华中农业大学生物化学考研试题库附答案 氨基酸代谢

第11章氨基酸代谢一、教学大纲基本要求蛋白质的消化、吸收，氨基酸代谢库，必需氨基酸，氮平衡，氨基酸代谢概论，氨基酸的脱氨基、转氨基、联合脱氨基作用；蛋白质降解，尿素循环，氨基酸合成代谢；氨基酸的脱羧基作用，氨基酸的碳链代谢，氨的排出、转运。二、本章知识要点（一）氨基酸代谢概述蛋白质作为动物体的主要组成成分，总是在不断地进行着新陈代谢。而蛋白质的基本组成单位是氨基酸，所以氨基酸代谢是蛋白质代谢的重要内容。1．蛋白质的消化、吸收（1）蛋白质的消化动物的唾液中虽有少量唾液蛋白质酶能分解蛋白质，但在整个消化过程中，其作用不大。蛋白质食物主要是在胃和小肠中进行消化的。胃粘膜主细胞可分泌胃蛋白酶原，胰液能提供胰蛋白酶原、糜蛋白酶原、弹性蛋白酶原和羧基肽酶原，这些酶原激活后可转变成有活性的酶，在这些酶以及动物体所含的氨肽酶、羧肽酶和二肽酶等共同作用下，来完成日粮中蛋白质的消化过程。（2）蛋白质的吸收在正常情况下，只有氨基酸及少量二肽、三肽能被动物体吸收进入血液。这种吸收主要在小肠粘膜细胞上进行，肾小管细胞和肌肉细胞也能吸收，这是一个耗能、需氧的主动运输过程。关于氨基酸吸收的机理，目前仍未完全解决。A.Meister在1968-1969年，从肾脏研究中，提出关于氨基酸吸收的“γ-谷氨酰基循环”假说，具有一定理论意义。他认为氨基酸吸收或向各组织、细胞内转移是通过谷胱甘肽起作用，这个过程由六步连续的酶促反应完成。2．氨基酸的代谢库动物体吸收进入血液的氨基酸与体内游离的氨基酸构成了氨基酸代谢库。在正常情况下，氨基酸代谢库中的氨基酸维持在一个动态平衡中。一方面，氨基酸被消耗，或用来合成蛋白质，或合成其它含氮物质，或氧化分解提供能量；另一方面，可由体外吸收、体内合成或体内蛋白质分解所产生的氨基酸补充。3．必需氨基酸必需AA是指机动物体内不能合成或合成量不足，必须由日粮提供的一类氨基酸，构成天然蛋白质的20种氨基酸中有10种氨基酸是多数动物的必需氨基酸：3种碱性AA（赖AA、精AA、组AA），3种支链AA（亮AA、异亮AA、缬AA），2种芳香AA（苯丙AA、色AA），1种含硫AA（甲硫AA），1种羟基AA（苏AA）。把动物自身能够合成，不需要由日粮提供的氨基酸称为非必需氨基酸。在其它10种AA中，有两种AA需要由必需AA转化而来，如甲硫AA→；苯丙AA→酪AA，故称半胱AA和酪AA为半必需AA。若日粮中的半胱AA和酪AA供应量不足，就会消耗苯丙AA和甲硫AA，引起这两种必需AA需要量增加。此外，其余8种为非必需AA。反刍动物瘤胃内的微生物可以合成所有20种AA，故可提供体内所需一部分必需AA，相对地来说，必需AA没有其它动物那样重要。蛋白质的生物价：是衡量日粮中蛋白质质量的术语，指日粮蛋白质中必需AA的含量、种类和比例。这些指标越接近体蛋白，蛋白质的生物价就越高。4．氮平衡11 正常情况下，动物体内的氮总量必须维持在一定水平，机体吸收的氮与排出的氮总是相当的，这种平衡称为氮平衡。如果吸收氮的量大于排出氮的量时，称为氮正平衡。氮正平衡又分为生理氮正平衡和病理氮正平衡。前者如幼年生长期，孕期或哺乳期动物，需摄入大量氮以满足机体正常生理的需要。后者如组织损伤修复过程中需要大量氮而产生的氮正平衡。如果吸收氮的量小于排出氮的量称为氮负平衡。氮负平衡又分为生理氮负平衡和病理氮负平衡。前者如衰老、经期失血时氮的过多排出；后者如感染、烧伤、坏死是大量蛋白质氧化分解而排出氮。