氨基酸氧化和尿素生成
主要内容
1．蛋白质的降解
2．氨基酸代谢概观
3．氨基酸的脱氨基作用
4．氨的转运
5．氨基的代谢过程
6．氮的排泄和尿素循环
7．氨基酸的去氨基作用
8．一碳单位
1．蛋白质的降解
在动物体内氨基酸发生氧化降解的来源
1）食物
2）在蛋白质翻转的时候被释放
3）在饥饿或者患糖尿病期间细胞中的蛋白质
无论氨基酸是来源于食物蛋白还是组织蛋白，从它们所获代谢能量的比例随着物种的不同和代谢环境的变化而出现显著差异。
食物中蛋白质的降解和氨基酸的吸收
细胞内的蛋白质降解
食物中的蛋白质被酶解成氨基酸
在胃中，胃蛋白酶（Pepsin）水解芳香族氨基酸残基Tyr, Phe, Trp氨基端的肽键，将长肽链切成小肽段的混合物。
在小肠中分泌的胰腺蛋白酶进一步分解蛋白质
在此激活过程中，肽链的氨基端被切下42个氨基酸残基，剩下的部分就变成了胃蛋白酶。
由胰腺分泌的分解蛋白质的酶
?Trypsin 胰蛋白酶(Lys, Arg)
?Chymotrypsin 糜蛋白酶(Phe, Trp, Tyr)
?Elstase 弹性蛋白酶(Val, Ala, Ser, Lys)
?Carboxypeptidase 羧基肽酶
?Aminopeptidase 氨基肽酶
肠液中肠激酶的作用和小肠粘膜细胞的消化作用
1肠激酶对胰蛋白酶原的激活
胰腺最初分泌出来的各种蛋白酶和肽酶均以无活性的酶原形式存在，小肠分泌液促进了相关酶原的激活，从而激活蛋白质的消化途径。
2小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用
小肠粘膜细胞的刷状缘及胞液中存在寡肽酶及二肽酶，彻底把寡肽水解成氨基酸
不同蛋白酶之间功能上的区别
氨基酸的吸收
1．载体转运
2．γ-谷氨酰基循环：小肠，肾小管细胞，脑细胞
该循环分为两个阶段:
1. 谷胱甘肽对氨基酸的转运
2. 谷胱甘肽的再合成
转运一个氨基酸, 消耗3分子ATP。
某些氨基酸, 如Pro, 不能通过此循环转运。
细胞的蛋白质降解
有两种细胞间的物质用于降解损坏的或者不需要的蛋白质
溶酶体
Proteasomes（查无此词）
溶酶体主要对以下蛋白起作用：
细胞外蛋白，例如通过内吞作用被运进细胞的血浆蛋白
细胞膜镶嵌蛋白，用于需要受体作为媒介的内吞作用。
Proteasomes主要对内在蛋白起作用
在细胞内合成的蛋白质，例如：
转录因子
必须被破坏来为细胞周期的下一阶段作准备的cyclins
由病毒和其他胞内寄生物编码的蛋白
不正常折叠的蛋白
氨基酸的脱氨基作用
1．转氨基作用
2．氧化脱氨作用
3．联合脱氨作用
转氨作用（Transamination）
在转氨酶的催化下，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，而原来的氨基酸则转变成α-酮酸，反应的实质是氨基在α-氨基酸和酮酸的转移。
吡哆醛磷酸（PLP）参与将α－氨基酸转移到α－酮戊二酸的过程中，在细胞内的主要功能是在带有氨基的分子的代谢过程中起作用。
吡哆醛磷酸连接到酶上是通过非共价相互作用以及酶活性位点的一个赖氨酸结合形成Schiff碱。
Transaminase (转氨酶) or aminotransferase (氨基转移酶)
?作用：催化氨基酸和α-酮酸间进行氨基和酮基的互换。
?体内存在着多种转氨酶，催化不同AA与α-酮酸的转氨基作用，其中以催化L- 谷氨酸α-酮酸
转氨基反应的转氨酶(谷丙转氨酶GPT和谷草转氨酶GOT) 最为重要。
?辅酶: VB6的磷酸酯--磷酸吡哆醛(Pyridoxal phosphate, PLP),作用是传递氨基。
?生理意义：所催化的反应完全可逆，平衡常数近于1。既是氨基酸的分解代谢过程，也是体
内某些非必需AA合成的重要途径。
查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？
