氨基酸代谢
考点：
蛋白质的消化、吸收及腐败作用；
氨基酸的脱氨基作用；
体内氨的来源和转运，尿素的生成，鸟氨酸循环；
氨基酸的脱羧基作用；
一碳单位的定义、来源、代谢、生理功能；
含硫氨基酸、芳香族氨基酸的代谢。
重点：
转氨基作用及其酶与辅酶，联合脱氨基的基本过程；
鸟氨酸循环的关键步骤，尿素合成的组织器官；
一碳单位定义、来源、生理功能；
几种重要的生物活性物质如SAM（S腺苷甲硫氨酸）、PAPS（3 ＇-磷酸腺苷-5 ＇-磷酸硫酸）的作用及其参与的重要反应过程，可生成的物质。
基本知识与理论
一、蛋白质的营养价值
成人每日最低需要30-50克蛋白质，营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80克。
人体内有8种营养必需氨基酸不能合成只能从食物摄取，它们是：缬、异亮、亮、甲硫、
赖、苏、苯丙、色氨酸。含有必需氨基酸种类多、数量足的蛋白质，营养价值高。
二、蛋白质的消化、吸收和腐败
(一)蛋白质的消化
(二)氨基酸的吸收
1．氨基酸吸收载体：伴随Na+转运的主动吸收过程，消耗ATP，与葡萄糖吸收过程相似。体内有4种载体，参与不同氨基酸的吸收：中性、碱性、酸性氨基酸载体，亚氨基酸与甘氨酸载体。
2．γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用
首先是谷胱甘肽对氨基酸的转运，其次是谷胱甘肽再合成，由此构成一个循环，其中γ-谷氨酰基转移酶是关键酶。
3肽的吸收：
肠粘膜细胞上还存在吸收二肽或三肽的转运体系，也是耗能的主动吸收过程。
(三)蛋白质的腐败作用
肠道细菌对未消化吸收的蛋白质所起的作用，即为腐败作用
1．胺类的生成
肠道细菌的蛋白酶使蛋白质水解为氨基酸，再经脱羧基作用，生成胺类。
后二者化学结构与儿茶酚胺类似，故干扰神经冲劲的传导，使大脑发生抑制。
2．氨的生成
未被吸收的氨基酸在肠道细菌作用下脱氨基生成氨和酮酸，肠道中氨还有另一来源，血液中尿素渗入肠道，水解而生成氨。
3腐败作用还可生成苯酚，吲哚等有害物质。
三、氨基酸的一般代谢
食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸(外源性氨基酸)与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸(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。下面就介绍氨基酸的主要代谢过程。
(一)氨基酸的脱氨基作用。
氨基酸分解代谢的最主要反应是脱氨基作用，氨基酸可以通过多种方式脱去氨基，其中以联合脱氨基最为重要。
联合脱氨基全过程是可逆的，因此这一过程也是体内合成非必需氨基酸的主要途径。
2转氨基作用
由转氨酶催化，将某一氨基酸的α-氨基转移到另一种α-酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸，原来的氨基酸则变为α-酮酸。除α-氨基外，氨基酸侧链末端的氨基酸也可发生转氨基作用。
转氨酶的辅酶都是VitB6的磷酸酯，即磷酸吡哆醛，不同反应由专一的转氨酶催化，最常见的是谷丙转氨酶，和谷草转氨酶，因为转氨酶主要存在于细胞中，所以可通过测血清中某一转氨酶含量来判断某一类细胞受损程度，以此作为疾病诊断指标之一。
3．L-谷氨酸氧化脱氨基作用。
肝、肾、脑等组织中广泛存在着L-谷氨酸脱氢酶，催化L-谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸和氨，辅酶是NAD+或NADP+。
GTP、ATP是谷氨酸脱氢酶的变构抑制剂，而GDP，ADP是变构激活剂，当体内GTP、ATP不足时，氨基酸加速氧化脱氨，这对于氨基酸氧化供能起重要调节作用。
4．嘌呤核苷酸循环
骨骼肌、心肌中L-谷氨酸脱氢酶的活性弱，难于进行上述方式的转氨基作用。肌肉中通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基。
(二)α-酮酸的代谢
氨基酸脱氨基后生成的α-酮酸主要有以下三方面的代谢途径。
1氨基化生成非必需氨基酸
2转变为糖及脂类
在体内可转变成糖的氨基酸称为生糖氨基酸。能转变为酮体者称为生酮氨基酸。两者兼有者称为生糖兼生酮氨基酸。
3氧化供能
