中文名：氨基酸代谢

外文名：amiNOacidmetabolism

分解部位：肝脏

代谢物质：嘌呤、嘧啶、卟啉、某些激素

排出形式：以氨、尿素或尿酸等形式

代谢途径：氧化成CO2和H2O，产生ATP

氨基酸代谢（amino acid metabolism）

氨基酸代谢

①蛋白质的营养作用:蛋白质的生理功能,营养必需氢基酸,蛋白质的营养互补作用。

②氨基酸的一般代谢:氨基酸的脱氨基作用,α-酮酸的代谢,氨的代谢。

③个别氨基酸的代谢:氨基酸的脱羧基作用,一碳单位的概念,苯丙氨酸和酪氨酸代谢 。

氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。

氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，形成的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O，产生ATP ，也可以为糖、脂肪酸的合成提供碳架。

可在体内大多数组织细胞中进行，主要在肝脏中进行

氧化脱氨基

第一步，脱氢，生成亚胺。

第二步，水解。生成的H2O2有毒，在过氧化氢酶催化下，生成H2O+O2↑，解除对细胞的毒害。

1、 催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶）

（1）、L—氨基酸氧化酶

有两类辅酶，E—FMN

E—FAD（人和动物）

对下列a.a不起作用：

Gly、β-羟氨酸（Ser、 Thr）、二羧a.a（ Glu、 Asp）、二氨a.a （Lys、 Arg）

真核生物中，真正起作用的不是L-a.a氧化酶，而是谷氨酸脱氢酶。

（2）、D-氨基酸氧化酶 E-FAD

有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，可催化D-a.a脱氨。

示意图

（4）、D-Asp氧化酶E-FAD

E-FAD 兔肾中有D-Asp氧化酶，D-Asp脱氨，生成草酰乙酸。

（5）、L-Glu脱氢酶 E-NAD+ E-NADP+ P220 反应式：

真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。

此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。

ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。

ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。

因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自a.a氧化）。

非氧化脱氨基作用

（大多数在微生物的中进行）

①还原脱氨基（严格无氧条件下）

②水解脱氨基

③脱水脱氨基

④脱巯基脱氨基

⑤氧化-还原脱氨基

两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。

⑥脱酰胺基作用

谷胺酰胺酶：谷胺酰胺+ H2O →谷氨酸+ NH3

天冬酰胺酶：天冬酰胺 + H2O → 天冬氨酸 + NH3

谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中

转氨基作用

转氨作用是a.a脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基作用。

示意图

转氨基作用：是α-氨基酸和α-酮酸之间氨基转移作用，结果是原来的a.a生成相应的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨基酸。

不同的转氨酶催化不同的转氨反应。

大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）。肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。

动物组织中，Asp转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。

联合脱氨基

单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。

机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。

1、以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用

氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，并释放出氨。以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用

2、通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用

P 225结构式：次黄嘌呤核苷一磷酸（IMP）、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸

P226 图16-4通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用

骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主

生物体内大部分a.a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。

a.a脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。

a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。

但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。

氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。

氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与α-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，产生肝昏迷。

氨的去向：

（1）重新利用 合成a.a、核酸。

（2）贮存 Gln，Asn

高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。

（3）排出体外

排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出。

排尿酸动物：鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。

排尿动物：以尿素形式排出。

氨的转运

（肝外→肝脏）

1、Gln转运 Gln合成酶、Gln酶（在肝中分解Gln）

Gln合成酶，催化Glu与氨结合，生成Gln。

Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。

Gln经血液进入肝中，经Gln酶分解，生成Glu和NH3。

2、丙氨酸转运（Glc-Ala循环）

肌肉可利用Ala将氨运至肝脏，这一过程称Glc-Ala循环。

丙氨酸在PH7时接近中性，不带电荷，经血液运到肝脏

在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成Glc。

肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏，而以Ala的形式运送，一举两得。

氨的排泄

1、直接排氨

排氨动物将氨以Gln形式运至排泄部位，经Gln酶分解，直接释放NH3。游离的NH3借助扩散作用直接排除体外。

2、尿素的生成（尿素循环）

排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环

1932年，Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任一种，都可促使尿素的合成。

尿素循环途径（鸟氨酸循环）：

（1）、氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合酶I）

肝细胞液中的a.a经转氨作用，与α-酮戊二酸生成Glu，Glu进入线粒体基质，经Glu脱氢酶作用脱下氨基，游离的氨（NH4+）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。

氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。

氨甲酰磷酸合酶I：存在于线粒体中，参与尿素的合成。

氨甲酰磷酸合酶II：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。

N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶I、II

（2）、合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）

鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸。

鸟氨酸转氨甲酰酶存在于线粒体中，需要Mg2+作为辅因子。

瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。

（3）、合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合酶)

（4）、精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸（精氨琥珀酸裂解酶）

精氨琥珀酸 →精氨酸+延胡索酸

此时Asp的氨基转移到Arg上。

来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。延胡索酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，

（5）、精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素

尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。

尿素循环总反应：

NH4+ + CO2 + 3ATP + Asp + 2H2O →尿素+ 2ADP + 2Pi + AMP + Ppi + 延胡索酸

形成一分子尿素可清除2分子氨及一分子CO2 ， 消耗4个高能磷酸键。

联合脱-NH2合成尿素是解决-NH2去向的主要途径。

尿素循环与TCA的关系：草酰乙酸、延胡索酸（联系物）。

肝昏迷（血氨升高，使α-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。

生成尿酸

（见核苷酸代谢）

尿酸（包括尿素）也是嘌呤代谢的终产物。

20种aa有三种去路

（1）氨基化还原成氨基酸。

（2）氧化成CO2和水（TCA）。

（3）生糖、生脂。

20种a.a的碳架可转化成7种物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。

它们最后集中为5种物质进入TCA：乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。

氨基酸碳骨架进入TCA的途径

转变1

Ala、Gly、Ser、Thr、Cys形成丙酮酸的途径

（1）、Ala 经与α-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）

（2）、Gly先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。

Gly与Ser的互变是极为灵活的，该反应也是Ser生物合成的重要途径。

Gly的分解代谢不是以形成乙酰CoA为主要途径，Gly的重要作用是一碳单位的提供者。

Gly + FH4 + NAD+ → N5,N10-甲烯基FH4 + CO2 + NH4+ + NADH

（3）、Ser 脱水、脱氢，生成丙酮酸（丝氨酸脱水酶）

（4）、Thr 有3条途径

①转氨，生成β-巯基丙酮酸，再脱巯基，生成丙酮酸。

②氧化成丙酮酸

③加水分解成丙酮酸

转变2

（1）、Phe → Tyr → 乙酰乙酰CoA Phe、Tyr分解为乙酰乙酰CoA和延胡索酸的途径

（2）、Tyr

产物：1个乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA。），1个延胡索酸，1个CO2 ，

（3）、Leu

产物：1个乙酰CoA，1个乙酰乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。

反应中先脱1个CO2 ，后又加1个CO2 ，C原子不变 。

（4）、Lys

产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2 。

在反应途中转氨：a. 氧化脱氨 ， b. 转氨

（5）、Trp P

产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个CO2 ，1个甲酸。

转变3

Arg、His、Gln、Pro、Glu形成α-酮戊二酸的途径

（1）、Arg

产物：1分子Glu，1分子尿素

（2）、His

产物：1分子Glu，1分子NH3 ,1分子甲亚氨基

（3）、Gln 三条途径

①.Gln酶： Gln + H2O → Glu + NH3

②.Glu合成酶： . Gln+α-酮戊二酸 + NADPH → 2Glu + NADP+

③.转酰胺酶：Gln+α-酮戊二酸 → Glu + r-酮谷酰氨酸 → α-酮戊二酸 + NH4+

（4）、Pro

产物：Pro → Glu

Hpro → 丙酮酸 + 丙醛酸

琥珀酰CoA途径

Met、Ile、Val转变成琥珀酰CoA

（1）、Met

给出1个甲基，将-SH转给Ser（生成Cys），产生一个琥珀酰CoA

（2）、Ile

产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA

（3）、Val

草酰乙酸途径

Asp和Asn可转变成草酰乙酸进入TCA，Asn先转变成Asp（Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.

延胡索酸途径

Phe、Tyr可生成延胡索酸

Phe、Tyr、Leu、Lys、Trp。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和β-羟丁酸，因此这5种a.a.称生酮a.a.

凡能生成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的a.a.都称为生糖a.a，它们都能生成Glc。

而Phe、Tyr是生酮兼生糖a.a。

氨基酸与“一碳基团”的代谢

1、一碳基团的载体：四氢叶酸（FH4），S-腺苷蛋氨酸（SAM）

四氢叶酸是一碳基团的主要载体，分子上的N5和N10是结合一碳基团的位置，SAM是体内甲基的重要来源。

2、一碳基团的来源：甘氨酸、组氨酸、丝氨酸、蛋氨酸、色氨酸、半胱氨酸等。