植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化合物。
人和动物消化吸收动、植物蛋白质，得到氨基酸，合成蛋白质及含氮物质。
有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮，合成氨基酸。
第一节 蛋白质消化、降解及氮平衡
一、 蛋白质消化吸收
哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解成游离氨基酸，在小肠被吸收。
被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能直接排出体外，需经历各种代谢途径。
肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离氨基酸。
二、 蛋白质的降解
人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有总体蛋白的1%～2%被降解、更新。
不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的t1/2约10天，肝脏的t1/2约1～8天，结缔组织蛋白的t1/2约180天，许多关键性的调节酶的t1/2 均很短。
真核细胞中蛋白质的降解有两条途径：
一条是不依赖ATP的途径，在溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。
另一条是依赖ATP和泛素的途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。
泛素是一种8.5KD（76a.a.残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个a.a残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。
三、 氨基酸代谢库
食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性a.a）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性a.a）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。
氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。
肌肉中a.a占代谢库的50％以上。
肝脏中a.a占代谢库的10％。
肾中a.a占代谢库的4％。
血浆中a.a占代谢库的1～6％。
肝、肾体积小，它们所含的a.a浓度很高，血浆a.a是体内各组织之间a.a转运的主要形式。
氨基酸代谢库
图
四、 氮平衡
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，可以忽略不计。
氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在正常情况下处于平衡状态。即，摄入氮＝排出氮。
氮正平衡：摄入氮＞排出氮，部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。
氮负平衡：摄入氮＜排出氮。饥锇、疾病。
第二节 氨基酸分解代谢
氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。
氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，形成的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O，产生ATP ，也可以为糖、脂肪酸的合成提供碳架。
一、 脱氨基作用
主要在肝脏中进行
（一） 氧化脱氨基
第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。
P219 反应式：
生成的H2O2有毒，在过氧化氢酶催化下，生成H2O+O2↑，解除对细胞的毒害。
1、 催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶）
（1）、 Ｌ—氨基酸氧化酶
有两类辅酶，Ｅ—ＦＭＮ
Ｅ—ＦＡＤ（人和动物）
对下列a.a不起作用：
Gly、β-羟氨酸（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，而是谷氨酸脱氢酶。
（2）、 D-氨基酸氧化酶 E-FAD
有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，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 兔肾中有D-Asp氧化酶，D-Asp脱氨，生成草酰乙酸。
（5）、 L-Glu脱氢酶 E-NAD+ E-NADP+
P220 反应式：
真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。
此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。
ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。
ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。
因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自a.a氧化）。
（二） 非氧化脱氨基作用（大多数在微生物的中进行）
P 221
①还原脱氨基（严格无氧条件下）
图
②水解脱氨基
图
③脱水脱氨基
图
④脱巯基脱氨基
⑤氧化-还原脱氨基
两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。
⑥脱酰胺基作用
谷胺酰胺酶：谷胺酰胺 + H2O → 谷氨酸 + NH3
天冬酰胺酶：天冬酰胺 + H2O → 天冬氨酸 + NH3
谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中
（三） 转氨基作用
转氨作用是a.a脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基作用。
转氨基作用由转氨酶催化，辅酶是维生素B6（磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺）。转氨酶在真核细胞的胞质、线粒体中都存在。
转氨基作用：是α-氨基酸和α-酮酸之间氨基转移作用，结果是原来的a.a生成相应的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨基酸。
P223 结构式：
不同的转氨酶催化不同的转氨反应。
大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）。肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。
动物组织中，Asp转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。
转氨作用机制 P224 图16-2
此图只画出转氨反应的一半。
（四） 联合脱氨基
单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。
机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。
1、 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用
氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，并释放出氨。
P225 图16-3 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用
2、 通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用
P 225结构式：次黄嘌呤核苷一磷酸（IMP）、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸
P226 图16-4通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用
骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主
二、 脱羧作用
生物体内大部分a.a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。
a.a脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。
a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。
但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。
三、 氨的去向
氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。
氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与α-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，产生肝昏迷。
氨的去向：
（1）重新利用 合成a.a、核酸。
（2）贮存 Gln，Asn
高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。
（3）排出体外
排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出。
排尿酸动物：鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。
排尿动物：以尿素形式排出。
（一） 氨的转运（肝外→肝脏）
1、 Gln转运 Gln合成酶、Gln酶（在肝中分解Gln）
Gln合成酶，催化Glu与氨结合，生成Gln。
Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。
Gln经血液进入肝中，经Gln酶分解，生成Glu和NH3。
2、 丙氨酸转运（Glc-Ala循环）
肌肉可利用Ala将氨运至肝脏，这一过程称Glc-Ala循环。
丙氨酸在PH7时接近中性，不带电荷，经血液运到肝脏
在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成Glc。
肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏，而以Ala的形式运送，一举两得。
（二） 氨的排泄
1、 直接排氨
排氨动物将氨以Gln形式运至排泄部位，经Gln酶分解，直接释放NH3。游离的NH3借助扩散作用直接排除体外。
2、 尿素的生成（尿素循环）
排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环
1932年，Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任一种，都可促使尿素的合成。
尿素循环途径（鸟氨酸循环）：
P230图16-6
（1）、 氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合酶I）
肝细胞液中的a.a经转氨作用，与α-酮戊二酸生成Glu，Glu进入线粒体基质，经Glu脱氢酶作用脱下氨基，游离的氨（NH4+）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。
氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。
氨甲酰磷酸合酶I：存在于线粒体中，参与尿素的合成。
氨甲酰磷酸合酶II：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。
N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶 I、II
（2）、 合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）
鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸。
P231 反应式：
鸟氨酸转氨甲酰酶存在于线粒体中，需要Mg2+作为辅因子。
瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。
（3）、 合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合酶）
P231 结构式
（4）、 精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）
精氨琥珀酸 → 精氨酸 + 延胡索素酸
P232 结构式
此时Asp的氨基转移到Arg上。
来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，
（5）、 精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素
P232结构式
尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。
尿素循环总反应：
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个高能磷酸键。
联合脱-NH2合成尿素是解决-NH2去向的主要途径。
尿素循环与TCA的关系：草酰乙酸、延胡素酸（联系物）。
肝昏迷（血氨升高，使α-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。
3、 生成尿酸（见核苷酸代谢）
尿酸（包括尿素）也是嘌呤代谢的终产物。
四、 氨基酸碳架的去向
20种aa有三种去路
（1）氨基化还原成氨基酸。
（2）氧化成CO2和水（TCA）。
（3）生糖、生脂。
20种a.a的碳架可转化成7种物质：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。
它们最后集中为5种物质进入TCA：乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。
234 图 16-7 氨基酸碳骨架进入TCA的途径
1、 转变成丙酮酸的途径
P236 图16-8 Ala、Gly、Ser、Thr、Cys形成丙酮酸的途径
（1）、 Ala 经与α-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）
（2）、 Gly先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。
Gly与Ser的互变是极为灵活的，该反应也是Ser生物合成的重要途径。
Gly的分解代谢不是以形成乙酰CoA为主要途径，Gly的重要作用是一碳单位的提供者。
Gly + FH4 + NAD+ → N5,N10-甲烯基FH4 + CO2 + NH4+ + NADH
（3）、 Ser 脱水、脱氢，生成丙酮酸（丝氨酸脱水酶）
P235 反应式
（4）、 Thr 有3条途径 P235
① 由Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸 → 乙酰CoA。
②
③
（5）、 Cys 有3条途径
① 转氨，生成β-巯基丙酮酸，再脱巯基，生成丙酮酸。
② 氧化成丙酮酸
③加水分解成丙酮酸
2、 转变成乙酰乙酰CoA的途径
P 237 图16-9 Phe、Tyr、Leu
（1）、 Phe → Tyr → 乙酰乙酰CoA
P238图16-10 Phe、Tyr分解为乙酰乙酰CoA和延胡索酸的途径
（2）、 Tyr
产物：1个乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA。），1个延胡索酸，1个CO2 ，
（3）、 Leu P240图16-12
产物：1个乙酰CoA，1个乙酰乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。
反应中先脱1个CO2 ，后又加1个CO2 ，C原子不变 。
（4）、 Lys P241图16-13
产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2 。
在反应途中转氨：a. 氧化脱氨 ， b. 转氨
（5）、 Trp P 242图16-14
产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个CO2 ，1个甲酸。
3、 α-酮戊二酸途径
P243 图16-16 Arg、His、Gln、Pro、Glu形成α-酮戊二酸的途径
（1）、 Arg P244图16-17
产物：1分子Glu，1分子尿素
（2）、 His P244图16-18
产物：1分子Glu，1分子NH3 ,1分子甲亚氨基
（3）、 Gln 三条途径
①. Gln酶： Gln + H2O → Glu + NH3
② Glu合成酶： . Gln+α-酮戊二酸 + NADPH → 2Glu + NADP+
③ 转酰胺酶：Gln+α-酮戊二酸 → Glu + r-酮谷酰氨酸 → α-酮戊二酸 + NH4+
（4）、 Pro P145图16-19
产物：Pro → Glu
Hpro → 丙酮酸 + 丙醛酸
4、 琥珀酰CoA途径
P246 图16-20 Met、Ile、Val转变成琥珀酰CoA
（1）、 Met P246图16-21
给出1个甲基，将-SH转给Ser（生成Cys），产生一个琥珀酰CoA
（2）、 Ile P247图16-22
产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA
（3）、 Val P247图16-23
5、 草酰乙酸途径
Asp和Asn可转变成草酰乙酸进入TCA，Asn先转变成Asp（Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.
