1、第 八 章 含氮小分子物质的代谢,Amino Acid Metabolism,氨 基 酸 代 谢,内容提要：,第一节 蛋白质的营养作用（概述）第二节 蛋白质的酶促降解第三节 氨基酸的一般代谢第四节 氨的同化及氨基酸的生物合成,第 一 节蛋白质的营养作用,Nutritional Function of Proteins,1.作为生物催化剂酶2.细胞组织构成结构蛋白如微管蛋白、膜蛋白等3.激素功能胰岛素、促甲肾上腺素等4.运动功能肌动蛋白、纤毛蛋白等5.防御功能抗体、干扰素等6.运输功能血红蛋白结合运输氧7.信息传递膜上受体蛋白、酪氨酸多巴胺（神经递质）8.调节作用转录因子、细胞周期蛋白等9.储存
2、功能种子贮藏蛋白、血浆白蛋白10.糖蛋白肌体保护、载体、信号识别,一、蛋白质的生物学功能,二、蛋白质的需要量,（一）氮平衡（nitrogen balance）,了解从食物中摄入的蛋白质是否满足需要，可根据氮平衡来确定。,（二）蛋白质的最低需要量,为了维持其氮的总平衡，每日必须摄入的蛋白质的量，称为蛋白质的最低需要量。,蛋白质的最低需要量常因畜禽的品种和生理状态等差异而有所不同。,成人每日的蛋白质最低需要量为30-50g。,（三）蛋白质的营养价值,蛋白质的营养价值是指饲料蛋白质被动物机体合成组织蛋白质的利用率。,不同蛋白质的营养价值不同，因为它们所含有的必需氨基酸的种类和数量有所差别。必需氨基酸
3、（essential amino acid）是指动物体内不能合成或合成量不足，不能满足机体生理活动需要，必须由日粮提供的一类氨基酸。非必需氨基酸（nonessential amino acid）是指动物自身能够合成，不需要由日粮提供的氨基酸。,必需氨基酸,人体营养需要，而又不能自身合成的必需氨基酸共8种：Val(缬)、Ile(异亮)、Leu(亮)、Phe(苯丙)、Met(蛋)、Trp(色)、Thr(苏)、Lys(赖)。蛋白质的互补作用合理混合食用营养价值较低的蛋白质，使食物中必需氨基酸可以互相补充，从而提高营养价值。,第 二 节蛋白质的酶促降解,Enzyme Digestion of Prot
4、eins,蛋白质的酶促降解,一、水解蛋白质的酶的种类和专一性,蛋白酶proteinase,氨肽酶aminopeptidase,羧肽酶carboxypeptidase,水解肽链内部肽键，对形成肽键的氨基酸残基有一定专一性,氨肽酶：专一性地从肽链的氨基端水解肽键,羧肽酶：专一性地从肽链的羧基端水解肽键,C-末端,N末端,肽链内切酶广泛地分布于各种生物中,蛋白酶（肽链内切酶）,植物：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶等。动物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等。具有专一性的肽链内切酶，常用于蛋白质一级结构测定,消化道内几种蛋白酶的专一性,二、细胞内蛋白质降解 胞内蛋白质降解的意义 胞内蛋白质降解系
5、统：溶酶系统和泛素系统,蛋白质降解的泛素途径,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛素化蛋白,ATP,26S蛋白酶体,20S蛋白酶体,ATP,19S调节亚基,去折叠,水解,E1：泛素激活酶 E2：泛素载体蛋白 E3：泛素-蛋白质连接酶,ubiquitin,第 三 节氨基酸的一般代谢,General Metabolism of Amino Acid,脱氨基作用-酮酸的代谢 脱羧基作用氨的代谢,氨基酸代谢库,食物蛋白质经消化吸收产生的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解生成的氨基酸以及其它物质经代谢转变而来的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体
6、内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库（metabolic pool）。,氨基酸的来源和去路,一、氨基酸的脱氨基作用,转氨基氧化脱氨基联合脱氨基非氧化脱氨基脱酰胺基作用,在酶的催化下，氨基酸脱去氨基的作用称为脱氨基作用（deamination），包括：,1.转氨基作用（transamination）,在转氨酶(transaminase)的作用下，某一种氨基酸的-氨基转移到另一种-酮酸的-碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成-酮酸。,要点：反应可逆。体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作
7、用。,转氨基作用机制,体内重要的转氨酶,丙氨酸氨基转移酶/谷丙转氨酶（alanine amino-transferase,ALT或glutamic pyruvic transaminase,GPT），催化丙氨酸（Ala）、-酮戊二酸与丙酮酸、谷氨酸（Glu）之间的可逆转化。,正常情况下，谷丙转氨酶（GPT）在血清中的活性很低，肝中活性最高。当肝组织受损时，大量的GPT逸入血液，造成血清中GPT活性升高。如急性肝炎时，血清中的GPT活性明显上升。,天冬氨酸氨基转移酶/谷草转氨酶（aspartate amino-transferase,AST或glutamic oxalo-acetic trans
