Transcript 氨基酸代谢Metabolism of Amino Acids

第 十一 章
氨 基 酸的 代 谢
Metabolism of Amino Acids
第一节
蛋白质的降解
蛋白质营养的重要性
1. 是构成组织细胞的重要成分。
2. 参与组织细胞的更新和修补。
3. 参与物质代谢及生理功能的调控。
4. 氧化供能。
5. 其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、
识别等均与蛋白质有关。

活细胞内的组分一直在更新——蛋白质合成与
降解的动态平衡

蛋白质的存活时间——半寿期：蛋白质降解掉
一半所用的时间
蛋白质合成与分解变化的意义
 一、是排除那些不正常的蛋白质，它们若
一旦积累，将对细胞有害；
 二、是通过排除累积过多的酶和调节蛋白
使细胞代谢的井然有序得以维持。
氮平衡(nitrogen balance)
体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，
故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平
衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogen
balance)。
氮平衡有以下几种情况：
 1．氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相
等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相
等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。
 2．氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表
明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正
平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。
 3．氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表
明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负
平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、
肿瘤），饥饿者。

氮平衡

氮的总平衡 摄入氮=排出氮

氮的正平衡 摄入氮>排出氮

氮的负平衡 摄入氮<排出氮

成人每日最低分解20g蛋白质

成人每日最低需要30-50g 蛋白质

营养学会推荐成人每日最低 需要80g蛋白质
 体内不能合成，必须由食物蛋白质供
给的氨基酸称为必需氨基酸
(essential amino acid)。
 体内能够自行合成，不必由食物供给
的氨基酸就称为非必需氨基酸。
必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、色
氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸
（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、
异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。
 由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合
成，半胱氨酸必需以蛋氨酸为原料来合成，
故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。
 组氨酸、精氨酸合成量不多，有时也归为必
需氨基酸。

蛋白质的营养价值:决定蛋白质营养价值高低的
因素有：
 ① 必需氨基酸的含量；
 ② 必需氨基酸的种类；
 ③ 必需氨基酸的比例。
 即具有与人体需求相符的氨基酸组成。


蛋白质的互补作用:将几种营养价值较低的食物
蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用
称为食物蛋白质的互补作用。
一、外源蛋白质的消化与吸收
蛋白质消化的生理意义
由大分子转变为小分子，便于吸收。
消除种属特异性和抗原性，防止过敏、
性反应。
毒
消化过程
1、胃中的消化作用
蛋白质
胃酸、胃蛋白酶
多肽碎片
•胃蛋白酶的最适pH为1.5～2.5，对蛋白质肽键作用特
异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。
2. 蛋白质在小肠被水解成氨基酸和小肽
——小肠是蛋白质消化的主要部位
⑴ 胰液蛋白酶消化蛋白质产生寡肽和少量氨基酸
胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左
右，包括内肽酶和外肽酶。
•内肽酶(endopeptidase)
水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如
胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。
•外肽酶(exopeptidase)
自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸
残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。
蛋白水解酶作用示意图
氨基酸的吸收是一个主动运输的过程
吸收部位：主要在小肠
吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽
吸收机制：耗能的主动吸收过程
•蛋白质的腐败作用(putrefaction)
在消化过程中，有一小部分蛋白质未被消化
或虽经消化、但未被吸收的消化产物在肠道细菌
作用下发生以无氧分解为主要过程的化学变化所
起的作用。
•腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲
哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机
体利用的物质。
二、组织蛋白质的胞内降解
溶酶体
（lysosome）蛋白质降解途径：
无选择的降解蛋白质 ，长半寿期蛋白
依赖于ATP的泛素（ubiquitin）降解途径：
给选择降解的蛋白质加以标记 ，再降解。短半
寿期蛋白（真核细胞）
泛素：76氨基酸，8.5
Kd ，蛋白质降解的标签，一级
结构保守。
蛋白质的泛素化：
酶1：泛素活化酶（Ubiquitin-activating enzyme）
酶2：泛素携带蛋白（ubiquitin-carrier enzyme）
酶3：泛素蛋白连接酶（ubiquitin-protein ligase）

