第七章氨基酸代谢.doc

第七章氨基酸代谢一.蛋白质的营养作用（熟悉）（1） 蛋白质的生物学重要性a 细胞的结构成分；b 参与重要的生理功能；c 转变为其他的含氮物质;d 氧化供能(次要功能)。（2） 蛋白质的需要量v 1.氮平衡(Nirogen balance)：每日蛋白质摄入量与排出量的对比关系.（蛋白质含量= 6.25×氮量） 氮总平衡：摄入氮= 排出氮(正常成年人) 氮正平衡：摄入氮> 排出氮(儿童、孕妇、恢复期病人等） 氮负平衡：摄入氮< 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）2.氮平衡意义:可以反映体内蛋白质代谢的情况。2 生理需要量：80g/日（成人） （3） 蛋白质的营养价值v 营养必需氨基酸(essential amino acid)：指人体需要，但自己不能合成，或者合成的速度不能满足肌体需要，必须有食物蛋白质供给的氨基酸。缬、异亮、亮、苯丙、甲硫、色、苏、赖、(组、精)非必需氨基酸( non- essential amino acid)：体需要，但能够在体内合成，不一定通过食物供给。条件必需氨基酸(conditionally essential amino acid)：半胱氨酸（消耗蛋氨酸）酪氨酸（消耗苯丙氨酸）间接依赖食物供给的非必需氨基酸。 （四）人体对必需氨基酸的需要1 需要量： 不同的年龄发育阶段，其必需氨基酸的需要量不同。2 氨基酸模式：蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例。计算方法:将该种蛋白质中的色氨酸含量定为l，分别计算出其它必需氨基酸的相应比值，这一系列的比值就是该种蛋白质氨基酸模式。3 人体氨基酸模式a 反映不同年龄阶段人体的蛋白质组成特点；b 表明了各个年龄阶段人群对食物蛋白质的必需氨基酸的种类、数量及其构成比，亦对食物蛋白的氨基酸模式的要求。4 限制性氨基酸：食物蛋白质中一种或几种必需氨基酸相对含量较低，导致其它的必需氨基酸在体内不能被充分利用而浪费，造成其蛋白质营养价值降低.（五）食物蛋白质的营养价值1 决定蛋白质营养价值高低的因素必须氨基酸是影响和评价食物蛋白质营养价值的决定因素（必需氨基酸的含量、种类、比例）2 提高食物蛋白质营养价值的方法a 蛋白质的互补作用营养价值低的蛋白质混合食用，则必需氨基酸互相补充，从而提高营养价值。b 提高蛋白质的消化率和利用率2. 蛋白质的消化、吸收与腐败外源蛋白质-水解（胞外酶）氨基酸-吸收特点： 1 食物蛋白的消化吸收是体内氨基酸的主要来源； 2 消化过程可消除食物蛋白的抗原性， 避免引起过敏、毒性反应。消化（一）胃（蛋白质在胃中不完全消化） 酶：胃蛋白酶产物：多肽、寡肽及少量氨基酸。胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸凝乳作用（2） 小肠（蛋白质消化的主要部位）1.胰液蛋白酶消化蛋白质产生少量氨基酸（1/3）和寡肽（2/3）内肽酶(endopeptidase)水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。外肽酶(exopeptidase)自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。 最适pH7.0左右l 酶原：没有活性的酶的前体；酶原激活的本质：酶活性中心形成或暴露的过程；酶原激活的意义：可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。保证酶在其特定的部位和环境发挥催化作用。酶原还可视为酶的贮存形式。2. 小肠粘膜细胞的消化酶水解寡肽为氨基酸在小肠粘膜细胞中进行酶：氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase) 终产物：氨基酸。氨基酸和低分子肽的吸收u 部位：主要在小肠粘膜细胞； 肽的吸收作用在小肠近端较强; u 形式：氨基酸和二肽。u 吸收机制：目前尚未阐述清楚，一般认为它主要是一个耗能的主动吸收过程。氨基酸进入组织细胞的需钠主动转运机制u 谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用ü 除了上述氨基酸的吸收机制外，Meister提出氨基酸吸收及向细胞内的转运过程是通过谷胱甘肽起作用的，称为-谷氨酰基循环（-glutamylcycle），又称为Meister循环。