6、 延胡索酸途径
Phe、Tyr可生成延胡索酸（前面已讲过）。
五、 生糖氨基酸与生酮氨基酸
生酮氨基酸：Phe、Tyr、Leu、Lys、Trp。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和β-羟丁酸，因此这5种a.a.称生酮a.a.
生糖氨基酸：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.都称为生糖a.a，它们都能生成Glc。
而Phe、Tyr是生酮兼生糖a.a。
六、 由氨基酸衍生的其它重物质
1、 由氨基酸产生一碳单位
一碳单位：具有一个碳原子的基团，包括：亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（ HC=O-），羟甲基（-CH2OH），亚甲基（又称甲叉基，-CH2），次甲基（又称甲川基，-CH=），甲基（-CH3）
一碳单位不仅与a.a.代谢密切相关，还参与嘌呤、嘧啶的生物合成，是生物体内各种化合物甲基化的甲基来源。
Gly、Thr、Ser、His、Met 等a.a.可以提供一碳单位。
一碳单位的转移靠四氢叶酸（5，6，7，8-四氢叶酸），携带甲基的部位是N 5、N 10
P249 结构式：FH4与N 5、N 10-亚甲基FH4
2、 氨基酸与生物活性物质
P251 表16-1氨基酸来源的生物活性物质
（1）、 Tyr与黑色素
（2）、 Tyr与儿茶酚胺类
可生成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素，这四种统称儿茶酚胺类。前二者是神经递质，后二者是激素
P252 图16-24 Tyr形成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素
（3）、 Trp与5-羟色胺及吲哚乙酸
P252 图16-25 Trp形成5-羟色胺及吲哚乙酸
5-羟色胺是神经递质，促进血管收缩
（4）、 肌酸和磷酸肌酸（Arg、Gly、Met）
肌酸和磷酸肌酸，在贮存和转移磷酸键能中起重要作用。它们存在于动物的肌肉、脑、血液中。
P253 图16-26 Arg、Gly、Met形成磷酸肌酸
肌酸合成中的甲基化：S-腺苷Met
（5）、 His与组胺
His脱羧生成组胺，是一种血管舒张剂，在神经组织中是感觉神经的一种递质。
（6）、 Arg → 水解 → 鸟氨酸 → 脱羧 → 腐胺 → 亚精胺 → 精胺
（7）、 Glu与r-氨基丁酸
Glu本身就是一种兴奋性神经递质（还有Asp），在脑、脊髓中广泛存在。Glu脱羧形成的r-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。
（8）、 牛磺酸和Cys P254-255
Cys 的SH氧化成-SO3-，并脱去-COO - 就形成了牛磺酸，牛磺酸与胆汁酸结合，乳化食物。
七、 氨基酸代谢缺陷症
P255 表16-2
苯丙酮尿症（PKU）
图
第三节 氨基酸合成代谢
一、 氨基酸合成中的氮源和碳源
1、 氮源（无机氮不行）
（1）生物固氨（微生物）
a.与豆科植物共生的根瘤菌
b.自养固氮菌 兰藻
在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3
图
（2）硝酸盐和亚硝酸盐 (植物、微生物)
图
（3）各种脱氨基酸作用产生的NH3（所有生物）
前面已讲过
2、 碳源
直接碳源是相应的α-酮酸，植物能合成20种a.a.相应的全部碳架或前体。人和动物只能直接合成部分a.a.相应的α-酮酸。
主要来源：糖酵解、TCA、磷酸已糖支路。
必需氨基酸：Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（Arg、His）
3、 植物、部分微生物a.a.合成方式
①α-酮戊二酸衍生类型 Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫）
与a.a.分解进入α-酮酸的途径比较，少了一种a.a.，即His。
②草酰乙酸衍生类型 Asp、Asn、Met、Thr、Ile（也可归入丙酮类）、Lys（植物、细菌）
经TCA中间产物（α-酮戊二酸、草酰乙酸）可合成10种a.a.，即Glu、Gln、Pro、Arg、Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys。
③丙酮酸衍生类型 Ala、Val（Ile）、Leu
④3-磷酸甘油酸衍生类型 Ser、Gly、Cys
经酵解中间产物（3-磷酸甘油酸、丙酮酸），可合成Ser、Cys、Gly、 Ala、Val、Leu等6种a.a。
⑤经酵解及磷酸戊糖中间产物（磷酸烯醇丙酮酸、4-磷酸赤藓糖），可合成Phe、Tyr、Trp等3种芳香族a.a。
⑥His有自己独特的合成途径，与其它氨基酸之间没有关系
二、 脂肪族氨基酸生物合成途径
1、 α-酮戊二酸衍生类型（Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫））
（1）、 Glu的合成
由α-酮戊二酸与游离氨，经L-Glu脱氢酸催化。对于植物和微生物，氨的来源是Gln的酰胺基。
（2）、 Gln的合成
由α-酮戊二酸形成Glu，由Glu可以进一步形成Gln，
Gln合酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶，活性受8种含氮物反馈调控：
氨基Glc-6-P、Trp、Ala、 Gly、 His和CTP、 AMP、氨甲酰磷酸。
除Gly、Ala，其余含氮物的氮都来自Gln。
P282
（3）、 Pro的合成 （Glu环化而成） P262 图17-2
（4）、 Arg合成 P263 图17-3
（5）、 Lys合成
① α-酮戊二酸衍生型（蕈类、眼虫） P264 图17-4
② 天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、细菌） P267 图17-5
2、 草酰乙酸衍生类型（Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys（植物、细菌））
（1）、 Asp合成
（2）、 Asn合成（转移酰胺基）
哺乳动物
（3）、 Met合成 P268 图17-6
（4）、 Thr合成 P269 图17-7
Lys、Met、Thr合成中，有一段共同途径，即生成Asp-β-半醛，是一个分枝点化合物。
（5）、 Ile合成 （与Val极为相似） P271 图17-9
Ile的合成途径与Val极为相似。