泛素化的靶蛋白由蛋白酶体（25条肽链）降解
蛋白酶体
蛋白酶体
第二节
氨基酸的分解代谢
•氨基酸代谢库(metabolic pool)
食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）
与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（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。
氨基酸代谢概况
消化吸收
食物蛋白
分解
组织蛋白质
体内合成
（非必需
氨基酸 ）
氨
基
酸
代
谢
库
合成
分解
蛋白质（主）
脱氨
（生成尿素）
-酮酸
脱羧
转变
酮体
氧化供能
糖
胺类
其它含氮化合物
经肾排出 (1g/d)
一般在下列3种代谢状况下，氨基酸才氧化降解：
①细胞的蛋白质进行正常的合成和降解时，蛋白质合
成并不需要蛋白质降解释放出的某些氨基酸，这些
氨基酸会进行氧化分解。
②食品富含蛋白质，消化产生的氨基酸超过了蛋白质
合成的需要，由于氨基酸不能在体内储存，过量的
氨基酸在体内被氧化降解。
③机体处于饥饿状态或未控制的糖尿病状态时，机体
不能利用或不能合适地利用糖作为能源，细胞的蛋
白质被用做重要的能源。
一、氨基酸分解的基本反应
1. 氨基酸的脱氨基作用（氧化脱氨）
氨基氧化酶：L-氨基酸氧化酶（低活性，分布于肝及肾
脏，辅基为FMN）；D-氨基酸氧化酶（高活性，但体内
D-氨基酸少，辅基为FAD）
L-谷氨酸脱氢酶（L-glutamate
dehydrogenase）的作用
NAD(P)H+H+ NH
NH2
CH
COOH
(CH2)2
C COOH
COOH NAD(P)+
L-谷氨酸
H2 O
(CH2)2
COOH
α-亚氨基戊二酸
催化酶：
L-谷氨酸脱氢酶
O
C
COOH
+
(CH2)2 COOH
α-酮戊二酸
• 存在于肝、脑、肾中
• 辅酶为 NAD+ 或NADP+
• 别构抑制剂：GTP、ATP
• 别构激活剂：GDP、ADP
NH3
氧化脱氨基的酶
L-氨基酸氧化酶
D-氨基酸氧化酶
L-谷氨酸氧化酶
酶的辅基
FMN或FAD
FAD
NAD+或NADP+
酶作用的活力
弱
强
强
底物存在的数量 多
少
多
酶的分布
局限
普遍
普遍
作用效应
不大
不大
重大
L-谷氨酸氧化酶在动植物、微生物中普遍
存在，尤其在动物的肝、肾、脑等组织中
活力更强，它是一种不需氧的脱氢酶。
 这个酶是唯一为人所知的，既可以将NAD+
又可以将NADP+作为它的氧化还原辅酶的
酶。
 专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反应
可逆

C OOH ATP¡¢ GTP ADP¡¢GDPCOOH
COOH
CH2
CH2 +H O CH2
2
L-¹È°±ËáÍÑÇ
â
ø
CH2
CH2 + NH3
CH2
-H2O C O
CHNH 2
C NH
COOH NAD + NADH+H + COOH
COOH
L-¹È°±Ëá (NADP+) (NADPH+H +)
¦Á-ͪ Îì ¶þËá
脱酰胺基作用
2. 氨基酸的转氨基作用(transamination)
在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨
基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的
氨基酸的过程。主要在肝脏中进行。
R11
氨基酸
H C NH2
COOH
(Donor amino acid)
(New keto acid)
α -酮 酸
R12
C O
α -酮 酸
COOH
(Accepter keto acid)
转氨酶
R21
C O
COOH
R22
(New amino acid)
H C NH2
COOH
氨基酸
大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、
脯氨酸、羟脯氨酸除外。
 体内最为重要的转氨酶是天门冬氨酸氨基转移
酶（谷草转氨酶，GOT）和丙氨酸氨基转移酶
（谷丙转氨酶，GPT）。