ü 通过谷胱甘肽合成分解生成-谷氨酰基,实现对氨基酸的转运耗能循环. 谷胱甘肽: 由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成的三肽。 合成过程：-谷氨酰循环-glutamylcycle 活性基团： - SH（巯基） 生理功能：保护蛋白质、酶、亚铁离子等处于还原状态，维持其生物活性。腐败u 肠道的腐败作用（putrefaction）肠道细菌分解小部分不被消化或不被吸收的蛋白质。u 场所：主要在大肠中进行。u 产物：胺、酚、吲哚类及氨等有害物质（多数）肝脏解毒。维生素、脂肪酸等有益物质(少数)。（一）胺类的生成组氨酸组胺赖氨酸尸胺色氨酸色胺酪氨酸酪胺 （2） 氨的生成降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。肠道中的氨主要有两个来源：（3） 其它有害物质的生成：酪氨酸苯酚半胱氨酸硫化氢色氨酸吲哚u 腐败产物的影响正常情况下：大部分随粪便排出，小部分被吸收肝脏解毒不会发生中毒现象。在便秘或肠梗阻时：上述有害物质不易排出，对人体有一定的毒害。3. 氨基酸的一般代谢（一）氨基酸代谢的概况成人：每天约有1%-2%蛋白质被降解，主要是肌肉蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%-80%被重新利用合成新的蛋白质1.组织蛋白质的降解：人体内蛋白质处于降解和合成的动态平衡降解：蛋白酶类和肽酶类（1）真核细胞降解的两途径ü 不依赖ATP的溶酶体途径场所：溶酶体（酸性环境），方式：不依赖ATP，特点：降解细胞外来源的蛋白质、膜蛋白质和长寿命的细胞内蛋白质。ü 依赖ATP和泛素的非溶酶体途径依赖: ATP和泛素泛素：广泛存在；76AA多肽泛素化：蛋白质与泛素结合/ATP+酶；蛋白质泛素化是降解的标志。降解异常蛋白质、癌基因产物和短寿命蛋白质，在不含溶酶体的红细胞尤为重要。l 泛素介导的蛋白质降解过程：泛素激活酶(ubiquitin-activating enzyme, E1)泛素结合酶(ubiquitin-conjugating enzyme, E2)泛素连接酶(ubiquitin ligase E3） 泛素-蛋白酶体降解途径（The ubiquitin-proteasome proteolytic pathway）清除过时的不再利用的以及错误折叠或受损的蛋白质泛素-蛋白酶体系统组分异常或功能紊乱是AD的重要致病因素2. 氨基酸代谢库(metabolic pool) 食物蛋白质经消化后吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与组织蛋白降解产生的氨基酸及体内合成的氨基酸（内源性氨基酸）等混合在一起，分布于体内各处参与代谢。（2） 氨基酸的一般分解代谢v 氨基酸的脱氨基作用：u 氨基酸分解代谢最主要的反应。u 体内大多数组织中均可进行u 脱氨基方式Ø 转氨基说明： 在转氨酶的催化下，可逆的把 氨基酸的氨基转移给 酮酸，生成相应的酮酸和另外一种氨基酸。 由转氨酶催化，普遍存在于动、植物及微生物细胞中，酶活性强，专一性高；其中以多种氨基酸与酮戊二酸之间的转氨基体系最重要； u 转氨反应可逆； u 大部分aa有转氨基作用(Lys, Thr, Pro等除外) u 辅酶：磷酸吡哆醛，作用是传递氨基； u ALT和AST是与临床联系非常紧密的两种转氨酶 转氨基作用的生理意义: 多数氨基酸脱氨基(不产生游离的氨) 合成非必需氨基酸联系糖脂代谢Ø 氧化脱氨基2种1. -谷氨酸氧化脱氨（高效）2. L-氨基酸氧化脱氨 Ø 联合脱氨基2种 转氨基+ 脱氨基体内主要的脱氨方式1. 转氨基 L-谷氨酸氧化脱氨肝、肾2.转氨基 嘌呤核苷酸循环脱氨肌肉4. -酮酸和氨的代谢（1） -酮酸的代谢1. 转变为糖或脂：a生糖氨基酸/丙酮酸、TCA中间代谢物/13种b生酮氨基酸/乙酰CoA：Leu，Lys；c生糖兼生酮氨基酸（五种）：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。2再氨基化为非必需氨基酸。3氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。