2017臨床執(zhí)業(yè)助理醫(yī)師考試生物化學復習筆記第七章

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　　第七章 氨基酸代謝

　　第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解

　　一、蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值

　　蛋白質(zhì)是重要的營養(yǎng)素，人和動物攝食蛋白質(zhì)用以維持細胞、組織的生長、更新和修補;產(chǎn)生酶、激素、抗體和神經(jīng)遞質(zhì)等多種重要的生理活性物質(zhì)，這是糖和脂類不可替代的。每克蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧氣分解產(chǎn)生4千卡能量。

　　植物和大多數(shù)細菌能夠合成全部20種基本氨基酸。然而哺乳類不能全部合成。對于成人來說，纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸和色氨酸必須由食物供應，稱為營養(yǎng)必需氨基酸，對嬰幼兒，組氨酸和精氨酸不能滿足營養(yǎng)需要量。可由生物機體合成的氨基酸稱為非必需氨基酸。

　　蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值取決于所含氨基酸的種類、數(shù)量及其比例，如果某種食物蛋白中必需氨基酸的種類和比例與人體組織蛋白接近，其營養(yǎng)價值就高。營養(yǎng)價值較低的蛋白質(zhì)混合食用，可使必需氨基酸相互補充提高其營養(yǎng)價值，這稱為蛋白質(zhì)的互補作用。

　　蛋白質(zhì)的生理需要量根據(jù)氮平衡實驗，我國營養(yǎng)學會推薦成人每日需要量為80克。

　　二、蛋白質(zhì)的酶促降解

　　蛋白質(zhì)大分子難以通透生物膜吸收，有時有些抗原、毒素可少量通過粘膜細胞吞飲進入體內(nèi)而引起過敏、毒性反應。食物蛋白必需經(jīng)過消化，水解成氨基酸才被機體利用。消化自胃中開始，主要在小腸進行。

　　蛋白水解酶又稱肽酶，包括內(nèi)肽酶、外肽酶、寡肽酶和二肽酶。內(nèi)肽酶有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶，對肽鏈內(nèi)肽鍵的特異性不同。胃蛋白酶對底物特異性較低，主要水解Phe、Try C端的肽鍵;胰蛋白酶水解Lys、Arg C端;胰凝乳蛋白酶作用Phe、Try C端;彈性蛋白酶作用脂肪族氨基酸C端。羧肽酶、氨肽酶是外肽酶，羧肽酶B要求肽的C末端氨基酸殘基必須是Arg、Lys;羧肽酶A則水解除Arg、Lys，Pro或羥脯氨酸外的C末端氨基酸殘基。

　　胃粘膜主細胞分泌胃蛋白酶原(pepsinogen)，經(jīng)胃酸激活生成胃蛋白酶。胃蛋白酶有自身激活作用。胰酶的前體也是無活性的酶原，進入十二指腸后，胰蛋白酶原迅速被腸激酶激活;胰蛋白酶自身激活作用不強，加上胰液中存在的胰蛋白酶抑制劑，可保護胰臟免遭自身消化，但胰蛋白酶能迅速激活胰液中其他幾種酶原。

　　組織蛋白酶不同于消化道中的蛋白酶。動物死后，組織自溶和尸體腐爛與它有關。植物的種子、幼苗、葉和果實都含有蛋白酶，種子萌發(fā)時，蛋白酶的活力最強。某些微生物在適當?shù)臈l件下能產(chǎn)生大量的細胞外蛋白酶，利用工業(yè)發(fā)酵可生產(chǎn)蛋白酶。

　　氨基酸的吸收主要在小腸，是一個耗能的主動吸收過程。外源性氨基酸和內(nèi)源性氨基酸混合，共同組成氨基酸代謝庫，其去路大部分用以合成組織蛋白質(zhì)。

　　第二節(jié) 氨基酸的一般代謝

　　氨基酸的一般代謝是指各種氨基酸共同的分解代謝途徑。開始于脫氨作用;氨與天冬氨酸的N原子結合，形成尿素并被排放;氨基酸的碳骨架(脫氨基產(chǎn)生的α-酮酸)轉化為一般的代謝中間物。

　　一、脫氨基作用

　　氨基酸脫氨有氧化脫氨和非氧化脫氨兩種方式，氧化脫氨又和轉氨作用組成聯(lián)合脫氨基作用。非氧化脫氨主要在微生物體內(nèi)進行。

　　1.氧化脫氨基作用

　　氧化脫氨是酶催化下伴隨有脫氫的脫氨，α-氨基酸轉變?yōu)?alpha;-酮酸。主要的酶有L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶和L-谷氨酸脫氫酶。前二類是黃素蛋白酶，輔基為FMN和或FAD，在動物體內(nèi)作用都不大，所形成的FMNH2或FADH2被氧分子氧化，產(chǎn)生毒性的過氧化氫，可由過氧化氫酶分解為水和氧。

