覃秀桃 山西医科大学 基础医学院 生物化学与分子生物学教研室 氨基酸代谢 覃秀桃 山西医科大学 基础医学院 生物化学与分子生物学教研室

氨基酸（amino acids)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。

第一节 蛋白质的营养作用

一、蛋白质营养的重要性 1. 是构成组织细胞的重要成分。 2. 参与组织细胞的更新和修补。 3. 参与物质代谢及生理功能的调控。 4. 氧化供能，可占所需能量的18%。 5. 其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关。

二、蛋白质的需要量和营养价值 （一）氮平衡 人体每日须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，须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。 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。

氮平衡的类型 1．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。

2．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。

3．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。

（二）生理需要量 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。

（三）必需氨基酸 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(essential amino acid)。 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-essential amino acid)。

必需氨基酸（共8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）

第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败

一、蛋白质的消化 （一）胃中的消化 胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。 胃蛋白酶原 胃蛋白酶 + 多肽碎片 胃酸、胃蛋白酶 (pepsinogen) (pepsin)

产生的寡肽再经寡肽酶(oligopeptidase)，如氨基肽酶及二肽酶等的作用，水解为氨基酸。 （二）小肠中的消化 有两种类型的消化酶： ⑴ 肽链外切酶(exopeptidase)：如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等； ⑵ 肽链内切酶(endopeptidase)：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。 产生的寡肽再经寡肽酶(oligopeptidase)，如氨基肽酶及二肽酶等的作用，水解为氨基酸。

二、氨基酸的吸收 （一）氨基酸吸收载体 氨基酸的吸收主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊的氨基酸载体携带。转运氨基酸进入细胞时，同时转运入Na+。 中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸与甘氨酸载体 载 体类型

（二）-谷氨酰基循环 由-谷氨酰基转移酶催化，利用GSH，合成-谷氨酰氨基酸进行转运吸收，消耗的GSH可重新再合成。

-谷氨酰基循环 细胞膜 细胞内 细胞外 γ-谷 5-氧脯 COOH CHNH CH COOH CH C NH CH O R 氨酰 基转 移酶 细胞膜 细胞内 COOH 氨基酸 CHNH -谷氨酰 氨基酸 2 CH 2 -谷氨 酸环化 转移酶 COOH CH 2 C NH CH 氨基酸 O R 半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly) 半胱氨酸 甘氨酸 肽酶 5-氧脯氨酸 谷氨酸 5-氧脯 氨酸酶 ATP ADP+Pi 谷胱甘肽 GSH -谷氨酰半胱氨酸 -谷氨酰 半胱氨酸 合成酶 ADP+Pi ATP 谷胱甘肽 合成酶 ATP ADP+Pi

（三）肽的吸收 利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系进行吸收，也是一种耗能的主动吸收过程。

三、蛋白质的腐败作用 蛋白质的腐败分解作用（putrefaction）主要在大肠中进行，是指细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用。 腐败分解作用包括水解、氧化、还原、脱羧、脱氨、脱巯基等反应。可产生有毒物质，如胺类（腐胺、尸胺、酪胺），酚类，吲哚类，氨及硫化氢等。

第三节 氨基酸的一般代谢

一、体内蛋白质的转换更新 人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。 成人每天约有1%~2%的体内蛋白质被降解。

（一）体内蛋白质的降解 真核细胞中存在两条不同的降解途径： 1. 不依赖ATP的降解途径： 在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。

2. 依赖ATP和泛素的降解途径： 在胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与。 泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。

泛素介导的蛋白质降解过程 ⑴ 蛋白质的泛素化(ubiquitination)： 泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后者活化。

⑵ 蛋白酶体的降解： 泛素化的蛋白质与多种蛋白质构成蛋白酶体(proteasome)，使蛋白质降解。

（二）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(metabolic pool)。

氨基酸代谢库的来源与去路 合成蛋白质和多肽 食物蛋白质消化吸收 脱氨基作用 氨基酸代谢库 组织蛋白质分解 脱羧基作用 非必需氨基酸合成 转变为其他含氮物

二、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。

（一）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。 

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。

⑴ 丙氨酸氨基转移酶（alanine transaminase, ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）： 重要的转氨酶 ⑴ 丙氨酸氨基转移酶（alanine transaminase, ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）： ALT催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。 ALT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。 丙氨酸 + -酮戊二酸 ALT 丙酮酸 + 谷氨酸

⑵ 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase, AST），又称为谷草转氨酶（GOT）： AST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

（二）氧化脱氨基作用 氧化脱氨基包括脱氢和水解两步反应。其中，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。

L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)： 催化氧化脱氨基的酶 L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)： 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。

L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydrogenase)： 是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链经氧化磷酸化产生ATP。 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。

（三）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。

（四）嘌呤核苷酸循环 嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle, 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(adenylate deaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。

腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)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。