5．氨基酸代谢概论氨基酸代谢包括分解代谢和合成代谢。分解代谢一般是α-氨基酸首先脱去α-氨基并产生α-酮酸；酰胺氨基酸首先脱去酰胺，再脱氨，于是氨基酸的分解代谢转变为氨的代谢和α-酮酸的代谢。氨在肝脏中可被合成尿素或尿酸后排出体外，α-酮酸可以进入糖代谢或脂代谢，或转变为糖，或转变为脂，或氧化分解提供能量。另外，氨基酸可以经过脱羧基作用产生许多重要的活性胺，氨基酸还可以作为许多含氮物质合成的前体。不同的生物合成氨基酸的能力虽然不同，但是，它们合成氨基酸的途径仍然具有许多共性，那就是，氨基酸的合成都与糖代谢和脂代谢的基本代谢途径具有密切的关系。（二）氨基酸的分解代谢1．氨基酸的脱氨基作用氨基酸分解代谢常开始于脱氨基作用。氨基酸脱去氨基，生成游离氨的过程，称为氨基酸脱氨基作用。正常条件下，氨基酸脱氨基有2种方式：氧化脱氨基作用和非氧化脱氨基作用；其中最重要的脱氨基方式为氧化脱氨基作用。（1）氨基酸的氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用是普遍存在于动植物体中的一种脱氨基作用方式，主要在动物肝脏中进行。这样的脱氨基作用实际上包括脱氢与水解两个化学过程。首先，α-氨基酸氧化脱氢生成亚氨基酸和还原氢，然后，亚氨基酸水解生成α-酮酸和氨，还原氢或者进入呼吸链与氧结合生成水同时产生ATP；或者直接与氧结合生成过氧化氢（H2O2）。过氧化氢或者被过氧化氢酶分解成水和氧气，或者将α-酮酸的羧基氧化成CO2,同时生成脂肪酸。（2）氨基酸的非氧化脱氨基作用氨基酸的脱氨基作用除了氧化脱氨基作用外，还有非氧化脱氨基作用。例如还原脱氨基作用、水解脱氨基作用、脱水脱氨基作用等。这些脱氨基作用主要存在于微生物中，而且也不普遍。2．酰胺氨基酸的脱酰胺基作用谷氨酰胺和天冬酰胺的氨基分别通过特殊的酶（谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶）的水解生成氨和相应的二羧酸-谷氨酸和天冬氨酸。3．转氨基作用α-氨基酸可以通过转氨基作用脱去氨基。转氨基作用是α-氨基酸将氨基转移给α-酮酸生成相应的α-酮酸和α-氨基酸。反应由转氨酶催化，是一个可逆反应。在氨基酸的分解代谢中，许多转氨反应都可以生成谷氨酸或天冬氨酸，这两个氨基酸的氨基可以进入导致氮排泄的途径，例如尿素循环或尿酸的合成。转氨基作用是氨基酸脱去氨基的一种重要方式，它可以在α-氨基酸与α-酮酸之间普遍进行。用15N标记证明，构成蛋白质的氨基酸中除了甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸外都能不同程度的参与转氨基作用。4．联合脱氨基作用氨基酸和α-酮酸在转氨酶的作用下通过转氨可以相互转换，但转氨作用并没有使氨基游离。另外，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体氨基酸分解的需要。联合脱氨基作用可以使细胞迅速的将各种不同的氨基酸脱掉α-氨基，它是动物体内氨基酸脱氨基作用的主要方式。所谓联合脱氨基作用是指α-氨基酸先通过转氨基再脱氨基，将α-氨基转变为游离氨的过程，即氨基酸的转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联在一起进行的过程。5．氨基酸的脱羧作用在动物体内，一部分氨基酸可以通过脱羧作用脱去α-羧基生成一级胺。