α-酮酸在体内可以通过三羧酸循环与和生物氧化体系彻底氧化成CO２和H２O，同时释放能量，可见，氨基酸也是一类能源物质。
四、氨的代谢
机体由代谢产生的氨以及消化道吸收来的氨进入血液，形成血氨，氨具有毒性，主要通过在肝合成尿素而解毒，少部分氨在肾以铵盐形成由尿排出。
(一)体内氨的来源：
1氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源
2肠道吸收的氨有两个来源。即蛋白质腐败产生的氨和肠道尿素经肠道尿素酶水解产生的氨。临床上对高血氨病人采用弱酸性透析液做结肠透析，就是为了减少氨的吸收。
3机体中部分由谷氨酰胺分解产生的氨分泌到肾小管中与尿中的H+结合成NH4+，以铵盐的形式由尿排出体外，但碱性尿可妨碍肾小管细胞中氨的分泌，此时氨被吸收入血，成为血氨的一个来源。
(二)氨的转运
1丙氨酸-葡萄糖循环
通过这个循环，使肌肉中的氨以无毒氨基酸形式运输到肝，同时，肝也为肌肉提供了生成丙酮酸的葡萄糖。
2谷氨酰胺的运氨作用
脑、肌肉等组织产生的氨与谷氨酸合成谷氨酰胺，经血液运送到肝或肾代谢。谷氨酰胺尤其在脑转运氨的过程中起重要作用。
(三)尿素的生成
1肝是尿素合成的主要器官，肾及脑等其他组织也能合成尿素，但合成量甚微。通过鸟氨酸循环，2分子氨，1分子二氧化碳反应生成1分子尿素。
2鸟氨酸循环的步骤（见原书）
此反应不可逆，消耗2分子ATP，CPS-I是一种别构酶，AGA是其别构激活剂。CPS-I、AGA都存在于肝细胞线粒体中，所以此步反应在线粒体中进行。
②瓜氨酸的合成：鸟氨酸与氨基甲酰磷酸缩合生成瓜氨酸。此步也在线粒体中进行。
③精氨酸的合成：此步反应在胞液中进行，天冬氨酸起着供给尿素合成第2个NH３分子的作用，而天冬氨酸又可由其他氨基酸通过转氨基作用而生成，故尿素合成需要的第2个NH３分子也可以来自于其他多种氨基酸，不过是以天冬氨酸的形式参与尿素合成。此步要消耗1分子ATP，2个高能磷酸键。
④精氨酸水解生成尿素：在胞液中，精氨酸受精氨酸酶的作用，水解生成尿素和鸟氨酸。鸟氨酸再转运进入线粒体，参与瓜氨酸合成。如此反复，完成尿素循环。
从以上过程中，应该注意以下几点：
1．尿素合成是一个耗能的过程，合成1分子尿素需要消耗3分子ATP，4个高能磷酸键。
2．第③步中延胡索酸、天冬氨酸的转化，可使三羧酸循环与尿素循环联系起来。因为延胡索酸是三羧酸循环的中间物质，循环中其他物质可转化为延胡索酸，再转化为天冬氨酸，即可加入到鸟氨酸循环中来。
3．尿素分子中2个N原子；一个来自氨，一个来自于天冬氨酸或其他氨基酸。
4．第③步中需要精氨酸代琥珀酸合成酶。此酶是尿素合成的限速酶。
5．在线粒体中存在CPS-I，催化以氨为氮源合成氨基甲酰磷酸，并进一步参与尿素合成，在胞液中还存在CPS-Ⅱ，以谷氨酰胺的酰胺基为氮源，催化合成氨基甲酰磷酸，并进一步参与嘧啶的合成。两种CPS催化合成的产物虽然相同，但其生理意义不同：CPS-Ⅰ参与尿素合成，是肝细胞高度分化的结果，因而CPS-Ⅰ的活性可作为肝细胞分化程度的指标之一。CPS-Ⅱ参与嘧啶核苷酸的合成，与细胞增殖中核酸的合成有关，因而它的活性可作为细胞增殖程度的指标之一。而分化和增殖常是细胞相对立的两个生理过程，肝细胞再生时，需嘧啶合成增加，CPS-Ⅱ活性升高，CPS-Ⅰ活性降低，再生完成，CPS-Ⅰ活性增加，CPS-Ⅱ活性降低。
(四)尿素合成的调节
1．食物的影响：高蛋白质膳食者尿素的合成速度加快。
2．CPS-Ⅰ的调节：精氨酸可别构激活乙酰谷氨酸合成酶，使AGA含量增加，而AGA是CPS-Ⅰ的别构激活剂，故精氨酸浓度增高时，尿素合成增加，临床上治疗血氨增高，肝昏迷患者常需补充精氨酸，促进尿素合成，降低血氨含量。
(五)高血氨症和氨中毒
当肝功能严重损伤时，尿素合成障碍，血氨浓度升高，即为高氨血症。氨进入脑组织中，与α-酮戊二酸结合生成谷氨酸，谷氨酸再与氨结合生成谷氨酰胺，因此脑中氨的增加使脑细胞的α-酮戊二酸减少，三羧酸循环减弱，ATP生成减少，引起大脑功能障碍，严重时可昏迷。
五、个别氨基酸的代谢
除了氨基酸共有的代谢途径外，有些氨基酸有其特殊的代谢途径。
(一)氨基酸的脱羧基作用
体内部分氨基酸可进行脱羧基作用，生成相应的胺，这在前面蛋白质腐败中已讲过。催化这些反应的酶是氨基酸脱羧酶，辅酶是磷酸吡哆醛，它也是转氨酶的辅酶。几种重要的胺类物质的产生。
1．γ-氨基丁酸：由谷氨酸脱羧基生成，是抑制性神经递质。