氨基酸、糖及脂肪代谢的联系生糖和生酮氨基酸种类生糖氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、精氨酸、脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、缬氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺生糖兼生酮氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸、异亮氨酸生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸（2） 氨的代谢1.血氨的来源与去路：氨是有毒物质；正常人血氨60umol/L，正常状况下血氨来源和去路保持动态平衡；血氨 可引起脑功能紊乱。A.来源： a.氨基酸脱氨及胺的分解产氨；b.肠道吸收的氨：肠道细菌的腐败作用产氨；肠道细菌尿素水解酶水解肠道尿素产氨；c.肾小管上皮细胞的泌氨；B.去路： a.在肝中合成尿素；b.与谷氨酸合成谷氨酰胺（谷氨酰胺合成酶）；c.通过-酮酸再氨基化合成非必需氨基酸;d.合成其它含氮化合物；e由肾小管分泌氨和原尿中H+结合，以铵盐形式排出。2. 氨的转运:体内各组织产生的氨主要以无毒的形式运输，以尽量减少其毒性。氨在血液中主要以丙氨酸和谷氨酰胺两种形式运输。(1) 丙氨酸-葡萄糖循环运氨(alanine-glucose cycle)ü 细胞定位：肌肉肝脏ü 氨转运形式：肌肉中的氨以无毒的丙氨酸的形式运输到肝脏，肝为肌肉提供葡萄糖。(2) 谷氨酰胺的运氨作用ü 细胞定位：脑、肌肉肝、肾（谷氨酰胺合成酶）（谷氨酰胺酶）ü 氨转运形式：谷氨酰胺临床应用：治疗氨中毒正常细胞:天冬氨酸+谷氨酰胺天冬酰胺蛋白质合成白血病细胞:依靠血液从其他器官运输天冬酰胺蛋白质合成治疗白血病：3. 尿素的生物合成氨主要代谢去路(尿素无毒，由肾排泄)ü 合成部位:肝脏(主要);肾及脑(次要)(胞液和线粒体)ü 原料：2 NH3 + CO2 ，耗ATP ü 动物实验：犬切除肝脏，输入氨基酸后，血氨 ；犬保留肝脏、切除肾脏，输入氨基酸后，血中 尿素；犬肝脏、肾脏同时切除，输入氨基酸后，血中 尿素含量较低，血氨；结论：肝脏是合成尿素的主要（通过对鸟氨酸、瓜氨酸及精氨酸结构关系的分析，提出了尿素合成的鸟氨酸循环）v 生成：v 鸟氨酸循环详图：v 鸟氨酸循环的特点：ü 高血氨症与氨中毒：高血氨症：当肝功能严重损伤时，尿素合成障碍，血氨浓度升高是最常见的高血氨的原因。由于任何原因引起的血氨升高均可称为高血氨症，继之发生氨中毒。肝昏迷氨中毒学说：这种由于肝脏疾病引起的昏迷称肝昏迷。这是肝昏迷的氨中毒学说的基础。ü 尿素合成的调节1 食物蛋白质含量：高蛋白膳食,合成快。2 CPS-：AGA是变构激活剂，其由乙酰辅酶A和谷氨酸在AGA合成酶催化下生成，精氨酸是AGA合成酶的激活剂，所以精氨酸浓度高，尿素合成加快。3 尿素合成酶系：精氨酸代琥珀酸合成酶活性最低，是限速酶。4 谷氨酸促进尿素的合五.个别氨基酸代谢（一）氨基酸的脱羧基作用Decarboxylation of amino acidü 氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化； ü 辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。ü 胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，后者可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。1 - 氨基丁酸的生成- 抑制性神经递质- 氨基丁酸（GABA）是一种重要的神经递质，由L-谷氨酸脱羧而产生。酶: L -谷氨酸脱羧酶(脑及肾中活性很高）2 牛磺酸- 胆汁酸的组成成分半胱氨酸代谢转变产物； 部位： 肝，脑酶： 磺酸丙氨酸脱羧酶功能：结合胆汁酸的组成3 组胺部位：肥大细胞、肺、肝、肾、肌肉、胃粘膜酶： 组氨酸脱羧酶功能：舒血管，增加毛细血管的通透性，与过敏反应有关， 促进胃液分泌代谢：二胺氧化酶氧化，甲基化，乙酰4 5-羟色胺部位：脑、肾、肝等各组织酶： 色氨酸羟化酶、5-羟色氨酸脱羧酶功能：脑中：抑制性神经递质外周组织：收缩血管代谢：单胺氧化酶5 多胺(分子中含有2个以上氨基的胺类物质) 多胺合成的原料为鸟氨酸； 多胺（腐胺、精脒和精胺）； 关键酶:鸟氨酸脱羧酶； 部位： 肝、生长旺盛的组织（如肿瘤） 功能:调节细胞生长（二）一碳单位（OCU）代谢1 一碳单位的定义和化学结构： 一碳单位：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。