催化脱羧作用的酶为脱羧酶，它以磷酸吡哆醛（PLP）为辅酶。氨基酸脱羧酶的专一性很强，一般是一种氨基酸一种脱羧酶，而且只对L型氨基酸起作用。由氨基酸脱羧生成的胺中有许多具有重要的生理作用。在脑中，谷氨酸通过脱氨可以生成γ－氨基丁酸，它是一种抑制性的神经递质。由组氨酸合成的组胺控制血管的收缩以及胃分泌胃酸。另外，由色氨酸合成的5-11 羟色胺不仅是神经递质，而且也是某些非神经组织的激素。酪氨酸可转换为多巴胺，多巴胺在肾上腺髓质进一步代谢可生成肾上腺素。而在脑中，由酪氨酸只能合成到多巴胺这一步，帕金森病与脑中多巴胺的生成减少有关，所以可以用酪氨酸形成多巴胺过程中的中间代谢物3,4-二羟苯丙氨酸来治疗。6．氨基酸碳链的代谢氨基酸降解的第一步常常是脱去α-氨基，然后除去氨基的碳骨架经过特殊的代谢途径降解后进入碳代谢的中心途径。在动物体内，α-氨基酸失去氨基以后生成的α-酮酸由20种不同的多酶体系催化进行氧化分解，虽然各种氨基酸的氧化途径不同，但它们都集中形成五种产物而进入柠檬酸循环，或被氧化分解为CO2和H2O以释放能量，或被转变为脂肪而贮存起来，或被异生为葡萄糖。将可以转变为葡萄糖的氨基酸称为生糖氨基酸，例如丙氨酸、天冬氨酸及其酰胺、谷氨酸及其酰胺等；将可以转化成酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，例如亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸等；将其分解的中间代谢物既含有糖异生的前体又含有合成酮体的前体的氨基酸称为生糖兼生酮氨基酸，例如苯丙氨酸、酪氨酸。（三）氨的排出和转运1．氨的排出氨基酸分解代谢中生成的大多数氨是以质子化形式-NH4+(铵离子)存在的，也有少数反应生成的氨是非质子化形式-NH3。由于氨能渗透生物膜，对于细胞来说氨是毒性很强的物质，所以通常细胞内氨的浓度都维持在很低水平，在正常血液中含量也很低，一般不超过0.1%。不同动物排泄废氨的途径是不同的，许多水生动物，例如一些鱼类可以通过鳃组织的细胞膜直接排氨，鸟类和许多爬行动物可将过量的氨转化为尿酸排泄掉，尿酸也是鸟、爬行动物和灵长类动物嘌呤核苷酸降解的产物。生活在陆地上的大多数脊椎动物可以将氨转化为毒性很小的尿素。尿素是一种不带电荷的、水溶性的化合物，可以通过血液转运到肾脏，作为尿的主要成分被排泄掉。2．氨的转运既然氨对机体有害，那么组织中氨基酸分解生成的氨必须以一种特殊的方式被运输到肝脏中，然后才能在肝脏中被合成无毒的尿素。谷氨酰胺在哺乳动物中有着特殊的作用，它可以在组织之间转移氨，由此可以减少有毒NH3的循环水平。三、重点、难点重点：氨基酸代谢概论，氨基酸的脱氨基、转氨基、联合脱氨基作用；蛋白质降解，尿素循环，氨基酸生物合成；氨基酸的脱羧基作用等。难点：尿素循环和氨基酸的生物合成。四、典型例题解析例题11-1：动物体内的蛋白质消化过程需要哪些酶类参与？解：唾液中有少量唾液蛋白质酶能分解蛋白质；胃粘膜主细胞可分泌胃蛋白酶原，该酶原经胃壁细胞分泌的盐酸(HCl)作用和自我催化，氨基末端切除42肽后转化为胃蛋白酶。它能催化芳香族氨基酸、蛋氨酸和亮氨酸羧基形成的肽键的水解，使食物蛋白质被水解为胨、朊以及少量的多肽和氨基酸。胰液除提供HCO3-以中和胃酸外，尚能提供多种经活化后能水解食物蛋白的酶原，它们是胰蛋白酶原、糜蛋白酶原、弹性蛋白酶原和羧基肽酶原，它们可分别转化成胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶和肠肽酶。