6个C中4个来自Asp（Asp → Thr），2个来自丙酮酸，所以也可以归入丙酮酸衍生型。
（6）、 Lys（植物、细菌） P267 图17-5
3、 丙酮酸衍生型（Ala、Val（Ile）、Leu）
4、 3-磷酸甘油酸衍生型（Ser、Gly、Cys）
三、 芳香族氨基酸及His的生成合成 P274
1、 Phe、Tyr、Trp的合成
（自己看）不要求
分枝酸 ： 2磷酸烯醇丙酮酸，1个赤藓糖4-P
2、 His合成
四、 氨基酸生物合成的调节
最有效的调节是通过合成过程的终端产物，反馈抑制反应系列中第一个酶的活性，即通过别构效应调节第一个酶的活性。
1、 通过终端产物对aa合成的反馈抑制
（1）简单的终端产物反馈抑制
如由Thr合成Ile
图
（2）不同终端产物对共同合成途径的协同抑制
图
（3）不同分枝产物对多个同工酶的抑制
图
（4）顺序反馈抑制
图
终端产物E和H，只分别抑制分道后自己的分支途径中第一个酶的活性。
2、 通过酶量调节
五、 几种重要的 a.a.衍生物的生物合成
（1）、 谷光苷肽
（2）、 肌酸
（3）、 卟啉
血红素、细胞色素、叶绿素。卟啉由Gly和琥珀酰CoA合成
（4）、 短杆菌肽
本章重点
脱氨的几种方式
氨的去路
尿素的合成
氨的转运
脱氨后碳架的去向
a.a.合成中的碳源氮源
Gln、Glu合成
一碳单位及作用
人和动物消化吸收动、植物蛋白质，得到氨基酸，合成蛋白质及含氮物质。
有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮，合成氨基酸。
第一节 蛋白质消化、降解及氮平衡
一、 蛋白质消化吸收
哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解成游离氨基酸，在小肠被吸收。
被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能直接排出体外，需经历各种代谢途径。
肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离氨基酸。
二、 蛋白质的降解
人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有总体蛋白的1%～2%被降解、更新。
不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的t1/2约10天，肝脏的t1/2约1～8天，结缔组织蛋白的t1/2约180天，许多关键性的调节酶的t1/2 均很短。
真核细胞中蛋白质的降解有两条途径：
一条是不依赖ATP的途径，在溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。
另一条是依赖ATP和泛素的途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。
泛素是一种8.5KD（76a.a.残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个a.a残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。
三、 氨基酸代谢库
食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性a.a）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性a.a）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。
氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。
肌肉中a.a占代谢库的50％以上。
肝脏中a.a占代谢库的10％。
肾中a.a占代谢库的4％。
血浆中a.a占代谢库的1～6％。
肝、肾体积小，它们所含的a.a浓度很高，血浆a.a是体内各组织之间a.a转运的主要形式。
氨基酸代谢库
图
四、 氮平衡
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，可以忽略不计。
氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在正常情况下处于平衡状态。即，摄入氮＝排出氮。
氮正平衡：摄入氮＞排出氮，部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。
氮负平衡：摄入氮＜排出氮。饥锇、疾病。
第二节 氨基酸分解代谢
氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。
氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，形成的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O，产生ATP ，也可以为糖、脂肪酸的合成提供碳架。
一、 脱氨基作用
主要在肝脏中进行
（一） 氧化脱氨基
第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。
P219 反应式：
生成的H2O2有毒，在过氧化氢酶催化下，生成H2O+O2↑，解除对细胞的毒害。
1、 催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶）
（1）、 Ｌ—氨基酸氧化酶
有两类辅酶，Ｅ—ＦＭＮ
Ｅ—ＦＡＤ（人和动物）
对下列a.a不起作用：
Gly、β-羟氨酸（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，而是谷氨酸脱氢酶。
（2）、 D-氨基酸氧化酶 E-FAD
有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，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 兔肾中有D-Asp氧化酶，D-Asp脱氨，生成草酰乙酸。
（5）、 L-Glu脱氢酶 E-NAD+ E-NADP+
P220 反应式：
真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。
此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。
ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。
ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。
因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自a.a氧化）。
（二） 非氧化脱氨基作用（大多数在微生物的中进行）
P 221
①还原脱氨基（严格无氧条件下）
图
②水解脱氨基
图
③脱水脱氨基
图
④脱巯基脱氨基
⑤氧化-还原脱氨基
两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。
⑥脱酰胺基作用
谷胺酰胺酶：谷胺酰胺 + H2O → 谷氨酸 + NH3
天冬酰胺酶：天冬酰胺 + H2O → 天冬氨酸 + NH3
谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中
（三） 转氨基作用
转氨作用是a.a脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基作用。
转氨基作用由转氨酶催化，辅酶是维生素B6（磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺）。转氨酶在真核细胞的胞质、线粒体中都存在。
转氨基作用：是α-氨基酸和α-酮酸之间氨基转移作用，结果是原来的a.a生成相应的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨基酸。
P223 结构式：
不同的转氨酶催化不同的转氨反应。
大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）。肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。
动物组织中，Asp转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。
转氨作用机制 P224 图16-2
此图只画出转氨反应的一半。
（四） 联合脱氨基
单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。
机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。
1、 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用
氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，并释放出氨。
P225 图16-3 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用
2、 通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用
P 225结构式：次黄嘌呤核苷一磷酸（IMP）、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸
P226 图16-4通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用
骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主
二、 脱羧作用
生物体内大部分a.a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。
a.a脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。
a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。
但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。
三、 氨的去向
氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。
氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与α-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，产生肝昏迷。
氨的去向：
（1）重新利用 合成a.a、核酸。
（2）贮存 Gln，Asn
高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。
（3）排出体外
排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出。
排尿酸动物：鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。
排尿动物：以尿素形式排出。
（一） 氨的转运（肝外→肝脏）
1、 Gln转运 Gln合成酶、Gln酶（在肝中分解Gln）
Gln合成酶，催化Glu与氨结合，生成Gln。
Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。
Gln经血液进入肝中，经Gln酶分解，生成Glu和NH3。
2、 丙氨酸转运（Glc-Ala循环）
肌肉可利用Ala将氨运至肝脏，这一过程称Glc-Ala循环。
丙氨酸在PH7时接近中性，不带电荷，经血液运到肝脏
在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成Glc。
肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏，而以Ala的形式运送，一举两得。
（二） 氨的排泄
1、 直接排氨
排氨动物将氨以Gln形式运至排泄部位，经Gln酶分解，直接释放NH3。游离的NH3借助扩散作用直接排除体外。
2、 尿素的生成（尿素循环）
排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环
1932年，Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任一种，都可促使尿素的合成。
尿素循环途径（鸟氨酸循环）：
P230图16-6
（1）、 氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合酶I）
肝细胞液中的a.a经转氨作用，与α-酮戊二酸生成Glu，Glu进入线粒体基质，经Glu脱氢酶作用脱下氨基，游离的氨（NH4+）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。
氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。
氨甲酰磷酸合酶I：存在于线粒体中，参与尿素的合成。
氨甲酰磷酸合酶II：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。
N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶 I、II
（2）、 合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）
鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸。
P231 反应式：
鸟氨酸转氨甲酰酶存在于线粒体中，需要Mg2+作为辅因子。
瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。
（3）、 合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合酶）
P231 结构式
（4）、 精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）
精氨琥珀酸 → 精氨酸 + 延胡索素酸
P232 结构式
此时Asp的氨基转移到Arg上。
来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，
（5）、 精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素
P232结构式
尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。
尿素循环总反应：
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个高能磷酸键。
联合脱-NH2合成尿素是解决-NH2去向的主要途径。
尿素循环与TCA的关系：草酰乙酸、延胡素酸（联系物）。
肝昏迷（血氨升高，使α-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。
3、 生成尿酸（见核苷酸代谢）
尿酸（包括尿素）也是嘌呤代谢的终产物。
四、 氨基酸碳架的去向
20种aa有三种去路
（1）氨基化还原成氨基酸。
（2）氧化成CO2和水（TCA）。
（3）生糖、生脂。
20种a.a的碳架可转化成7种物质：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。
它们最后集中为5种物质进入TCA：乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。
234 图 16-7 氨基酸碳骨架进入TCA的途径
1、 转变成丙酮酸的途径
P236 图16-8 Ala、Gly、Ser、Thr、Cys形成丙酮酸的途径
（1）、 Ala 经与α-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）
（2）、 Gly先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。
Gly与Ser的互变是极为灵活的，该反应也是Ser生物合成的重要途径。
Gly的分解代谢不是以形成乙酰CoA为主要途径，Gly的重要作用是一碳单位的提供者。
Gly + FH4 + NAD+ → N5,N10-甲烯基FH4 + CO2 + NH4+ + NADH
（3）、 Ser 脱水、脱氢，生成丙酮酸（丝氨酸脱水酶）
P235 反应式
（4）、 Thr 有3条途径 P235
① 由Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸 → 乙酰CoA。
②
③
（5）、 Cys 有3条途径
① 转氨，生成β-巯基丙酮酸，再脱巯基，生成丙酮酸。
② 氧化成丙酮酸
③加水分解成丙酮酸
2、 转变成乙酰乙酰CoA的途径
P 237 图16-9 Phe、Tyr、Leu
（1）、 Phe → Tyr → 乙酰乙酰CoA
P238图16-10 Phe、Tyr分解为乙酰乙酰CoA和延胡索酸的途径
（2）、 Tyr
产物：1个乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA。），1个延胡索酸，1个CO2 ，
（3）、 Leu P240图16-12
产物：1个乙酰CoA，1个乙酰乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。
反应中先脱1个CO2 ，后又加1个CO2 ，C原子不变 。
（4）、 Lys P241图16-13
产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2 。
在反应途中转氨：a. 氧化脱氨 ， b. 转氨
（5）、 Trp P 242图16-14
产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个CO2 ，1个甲酸。
3、 α-酮戊二酸途径
P243 图16-16 Arg、His、Gln、Pro、Glu形成α-酮戊二酸的途径
（1）、 Arg P244图16-17
产物：1分子Glu，1分子尿素
（2）、 His P244图16-18
产物：1分子Glu，1分子NH3 ,1分子甲亚氨基
（3）、 Gln 三条途径
①. Gln酶： Gln + H2O → Glu + NH3
② Glu合成酶： . Gln+α-酮戊二酸 + NADPH → 2Glu + NADP+
③ 转酰胺酶：Gln+α-酮戊二酸 → Glu + r-酮谷酰氨酸 → α-酮戊二酸 + NH4+
（4）、 Pro P145图16-19
产物：Pro → Glu
Hpro → 丙酮酸 + 丙醛酸
4、 琥珀酰CoA途径
P246 图16-20 Met、Ile、Val转变成琥珀酰CoA
（1）、 Met P246图16-21
给出1个甲基，将-SH转给Ser（生成Cys），产生一个琥珀酰CoA
（2）、 Ile P247图16-22
产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA
（3）、 Val P247图16-23
5、 草酰乙酸途径
Asp和Asn可转变成草酰乙酸进入TCA，Asn先转变成Asp（Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.