2．牛磺酸：由半胱氨酸代谢转变而来，是结合胆汁酸的成分。
3．组胺：由组氨酸生成，在炎症反应和创伤性休克中是重要的活性物质。
4．5-羟色胺：由色氨酸经羟化，脱羧作用生成。
5．多胺：如鸟氨酸脱羧基生成腐胺，然后再转变成精脒和精胺，是重要的多胺类物质，催化此反应的限速酶是鸟氨酸脱羧酶，凡生长旺盛的组织如再生肝、癌瘤组织等此酶活性强，多胺含量高，故临床上测癌症患者血尿中多胺含量作为观察病情的指标之一。
(二)一碳单位的代谢
1．定义：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，称一碳单位。体内的一碳单位有：甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基和亚氨甲基等。CO２不属于此种一碳单位，一碳单位常结合于四氢叶酸分子的N５，N10位上而转运，故四氢叶酸可看作是其辅酶。
2．来源：一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的代谢。甘氨酸和丝氨酸代谢产生N５，N10-甲烯四氢叶酸，组氨酸产生N5-亚氨甲基四氢叶酸，色氨酸产生N10-甲酰四氢叶酸。
3一碳单位的相互转变：
在适当条件下，它们可以通过氧化还原反应而彼此转变，但是N5甲基甲氢叶酸的生成基本是不可逆的，也就是说N5-甲基四氢叶酸不能转化为其他类型一碳单位，它的主要作用是提供甲基。
4一碳单位的生理功能：
①一碳单位的主要生理功能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。
②因为一碳单位可由氨基酸转变而来，而其又可作为核酸合成的原料，故一碳单位将氨基酸和核酸代谢密切联系起来。一碳单位代谢障碍，可造成某些疾病，因为其会影响核酸合成，使细胞分裂受到阻碍，磺胺药即是通过干扰细菌四氢叶酸合成，影响一碳单位代谢，进而影响细菌核酸合成而抑制细菌生长增殖。
(三)含硫氨基酸代谢
体内含硫氨基酸有三种：蛋、半胱、胱氨酸。蛋氨酸即甲硫氨酸是必需氨基酸。
1甲硫氨酸的代谢（反应过程见原书）
SAM即S-腺苷甲硫氨酸，是体内活性甲基的供体，在甲基转移酶的作用下，将甲基转移给其他物质，生成多种含甲基的重要生理活性物质如：肾上腺素、肌酸、肉毒碱、胆碱等，包括DNA、RNA合成过程中的甲基化，其甲基也是由SAM提供的。甲基化作用是体内重要的代谢反应。
(2)甲硫氨酸循环
体内的甲硫氨酸通过上述反应提供甲基后，转变为同型半胱氨酸，后者可接受N5-甲基四氨叶酸提供的甲基，重新生成甲硫氨基，形成一个循环过程，故N5-甲基四氢叶酸可看作是体内甲基的间接供体。
N5-甲基四氢叶酸提供甲基生成甲硫氨酸的反应是目前已知体内能利用N5-甲基四氢叶酸的唯一反应。催化此反应的酶是甲硫氨酸合成酶，也是一种转甲基酶，辅酶是VitB12。故VitB12缺乏时，不仅不利于甲硫氨酸循环，也影响四氢叶酸的再生，影响一碳单位代谢，导致核酸合成障碍，影响细胞分裂，可产生巨幼红细胞性贫血。
(3)肌酸的生成：精氨酸+甘氨酸——>鸟氨酸+胍乙酸，胍乙酸+SAM——>肌酸+S-腺苷同型半胱氨酸在肌酸激酶催化下，肌酸变成磷酸肌酸，并储存能量。肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物是肌酸酐，由尿中排出。
2半胱氨酸与胱氨酸：体内许多重要酶的活性与其分子中所含半胱氨酸残基上的巯基有关，而两个半胱氨酸残基之间形成的二硫键对维持蛋白质结构有重要作用。
3硫酸根的代谢：含硫氨基酸氧化分解可产生硫酸根，其代谢过程：
①多巴胺生成减少可致帕金森氏症
②多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素统称儿茶酚胺，是体内重要的活性物质。
③酪氨酸酶缺乏，可致白化病。
3酪氨酸和苯丙氨酸可转化为延胡索酸和乙酰乙酸，故二者是生糖兼生酮氨基酸。
4苯酮酸尿症是当苯丙氨酸羟化酶缺乏时，苯丙氨酸不能转化为酪氨酸，在体内累积，经转氨基作用生成苯丙酮酸，此时尿中可出现大量苯丙酮酸，称苯酮酸尿症，苯丙酮酸对中枢神经系统有毒性，影响患儿智力发育，故这是一种严重的疾病。
5色氨酸可生成5-羟色胺、一碳单位、尼克酸。
(五)支链氨基酸的代谢。
包括异亮、亮、缬氨酸，它们都是必需氨基酸，主要在骨骼肌中分解代谢。