　　L-谷氨酸脫氫酶廣泛分布于動物、植物和微生物，輔酶為NAD+或NADP+。L-谷氨酸脫氫酶活性高，專一性強，只催化L-谷氨酸氧化脫氨生成α-酮戊二酸、NH3、NADH或NADPH，反應是可逆的。此酶是一種變構酶，ATP、GTP和NADH是變構抑制劑，而ADP、GDP是變構激活劑。

　　味精生產(chǎn)即利用微生物體內(nèi)的L-谷氨酸脫氫酶將α-酮戊二酸轉變?yōu)楣劝彼?，進而轉化為谷氨酸鈉。

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　　2.轉氨基作用

　　一種α-氨基酸的氨基在轉氨酶催化下轉移到α-酮酸上，生成相應的α-酮酸和另一α-氨基酸，反應是可逆的。

　　轉氨作用溝通了糖與蛋白質(zhì)的代謝。大多數(shù)轉氨酶以α-酮戊二酸作為氨基的受體，這樣許多氨基酸的氨基通過轉氨作用轉化為谷氨酸，再經(jīng)L-谷氨酸脫氫酶的催化使氨基酸氧化分解。所以谷氨酸在很多氨基酸合成和降解代謝反應中是一個關鍵的中間代謝物。

　　已發(fā)現(xiàn)50種以上轉氨酶。谷丙轉氨酶(GPT)在肝臟中活性最高，谷草轉氨酶(GOT)在心臟中活性最高，都是細胞內(nèi)酶。肝細胞受損，血清GPT明顯升高。

　　而心肌梗死患者GOT顯著上升。

　　轉氨酶的輔酶只有一種，即磷酸吡哆醛，是VB6的磷酸酯。在轉氨過程中，磷酸吡哆醛及磷酸吡哆胺之間相互轉變，起著傳遞氨基的作用，類似于打乒乓球，所以稱為乒-乓反應機制。

　　3.聯(lián)合脫氨基作用

　　兩種或兩種以上的酶聯(lián)合催化氨基酸的α-氨基脫下，并產(chǎn)生游離氨的過程，稱為聯(lián)合脫氨基作用。動物體內(nèi)大部分氨基酸是通過這種方式脫氨的，常見的有兩種途徑：

　　(1)轉氨酶與L-谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合

　　主要在肝、腎等組織，轉氨酶與L-谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合作用，可使大部分氨基酸脫去氨基，全過程是可逆的，其逆過程可以合成新的氨基酸。在這一過程中，α-酮戊二酸是一種氨基傳遞體，可由三羧酸循環(huán)中大量產(chǎn)生。

　　(2)連續(xù)轉氨偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán)

　　主要在心肌、骨骼肌和腦進行?；顒拥募∪鈺笔且驗榧∪鈨?nèi)L-谷氨酸脫氫酶活性不高，氨基酸通過連續(xù)脫氨，將氨基轉移給草酰乙酸，生成天冬氨酸，再與次黃嘌呤核苷酸(IMP)生成AMP。AMP在腺苷酸脫氫酶催化下，生成IMP并釋放氨，完成聯(lián)合脫氨基作用。IMP既是接受天冬氨酸的起始物，又是釋放氨基后的再生物，于是構成了嘌呤核苷酸循環(huán)。

　　二、氨的去路

　　1.氨對動物是有毒的

　　氨在pH7.4時主要以NH4+的形式存在，在兔體內(nèi)，血氨達到5mg/100mL，兔即死亡，正常人血氨濃度小于60μmol/L,血氨升高會引起腦功能紊亂，出現(xiàn)中毒癥狀，是肝昏迷發(fā)病的重要機制之一。

　　血氨的去路：①合成尿素(人體80%～90%的氨以尿素形式排出，鳥類和生活在比較干燥環(huán)境中的爬蟲類以尿酸形式排出，水生動物可直接排出);②合成谷氨酰胺(這是神經(jīng)組織解氨毒的重要方式，也是氨的儲存、運輸方式。在植物體內(nèi)，氨的運輸、儲存和利用形式是天冬酰胺);③合成非必需氨基酸或其他含氮物(嘌呤或嘧啶堿)。

　　2.尿素的合成

　　(1)部位：肝臟線粒體和胞液。

　　(2)機理：1932年，德國學者Krebs和Hensleit根據(jù)實驗研究，提出了鳥氨酸循環(huán)(ornithine cycle)合成尿素的學說，這比三羧酸循環(huán)發(fā)現(xiàn)早5年。實驗的根據(jù)是：將鼠肝切片置于胺鹽和重碳酸鹽介質(zhì)中，有氧條件下保溫數(shù)小時，發(fā)現(xiàn)胺鹽含量減少，而尿素增多。當加入少量鳥氨酸、瓜氨酸或精氨酸能大大加速尿素的合成。肝臟又含有精氨酸酶，可催化精氨酸水解生成鳥氨酸和尿素。于是一個循環(huán)機制就出現(xiàn)。