6、 延胡索酸途径
Phe、Tyr可生成延胡索酸（前面已讲过）。
五、 生糖氨基酸与生酮氨基酸
生酮氨基酸：Phe、Tyr、Leu、Lys、Trp。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和β-羟丁酸，因此这5种a.a.称生酮a.a.
生糖氨基酸：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.都称为生糖a.a，它们都能生成Glc。
而Phe、Tyr是生酮兼生糖a.a。
六、 由氨基酸衍生的其它重物质
1、 由氨基酸产生一碳单位
一碳单位：具有一个碳原子的基团，包括：亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（ HC=O-），羟甲基（-CH2OH），亚甲基（又称甲叉基，-CH2），次甲基（又称甲川基，-CH=），甲基（-CH3）
一碳单位不仅与a.a.代谢密切相关，还参与嘌呤、嘧啶的生物合成，是生物体内各种化合物甲基化的甲基来源。
Gly、Thr、Ser、His、Met 等a.a.可以提供一碳单位。
一碳单位的转移靠四氢叶酸（5，6，7，8-四氢叶酸），携带甲基的部位是N 5、N 10
P249 结构式：FH4与N 5、N 10-亚甲基FH4
2、 氨基酸与生物活性物质
P251 表16-1氨基酸来源的生物活性物质
（1）、 Tyr与黑色素
（2）、 Tyr与儿茶酚胺类
可生成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素，这四种统称儿茶酚胺类。前二者是神经递质，后二者是激素
P252 图16-24 Tyr形成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素
（3）、 Trp与5-羟色胺及吲哚乙酸
P252 图16-25 Trp形成5-羟色胺及吲哚乙酸
5-羟色胺是神经递质，促进血管收缩
（4）、 肌酸和磷酸肌酸（Arg、Gly、Met）
肌酸和磷酸肌酸，在贮存和转移磷酸键能中起重要作用。它们存在于动物的肌肉、脑、血液中。
P253 图16-26 Arg、Gly、Met形成磷酸肌酸
肌酸合成中的甲基化：S-腺苷Met
（5）、 His与组胺
His脱羧生成组胺，是一种血管舒张剂，在神经组织中是感觉神经的一种递质。
（6）、 Arg → 水解 → 鸟氨酸 → 脱羧 → 腐胺 → 亚精胺 → 精胺
（7）、 Glu与r-氨基丁酸
Glu本身就是一种兴奋性神经递质（还有Asp），在脑、脊髓中广泛存在。Glu脱羧形成的r-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。
（8）、 牛磺酸和Cys P254-255
Cys 的SH氧化成-SO3-，并脱去-COO - 就形成了牛磺酸，牛磺酸与胆汁酸结合，乳化食物。
七、 氨基酸代谢缺陷症
P255 表16-2
苯丙酮尿症（PKU）
图
第三节 氨基酸合成代谢
一、 氨基酸合成中的氮源和碳源
1、 氮源（无机氮不行）
（1）生物固氨（微生物）
a.与豆科植物共生的根瘤菌
b.自养固氮菌 兰藻
在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3
图
（2）硝酸盐和亚硝酸盐 (植物、微生物)
图
（3）各种脱氨基酸作用产生的NH3（所有生物）
前面已讲过
2、 碳源
直接碳源是相应的α-酮酸，植物能合成20种a.a.相应的全部碳架或前体。人和动物只能直接合成部分a.a.相应的α-酮酸。
主要来源：糖酵解、TCA、磷酸已糖支路。
必需氨基酸：Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（Arg、His）
3、 植物、部分微生物a.a.合成方式
①α-酮戊二酸衍生类型 Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫）