正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织)
组织
GOT
GPT
组织
GOT
GPT
心
156000
7100
胰腺
28000
2000
肝
142000
44000
脾
14000
1200
骨骼肌
99000
4800
肺
10000
700
肾
91000
19000
血清
20
16
•血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和
预后的指标之一。
转氨酶的特点
 催化可逆反应，平衡常数约1.0
 辅酶为磷酸吡哆醛，磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。
反应中起传递氨基的作用。
 通常以α- 酮戊二酸为氨基受体
 专一性强，种类多
转氨基作用的机制
转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛， 起传递氨基的作用
氨基酸
磷酸吡哆醛
谷氨酸
转氨酶
α-酮酸
磷酸吡哆胺
α-酮戊二酸
谷丙转氨酶
COOH
CH2
Glu
CH3
CH2
CH
C
NH2
O
Pyruvate
COOH
COOH
GPT
COOH
α-Ketoglutarate
(α-KG)
CH2
CH
CH2
C
CH3
COOH
O
COOH
NH2
Ala
谷草转氨酶
GOT
大多数转氨酶都以α-酮戊二酸作为氨基的受
体。

谷氨酸通过线粒体内膜的特殊转运系统进
入线粒体基质，然后有以下去向：
 （1）氧化脱氨，再形成α-酮戊二酸。
 （2）将氨基转给草酰乙酸，形成天冬氨酸，
参与尿素的合成或嘌呤核苷酸循环。
 生理意义：是体内合成非必氨基酸的重要途径，
也是联系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。

3. 氨基酸的联合脱氨基作用
联合脱氨基作用（transdeamination）：转氨
基作用和脱氨基作用偶联在一起的脱氨方式。
类型
① 转氨基偶联氧化脱氨基作用
② 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环
谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨
COOH
CH2
R
氨基酸
CH2
H C NH2
C
COOH
COOH
转氨酶
α -酮 酸
+
NH3 + NADH + H
O
谷氨酸脱氢酶
α-KG
R
COOH
C O
CH2
COOH
CH2
CH
COOH
H2O + NAD +
NH2
谷氨酸
特点：有氨生成，反应过程可逆
生理意义：* 体内合成非必需氨基酸的主要途径
* 肝、肾等组织主要脱氨途径
嘌呤核苷酸循环：

这是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联
合脱氨基作用方式。

在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活
性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylate
deaminase)的活性较高，故采用此方式进行
脱氨基。
转氨基偶联嘌呤核苷酸循环
氨
基
酸
腺苷酸代琥
珀酸合成酶
α-酮戊
二酸
天冬氨酸
NH3
GTP GDP+Pi
次黄嘌呤
核苷酸
(IMP)
转
氨
酶
1
α-酮酸
转
氨
酶
2
谷氨酸
腺苷酸
脱氢酶
H2O
腺苷酸
代琥珀酸
腺嘌呤
核苷酸
(AMP)
草酰乙酸
延胡索酸
苹果酸
主要在肌肉组织进行。
4. 氨基酸的脱羧基作用
R
氨基酸脱羧酶
H
C
NH2
磷酸吡哆醛
RCH2NH2 + CO2
COOH
氨基酸
胺类

脱羧酶：专一性很高，一种酶只作用
于一种L-氨基酸。

在所有的脱羧酶中，除组氨酸脱羧酶
不需要辅酶外，其它的脱羧酶都需要磷
酸吡哆醛作为辅酶。
1、谷氨酸脱羧生成-氨基丁酸（GABA）
COOH
(CH2)2
CHNH2
COOH
L-谷氨酸
COOH
L-谷氨酸脱羧酶
– CO2
(CH2)2
CH2NH2
GABA
功能：为一种抑制性神经递质，对中枢神经系
统有抑制作用。
2、天冬氨酸脱羧生成β-丙氨酸
COOH
CH 2
CHNH2
COOH
L-天冬氨酸
COOH
L-天冬氨酸脱羧酶
– CO2
CH2
CH2NH2
β-丙氨酸
功能： β-丙氨酸是维生素泛酸的组成成分。
3. 组氨酸的脱羧基生成组胺与酪氨酸脱羧基生成酪胺
H
N
CH2 C COOH
NH
NH2
L-组氨酸
CH2CH2NH2
N
NH
组胺
组氨酸脱羧酶
– CO2
功能：
 扩张血管、降低血压
 刺激胃酸分泌、
 感觉神经递质，与外周神
经的感觉与传递有关
COOH
NH2
HO
L-酪氨酸
NH2
HO
酪胺
酪氨酸脱羧酶
– CO2
功能：
 增强心脏的出血量、
升高血压；
 增加肾的过血量。
有的胺有很强的腐蚀性。如尸胺（赖氨酸
脱羧产物），腐胺（鸟氨酸脱羧产物）。
如果动物体内产生大量胺类，能引起神经
或心血管等系统的功能紊乱，产生毒害。
5. 胺类的代谢
RCH2NH2+O2+H2O
RCHO+1/2O2
RCHO+H2O2+NH3
RCOO-+H+
生成的脂肪酸,再分解成二氧化碳和水
二、氨的排泄

