：第13页,共83页，2024年2月25日，星期天将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补作用。例如，谷类蛋白质含Lys较少、Trp较多，豆类蛋白质含Trp较少而Lys较多，二者混合后食用，即可提高营养价值。第14页,共83页，2024年2月25日，星期天第三节氨基酸的一般代谢3GeneralMetabolismofAminoAcids第15页,共83页，2024年2月25日，星期天2）氨基酸代谢库：食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（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(metabolicpool)。第16页,共83页，2024年2月25日，星期天氨基酸代谢库的来源与去路氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收组织蛋白质分解非必需氨基酸合成合成蛋白质和多肽脱氨基作用脱羧基作用转变为其他含氮物第17页,共83页，2024年2月25日，星期天氨基酸的分解代谢概况特殊分解代谢→特殊侧链的分解代谢一般分解代谢脱羧基作用→

脱氨基作用→

CO2

胺NH3

-酮酸第18页,共83页，2024年2月25日，星期天2氨基酸的脱氨基作用

氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨基，联合脱氨基和非氧化脱氨基。在这三种脱氨基作用中，以联合脱氨基作用最为重要；而非氧化脱氨基作用则主要见于微生物中。第19页,共83页，2024年2月25日，星期天1）转氨基作用：转氨基作用由转氨酶(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。

R’-CH-COOHR”-C-COOHNH2

OR’-C-COOHR”-CH-COOH

ONH2转氨酶第20页,共83页，2024年2月25日，星期天转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与

-酮酸之间普遍进行。除Lys，Pro外，均可参加转氨基作用。

各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。第21页,共83页，2024年2月25日，星期天转氨酶的辅酶及其作用机制分子重排-H2O+H2O-H2O+H2O第22页,共83页，2024年2月25日，星期天⑴丙氨酸氨基转移酶（alaninetransaminase,ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与

-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝中活性较高，在肝的疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。重要的转氨酶丙氨酸+

-酮戊二酸ALT丙酮酸+谷氨酸第23页,共83页，2024年2月25日，星期天⑵天冬氨酸氨基转移酶（aspartatetransaminase,AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与

-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。天冬氨酸+

-酮戊二酸草酰乙酸+谷氨酸AST第24页,共83页，2024年2月25日，星期天2）氧化脱氨基作用：氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。R-CH-COOHNH2

2H

R-C-COOH+NH3

OH2OR-C-COOHNH

酶第25页,共83页，2024年2月25日，星期天催化氧化脱氨基的酶：L-氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。第26页,共83页，2024年2月25日，星期天L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamatedehydrogenase)是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大；该酶属于变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。第27页,共83页，2024年2月25日，星期天3）联合脱氨基作用：

转氨基作用与氧化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肝、肾等大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。

第28页,共83页，2024年2月25日，星期天转氨酶氨基酸

-酮酸L-谷氨酸脱氢酶NH3

+NADH

+H+H2O+NAD+

-酮戊二酸谷氨酸联合脱氨基作用第29页,共83页，2024年2月25日，星期天4）嘌呤核苷酸循环：

嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle,PNC）是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。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(adenylatedeaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。

第30页,共83页，2024年2月25日，星期天腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase)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(PNC)的脱氨基作用。

第31页,共83页，2024年2月25日，星期天IMP腺苷酸代琥珀酸氨基酸

-酮酸NH3H2O

-酮戊二酸谷氨酸天冬氨酸草酰乙酸AMP延胡索酸苹果酸嘌呤核苷酸循环第32页,共83页，2024年2月25日，星期天3.

-酮酸的代谢1）再氨基化为氨基酸。2）转变为糖或脂：生糖氨基酸。生酮氨基酸：Leu，Lys。生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。3）氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。

第33页,共83页，2024年2月25日，星期天第四节氨的代谢4MetabolismofAmmonia第34页,共83页，2024年2月25日，星期天氨具有毒性，血氨过高，可引起脑功能紊乱，与肝性脑病的发病有关。正常人血液中氨的浓度很低，一般不超过0.60

mol/L。体内代谢产氨或经肠道吸收的氨主要在肝合成尿素而解毒。第35页,共83页，2024年2月25日，星期天血氨1血氨的来源与去路肠道吸收氨基酸脱氨酰胺水解其他含氮物分解合成尿素合成氨基酸合成酰胺合成其他含氮物直接排出第36页,共83页，2024年2月25日，星期天2氨在血中的转运

肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环转运至肝再脱氨基，生成的丙酮酸异生为葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉重新分解产生丙酮酸，通过这一循环反应过程即可将肌肉中氨基酸的氨基转移到肝进行处理。这一循环反应过程就称为丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucosecycle)。