与a.a.分解进入α-酮酸的途径比较，少了一种a.a.，即His。
②草酰乙酸衍生类型 Asp、Asn、Met、Thr、Ile（也可归入丙酮类）、Lys（植物、细菌）
经TCA中间产物（α-酮戊二酸、草酰乙酸）可合成10种a.a.，即Glu、Gln、Pro、Arg、Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys。
③丙酮酸衍生类型 Ala、Val（Ile）、Leu
④3-磷酸甘油酸衍生类型 Ser、Gly、Cys
经酵解中间产物（3-磷酸甘油酸、丙酮酸），可合成Ser、Cys、Gly、 Ala、Val、Leu等6种a.a。
⑤经酵解及磷酸戊糖中间产物（磷酸烯醇丙酮酸、4-磷酸赤藓糖），可合成Phe、Tyr、Trp等3种芳香族a.a。
⑥His有自己独特的合成途径，与其它氨基酸之间没有关系
二、 脂肪族氨基酸生物合成途径
1、 α-酮戊二酸衍生类型（Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫））
（1）、 Glu的合成
由α-酮戊二酸与游离氨，经L-Glu脱氢酸催化。对于植物和微生物，氨的来源是Gln的酰胺基。
（2）、 Gln的合成
由α-酮戊二酸形成Glu，由Glu可以进一步形成Gln，
Gln合酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶，活性受8种含氮物反馈调控：
氨基Glc-6-P、Trp、Ala、 Gly、 His和CTP、 AMP、氨甲酰磷酸。
除Gly、Ala，其余含氮物的氮都来自Gln。
P282
（3）、 Pro的合成 （Glu环化而成） P262 图17-2
（4）、 Arg合成 P263 图17-3
（5）、 Lys合成
① α-酮戊二酸衍生型（蕈类、眼虫） P264 图17-4
② 天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、细菌） P267 图17-5
2、 草酰乙酸衍生类型（Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys（植物、细菌））
（1）、 Asp合成
（2）、 Asn合成（转移酰胺基）
哺乳动物
（3）、 Met合成 P268 图17-6
（4）、 Thr合成 P269 图17-7
Lys、Met、Thr合成中，有一段共同途径，即生成Asp-β-半醛，是一个分枝点化合物。
（5）、 Ile合成 （与Val极为相似） P271 图17-9
Ile的合成途径与Val极为相似。
6个C中4个来自Asp（Asp → Thr），2个来自丙酮酸，所以也可以归入丙酮酸衍生型。
（6）、 Lys（植物、细菌） P267 图17-5
3、 丙酮酸衍生型（Ala、Val（Ile）、Leu）
4、 3-磷酸甘油酸衍生型（Ser、Gly、Cys）
三、 芳香族氨基酸及His的生成合成 P274
1、 Phe、Tyr、Trp的合成
（自己看）不要求
分枝酸 ： 2磷酸烯醇丙酮酸，1个赤藓糖4-P
2、 His合成
四、 氨基酸生物合成的调节
最有效的调节是通过合成过程的终端产物，反馈抑制反应系列中第一个酶的活性，即通过别构效应调节第一个酶的活性。
1、 通过终端产物对aa合成的反馈抑制
（1）简单的终端产物反馈抑制
如由Thr合成Ile
图
（2）不同终端产物对共同合成途径的协同抑制
图
（3）不同分枝产物对多个同工酶的抑制
图
（4）顺序反馈抑制
图
终端产物E和H，只分别抑制分道后自己的分支途径中第一个酶的活性。
2、 通过酶量调节
五、 几种重要的 a.a.衍生物的生物合成
（1）、 谷光苷肽
（2）、 肌酸
（3）、 卟啉
血红素、细胞色素、叶绿素。卟啉由Gly和琥珀酰CoA合成
（4）、 短杆菌肽
本章重点
脱氨的几种方式
氨的去路
尿素的合成
氨的转运
脱氨后碳架的去向
a.a.合成中的碳源氮源
Gln、Glu合成
一碳单位及作用