●转氨酶为细胞内
酶，血清中活性很低，各组织器官中以心和肝的活性最高。当某种原因使
细胞膜通过性增高，转氨酶可大量释放入血，导致血清中转氨酶活性增高。
●抽血化验若转氨酶
比正常水平偏高则有可能肝组织受损破坏，肝细胞的转氨酶进入血液。（结
合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）
●常作为疾病诊断、
观察疗效和预后的指标：
急性肝炎：S-GPT↑↑、S-GOT↑
心肌梗塞：S-GOT↑↑
Oxidative deamination (氧化脱氨基作用）
L-谷氨酸脱氢酶的特点
催化L-谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸、NH3和NADH+H+ 。
以NAD+或NADP+为辅酶的不需氧脱氢酶。
线粒体。
分布于肝、肾、脑等组织，酶活性较强。
该酶是能使氨基酸直接脱去氨基的主要酶，其与转氨酶协同作用是体内脱氨基的主要方式。
变构酶GTP和ATP为变构抑制剂，GDP和ADP为变构激活剂
Transdeamination (联合脱氨基作用)
一种转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合作用称为联合脱氨作用
联合脱氨基作用——转氨基作用与氧化脱氨基作用的联合
谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨
氨基酸在转氨酶作用下，将α-氨基转给α-酮戊二酸分子生成α-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再经过L-谷氨酸脱氢酶的作用，脱去氨基产生游离氨并生
成α-酮戊二酸，这种转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶的协同作用称联合脱氨基作
用。
意义：体内氨基酸脱氨基的最重要方式
体内合成非必需氨基酸的主要途径
L-谷氨酸脱氢酶及谷-某转氨酶的活性强、分布广，是动物体内大部分氨基酸脱氨的方式
嘌呤核苷酸循环(Purine nucleotide cycle)脱氨基作用
关键酶的分布特点：肌肉中L-谷氨酸脱氢酶活性低，而腺苷酸脱氨酶活性高。
意义：是心肌、骨骼肌和脑组织脱氨基的主要方式，实验证明脑组织细胞中的氨有50%是由该循环产生的。
氨的转运
若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累----氨中毒
?某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。
?表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。
所以，氨的及时转运和排泄非常必要
谷氨酰氨转运血液中的氨
丙氨酸将肌肉中的氨运输到肝脏
谷氨酰胺的运氨作用
?Gln是氨的一种转运形式，它主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运送氨。
?Gln是大脑等组织解氨毒和运输氨的重要形式。
?Gln在肝中释放NH3 用于合成尿素（主）。
?Gln在肾小管分解产生的NH3与H+结合成NH4+ ，中和固定酸。
丙酮酸将氨从肌肉转运到肝脏
氨基氮转运的一般途径
氨基的代谢过程
氨基氮的排泄 各种生物根据安全、价廉的原则排氨
直接排氨，毒性大，不消耗能量； 转化后排氨，形式越复杂，越安全，但越耗能。
水生生物直接扩散脱氨：体内水循环迅速，NH 3浓度低，扩散流失快，毒性小。 哺乳，两栖动物排尿素：体内水循环较慢，NH 3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。
鸟类、爬虫排尿酸