氨是机体正常代谢产物，具有毒性。

体内的氨主要在肝合成尿素而解毒。

正常人血氨浓度一般不超过 0.6μmol/L。
血氨的来源与去路
血氨的来源
① 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源,
胺类的分解也可以产生氨
RCH2NH2
胺氧化酶
RCHO + NH3
② 肠道吸收的氨
未被吸收的氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨
血液中的尿素渗入肠道，经肠道细菌尿素酶水解产生的氨
③ 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺
谷氨酰胺
谷氨酰胺酶
谷氨酸 + NH3
血氨的去路
① 在肝内合成尿素，这是最主要的去路
② 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物
③ 合成谷氨酰胺
谷氨酸 + NH3
谷氨酰胺合成酶
ATP
谷氨酰胺
ADP+Pi
④ 肾小管泌氨
分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。
各种动物排氨的方式
动物种类
水生动物
鸟类和陆生爬虫类
大多数两栖类
陆生脊椎动物和哺乳动物
排氨方式
直接排氨
排尿酸
幼虫排氨，
成体排尿素
排尿素
1.
氨的转运
（1）谷氨酰胺的运氨作用
•反应过程
ATP 谷氨酰胺合成酶 ADP+Pi
谷氨酸 + NH3
谷氨酰胺
谷氨酰胺酶
在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分
解为氨和谷氨酸，从而进行解毒（合成尿素） 。
•生理意义
谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储
存及运输形式。
（2） 丙氨酸-葡萄糖循环
(alanine-glucose cycle)
生理意义
① 肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。
② 肝为肌肉提供葡萄糖。
肌肉
血液
葡
萄
糖
葡
萄
糖
糖
酵
解
途
径
α-酮
酸
丙
氨
酸
葡萄糖 尿素
糖
异
生
丙酮酸
尿素循环
NH3
谷氨酸
GPT
其他氨基酸 丙酮酸
转氨酶
肝
丙氨酸
α-酮戊二酸
丙
氨
酸
丙氨酸-葡萄糖循环
2. 尿素的合成——尿素循环
 哺乳动物氨的排泄形式
 生成部位
主要在肝细胞的线粒体及胞液中。
 生成过程
鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称尿素循环
(urea cycle)。
线粒体
氨基甲酰磷酸
2ADP+ Pi
2ATP
Pi N-乙酰谷氨酸
鸟氨酸
鸟氨酸
尿素
胞液
H2O
NH3 + CO2 + H2O
瓜氨酸
ATP
瓜氨酸
天冬氨酸
-酮戊二酸
AMP+PPi
Aa
精氨酸代琥珀
谷氨酸
酸
草酰乙酸
精氨酸
-酮酸
延胡索酸
苹果酸
（1） 氨甲酰磷酸的合成
•反应在线粒体中进行，尿素第一个氮原子的获取。
•*N-乙酰谷氨酸为氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ激活剂
反应消耗2分子ATP。反应不可逆，为限速步骤。
CO2 + NH3 + H2O + 2ATP
氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ
（N-乙酰谷氨酸* AGA）
O
H2N C O ~ PO32氨甲酰磷酸
+ 2ADP + Pi
（2） 瓜氨酸的合成
•反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。
NH2
C
NH2
NH
NH2
(CH2)3
CH
NH2
+
C
O
鸟氨酸转氨甲酰酶
O ~PO32-
COOH
鸟氨酸
O
H3PO4
(CH2)3
CH
NH2
COOH
氨甲酰磷酸
瓜氨酸
（3） 精氨琥珀酸的合成
反应在胞液中进行，尿素第二个氮原子的获取。
NH2
C
NH2
O
NH
(CH2)3
CH
C
COOH
+
NH2
COOH
瓜氨酸
H2N
C
H
精氨琥珀酸合成酶
CH2
ATP
COOH
天冬氨酸
AMP+PPi
COOH
N
C H
NH
CH2
(CH2)3
COOH
CH
NH2
COOH
精氨琥珀酸
可由转氨基作
用提供
（4）精氨琥珀酸的裂解
NH2
C
N
NH
(CH2)3
COOH
NH2
C H
C
CH2
COOH
NH
COOH
精氨琥珀酸酶
精氨酸代琥
珀酸裂解酶
NH
CH
+
(CH2)3
NH2
CH NH2
CH
COOH
COOH
精氨酸代琥珀酸
精氨酸
CH
HOOC
延胡索酸
（5）尿素的形成
NH2
C
NH
NH
NH2
NH2
精氨酸酶
+ H2O
(CH2)3
CH-NH2
COOH
精氨酸
C=O
+
(CH2)3
NH2
CH-NH2
尿素
COOH
鸟氨酸
3. 尿素循环小结
原料：2
分子氨，一个来自于游离氨，另一个
来自天冬氨酸。
部位：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。
耗能：4
个ATP，1个CO2
总反应：
NH3+ + CO2 + 3ATP + 天冬氨酸 + 2H2O →
尿素 + 延胡索酸 + 2ADP + AMP +4Pi
是体内氨的主要去路，解氨毒的重要途径。
尿素—柠檬酸双循环（Krebs bicycle）
氨基甲酰磷酸
瓜氨酸
鸟氨酸
天冬氨酸
精氨
琥珀酸
草酰乙酸
苹果酸
精氨酸
延胡索酸
4. 尿素循环的调节
食物蛋白质的影响：高蛋白饮食或严重饥
饿，循环加速；低蛋白高碳水化合物饮食，
循环降低