前三者催化断裂肽链内部肽键，称为内肽酶，而羧肽酶以及氨肽酶分别催化羧基末端和氨基末端肽键的断裂，称为外肽酶。它们特异地作用于不同的肽键。胰蛋白酶催化断裂碱性氨基酸如精氨酸、赖氨酸残基羧基端肽键。糜蛋白酶催化断裂芳香族氨基酸，如苯丙氨酸、酪氨酸或色氨酸残基羧基端肽键。弹性蛋白酶特异性较差，作用于各种脂肪族氨基酸残基羧基端肽键。羧肽酶A，B分别主要作用于带有游离羧基的中性和碱性氨基酸残基所形成的肽键。动物体内含有氨肽酶、羧肽酶和二肽酶。前两种酶可将小肠中的蛋白质水解产物-寡肽从两端逐个水解成氨基酸，剩下的二肽，经二肽酶催化水解，最后寡肽完全水解成为氨基酸。例题11-2：简要叙述动物体内蛋白质降解的特性。11 解：动物细胞有选择地降解非正常蛋白质。如血红蛋白与缬氨酸类似物α-氨基-β-氯代丁酸结合，得到的产物在网织红细胞中的半存活期约为10min，而正常血红蛋白可延续红细胞的存活期最终达120天。同样，不稳定的突变株血红蛋白在与此种丁酸衍生物结合之后，即迅速降解。因此，它成了溶血性贫血这种分子疾病的治疗药物。绝大多数非正常蛋白质很可能基于化学修饰或由于脆弱分子的不断变性而容易发生降解。它们更多缘起于细胞的活泼环境，而不—定是基于突变，或在转录或翻译时出现的误差，受损蛋白质的降解能力是具有选择性的，它是一种自发的再循环机制。它可防止某种物质的形成，否则一旦形成即将妨碍细胞的系列活动。正常的胞内蛋白质被排除的速度是由它们的个性所决定的。某一蛋白质被排除的速度若为一级反应，表示这个分子之被降解是偶然选择的，与其存活寿命无关。在组织中，不同酶的半存活期有着很大差异。很显然，绝大多数快速降解的酶都居于重要的位置，而较为稳定的酶在所有生理条件下有着较稳定的催化活性。酶对降解的敏感性很明显的与它们的催化活性以及变构性质密切相关。因此，细胞能有效地对它的环境及代谢需求做出应答。细胞中蛋白质降解的速度还因它的营养及激素状态而有所不同。在营养被剥夺的条件下，细胞提高它的蛋白质降解速度，以维持它的必需营养源使不可缺的代谢过程得以进行。在大肠杆菌中增高降解速度的机制是一种应激反应。在真核生物中也与大肠杆菌相似，因为正像在大肠杆菌中的那样，提高了的降解速度可被能够阻断蛋白质合成的抗生素所抑制。蛋白质的周转代谢使种种代谢途径之调节得以容易地实现。例题11-3：请指出动物体内蛋白质降解的反应机制有哪几种？解：动物细胞的蛋白质降解有两种体系：一是溶酶体的降解机制，二是ATP-依赖性的以细胞溶胶为基础的机制。（1）动物体内的溶酶体无选择的降解蛋白质溶酶体是具有单层膜被的细胞器，它含有约50种水解酶，包括不同种的蛋白酶，称之为组织蛋白酶。溶酶体保持其内部pH在5左右，而它含有酶的最适pH即酸性。在细胞溶胶的pH下，溶酶体的各种酶大部分都是无活性的。溶酶体降解蛋白质是无选择性的。溶酶体抑制剂对于非正常蛋白质或短寿命酶无快速降解的效应。但是，它们可以防止饥饿状态下蛋白质的加速度崩溃。许多正常的和病理的活动经常伴随溶酶体活性的升高。糖尿病会刺激溶酶体的蛋白质分解。同样由于使用神经切除或创伤导致肌肉损伤可引起溶酶体活性增高。（2）泛肽给选择降解的蛋白质加以标记在动物体内发现ATP依赖的蛋白质水解体系的存在，该水解体系需要泛肽相伴。