第七节氨基酸代谢

第七节氨基酸代谢
一、蛋白质的生理功能及营养作用
(―)氨基酸和蛋白质的生理功能
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，氨基酸的重要生理作用是合成蛋白质，也是核酸、尼克 酰胺、儿茶酸胺类激素、甲状腺素及一些神经递质的重要原料。多余的氨基酸在体内也可以转 变成糖类或脂肪，或作为能源物质氧化分解释放能量。蛋白质是生命的物质基础，维持细胞、 组织的生长、更新、修补;参与体内多种重要的生理活动，如催化物质反应、代谢调节、运输物 质、机体免疫、肌肉收缩和血液凝固等;作为能源物质氧化供能。
(二） 营养必需氨基酸的概念和种类
人体不能合成、必须由食物供应的氨基酸，称为营养必需氨基酸。包括赖氨酸、色氨酸、缬 氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸和苯丙氨酸。
(三） 氣平衡
机体内蛋白质代谢的概况可根据氮平衡实验来确定。蛋白质的含氮量平均为16%。食 物中的含氮物质绝大部分是蛋白质，非蛋白质的含氮物质含量很少。因此测定食物的含氮量 可估算其所含蛋白质的量。蛋白质在体内分解代谢所产生的含氮物质主要由尿、粪排出。测 定尿与粪中的含氮量（排出氮）及摄人食物的含氮量（摄人氮）可以反映人体蛋白质的代谢 概况。
1•氮的总平衡摄人氮=排出氮，反映正常成人的蛋白质代谢情况。

2. 氮的正平衡摄人氮>排出氮，部分摄人的氮用于合成体内蛋白质。儿童、孕妇及恢 复期病人属于此种情况。
3. 氮的负平衡摄人氮<排出氮，见于蛋白供给量不足，例如饥饿或消耗性疾病患者。

根据氮平衡实验计算，在不进食蛋白质时，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，不可能全部被利用，故成人每日最低需要30〜50g蛋白质。我 国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。
含有必需氨基酸种类多和数量足的蛋白质，营养价值高，反之营养价值低。由于动物性蛋 白质所含必需氨基酸的种类和比例与人体需要相近，故营养价值高。营养价值较低的蛋白质 混合食用，若必需氨基酸可以互相补充从而提高营养价值,称为食物蛋白质的互补作用。例 如，谷类蛋白质含赖氨酸较少而含色氨酸较多，豆类蛋白质含赖氨酸较多而含色氨酸较少，两 者混合食用即可提高营养价值。
二、蛋白质在肠道的消化、吸收及腐败作用
(一）蛋白酶在消化中的作用
蛋白质在胃中的消化主要由胃蛋白酶催化，胃主细胞分泌的胃蛋白酶原是人胃液中仅有 的蛋白质水解酶的酶原。在正常胃液中(pH 1〜1. 5),胃蛋白酶原经H+激活，生成胃蛋白酶。

胃蛋白酶亦可催化这种转变，称为自身激活作用。
肖1 位。小肠液中的蛋白水解酶有:肠激酶、氨基肽酶及二肽酶。胰液中有关蛋白质消化的酶是: 胰蛋白酶原、糜蛋白酶原、弹性蛋白酶原、羧基肽酶原A及B。消化液中蛋白酶类都以酶原形 式存在，以免自身组织被破坏。酶原分泌到肠腔后即转变为有活性的蛋白酶。
(二） 氨基酸的吸收
消化产物氨基酸及一些小肽可以直接被吸收，或通过耗能靠钠的主动运转而吸收。
(三） 蛋白质的腐败作用
未被吸收的氨基酸及未被消化的蛋白质，在大肠下部受大肠杆菌的作用。这种作用称为 蛋白质的腐败作用。腐败作用的产物中有些是有一定的营养意义的。一般认为人类维生素K 的供应，主要得自大肠杆菌。其他大多数腐败作用产物，对人类是有害的。这些有害的产物主 要有胺类、酚类、吲哚及硫化氢等。
三、氨基酸的一般代谢
(一） 转氨基作用
转氨酶亦称氨基移换酶，广泛分布于几乎所有的组织中，其中以肝及心肌含量最丰富。转 氨酶催化的反应可逆，不仅可促进氨基酸的脱氨基作用，亦可自酮酸合成相应的氨基酸。 这是机体合成非必需氨基酸的重要途径。最重要的转氨酶是谷丙转氨酶(GPT)又称丙氨酸 转氨酶(ALT)，以及谷草转氨酶(GOT)又称天冬氨酸转氨酶(AST)。肝中ALT活性最高， AST在心肌和肝中活性都很高。转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺（含有维生素 B₆)，起着传递氨基的作用。
(二） 脱氨基作用
转氨基作用是在转氨酶的催化下，可逆的把氨基酸（氨基供应者）的氨基转移给酮酸 (氨基受体)。反应的结果是氨基酸脱去其氨基，转变成相应的cr酮酸，而作为受体的cr酮酸 则因接受氨基而转变成另一种氨基酸。由于反应的实质是氨基的转移，所以反应命名为转氨 基作用。
哺乳类动物的大多数组织如肝、肾和脑等广泛存在着L-谷氨酸脱氢酶，催化L-谷氨酸氧 化脱氨生成cr酮戊二酸，辅酶是NAD+或NADP+。它所催化的反应是可逆的，因生成的氨在 体内迅速被处理，所以反应趋向于脱氨基作用。
转氨酶催化的转氨基作用，只是把氨基酸分子中的氨基转移给or酮戊二酸(或丙酮酸及 草酰乙酸)。这并没有达到脱氨基的目的。若是转氨酶和谷氨酸脱氢酶协同作用，即转氨基作 用和谷氨酸的氧化脱氨基作用偶联进行，就达到把氨基酸转变成氮及相应的cr酮酸的目的。 这种氨基酸的转氨基作用和谷氨酸的氧化脱氨基作用偶联进行的方式称为联合脱氨基作用， 联合脱氨基是体内主要脱氨基方式。
上述联合脱氨基作用主要在肝、肾等组织中进行。骨酪肌和心肌中L-谷氨酸脱氢酶的活 性很弱，难于进行以上方式的联合脱氨基过程。肌肉中存在着另一种氨基酸脱氨基反应，即通 过嘌呤核苷酸循环脱去氨基。在此过程中，氨基酸首先通过连续的转氨基作用将氨基转移给 草酰乙酸，生成天冬氨酸；天冬氨酸与次黄嘌呤核苷酸(IMP)反应生成腺苷酸代琥珀酸，后者 经过裂解，释放出延胡索酸并生成腺嘌呤核苷酸(AMP)。AMP在腺苷酸脱氨酶(此酶在肌肉 组织中活性较强)催化下脱去氨基，最终完成了氨基酸的脱氨基作用。

