氨基酸代謝

人和動物由食物引入的蛋白質或是組成機體細胞的蛋白質和在細胞內合成的蛋白質，都必須先在酶的參與下加水分解後才進行代謝。植物與微生物的營養類型與動物不同，一般並不直接利用蛋白質作為營養物，但其細胞內的蛋白質在代謝時仍然需要先行水解。分解代謝過程中生成的氨，在不同動物體內可以以氨、尿素或尿酸等形式排出體外。某些氨基酸可以通過特殊代謝途徑轉變成其他含氮物質如嘌呤、嘧啶、卟啉、某些激素、色素、生物鹼等。體內某些氨基酸在代謝過程中還可以相互轉變。

①蛋白質的營養作用:蛋白質的生理功能,營養必需氫基酸,蛋白質的營養互補作用。

②氨基酸的一般代謝:氨基酸的脱氨基作用,α-酮酸的代謝,氨的代謝。

③個別氨基酸的代謝:氨基酸的脱羧基作用,一碳單位的概念,苯丙氨酸和酪氨酸代謝 ^[1]  。

氨基酸的分解代謝一般是先脱去氨基，形成的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O，產生ATP ，也可以為糖、脂肪酸的合成提供碳架。

可在體內大多數組織細胞中進行，主要在肝臟中進行

第一步，脱氫，生成亞胺。

第二步，水解。生成的H2O2有毒，在過氧化氫酶催化下，生成H2O+O2↑，解除對細胞的毒害。

（1）、L—氨基酸氧化酶

有兩類輔酶，E—FMN

E—FAD（人和動物）

對下列a.a不起作用：

Gly、β-羥氨酸（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，而是穀氨酸脱氫酶。

（2）、D-氨基酸氧化酶 E-FAD

有些細菌、黴菌和動物肝、腎細胞中有此酶，可催化D-a.a脱氨。

（3）、Gly氧化酶 E-FAD使Gly脱氨生成乙醛酸。

（4）、D-Asp氧化酶E-FAD

E-FAD 兔腎中有D-Asp氧化酶，D-Asp脱氨，生成草酰乙酸。

（5）、L-Glu脱氫酶 E-NAD+ E-NADP+ P220 反應式：

真核細胞的Glu脱氫酶，大部分存在於線粒體基質中，是一種不需O2的脱氫酶。

此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最強的酶，是一個結構很複雜的別構酶。在動、植、微生物體內都有。

ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。

ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。

因此當ATP、GTP不足時，Glu的氧化脱氨會加速進行，有利於a.a分解供能（動物體內有10%的能量來自a.a氧化）。

（大多數在微生物的中進行）

①還原脱氨基（嚴格無氧條件下）

②水解脱氨基

③脱水脱氨基

④脱巰基脱氨基

⑤氧化-還原脱氨基

兩個氨基酸互相發生氧化還原反應，生成有機酸、酮酸、氨。

⑥脱酰胺基作用

谷胺酰胺酶：谷胺酰胺+ H2O →穀氨酸+ NH3

天冬醯胺酶：天冬醯胺 + H2O → 天冬氨酸 + NH3

谷胺酰胺酶、天冬醯胺酶廣泛存在於動植物和微生物中

轉氨作用是a.a脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能參與轉氨基作用。

轉氨基作用由轉氨酶催化，輔酶是維生素B6（磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺）。轉氨酶在真核細胞的胞質、線粒體中都存在。

轉氨基作用：是α-氨基酸和α-酮酸之間氨基轉移作用，結果是原來的a.a生成相應的酮酸，而原來的酮酸生成相應的氨基酸。

不同的轉氨酶催化不同的轉氨反應。

大多數轉氨酶，優先利用α-酮戊二酸作為氨基的受體，生成Glu。如丙氨酸轉氨酶，可生成Glu，叫谷丙轉氨酶（GPT）。肝細胞受損後，血中此酶含量大增，活性高。肝細胞正常，血中此酶含量很低。