泛肽是一个有76个氨基酸残基的蛋白质单体，它无所不在，而且在真核细胞中含量丰富，它以高度保守、氨基酸序列极少变化而闻名。泛肽降解蛋白质通过以下途径：①泛肽的羧基末端通过硫酯键与泛肽-活化酶(E1)偶联；②泛肽随即转接到几种小蛋白质中的某一小蛋白质的巯基上，这个结合物称为“泛肽-携带蛋白”(E2)；③泛肽-蛋白连接酶(E3)，将活化了的泛肽从E2转移到赖氨酸的ε-氨基上。在选择蛋白质发生降解的过程中，E3似乎起着关键的作用。这样，泛肽连接的蛋白质，即在ATP依赖的反应过程中被降解。例题11-4：动物体内氨基酸的来源与去路各有哪些？解：动物体内氨基酸的来源与去路见下图：例题11-5：什么叫氧化脱氨基作用？动物体内的氧化脱氨基作用如何进行？解：氧化脱氨基作用是指α-氨基酸氧化脱氢生成亚氨基酸和还原氢，亚氨基酸水解生成α-酮酸和氨的过程，称为氧化脱氨基作用。催化该反应的酶类是氧化脱氨酶。11 在动物体内的氧化脱氨酶中，活性最强的一种酶是L-谷氨酸脱氢酶。这种酶是一种不需氧的脱氨酶，主要存在于肝脏细胞的线粒体基质中。它催化谷氨酸脱氨生成氨和α-酮戊二酸，该酶以NAD+(或NADP+)作为辅酶，由六个相同的亚基组成的别构调节，GTP、ATP、NADH是负调节剂，GDP、ADP是正调节剂，该反应是可逆的。另外，在动物体内还有其它的一些氧化脱氨酶类。L-氨基酸氧化酶，这种酶以FMN为辅基，但对甘氨酸、β-羟氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸不起作用。D-氨基酸氧化酶以FAD为辅基，主要存在于肝脏细胞和肾脏细胞中。氧化转氨基的酶类还有：甘氨酸氧化酶，它催化甘氨酸氧化为乙醛酸和氨；D-天冬氨酸氧化酶，氧化D-天冬氨酸为草酰乙酸和氨等。例题11-6：什么叫转氨基作用？并简要叙述转氨基作用的过程。解：转氨基作用是α-氨基酸将氨基转移给α-酮酸生成相应的α-酮酸和α-氨基酸的过程，反应由转氨酶催化，是一个可逆反应。磷酸吡哆醛作为转氨酶的辅酶参与转氨反应，转氨反应的机制类似于打乒乓球，所以称为乒-乓反应机制，底物的一部分转移给酶，然后经酶转移给另一个底物。谷草转氨酶（GOT），为例说明转氨酶的催化机制。首先，谷氨酸的氨基转移给与酶结合的磷酸吡哆醛(E-PLP)，形成酶—磷酸吡哆胺中间产物，释放出α-酮戊二酸，此时第二个底物-草酰乙酸与酶结合，然后与酶-磷酸吡哆胺反应，形成天冬氨酸，酶也恢复到起始状态。天冬氨酸转氨酶在很多组织中的活性都很高，既存在于线粒体中，也存在于胞液中，尤其在肝脏中天冬氨酸转氨酶的活性远远高于其它的转氨酶，生成的天冬氨酸是合成尿素的前体物质。同时，该酶还参与苹果酸穿梭途径，这一途径在糖的氧化过程中是很重要的。除了天冬氨酸转氨酶之外，另一个在代谢中起着重要作用的转氨酶是丙氨酸转氨酶，又称为谷丙转氨酶(GPT)，它可逆地催化如下反应，谷氨酸与丙酮酸反应生成丙氨酸和α—酮戊二酸。丙氨酸转氨酶分布广泛，但在肝脏中的活性最高，主要分布在胞液中。人血清中天冬氨酸转氨酶和丙氨酸转氨酶的水平低，它是医学中的重要诊断依据，常用作心脏和肝脏损伤的指标。例题11-7：何谓联合脱氨基作用？它是如何进行的？解：所谓联合脱氨基作用是指α-氨基酸先通过转氨基再脱氨基，将α-氨基转变为游离氨的过程，即氨基酸的转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联在一起进行的过程。动物体内的联合脱氨基作用有以下两种方式：一种联合脱氨基作用是谷氨酸介导的联合脱氨基作用。