N-乙酰谷氨酸是氨甲酰磷酸合成酶I的别构
激活剂。（精氨酸是AGA合成酶的激活剂）
高氨血症和氨中毒
血氨浓度升高称高氨血症 ( hyperammonemia)，
常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺
陷也可导致高氨血症。
高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒
(ammonia poisoning)。
氨中毒的可能机制
NH3，ATP
NH3，NADH
谷氨酸
谷氨酰胺
α-酮戊二酸
脑内 α-酮戊二酸↓
TCA ↓
脑
供
能
不
足
三、氨基酸碳架的氧化
酮酸的代谢去路：
经氨基化生成非必需氨基酸
转变成糖及脂类
氧化供能
1.生糖氨基酸和生酮氨基酸
生糖氨基酸：能生成丙酮酸、α-
酮戊二酸、琥珀酰CoA、
延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸
生酮氨基酸：生成乙酰CoA、乙酰乙酰CoA的氨基酸
氨基酸生糖及生酮性质的分类
类别
生糖氨基酸
生酮氨基酸
生糖兼生酮氨基酸
氨 基 酸
甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、
羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、
天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸
亮氨酸、赖氨酸
异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸
葡萄糖或糖原
糖
氨
基
酸
、
糖
及
脂
肪
代
谢
的
联
系
甘油三酯
脂肪
磷酸丙糖
α-磷酸甘油
脂肪酸
PEP
丙氨酸
半胱氨酸
甘氨酸
丝氨酸
色氨酸
丙酮酸
异亮氨酸
亮氨酸
色氨酸
乙酰乙酰CoA
乙酰CoA
柠檬酸
草酰乙酸
天冬氨酸
天冬酰胺
TCA
延胡索酸
苯丙氨酸
酪氨酸
琥珀酰CoA
酮体
亮氨酸 赖氨酸
酪氨酸 色氨酸
苯丙氨酸
CO2
α-酮戊二酸
谷氨酸
CO2
精氨酸 谷氨酰胺
组氨酸 脯氨酸
异亮氨酸 蛋氨酸
苏氨酸 缬氨酸
2. 个别氨基酸的氧化途径