動物組織中，Asp轉氨酶的活性最大。在大多數細胞中含量高，Asp是合成尿素時氮的供體，通過轉氨作用解決氨的去向。

單靠轉氨基作用不能最終脱掉氨基，單靠氧化脱氨基作用也不能滿足機體脱氨基的需要，因為只有Glu脱氫酶活力最高，其餘L-氨基酸氧化酶的活力都低。

機體藉助聯合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。

1、以穀氨酸脱氫酶為中心的聯合脱氨基作用

氨基酸的α-氨基先轉到α-酮戊二酸上，生成相應的α-酮酸和Glu，然後在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，並釋放出氨。以穀氨酸脱氫酶為中心的聯合脱氨基作用

2、通過嘌呤核苷酸循環的聯合脱氨基做用

P 225結構式：次黃嘌呤核苷一磷酸（IMP）、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸

P226 圖16-4通過嘌呤核苷酸循環的聯合脱氨基做用

骨骼肌、心肌、肝臟、腦都是以嘌呤核苷酸循環的方式為主

生物體內大部分a.a可進行脱羧作用，生成相應的一級胺。

a.a脱羧酶專一性很強，每一種a.a都有一種脱羧酶，輔酶都是磷酸吡哆醛。

a.a脱羧反應廣泛存在於動、植物和微生物中，有些產物具有重要生理功能，如腦組織中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神經介質。His脱羧生成組胺（又稱組織胺），有降低血壓的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血壓的作用。

但大多數胺類對動物有毒，體內有胺氧化酶，能將胺氧化為醛和氨。

氨對生物機體有毒，特別是高等動物的腦對氨極敏感，血中1%的氨會引起中樞神經中毒，因此，脱去的氨必須排出體外。

氨中毒的機理：腦細胞的線粒體可將氨與α-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影響TCA，同時大量消耗NADPH，產生肝昏迷。

氨的去向：

（1）重新利用 合成a.a、核酸。

（2）貯存 Gln，Asn

高等植物將氨基氮以Gln，Asn的形式儲存在體內。

（3）排出體外

排氨動物：水生、海洋動物，以氨的形式排出。

排尿酸動物：鳥類、爬蟲類，以尿酸形式排出。

排尿動物：以尿素形式排出。

1、Gln轉運 Gln合成酶、Gln酶（在肝中分解Gln）

Gln合成酶，催化Glu與氨結合，生成Gln。

Gln中性無毒，易透過細胞膜，是氨的主要運輸形式。

Gln經血液進入肝中，經Gln酶分解，生成Glu和NH3。

2、丙氨酸轉運（Glc-Ala循環）

肌肉可利用Ala將氨運至肝臟，這一過程稱Glc-Ala循環。

丙氨酸在PH7時接近中性，不帶電荷，經血液運到肝臟

在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成Glc。

肌肉運動產生大量的氨和丙酮酸，兩者都要運回肝臟，而以Ala的形式運送，一舉兩得。

1、直接排氨

排氨動物將氨以Gln形式運至排泄部位，經Gln酶分解，直接釋放NH3。遊離的NH3藉助擴散作用直接排除體外。

2、尿素的生成（尿素循環）

排尿素動物在肝臟中合成尿素的過程稱尿素循環

1932年，Krebs發現，向懸浮有肝切片的緩衝液中，加入鳥氨酸、瓜氨酸、Arg中的任一種，都可促使尿素的合成。

尿素循環途徑（鳥氨酸循環）：

（1）、氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合酶I）

肝細胞液中的a.a經轉氨作用，與α-酮戊二酸生成Glu，Glu進入線粒體基質，經Glu脱氫酶作用脱下氨基，遊離的氨（NH4+）與TCA循環產生的CO2反應生成氨甲酰磷酸。