(三）ot-酮酸的代谢
 以通过三羧酸循环彻底氧化。根据氨基酸转变的情况不同，可将氨基酸分为三大类，即生糖氨 基酸(甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、 谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸)、生酮氨基酸(亮氨酸、赖氨酸)及生酮兼生糖氨基酸 (异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸）。
四、氨的代谢
(―)体内氨的来源
体内氨来源有外源性的及体内代谢产生的两种。外源性氨是自消化道吸收入体内的，是 体内氨的一重要来源。肠道产氨较多，每日约4g。肠内腐败作用增强时，氨的产生量较多。 氨基酸在大肠中腐败产物之一是氨。此外自体液渗入肠道的尿素，全部经大肠杆菌作用生成 氨。大肠中生成的氨都吸收入体内,其量约相当于成人每天合成尿素的1/3〜1/4左右。NH₃ 比NH₄⁺易于穿过细胞膜而被吸收。在碱性环境中，NH₄+偏向于转变成NH₃。因此肠道pH 偏碱时，氨的吸收加强。临床上对高血氨患者采用弱酸性透析液做结肠透析，而禁止用碱性肥 皂水灌肠，以减少对氨的吸收。
氨基酸的主要分解代谢方式是脱去氨基生成氨，这是体内代谢作用产生氨的主要途径。 一些氨基酸的酰胺基(天门冬酰胺及谷氨酰胺)经水解，亦可产生氨。如肾小管上皮细胞分泌 的氨主要来自谷氨酰胺。谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的催化下水解成谷氨酰胺和NH₃，这部分氨 分泌到肾小管腔中主要与尿中的H+结合成NH₄+，以铵盐的形式由尿排出体外，这对调节机 体的酸碱平衡起重要作用。酸性尿有利于肾小管细胞中氨的扩散人尿，但碱性尿可妨碍肾小 管细胞NH₃的分泌，此时氨被吸收人血，成为血氨的另一来源。由此，临床上对因肝硬化而产 生腹水的患者，不宜使用碱性利尿药，以免血氨升禽。嘌呤及其衍生物分子中的氨基经代谢， 亦生成氨。嘧啶类的最终代谢'产生物亦有氨。
(二）氨的转运