为什么这类生物如此排氨？
水循环太慢，保留水分同时不中毒得付出高能量代价。 高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。
氮排泄和尿素循环 尿素的生成
实验：
? 动物切除肝脏，输入氨基酸后，血氨浓度升高；
? 动物保留肝脏、切除肾脏，输入氨基酸后，血中尿素浓度升高； ? 动物肝脏、肾脏同时切除，输入氨基酸后，血中尿素含量较低，但血氨浓度升高；
结论：肝脏是合成尿素的主要器官
尿素循环或者鸟氨酸循环(ornithine cycle)
瓜氨酸
3CO 2NH 3+2O
2O
H 2O
尿素是经过5个酶促反应步骤从氨产生的
氨基甲酰磷酸（carbamoyl phosphate ）的合成
首先，氨基甲酰磷酸，一种氨基甲酰基的活化形式，是在线粒体基质中由氨基甲酰
磷酸合成酶 I （CPS-Ⅰ)催化形成的。
氨基甲酰磷酸的合成需要两个活化步骤,消耗2分子的ATP
氨基甲酰磷酸
氨甲酰磷酸合成酶I 能被N －已酰谷氨酸别构激活
氨基甲酰磷酸合成酶 I 的特点
细胞定位：肝细胞线粒体
催化底物：NH 3+CO 2+2ATP+H 2O
产物：氨基甲酰磷酸(氨基甲酰供体)
作用：氨基甲酰供体，为进一步合成尿素而解氨毒奠定基础 调节：N-乙酰谷氨酸（AGA ）为变构激活剂 意义：其活性可作为肝细胞分化程度的指标
瓜氨酸的合成
尿素循环开始于线粒体基质，当氨甲酰磷酸将一个氨甲酰基提供给鸟氨酸
（ornithine ），形成瓜氨酸（citrulline ），这个反应受到鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithine transcarbamoylase ）的催化作用。
精氨酸的合成
瓜氨酸从线粒体输送到胞质溶胶中。
通过天冬氨酸的氨基和瓜氨酸的脲基发生缩合反应而引入形成精氨琥珀酸，这个反应由精氨琥珀酸合酶（argininosuccinate synthetase ）催化。
然后精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶（argininosuccinate lyase ）的作用下发生可逆性裂解，形成自由的精氨酸和延胡索酸（fumarate ）。
精氨酸水解生成尿素
精氨酸酶催化精氨酸裂解生成尿素和鸟氨酸。
鸟氨酸被输送到线粒体中，启动新一轮的尿素循环。
+ CO 2 NH 3 H 2 O 2ATP
+ + H 2 N
C O
O ～P + + 2ADP Pi
鸟氨酸循环的小结
? 合成尿素是体内氨的主要去路（尿素是AA 代谢
的主要终产物） ? 尿素分子中的2个氮原子，1个来自氨，另一个则来自天冬氨
酸；C 来自CO 2 ? 反应部位：肝细胞的线粒体和胞液 ? 合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键(不考虑脱氢反应） ? 意义：解氨毒---把有毒的NH 3转变成无毒的尿素 ? 重要的酶：精氨酸代琥珀酸合成酶（限速酶, 氨基甲酰磷酸合
成酶I （CPS-I ）
高氨血症（Hyperammonemia ）
肝昏迷与氨中毒
? 高氨血症：肝功能严重损伤时，尿素合成发生障碍，
血氨浓度升高，称为高氨血症
? 高氨血症引起肝性脑病的生化机理：
肝功能严重受损→尿素合成障碍→高血氨症→
氨进入脑组织合成Glu、Gln↑酸性(直接伤脑)
α-酮戊二酸↓→TAC循环↓→脑组织ATP生成↓→大脑功
能紊乱→肝性脑病
氨基酸碳骨架的代谢
生成非必需氨基酸
转化成糖类和脂类：
生糖氨基酸(glucogenic amino acids)、生酮氨基酸(ketogenic amino acids) 、生糖兼生酮氨基酸(glucogenic and ketogenic amino acids)
氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解
氨基酸的碳骨架转化成七种主要的代谢中间物
已酰已酰辅酶A（Acetoacetyl-CoA ）
已酰辅酶A（Acetyl-CoA）
丙酮酸（Pyruvate）
a-酮戊二酸（a-ketoglutarate）
琥珀酰辅酶A（Succinyl-CoA）
延胡索酸（Fumarate）
草酰乙酸（Oxaloacetate）
一些氨基酸除去氨基后被转化为三羧酸循环的中间物
丙氨酸转化为丙酮酸
天冬氨酸转化为草酰乙酸（天冬酰氨在门冬酰胺酶的催化下转化为天冬氨酸）
谷氨酸转化为a-酮戊二酸（谷氨酰氨在谷氨酰胺酶催化下转化为谷氨酸）
一些氨基酸通过复杂的路径被转化为三羧酸循环的中间物
有十种氨基酸的全部或部分碳骨架最终降解成已酰辅酶A
有五种转化为a-酮戊二酸（Trp, Ala, Ser, Gly, Cys, 和Thr）
有六种氨基酸的部分碳骨架（Trp, Phe, Try, Lys, Leu和Ile）被直接转化为已酰辅酶A 或已酰已酰辅酶A
甘氨酸的两种代谢归属
在细菌中转化为丝氨酸
在动物中裂解成二氧化碳和氨离子
氨基酸的脱羧基作用
在氨基酸脱羧酶的催化，体内部分氨基酸可进行脱羧基作用生成相应的胺。
催化酶：氨基酶脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛，PLP）
意义：生成的胺类物质常具有重要的生理功用或药理作用
*胺氧化酶能将胺类物质氧化成醛类或酸类物质，从而避免胺类在体内蓄积。
一碳单位
?概念：含一个碳原子的基团
?种类：甲基(methyl)、甲烯基(methylene、甲炔基(methenyl)、甲酰基(formyl)及亚氨甲基(formimino)
?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。
几种在一碳单位转移反应中起重要作用的辅酶因子
四氢叶酸(tetrahydrofolate,FH4)
FH4由叶酸经FH2还原酶的催化，经两步还原反应而生成
叶酸
二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶
（FH2）（FH4）
一碳单位与FH4
?FH4是一碳单位的运载体，是一碳单位代谢的辅酶。一碳单位不能游离存在，常与FH4结合而转运和参加代谢。
?一碳单位通常结合在FH4分子的N5、N10位上。
一碳单位代谢小结
?各种不同形式的一碳单位可通过氧化还原反应相互转变。
?N5-CH3-FH4的生成基本是不可逆的，它在体内含量最多；参与蛋氨酸循环。
（氨基酸在体内不能直接生成N5-CH3-FH4）
?是联系氨基酸和核酸代谢的枢纽化合物。
?功用：作为合成嘌呤和嘧啶核苷酸的原料。
?参与形成SAM而发挥转甲基作用
?一碳单位代谢的障碍可造成某些疾病
叶酸与V B12的重要作用
?巨幼红细胞贫血（恶性贫血）
原始红细胞早、中、晚幼红细胞网织红细胞成熟红细胞
?VB12缺乏引起巨幼红细胞性贫血的机理
VB12缺乏→N5-CH3-FH4的甲基不能转移
甲硫氨酸生成↓
FH4再生↓→游离FH4含量↓→转运其他OCU↓
→核酸合成障碍→细胞分裂障碍→巨幼红细胞性贫血
甲硫氨酸循环(Methionine cycle) 小结
?甲基来源：N5-CH3-FH4（体内能利用N5-CH3-FH4的唯一反应）
?N5-CH3-FH4 转甲基酶（甲硫氨酸合成酶）辅酶为Vit B12, 参与甲基化反应
?实际上甲硫氨酸在体内不能合成，必须由食物供给
?SAM的作用：体内最重要的甲基供体(活性甲基)。约有50多种物质需要SAM提供甲基，生成甲基化合物,如肾上腺素、肌酸、肉毒碱等，具有广泛的生理意义。
意义：将其他来源的一碳单位（N5-CH3-FH4）转变为活性甲基，广泛参与体内的甲基化反应；N5-CH3-FH4是体内甲基的间接供体