氨甲酰磷酸是高能化合物，可作為氨甲酰基的供體。

氨甲酰磷酸合酶I：存在於線粒體中，參與尿素的合成。

氨甲酰磷酸合酶II：存在於胞質中，參與尿嘧啶的合成。

N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶I、II

（2）、合成瓜氨酸（鳥氨酸轉氨甲酰酶）

鳥氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸。

鳥氨酸轉氨甲酰酶存在於線粒體中，需要Mg2+作為輔因子。

瓜氨酸形成後就離開線粒體，進入細胞液。

（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

此時Asp的氨基轉移到Arg上。

來自Asp的碳架被保留下來，生成延胡索酸。延胡索酸可以經蘋果酸、草酰乙酸再生為天冬氨酸，

（5）、精氨酸水解生成鳥氨酸和尿素

尿素形成後由血液運到腎臟隨尿排除。

尿素循環總反應：

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個高能磷酸鍵。

聯合脱-NH2合成尿素是解決-NH2去向的主要途徑。

尿素循環與TCA的關係：草酰乙酸、延胡索酸（聯繫物）。

肝昏迷（血氨升高，使α-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg緩解。

（見核苷酸代謝）

尿酸（包括尿素）也是嘌呤代謝的終產物。

（1）氨基化還原成氨基酸。

（2）氧化成CO2和水（TCA）。

（3）生糖、生脂。

20種a.a的碳架可轉化成7種物質：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。

它們最後集中為5種物質進入TCA：乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。

氨基酸碳骨架進入TCA的途徑

Ala、Gly、Ser、Thr、Cys形成丙酮酸的途徑

（1）、Ala 經與α-酮戊二酸轉氨（谷丙轉氨酶）

（2）、Gly先轉變成Ser，再由Ser轉變成丙酮酸。

Gly與Ser的互變是極為靈活的，該反應也是Ser生物合成的重要途徑。

Gly的分解代謝不是以形成乙酰CoA為主要途徑，Gly的重要作用是一碳單位的提供者。

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

（3）、Ser 脱水、脱氫，生成丙酮酸（絲氨酸脱水酶）

（4）、Thr 有3條途徑

①轉氨，生成β-巰基丙酮酸，再脱巰基，生成丙酮酸。

②氧化成丙酮酸

③加水分解成丙酮酸

（1）、Phe → Tyr → 乙酰乙酰CoA Phe、Tyr分解為乙酰乙酰CoA和延胡索酸的途徑

（2）、Tyr

產物：1個乙酰乙酰CoA（可轉化成2個乙酰CoA。），1個延胡索酸，1個CO2 ，

（3）、Leu

產物：1個乙酰CoA，1個乙酰乙酰CoA，相當於3個乙酰CoA。

反應中先脱1個CO2 ，後又加1個CO2 ，C原子不變 。

（4）、Lys

產物：1個乙酰乙酰CoA，2個CO2 。

在反應途中轉氨：a. 氧化脱氨 ， b. 轉氨

（5）、Trp P

產物：1個乙酰乙酰CoA，1個乙酰CoA，4個CO2 ，1個甲酸。

Arg、His、Gln、Pro、Glu形成α-酮戊二酸的途徑

（1）、Arg

產物：1分子Glu，1分子尿素

（2）、His

產物：1分子Glu，1分子NH3 ,1分子甲亞氨基

（3）、Gln 三條途徑

①.Gln酶： Gln + H2O → Glu + NH3

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

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

（4）、Pro

產物：Pro → Glu

Hpro → 丙酮酸 + 丙醛酸

Met、Ile、Val轉變成琥珀酰CoA

（1）、Met

給出1個甲基，將-SH轉給Ser（生成Cys），產生一個琥珀酰CoA

（2）、Ile

產生一個乙酰CoA和一個琥珀酰CoA

（3）、Val

Asp和Asn可轉變成草酰乙酸進入TCA，Asn先轉變成Asp（Asn酶），Asp經轉氨作用生成草酰乙酸.

Phe、Tyr可生成延胡索酸

Phe、Tyr、Leu、Lys、Trp。在分解過程中轉變為乙酰乙酰CoA，後者在動物肝臟中可生成乙酰乙酸和β-羥丁酸，因此這5種a.a.稱生酮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.都稱為生糖a.a，它們都能生成Glc。

而Phe、Tyr是生酮兼生糖a.a。

1、一碳基團的載體：四氫葉酸（FH4），S-腺苷蛋氨酸（SAM）

四氫葉酸是一碳基團的主要載體，分子上的N5和N10是結合一碳基團的位置，SAM是體內甲基的重要來源。

2、一碳基團的來源：甘氨酸、組氨酸、絲氨酸、蛋氨酸、色氨酸、半胱氨酸等。