1. 丙氨酸-葡萄糖循环肌肉中的氨基酸经转氨基作用将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸， 丙氨酸经血液运到肝。在肝中，丙氨酸通过联合脱氨基作用，释放出氨，用于合成尿素。转氨 基后生成的丙酮酸可经糖异生途径生成葡萄糖，葡萄糖由血液输送到肌组织，沿糖分解途径转 变成丙酮酸，后者再接受氨基而生成丙氨酸。丙氨酸和葡萄糖反复地在肌肉和肝之间进行氨 的转运，故将这一途径称为丙氨酸-葡萄糖循环。通过这个循环，既使肌肉中的氨以无毒的丙 氨酸形式运输到肝，同时,肝又为肌肉提供了生成丙酮酸的葡萄糖。
2. 谷氨酰胺的生成及分解谷氨酸与氨反应可以生成谷氨酰胺，由谷氨酰胺合成酶催 化。谷氨酰胺合成酶分布于脑，心脏及肌肉等组织中。谷氨酰胺的合成所需能量是由ATP 供应，是一不可逆反应，其分解是由谷氨酰胺酶所催化。谷氨酰胺酶主要分布于肾、肝及小肠 等组织中。谷氨酰胺的生成，对维持组织中氨的浓度起着重要作用。中枢神经对氨非常敏感， 氨在中枢神经生成后，立即被转变成谷氨酰胺，这对氨集存或浓度过高的防止都有一定意义， 因为谷氨酰胺生成后可及时经血液运向肾、小肠及肝等组织，以便利用。肾可利用它释放出 氨，中和肾小管腔的H+以增进机体排泄多余的酸。所以，可以认为谷氨酰胺是氨的解毒产 物，也是氨的储存及运输的形式。

(三）体内氨的去路
 相应的非必需氨基酸。但是，氨的去路主要是在肝中合成尿素，再由肾排出体外。

1. 合成尿素的部位肝脏的线粒体和胞液。
2. 合成尿素的代谢途径鸟氨酸循环。
3. 鸟氨酸循环的基本步骤氨与C0₂可在氨基甲酰磷酸合成酶I (关键酶）的催化下合 成氨基甲酰磷酸，氨基甲酰磷酸与鸟氨酸缩合成瓜氨酸，瓜氨酸由氨酸代琥珀酸合成酶(关键 酶)催化，与天冬氨酸生成精氨酸代琥珀酸，再裂解成精氨酸和延胡索酸，精氨酸水解生成尿素。

正常生理情况下，血氨的来源与去路保持动态平衡，血氨浓度处于较低的水平。当肝功能 严重损伤时，尿素合成发生障碍，血氨浓度升高，称为高血氨症。
五、个别氨基酸的代谢
(一） 氨基酸的脱羧基作用
体内，部分氨基酸也可进行脱羧基作用生成相应的胺。催化这些反应是氨基酸脱羧酶。 例如，组氨酸脱羧基生成组胺，组胺是一种强烈的血管舒张剂，并能增加毛细血管的通透性。 创伤性休克或炎症病变部位可有组胺的释放。组胺还可以刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌，常被 利用为研究胃活动的物质。谷氨酸脱羧基生成7-氨基丁酸，7-氨基丁酸是抑制性神经递质，对 中枢神经有抑制作用。色氨酸生成5-羟色胺，脑内的5-羟色胺可作为神经递质，具有抑制作 用。在外周组织，5-羟色胺有收缩血管的作用。鸟氨酸脱羧基生成多胺，多胺调节细胞生长的 重要物质，在生长旺盛的组织如胚胎、再生肝、生长激素作用的细胞及癌瘤组织等含量较高。 氨基酸脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。胺类含量虽然不高，但具有重要的生理作用。体内广泛 存在胺氧化酶，能将其氧化成为相应的醛类，再进一步氧化成羧酸，从而避免胺类在体内蓄积。 胺氧化酶属于黄素蛋白酶，在肝中活性最强。
(二） _碳单位概念、来源、载体和意义
某些氨基酸在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原子的基团，称为一碳单位。一碳单 位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸和色氨酸。四氢叶酸是一碳单位的载体。一碳单位的主 要生理作用是作为合成嘌呤及嘧啶的原料，故在核酸生物合成中占有重要地位。
(三） 含硫氨基酸代谢
组成人体蛋白质的含硫氨基酸有甲硫氨酸和半胱氨酸。

1. 甲硫氨酸循环和S■腺苷甲硫氨酸甲硫氨酸可与ATP作用生成S■腺苷甲硫氨酸 (SAM)，SAM可将甲基转移至另一种物质，使苒甲基化，而SAM即变成S■腺苷同型半胱氨 酸，后者进一步生成同型半胱氨酸，再接受甲基重新生成甲硫氨酸，形成一个循环过程，称为甲 硫氨酸循环。此过程需要维生素B₁₂和叶酸参与。尽管上述循环可以生成甲硫氨酸，但体内不 能合成同型半胱氨酸，它只能由甲硫氨酸转变而来，所以实际上体内仍然不能合成甲硫氨酸， 必须由食物供给。

体内约有50多种物质需要SAM提供甲基，生成甲基化合物。甲基化作用是重要的代谢 反应，具有广泛的生理意义(包括DNA与RNA的甲基化），而SAM则是体内最重要的甲基 直接供给体。SAM中的甲基称为活性甲基，SAM称为活性甲硫氨酸。
2•硫酸根代谢含硫氨基酸氧化分解均可以产生硫酸根，半觥氨酸是体内硫酸根的主要 来源。体内的硫酸根一部分以无机盐形式随尿排出，另一部分则经ATP活化成活性硫酸根，