生成乙酰CoA的氨基酸

生成乙酰乙酰CoA的氨基酸

生成α-酮戊二酸的氨基酸

生成琥珀酰CoA的氨基酸

生成草酰乙酸的氨基酸
3.氨基酸衍生的其它重要物质
1）一碳单位(one carbon unit)

某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称
为一碳单位。

种类： 甲基 -CH3 ; 羟甲基 -CH2OH;
亚甲基 –CH2 – ；亚氨甲基 –CH=NH
甲酰基 –HCO- ;氨甲酰基 –COHNH
CO2不是一碳单位

来源：Gly 、His、 Ser、 Thr等的分解代谢

功能：参与嘌呤、嘧啶的合成；参与各种生物活性物
质的甲基化修饰等

载体：四氢叶酸（tetrahydrofolate,THF，曾用FH4）
四氢叶酸的结构
2-氨基-羟-6-甲基蝶呤
对氨基苯甲酸
谷氨酸
5，6，7，8-四氢叶酸
一碳单位(one carbon unit)通常由其载体携带，
常见的载体为四氢叶酸（FH4）。
• THF携带一碳单位的形式
（一碳单位通常是结合在THF分子的N5、N10位上）
N5—CH3—FH4
N5、N10—CH2—FH4
N5、N10=CH—FH4
N10—CHO—FH4
N5—CH=NH—FH4

一碳单位主要来源于Ser、Gly、His、Trp的分解代
谢。
H2O
FH 4
HO
CH2 CH
5
COOH
NH 2
Ser
+
+
NADH+H
5
CH2 COOH + FH 4
Gl y
CH2 FH 4 + Gly
Ë¿°±ËáôǼ׻ù
ת Ò Æ
ø
NAD
H2N
10
N £¬N
10
N £¬N
¸Ê°±ËáÁѽâø
CH2 FH 4 + CO2 + NH3
N
CH2CH COOH
NH
NH 2
HOOC
HN
CH CH2 CH2 COOH
NH
C
H
Hi s
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FH 4
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N5
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Trp
FH 4+ATP
HC O O H 10
N
¼×Ëá
Gl u
CH=NH FH 4
ADP+Pi
N10
CHO FH 4
ºÏ ³Éø
CHO FH 4
一碳单位的生理功用
参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。
将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。
参与许多物质的甲基化过程。
一碳单位代谢障碍会影响DNA、蛋白质的合成，
引起巨幼红细胞性贫血。
磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响一碳单位
代谢及核苷酸合成而发挥药理作用。
甲硫氨酸与转甲基作用
腺苷转移酶
+
PPi+Pi
甲硫氨酸
ATP
S—腺苷甲硫氨酸
(S-腺苷Met，SAM)
SAM为体内甲基的直接供体
RH
R—CH3
H2 O
腺苷
甲基转移酶
SAM
S—腺苷同型
半胱氨酸
同型半胱氨酸
甲硫氨酸循环
甲硫氨酸
ATP
THF
(VitB12)
N5—CH3—THF
PPi+Pi
N5—CH3—THF
转甲基酶
S-腺苷甲硫氨酸
同型半胱氨酸
腺苷
H2 O
R
S-腺苷同型
半胱氨酸
R
-CH3
N5-CH3-FH4转甲基酶：
辅酶为维生素B12，当维生素B12缺乏时，影响
四氢叶酸的再生，一碳单位转运受阻，导致核
酸合成障碍，可产生巨幼红细胞性贫血。
蛋氨酸循环的生理意义：
 使N5-CH2FH4释出-CH3重新变成游离的FH4，继
续运载一碳单位。
 减少蛋氨酸的净消耗，重复利用以满足机体
对甲基化的供体的需要。
2）由氨基酸衍生的生物活性物质
化合物
生理功能
氨基酸前体
嘌呤碱
含氮碱基、核酸成分
嘧啶碱
卟啉化合物
肌酸、磷酸肌酸
含氮碱基、核酸成分
Asp、Gln、Gly
Asp
血红素、细胞色素
能量储存
Gly
Gly、Arg、Met
维生素
神经递质、激素
Trp
激素
皮肤色素
血管收缩剂、神经递质
Tyr
Tyr、Phe
Trp
血管舒张剂
His
神经递质
细胞增殖促进剂
细胞信号转导分子
Glu
Arg、Met
Arg
尼克酸
儿茶酚胺
甲状腺素
黑色素
5-羟色胺
组胺
γ-氨基丁酸
精胺、精脒
一氧化氮（NO）
Tyr、Phe
5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine, 5-HT)
•5-HT在脑内作为神经递质，兴奋交感神经元，
抑制付交感神经元；在外周组织有收缩血管的
作用。
芳香族氨基酸的代谢
芳香族氨基酸
苯丙氨酸
酪氨酸
色氨酸
苯丙氨酸和酪氨酸的代谢
苯丙氨酸 + O2
苯丙氨酸羟化酶
四氢生物蝶呤
NADP+
酪氨酸 + H2O
二氢生物蝶呤
NADPH+H+
•此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。
苯酮酸尿症(phenyl keronuria, PKU)
体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常
转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮
酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。
酪氨酸可彻底氧化分解或转变为儿茶酚胺和黑色素
①酪氨酸经尿黑酸转变成乙酰乙酸和延胡索酸：
•体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解
受阻，可出现尿黑酸症。
儿茶酚胺(catecholamine) 的合成
羟化
黑色素(melanin)的合成
帕金森病(Parkinson
disease)患者多巴胺生成减少。
在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑
色素。
人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等
发白，称为白化病(albinism)。
NO的生成
COOH
COOH
H2N C H
H2N C H
(CH2)3
+ O2
NH
NADPH+H+
C NH
H2N
精氨酸
一氧化氮合酶
（NOS）
(CH2)3
NADP+
+ NO
NH
C O
H2N
瓜氨酸
NO是重要的生物信使分子
一氧化氮
第三节
氨基酸的生物合成
一、氨基酸的生物合成
必需氨基酸(essential amino acid)
人体不能合成，必须从食物中获取。 Val、
Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。
非必需氨基酸
人体自身可以合成的氨基酸
氨基酸生物合成途径的共性
起始材料：