其反应过程是：α-氨基酸先通过转氨作用将α-氨基转移给α-酮戊二酸并生成谷氨酸，然后，谷氨酸氧化脱氨重新生成α-酮戊二酸以重新接受氨基，同时将氨基游离。另一种联合脱氨基作用是一磷酸腺苷（AMP）介导的联合脱氨基作用。其反应过程是：α-氨基酸首先经转氨基将α-氨基转移到α-酮戊二酸上，生成谷氨酸，谷氨酸再转氨基到草酰乙酸，生成天冬氨酸，天冬氨酸与次黄核苷酸反应生成琥珀酰苷酸，此反应由琥珀酰苷酸合成酶催化，同时将GTP水解为GDP和Pi；然后，琥珀酰苷酸在琥珀酰苷酸裂解酶的催化下，裂解为延胡索酸和腺苷酸，延胡索酸可以再生为草酰乙酸，而腺苷酸经腺苷酸脱氨酶的催化再生为次黄核苷酸，同时将氨基游离。例题11-8：组成蛋白质的20种氨基酸与糖类和脂类有何联系？解：丙氨酸、苏氨酸、甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸可以转变为丙酮酸而进行代谢；精氨酸、组氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸可以转变为α-酮戊二酸而进行代谢；异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸转变为乙酰CoA进行代谢；天冬氨酸、天冬酰胺转变为草酰乙酸进行代谢；亮氨酸转变为乙酰乙酰CoA进行代谢；苯丙氨酸、酪氨酸转变为延胡索酸和乙酰乙酰CoA进行代谢。异亮氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、苏氨酸转变为琥珀酰CoA进行代谢。由此可以看出，各种氨基酸通过脱氨基作用生成的α-酮酸，可以通过各自特有的代谢方式直接或间接的与糖代谢和脂肪代谢密切联系。例题11-9：动物体内的氨积累过多时为何会出现氨中毒？解：动物的肝功能严重障碍时，由于对氨的解毒功能下降，血氨浓度升高，pH值增高，氨扩散进入脑，使脑组织代谢发生障碍，可以导致肝昏迷。正常脑组织活动所需的能量主要依靠糖的有氧氧化，由于脑氨浓度升高，氨能够和柠檬酸循环中的α11 -酮戊二酸结合并生成谷氨酸，后者再与氨合成谷氨酰胺，这样就造成柠檬酸循环中α-酮戊二酸的量减少。由于α-酮戊二酸量的减少，柠檬酸循环速度变慢，脑组织能量不足，从而发生机能紊乱。中毒剂量氨选择性地作用于脑底，使该处ATP含量显著降低，因此影响大脑的能量代谢。氨过量引起乙酰胆碱合成减少和肝酮体形成增多，以及γ-氨基丁酸的脑含量增多，以致障碍脑和神经的功能。此外，氨浓度过高可影响体液的pH，干扰一价阳离子的过膜转运，所以多余的氨必须及时排出体外。例题11-10：动物体内的氨如何进行转运？解：谷氨酰胺是中性无毒的氨基酸，而且易透过细胞膜，所以它是氨的理想载体。在哺乳动物中，谷氨酰胺主要是在肌肉中合成。多数动物细胞内由谷氨酰胺合成酶，催化谷氨酸与氨结合而生成谷氨酰胺。反应过程中，谷氨酸第5位的羧基通过磷酸化生成谷氨酰-5-磷酸，提供磷酸基团的是ATP,然后由氨基取代磷酸基生成谷氨酰胺。谷氨酰胺经循环系统转运到肝脏。在肝脏中，谷氨酰胺先被水解为谷氨酸和氨，谷氨酸再脱氨生成α-酮戊二酸，然后α-酮戊二酸再异生为葡萄糖，重新进入血液。另外一个氨的载体是丙氨酸。在肌肉组织中，由糖酵解产生的丙酮酸通过转氨基作用由谷丙转氨酶催化生成丙氨酸，丙氨酸被血液运输到肝脏，在肝脏中通过联合脱氨基作用释放出氨，并转变为丙酮酸，丙酮酸再异生为葡萄糖，从而构成丙酮酸—葡萄糖循环。