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(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)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(zhuǎn)變?yōu)棣?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(dòng)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(guò)氧化氫，可由過(guò)氧化氫酶分解為水和氧。

　　L-谷氨酸脫氫酶廣泛分布于動(dòng)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(qiáng)，只催化L-谷氨酸氧化脫氨生成α-酮戊二酸、NH3、NADH或NADPH，反應(yīng)是可逆的。此酶是一種變構(gòu)酶，ATP、GTP和NADH是變構(gòu)抑制劑，而ADP、GDP是變構(gòu)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(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼�，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為谷氨酸鈉。

　　2.轉(zhuǎn)氨基作用

　　一種α-氨基酸的氨基在轉(zhuǎn)氨酶催化下轉(zhuǎn)移到α-酮酸上，生成相應(yīng)的α-酮酸和另一α-氨基酸，反應(yīng)是可逆的。

　　轉(zhuǎn)氨作用溝通了糖與蛋白質(zhì)的代謝。大多數(shù)轉(zhuǎn)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(guò)轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)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(yīng)中是一個(gè)關(guān)鍵的中間代謝物。

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

　　而心肌梗死患者GOT顯著上升。

　　轉(zhuǎn)氨酶的輔酶只有一種，即磷酸吡哆醛，是VB6的磷酸酯。在轉(zhuǎn)氨過(guò)程中，磷酸吡哆醛及磷酸吡哆胺之間相互轉(zhuǎn)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(yīng)機(jī)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(guò)程，稱為聯(lián)合脫氨基作用。動(dòng)物體內(nèi)大部分氨基酸是通過(guò)這種方式脫氨的，常見的有兩種途徑：

　　(1)轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合

　　主要在肝、腎等組織，轉(zhuǎn)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(guò)程是可逆的，其逆過(guò)程可以合成新的氨基酸。在這一過(guò)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(zhuǎn)氨偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán)

　　主要在心肌、骨骼肌和腦進(jìn)行�；顒�(dòng)的肌肉會(huì)生氨是因?yàn)榧∪鈨?nèi)L-谷氨酸脫氫酶活性不高，氨基酸通過(guò)連續(xù)脫氨，將氨基轉(zhuǎn)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(gòu)成了嘌呤核苷酸循環(huán)。

　　二、氨的去路

　　1.氨對(duì)動(dòng)物是有毒的

　　氨在pH7.4時(shí)主要以NH4+的形式存在，在兔體內(nèi)，血氨達(dá)到5mg/100mL，兔即死亡，正常人血氨濃度小于60μmol/L,血氨升高會(huì)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(jī)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(dòng)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(chǔ)存、運(yùn)輸方式。在植物體內(nèi)，氨的運(yùn)輸、儲(chǔ)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(jī)理：1932年，德國(guó)學(xué)者Krebs和Hensleit根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，提出了鳥氨酸循環(huán)(ornithine cycle)合成尿素的學(xué)說(shuō)，這比三羧酸循環(huán)發(fā)現(xiàn)早5年。實(shí)驗(yàn)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?cái)?shù)小時(shí)，發(fā)現(xiàn)胺鹽含量減少，而尿素增多。當(dāng)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(gè)循環(huán)機(jī)制就出現(xiàn)。

　　(3)反應(yīng)過(guò)程：有5步反應(yīng)，前2步在肝細(xì)胞線粒體，其他3步在胞質(zhì)溶液中進(jìn)行。尿素循環(huán)本身是四步酶促反應(yīng)組成。

　　氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ(CPS-Ⅰ)激活氨結(jié)合CO2形成氨甲酰磷酸。

　　鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶催化氨甲酰磷酸轉(zhuǎn)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(gè)氮原子的來(lái)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(jìn)入三羧酸循環(huán)，并轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜�，轉(zhuǎn)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(jìn)入第二輪循環(huán)。

　　總反應(yīng)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(gè)耗能的過(guò)程，循環(huán)中使用了4個(gè)高能磷酸鍵(3分子ATP水解為2ADP及Pi、一個(gè)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(jìn)入TCA，精氨酸與甘氨酸縮合形成瓜基乙酸，進(jìn)而合成肌酸磷酸(肌肉中的一種高能倉(cāng)庫(kù))。

　　(4)調(diào)節(jié)：氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ是變構(gòu)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(shí)，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(zhuǎn)氨反應(yīng)合成，其它的也是通過(guò)短的，不太耗能的途徑合成);②轉(zhuǎn)變成糖和脂肪;③氧化供能。

　　脊椎動(dòng)物體內(nèi)的20種氨基酸的碳骨架由各自的酶系進(jìn)行氧化分解，途徑各異，但集中形成5種產(chǎn)物進(jìn)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(jìn)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。