1）丙氨酸-葡萄糖循环：第37页,共83页，2024年2月25日，星期天肝liver血液blood骨骼肌muscleGGGpyruvateNH3analine

analine

pyruvateNH3analine丙氨酸-葡萄糖循环第38页,共83页，2024年2月25日，星期天2）谷氨酰胺的运氨作用：肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌，在谷氨酰胺合成酶（glutaminesynthetase)的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环带到肝，再由谷氨酰胺酶将其分解，产生的氨即可用于合成尿素。因此，谷氨酰胺(glutamine)对氨具有运输、贮存和解毒作用。

第39页,共83页，2024年2月25日，星期天ATP+

NH3ADP+PiglutaminesynthetaseglutamicacidglutamineglutaminaseNH3

H2O肝外组织细胞肝细胞血液谷氨酰胺的运氨作用第40页,共83页，2024年2月25日，星期天3.尿素的生成

体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素(urea)。合成尿素的主要器官是肝，但在肾及脑中也可少量合成。尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithinecycle)的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在于胞液和线粒体中。

第41页,共83页，2024年2月25日，星期天⑴氨基甲酰磷酸的合成：此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（carbamoylphosphatesynthetase-Ⅰ,

CPS-Ⅰ）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。尿素生成的鸟氨酸循环：第42页,共83页，2024年2月25日，星期天NH3+CO2

H2O+2ATP2ADP+Pi氨基甲酰磷酸合成酶ⅠAGA，Mg2+NH2O~PO32-CO氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸的合成第43页,共83页，2024年2月25日，星期天⑵瓜氨酸的合成：在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithinecarbamoyltrans-ferase,

OCT）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的

-氨基上，生成瓜氨酸。第44页,共83页，2024年2月25日，星期天NH2O~PO32-CO(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+H3PO4+氨基甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶瓜氨酸的合成第45页,共83页，2024年2月25日，星期天⑶精氨酸代琥珀酸的合成：转运至胞液的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosuccinatesynthetase)催化下，消耗能量合成精氨酸代琥珀酸。精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶。

第46页,共83页，2024年2月25日，星期天CO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPi

+H2OCH2-CHCOOHCOOHH2NCH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+瓜氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸的合成第47页,共83页，2024年2月25日，星期天⑷精氨酸代琥珀酸的裂解：在胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶(arginino-succinatelyase)催化，将精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。

第48页,共83页，2024年2月25日，星期天精氨酸代琥珀酸裂解酶CH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀酸CHCHCOOHCOOH+CNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸的裂解第49页,共83页，2024年2月25日，星期天⑸精氨酸的水解：在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。第50页,共83页，2024年2月25日，星期天(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸-NH2H2N-OC+鸟氨酸尿素精氨酸酶H2O精氨酸的水解第51页,共83页，2024年2月25日，星期天胞液线粒体2ATP+CO2+NH3+H2O氨基甲酰磷酸①2ADP+Pi瓜氨酸精氨酸代琥珀酸③ATP+AspAMP+PPiNH3

草酰乙酸苹果酸鸟氨酸②瓜氨酸Pi延胡索酸精氨酸④尿素鸟氨酸H2O⑤尿素合成的鸟氨酸循环第52页,共83页，2024年2月25日，星期天

a合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行；

b合成一分子尿素需消耗4分子ATP；

c

精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；

d尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。

尿素合成的特点：第53页,共83页，2024年2月25日，星期天异柠檬酸α-酮戊二酸琥珀酰-CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸柠檬酸谷氨酸乙酰乙酰-CoA乙酰-CoAPheLeuLysTrpTyr丙酮酸AlaThrGlySerCysAspAsnPheTyrIleMetValArgHisGlnPhe乙酰-CoA第54页,共83页，2024年2月25日，星期天第五节个别氨基酸的代谢5MetabolismofIndividualAminoAcids第55页,共83页，2024年2月25日，星期天由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。

氨基酸脱羧酶R-CH(NH2)COOHR-CH2NH2+CO2

(磷酸吡哆醛)1氨基酸的脱羧基作用

所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸。酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。第56页,共83页，2024年2月25日，星期天

-氨基丁酸（gamma-aminobutyricacid,GABA）是一种重要的神经递质，由L-谷氨酸脱羧而产生。反应由L-谷氨酸脱羧酶催化，在脑及肾中活性很高。1）

-氨基丁酸的生成：第57页,共83页，2024年2月25日，星期天L-谷氨酸脱羧酶CO2(CH2)2COOH-NH2CH2COOHCOOH-NH2(CH2)2CH