　　(3)反應過程：有5步反應，前2步在肝細胞線粒體，其他3步在胞質(zhì)溶液中進行。尿素循環(huán)本身是四步酶促反應組成。

　　氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ(CPS-Ⅰ)激活氨結合CO2形成氨甲酰磷酸。

　　鳥氨酸轉氨甲酰酶催化氨甲酰磷酸轉移到鳥氨酸上生成瓜氨酸。

　　精氨琥珀酸合成酶催化瓜氨酸與天冬氨酸縮合生成精氨琥珀酸。這是尿素中第2個氮原子的來源。

　　精氨琥珀酸酶催化精氨琥珀酸裂解為精氨酸和延胡索酸(后者可進入三羧酸循環(huán)，并轉變?yōu)椴蒗Ｒ宜幔D氨后又形成天冬氨酸)。

　　精氨酸酶水解精氨酸生成尿素，并重新產(chǎn)生鳥氨酸，進入第二輪循環(huán)。

　　總反應式：NH3 + HCO3- +天冬氨酸 +3ATP → CO( N H 2)2 + 延胡索酸 + 2ADP+2Pi+AMP+PPi

　　尿素的合成是一個耗能的過程，循環(huán)中使用了4個高能磷酸鍵(3分子ATP水解為2ADP及Pi、一個AMP和PPi，后者隨之水解為Pi)。

　　尿素循環(huán)產(chǎn)生的延胡索酸可進入TCA，精氨酸與甘氨酸縮合形成瓜基乙酸，進而合成肌酸磷酸(肌肉中的一種高能倉庫)。

　　(4)調(diào)節(jié)：氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ是變構酶，乙酰谷氨酸(AGA)是該酶的激活劑，而精氨酸又是AGA合成酶的激活劑，因此，精氨酸濃度增高時，尿素生成加速。精氨琥珀酸合成酶活性最低，是限速酶。

　　三、α-酮酸的去路

　　α-酮酸的去路：①氨基化生成非必需氨基酸(如丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸由一步轉氨反應合成，其它的也是通過短的，不太耗能的途徑合成);②轉變成糖和脂肪;③氧化供能。

　　脊椎動物體內(nèi)的20種氨基酸的碳骨架由各自的酶系進行氧化分解，途徑各異，但集中形成5種產(chǎn)物進入檸檬酸循環(huán)。這5種產(chǎn)物是乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸和草酰乙酸。它們最后氧化成CO2和H2O，釋放能量。

　　降解為檸檬酸循環(huán)中間代謝物的氨基酸還可以進入糖異生途徑生成葡萄糖，這樣的氨基酸稱為生糖氨基酸;那些形成乙酰CoA氨基酸可以成為脂肪酸和酮體的前體，稱生酮氨基酸;既可生成檸檬酸循環(huán)中間代謝物，又可生成乙酰CoA的氨基酸稱為生糖兼生酮氨基酸。

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　　第三節(jié) 氨基酸合成代謝的概況

　　一、氨基酸的N原子及碳骨架的來源

　　不同的生物合成氨基酸的能力不同,合成氨基酸的種類也有差異。只有少數(shù)生物(能合成固氮酶的微生物和藻類)可以利用N2和簡單的碳化合物合成氨基酸。氨可以被所有生物所利用，由N2衍生的氨通過谷氨酸和谷氨酰胺整合到氨基酸等代謝物中，它們的碳骨架來自糖酵解、檸檬酸循環(huán)和戊糖磷酸途徑。

　　氨基酸生物合成途徑不是分解途徑的逆轉，是多酶體系催化的多步驟反應。所有自身能合成的非必需氨基酸都是生糖氨基酸。而必需氨基酸有生糖和生酮氨基酸，因為它們轉變成糖和轉變成酮體的過程是不可逆的，所以脂肪很少或不能用來合成氨基酸。

　　不同氨基酸的生物合成途徑不同，按相關代謝途徑的中間物提供的起始物的不同分為六個類型：

　　二、氨基酸與一碳單位

　　生物體內(nèi)許多物質(zhì)的代謝和含有一個碳原子的基團有關，如卵磷脂的生物合成中有由S-腺苷甲硫氨酸提供甲基的反應。某些氨基酸在分解代謝過程中可以產(chǎn)生一碳單位。