8、aminase,GOT），催化天冬氨酸（Asp）、-酮戊二酸与草酰乙酸、谷氨酸（Glu）之间的转化。,正常情况下，谷草转氨酶（GOT）在血清中的活性很低，心肌中活性最高。当心肌组织受损时，大量的GOT逸入血液，造成血清中GOT活性升高。如心肌梗塞时，血清中的GOT活性明显上升。,正常人各组织GOT及GPT活性(单位/克湿组织),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预防的指标之一。,2.L-谷氨酸氧化脱氨基作用,要点：,反应可逆。L-谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，辅酶为NAD+或NADP+。此酶分布广泛，但以肝、肾、脑中活性较强。此酶为别构酶。此反应与能量代谢密切相关。,3.联合脱氨基作用,在转
9、氨基作用和氧化脱氨基作用的联合作用下，使各种氨基酸脱下氨基的过程。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。,部位：在肝脏、肾脏中,（1）转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶联合脱氨基,由于肌肉、心脏中的L-谷氨酸脱氢酶活性较弱，发生在肌肉、心脏、大脑中的脱氨基反应是另外一种特殊的联合脱氨基作用，叫做嘌呤核苷酸循环(purine nucleotide cycle)。,（2）转氨酶与嘌呤核苷酸循环联合脱氨基,部位：在骨骼肌、心肌、大脑中,通过转氨基作用生成谷氨酸,谷氨酸与草酰乙酸在谷草转氨酶作用下生成天冬氨酸,天冬氨酸与IMP在GTP和腺苷酸代琥珀酸合成酶作用下生成腺苷酸代琥珀酸,腺苷酸代琥珀酸裂解生成AMP和延
10、胡索酸,AMP经腺苷酸脱氨酶催化，并水解重新生成IMP,延胡索酸经TCA循环重新生成草酰乙酸,4.非氧化脱氨基作用,主要在微生物中进行。,（1）还原脱氨基作用,（2）脱水脱氨基作用,（3）裂解脱氨基作用,5.脱酰胺基作用,1、概念,3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）,二、氨基酸的脱羧基作用,氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。,直接脱羧基作用,羟化脱羧基作用,动物机体中一些胺类的来源及功能,三、-酮酸的代谢,脱掉氨基后的-酮酸可转变成：,生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸。有Leu（亮）和Lys
11、（赖）。生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。有Ile（异亮）、Phe（苯丙）、Tyr（酪）、Trp（色）、Thr（苏）。,氨基酸碳链骨架的代谢走向,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,TCA,四、氨 的 代 谢,Metabolism of Ammonia,（一）氨的去路,1.重新合成氨基酸2.合成谷氨酰胺（体内运输氨和储存氨的方式）3.形成NH4+（以胺盐形式排出体外）4.合成其他含氮物质5.合成无毒的
12、尿素（哺乳动物氨的主要去路）,（二）尿素的生成,是体内解除氨毒的主要方式。肝脏合成的尿素进入血液，再由血液运输到肾脏，从尿中排出，是哺乳动物体内氨的主要去路。鸟氨酸循环又叫尿素循环。1.尿素的生成部位：肝细胞的线粒体和胞液,2.实验根据如下：,大鼠肝切片与NH4+保温数小时，NH4+，尿素；向肝脏切片的缓冲液中加入鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸后，尿素；上述三种氨基酸结构上彼此相关；早已证实肝中有精氨酸酶。,3.鸟氨酸循环的详细步骤,（1）线粒体内的反应步骤,第一步反应消耗2分子ATP，生成的氨甲酰磷酸是一种高能磷酸化合物，反应不可逆。,在氨甲酰基转移酶作用下，氨甲酰磷酸将其氨甲酰基转移给鸟氨酸生成瓜
13、氨酸，释放磷酸。,反应中的鸟氨酸来自于胞液，通过线粒体膜上的转运系统转移至线粒体内。,瓜氨酸在线粒体内形成后转移至胞液中参与后面反应。,氨甲酰磷酸合成酶为变构酶，N-乙酰谷氨酸为此酶的变构激活剂。,（2）胞液内反应步骤,第一步反应由精氨酸代琥珀酸合成酶催化，需要ATP提供能量（消耗2个高能磷酸键），该酶是鸟氨酸循环的限速酶。,催化精氨酸水解的精氨酸酶存在于哺乳动物体内，尤其是肝脏内有很高的活性。,鸟氨酸通过线粒体内膜上的载体转运系统进入线粒体，再次参与循环；生成的尿素则排出体外。,总反应式：,NH3+CO2+3ATP+Asp+2H2O尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸,天冬氨酸的
14、再生,鸟氨酸循环要点,尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离的NH3），另一个来自Asp；生成1分子尿素可以清除2分子氨基氮及1分子CO2。每合成1分子尿素需消耗4个P（2分子ATP生成ADP；1分子ATP生成AMP）；循环中消耗的Asp可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他-氨基酸获得氨基而再生；精氨酸代琥珀酸合成酶为尿素合成的限速酶。,氨中毒和高血氨症,正常情况下，血氨的来源与去路保持动态平衡，氨在肝脏中合成尿素是维持这个平衡的关键。肝脏受损时，尿素的合成发生障碍，血中的尿素减少，血氨浓度升高，进入脑组织的氨会增加，引起脑功能紊乱，严重的会引起中毒。脑组织中的氨与-酮戊二酸形成谷氨酸，并进一步生成谷氨酰胺而解毒，从而消耗了大量的-酮戊二酸。-酮戊二酸是三羧酸循环的中间产物，它的减少会使TCA循环不能正常进行，ATP生成减少，能量供应不足，使脑高度损伤。,肝脏中尿素的合成是去除氨的主要途径，尿素循环的任意步骤出问题，都可能产生疾病。高血氨症就是病人血液中的氨水平明显增高，如果完全缺少尿素循环中某一个酶，在出生不久就会昏迷和死亡；如果是部分缺乏，则引起智力发育迟缓、嗜睡和经常呕吐。,