-氨基丁酸的生成第58页,共83页，2024年2月25日，星期天5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）也是一种重要的神经递质，且具有强烈的缩血管作用。5-羟色胺的合成原料是色氨酸(tryptophan)。色氨酸羟化酶色氨酸5-羟色氨酸5-羟色氨酸脱羧酶5-羟色胺CO22）5-羟色胺的生成：第59页,共83页，2024年2月25日，星期天组胺(histamine)由组氨酸脱羧产生，具有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒张血管作用。组胺的释放与过敏反应和应激反应有关。

3）组胺的生成：第60页,共83页，2024年2月25日，星期天精脒（spermidine)和精胺(spermine)均属于多胺(polyamines)，它们与细胞生长繁殖的调节有关。多胺合成的原料为鸟氨酸，关键酶是鸟氨酸脱羧酶(ornithinedecarboxylase)。

4）多胺的生成：第61页,共83页，2024年2月25日，星期天鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸腐胺（丁二胺）CO2丙胺转移酶S-腺苷-3-甲硫丙胺5’-甲硫腺苷精脒丙胺转移酶精胺S-腺苷-3-甲硫丙胺5’-甲硫腺苷多胺的合成过程第62页,共83页，2024年2月25日，星期天2一碳单位的代谢一碳单位(onecarbonunit)是指只含一个碳原子的有机基团，这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。常见的一碳单位有甲基（-CH3）、亚甲基或甲烯基（-CH2-）、次甲基或甲炔基（=CH-）、甲酰基（-CHO）、亚氨甲基（-CH=NH）、羟甲基（-CH2OH）等。

一碳单位的定义和化学结构：第63页,共83页，2024年2月25日，星期天一碳单位（onecarbonunit)通常由其载体携带，常见的载体有四氢叶酸（FH4）和S-腺苷同型半胱氨酸，有时也可为VitB12。第64页,共83页，2024年2月25日，星期天2-氨基-4-羟基-6-甲基-5,6,7,8-四氢蝶呤啶的结构

①

HNNH2N-

⑩N⑤-CH2-NH-R

NOH

H第65页,共83页，2024年2月25日，星期天+S-腺苷同型半胱氨酸CH–NH2S–ARCH2CH2COOHCH3S-腺苷蛋氨酸（SAM）SAM的分子结构第66页,共83页，2024年2月25日，星期天常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物

a.N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHOFH4）。

b.N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NHFH4）。

c.N5,N10-亚甲基四氢叶酸（N5,N10-CH2-FH4）。

d.

N5,N10-次甲基四氢叶酸（N5,N10=CH-FH4）。

e.N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3FH4）。

第67页,共83页，2024年2月25日，星期天3含硫氨基酸的代谢蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如肾上腺素、胆碱、肌酸和核酸等的甲基供体。甲基供体的活性形式为S-腺苷蛋氨酸（S-adenosylmethionine,SAM）。1）S-腺苷蛋氨酸循环：第68页,共83页，2024年2月25日，星期天

SAM也是一种一碳单位衍生物，其载体是S-腺苷同型半胱氨酸，携带的一碳单位是甲基。+CH–NH2S–ARCH2CH2COOHCH3第69页,共83页，2024年2月25日，星期天从蛋氨酸形成的S-腺苷蛋氨酸，在提供甲基以后转变为同型半胱氨酸，然后再反方向重新合成蛋氨酸，这一循环反应过程称为S-腺苷蛋氨酸循环或活性甲基循环。

第70页,共83页，2024年2月25日，星期天S-腺苷蛋氨酸循环的反应过程蛋氨酸SAM蛋氨酰腺苷转移酶ATPPPi+PiFH4N5-CH3FH4蛋氨酸合成酶（VitB12）甲基受体甲基转移酶甲基受体-CH3S-腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸S-腺苷同型半胱氨酸裂解酶H2O腺苷第71页,共83页，2024年2月25日，星期天2）肌酸的合成：肌酸在骨骼肌和大脑细胞中用于合成磷酸肌酸（C~P），后者是能量的贮存形式。合成肌酸的主要器官是肝。肌酸的合成需以甘氨酸、精氨酸为原料，并由SAM提供甲基。第72页,共83页，2024年2月25日，星期天甘氨酸精氨酸鸟氨酸脒基转移酶胍乙酸SAMS-腺苷同型半胱氨酸肌酸甲基转移酶肌酸的合成过程第73页,共83页，2024年2月25日，星期天3）硫酸根的代谢：含硫氨基酸包括半胱氨酸和蛋氨酸，其氧化分解均可产生硫酸根。半胱氨酸是体内硫酸根的主要来源。体内代谢产生的硫酸根一部分以无机硫酸盐的形式随尿液排出体外，另一部分则可被活化形成活性硫酸根——PAPS（3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸）。第74页,