　　1.概念：甲基、亞甲基(-CH2-)、次甲基(-CH=)、甲酰基、亞胺甲基(-CH=NH)等，稱為一碳單位。但CO2不屬于這種類型。

　　2.產(chǎn)生和轉運：一碳單位主要來源于絲氨酸、甘氨酸、組氨酸及色氨酸的代謝。一碳單位不能游離存在，必須與載體四氫葉酸(FH4或THFA)結合轉運和參與代謝。葉酸為B族維生素，在體內(nèi)經(jīng)二氫葉酸還原酶作用，加氫形成FH4。一碳單位通常結合在FH4分子的N5、N10位上，如N5，N10 -甲烯四氫葉酸。

　　絲氨酸在羥甲基轉移酶催化下，生成甘氨酸的過程中產(chǎn)生N5，N10–CH2-FH4，而甘氨酸在甘氨酸裂解酶作用下，也會產(chǎn)生N5，N10–CH2-FH4。

　　組氨酸在體內(nèi)經(jīng)酶促分解產(chǎn)生N-亞氨甲基谷氨酸，進而轉化為谷氨酸。(FH4接受亞氨甲基生成N5-CH=NH-FH4，再生成N5，N10=CH-FH4，后者可參與合成嘌呤堿C8原子。)

　　色氨酸在分解過程中產(chǎn)生甲酸，結合FH4，生成N10-甲酰四氫葉酸，參與合成嘌呤堿C2原子。

　　不同形式的一碳單位可通過氧化還原反應而彼此轉變。其中N5-甲基四氫葉酸的生成是不可逆的，它的含量較多，成為細胞內(nèi)四氫葉酸的儲存形式和甲基的間接供體，即將甲基轉移給同型半胱氨酸生成甲硫氨酸(Met)，在腺苷轉移酶催化下生成S-腺苷甲硫氨酸(SAM)，再在甲基轉移酶催化下，將活性甲基轉移給甲基受體，然后水解去除腺苷生成同型半胱氨酸，從Met活化為SAM到供出甲基及其再生成的整個過程稱為甲硫氨酸循環(huán)。體內(nèi)一些有重要生理功能的化合物，如腎上腺素、膽堿、肉堿、肌酸等的合成都是從SAM獲得活性甲基。

　　3.生理功用：主要是作為合成嘌呤和嘧啶核苷酸的原料。是將氨基酸和核苷酸代謝聯(lián)系起來，與細胞的增殖、生長和機體發(fā)育過程有密切關系。

　　一、 一些氨基酸衍生物的合成

　　氨基酸除了作為蛋白質(zhì)的構件分子外，還是許多特殊生物分子的前體，包括激素、輔酶、核苷酸、卟啉、NO及一些胺類分子。以下僅介紹幾種：

　　1.神經(jīng)遞質(zhì)和激素

　　氨基酸的脫羧作用在微生物中很普遍，在高等植物組織中亦有，但不是機體氨基酸代謝的主要方式。體內(nèi)部分氨基酸可在專一性很高的氨基酸脫羧酶的催化下，生成相應的胺。如在腦組織，谷氨酸在谷氨酸脫羧酶作用下，脫去α-羧基生成γ-氨基丁酸(GABA)，是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。

　　組氨酸脫羧生成的組胺可控制血管收縮以及胃分泌胃酸。

　　色氨酸經(jīng)羥化后脫羧生成5-羥色胺(5-HT)，也是一種神經(jīng)遞質(zhì)，還是某些非神經(jīng)組織的激素。

　　苯丙氨酸和酪氨酸是兩種重要的芳香族氨基酸。苯丙氨酸經(jīng)羥化作用生成酪氨酸。后者參與兒茶酚胺、黑色素等代謝。苯酮酸尿癥、白化病等遺傳病與它們代謝異常有關。

　　2.?；撬?/p>

　　牛磺酸是某些膽酸的組分，于1827年在牛的膽汁中發(fā)現(xiàn)。?；撬岱植加谛摹⒏?、腎、肺、腦、骨骼肌，來源于半胱氨酸氧化脫羧，也被認為是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。

　　例題：

　　1.在由轉氨酶催化的氨基轉移過程中，磷酸吡哆醛的作用是

　　A、 與氨基酸的氨基生成Schiff堿。

　　B、 與氨基酸的羧基作用生成與酶結合的復合物

　　C、 增加氨基酸氨基的正電性

　　D、 增加氨基酸羧基的負電性

　　2.肌肉中的游離氨通過下列哪種途徑運到肝臟：

　　A、 腺嘌呤核苷酸-次黃嘌呤核苷酸循環(huán)

　　B、 丙氨酸-葡萄糖循環(huán)

　　C、 鳥嘌呤核苷酸-黃嘌呤核苷酸循環(huán)

　　D、 谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)。

　　3.動物體內(nèi)氨基酸分解產(chǎn)生的α-氨基，其運輸和儲存的形式是：

　　A、 尿素

　　B、 天冬氨酸

　　C、 谷氨酰胺

　　D、 氨甲酰磷酸

　　參考答案

　　1.A 2.B 3.C

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