种类： 2 一碳单位与四氢叶酸一碳单位是一个化学基团,不能单独存在； FH4 是一碳单位的载体（OCU代谢的辅酶）； FH4上的N5、N10是一碳单位结合的位置。孕早期，叶酸缺乏会导致胎儿脑部和脊髓缺陷3 一碳单位的产生与互变² OCU主要是由甘氨酸、丝氨酸、组氨酸、色氨酸代谢而生成；² N5甲基四氢叶酸不能转变成其它形式的一碳单位，但它可将甲基转给同型半胱氨酸生成蛋氨酸。² 活性蛋氨酸是体内最重要的甲基供体，因此可将N5甲基四氢叶酸看着是体内甲基的间接来源。4 一碳单位的功能合成嘌呤及嘧啶的原料,在核酸生物合成中占重要地位;一碳单位将氨基酸与核酸代谢密切联系起来;SAM提供甲基可参与体内多种物质合成。例如肾上腺素、胆碱、胆酸（三）含硫氨基酸代谢体内含硫氨基酸包括三种：甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸；这三种氨基酸的代谢是相互联系：1 蛋氨酸代谢（1）蛋氨酸与转甲基作用ü 甲基化作用是体内具有广泛生理意义的重要的代谢反应。蛋氨酸（含有硫甲基） 体内合成许多重要化合物ü 蛋氨酸活化形式：S-腺苷蛋氨酸（SAM）。ü SAM是体内最重要的甲基直接供及体。ü 甲硫氨酸转变成活性甲硫氨酸SAM的甲基是高度活化的，称为活性甲基，将SAM称为活性蛋氨酸。SAM的性质活泼，在甲基转移酶的作用下，将甲基转移至另一个化合物上使其甲基化。ü 重要的转甲基作用的受体及产物（2） 蛋氨酸循环甲硫氨酸循环(再生)的意义：A.使进入代谢盲端的甲基四氢叶酸得以释出甲基重新变成游离的四氢叶酸，继续运输一碳单位;(四氢叶酸再生)B.反复利用甲硫氨酸，减少甲硫氨酸的净消耗(甲硫氨酸再生)。（3） 半胱氨酸和胱氨酸代谢² 半胱氨酸与胱氨酸存在于许多蛋白质中。两个半胱氨酸残基间所形成的二硫键，在维持蛋白质构象中起着重要作用（胰岛素）；² 半胱氨酸上巯基是体内许多重要酶或蛋白质的活性基团。如琥珀酸脱氢酶、乳酸脱氢酶等，故这些酶亦称巯基酶。（4） 硫酸根的代谢含硫氨基酸（半胱氨酸）硫酸根PAPS（3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸）ü PAPS的化学性质活泼，可以和某些物质形成硫酸酯；ü PAPS参与硫酸化氨基糖的合成。（5） 肌酸代谢ü 肌酸( creatine) 与磷酸肌酸（ creatinephosphate）是有关能量利用与储存的重要物质。ü 肌酸是以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，S -腺苷甲硫氨酸提供甲基合成的。ü 肝脏是合成肌酸的重要器官。ü 肌酸脱水、磷酸肌酸脱磷酸后生成肌酸酐，肌酸酐随尿排出，排出量较恒定。（6） 谷胱甘肽谷胱甘肽（GSH ）：是包含谷酰基（谷氨酸的残基）、半胱氨酰基（半胱氨酸的残基）和甘氨酰基（甘氨酸残基）的三肽链，它在氧化状态时为双硫基谷胱甘肽，在两个肽链谷胱甘肽的半胱氨酸残基上形成一个双硫键。而还原态的谷胱甘肽可保持蛋白质分子中的半胱氨酸残基处于还原状态。 谷胱甘肽: 由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成的三肽。 合成过程：-谷氨酰循环-glutamyl cycle 活性基团： - SH（巯基） 谷胱甘肽的两种形式：生理功能：保护蛋白质、酶、亚铁离子等处于还原状态，维持其生物活性。(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。苯丙氨酸和色氨酸是必需氨基酸，必须由食物供给。1.色氨酸代谢营养必需氨基酸，在体内或食物蛋白质中含量最少的一种。分解代谢两条途径；1、5-羟色胺途径2、 犬尿氨酸途径（主要）2. 支链氨基酸的分解代谢² 支链氨基酸（BCAA)包括亮氨酸（酮）、异亮氨酸（兼）和缬氨酸（糖）。三者均为必需氨基酸。² 分解代谢主要在肌肉组织中进行。² 三种支链氨基酸分解代谢过程均较复杂：第一阶段，三种氨基酸前三步反应性质相同，产物类似，均为CoA的衍生物，可称为共同反应阶段；第二阶段则反应各异。