三、-酮酸的代谢 （一）再氨基化为氨基酸。 （二）转变为糖或脂： （三）氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。 1. 生糖氨基酸。 2. 生酮氨基酸：Leu，Lys。 3. 生糖兼生酮氨基酸：Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp。 （三）氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解供能。

第四节 氨的代谢

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。

一、血氨的来源与去路 肠道吸收 合成尿素 血氨 氨基酸脱氨 合成氨基酸 酰胺水解 合成酰胺 合成其他含氮物 其他含氮物分解 直接排出

二、氨在血中的转运 （一）丙氨酸-葡萄糖循环 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，这一循环反应过程就称为丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle)。

（二）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（glutamine synthetase)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转运到肝，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。

三、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(ornithine cycle)的反应过程来完成的。

（一）尿素生成的鸟氨酸循环 1．氨基甲酰磷酸的合成： 在线粒体中进行。 由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（carbamoyl phosphate synthetase -Ⅰ , CPS-Ⅰ）催化，需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂。 反应不可逆。

尿素合成的鸟氨酸循环 胞液 线粒体 2ATP+CO2+NH3+H2O 尿素 ① 2ADP+Pi 鸟氨酸 H2O ⑤ 氨基甲酰磷酸 鸟氨酸 精氨酸 ④ 延胡索酸 线粒体 ② 苹果酸 精氨酸代 琥珀酸 Pi 瓜氨酸 瓜氨酸 ③ 草酰乙酸 AMP+PPi ATP+Asp NH3

尿素合成的特点 1．合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行； 2．合成一分子尿素需消耗4分子ATP； 3．精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶； 4．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。

（二）尿素生成的调节 高蛋白膳食 合成↑ 1. 食物蛋白质的影响 低蛋白膳食 合成↓ CPS-Ⅰ的调节： AGA为其变构激活剂。但AGA合成酶可被精氨酸激活。

3. 限速酶的调节：

第五节 个别氨基酸的代谢

一、氨基酸的脱羧基作用 由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。 R-CH(NH2)COOH R-CH2NH2 + CO2 (磷酸吡哆醛) 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。

（一）-氨基丁酸的生成 -氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, 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。

（二）5-羟色胺的生成 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)。

（三）组胺的生成 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血管作用。 组胺的释放与过敏反应和应激反应有关。

（四）多胺的生成 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(ornithine decarboxylase)。

二、一碳单位的代谢 （一）一碳单位的定义和化学结构 一碳单位(one carbon unit)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（one carbon unit)通常由其载体携带参加代谢反应。 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。

常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物 1．N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHO FH4）。 2．N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NH FH4）。 3．N5,N10-亚甲基四氢叶酸 （N5,N10-CH2-FH4）。 4．N5,N10-次甲基四氢叶酸 （N5,N10=CH-FH4）。 5．N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3 FH4）。

三、含硫氨基酸的代谢 （一）S-腺苷蛋氨酸循环 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-adenosyl methionine, SAM）。

S-腺苷蛋氨酸循环的反应过程 ATP PPi + Pi 蛋氨酸 SAM FH4 甲基受体 N5-CH3 FH4 甲基受体-CH3 蛋氨酰腺苷转移酶 蛋氨酸 SAM FH4 甲基受体 蛋氨酸合成酶 （Vit B12） 甲基转移酶 N5-CH3 FH4 甲基受体-CH3 同型半胱氨酸 S-腺苷同型半胱氨酸 S-腺苷同型 半胱氨酸裂解酶 腺苷 H2O

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。

（二）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。

（三）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）。

四、芳香族氨基酸的代谢 芳香族氨基酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸

（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢 NH3 苯丙酮酸 苯丙氨酸 四氢生物蝶呤 + O2 苯丙氨酸羟化酶 二氢生物蝶呤 + H2O NH3 对羟苯丙酮酸 O2 CO2 酪氨酸 尿黑酸 四氢生物蝶呤 + O2 O2 尿黑酸氧化酶 酪氨酸羟化酶 二氢生物蝶呤 + H2O 3,4-二羟苯丙氨酸(多巴) 苹果酰乙酰乙酸

3,4-二羟苯丙氨酸(多巴) 多巴醌 酪氨酸酶 多巴脱羧酶 CO2 吲哚醌 3,4-二羟苯乙胺(多巴胺) -羟化酶 VitC O2 H2O 黑色素 去甲肾上腺素 SAM 转甲基酶 S-腺苷同型半胱氨酸 肾上腺素

（二）色氨酸代谢 5-羟色胺 一碳单位 色氨酸 丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA 维生素 PP

五、支链氨基酸的代谢 支链氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。 三种支链氨基酸分解代谢的基本过程大致相同，包括三个阶段： 经转氨基作用，生成相应的-酮酸； 经氧化脱羧基作用，生成相应的酰基CoA； 经与脂肪酸-氧化相似的过程氧化分解。