非CO2，NH3起始的从头合成

起始于：三羧酸循环（ TCA），糖酵解（EMP），
磷酸戊糖途径中间代谢物
4-磷酸赤藓糖
氨基酸合成的主要起始物
 α- 酮戊二酸衍生类（TCA）: Arg Pro Glu
Gln Lys（真菌）
 草酰乙酸衍生类（TCA）: Asp Asn Met
Thr Ile Lys（细菌、绿色植物）
 丙酮酸衍生类（EMP）: Ala Ile Leu Val
 3-P甘油酸衍生类(EMP)： Ser Gly Cys
 4-P赤藓糖 + PEP : Phe Tyr Trp
 PRPP( 5-磷酸核糖-1-焦磷酸 ) + ATP→→→
His
二、几种氨基酸合成的简单途径
3-磷酸甘油酸
四氢叶酸
N5，N10-亚甲四氢叶酸
3-磷酸羟基丙酮酸
甘氨酸
丝氨酸
丝氨酸羟甲
基转移酶
3-磷酸丝氨酸
丝氨酸
α-酮戊二酸
谷氨酸
谷氨酸
谷氨酸
谷氨酰胺
脯氨酸
三、氨基酸生物合成途径中的反馈调节

酶量调节——基因水平调节

酶活性调节——别构调节（反馈调节）
1. 单向途径终末产物的反馈抑制
苏氨酸
异亮氨酸
2. 顺序反馈抑制
3. 酶的多重性抑制
4. 协同反馈调节
氨基酸代谢概况
尿素
氨
酮 体
食物蛋白质
α-酮酸
组织
蛋白质
分解
氨基酸
代谢库
氧化供能
糖
合成
代谢转变
体内合成氨基酸
(非必需氨基酸)
其它含氮化合物
(嘌呤、嘧啶等)
胺类
1．乙酰CoA的来源去路
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2．草酰乙酸来源去路
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PEP
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