这样，不但可以消除肌肉紧张运动时所产生的氨毒害作用，同时也可以避免过多丙酮酸的毒害作用。例题11-11：简要叙述尿素循环过程。解：动物体内的尿素循环包括两个阶段的反应。一是游离的氨被激活成氨甲酰磷酸。在肝细胞线粒体内由氨甲酰磷酸合成酶I催化的反应中，氨、碳酸氢盐和ATP合成氨甲酰磷酸，氨甲酰磷酸合成酶I是肝细胞线粒体中最丰富的酶之一，占线粒体基质内总蛋白质的20％以上。另一个类似于氨甲酰磷酸合成酶I的酶是氨甲酰磷酸合成酶II，此酶位于肝细胞和大多数其它细胞的胞液中，是用谷氨酰胺作为氮的供体，催化特定的用于嘧啶核苷酸合成的氨甲酰磷酸的生成。二是尿素循环由四步酶促反应组成。第一步反应发生在线粒体中，其余三步反应发生在细胞液中。（1）第一步反应发生在线粒体内。在鸟氨酸转氨甲酰酶的催化下，氨甲酰磷酸的氨甲酰基被转移到尿素循环的中间代谢物鸟氨酸分子上，形成瓜氨酸。然后，瓜氨酸被转运出线粒体，同时鸟氨酸被转运到线粒体内。（2）进入细胞液的瓜氨酸与天冬氨酸缩合形成精氨琥珀酸，这步需要ATP的反应是由精氨琥珀酸合成酶催化的，通过这步反应，将用于尿素合成的第二个氮原子整合到尿素的前体分子中。（3）精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶催化下裂解为精氨酸和延胡索酸，生成的延胡索酸可以转换为葡萄糖。（4）最后精氨酸酶催化精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素，生成的鸟氨酸又被转运到线粒体内，与氨甲酰磷酸缩合，开始另一轮尿素循环。可以看出，形成1分子尿素可清除2分子氨和1分子C02。尿素是中性无毒物质，所以它不仅可消除氨的毒性，还可减少碳酸溶于血液所产生的酸性。例题11-12：动物体内的非必需氨基酸如何合成？解：许多非必需氨基酸可直接由中间代谢物合成，谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸可以通过一步转氨反应合成，天冬酰胺和谷氨酰胺通过酰胺化作用合成。丝氨酸的合成开始于3-磷酸甘油酸，先在3-磷酸甘油酸脱氢酶的催化下，3-磷酸甘油酸中的第二位羟基被氧化为酮基，形成3-磷酸丙酮酸，然后再经过与谷氨酸的转氨作用生成3-磷酸丝氨酸。最后在3—磷酸丝氨酸磷酸酶的作用下，水解生成丝氨酸，最后一步反应是不可逆反应，丝氨酸是该反应的反馈抑制剂。甘氨酸是丝氨酸直接在丝氨酸羟甲基转移酶的催化下形成的。丝氨酸羟甲基转移酶需要两个辅助因子：磷酸吡哆醛和四氢叶酸。11 哺乳动物中的半胱氨酸的生物合成也是开始于丝氨酸。首先丝氨酸与高半胱氨酸缩合形成胱硫醚，然后胱硫醚裂解生成半胱氨酸和α-酮丁酸。脯氨酸是由谷氨酸形成的，γ-谷氨酸激酶催化谷氨酸磷酸化形成γ-谷氨酰磷酸，然后再转换成谷氨酸-γ-半醛，生成Δ1-二氢吡咯-5-羧酸，最后由还原酶催化Δ1-二氢吡咯-5-羧酸形成脯氨酸。哺乳动物中的酪氨酸可以直接通过摄入的必需氨基酸苯丙氨酸合成，催化反应的酶是苯丙氨酸羟化酶，该酶属单加氧酶。反应需要分子氧和还原型的四氢叶酸。五、单元自测题(一)名词解释1．氨基酸代谢池2．氮平衡3．蛋白质的营养价值4．必需氨基酸5．非必需氨基酸6．自身激活作用7．γ—谷氨酰基循环8．转氨基作用9．联合脱氨基作用10．尿素循环11．一碳单位(二)填空题1．正常动物的蛋白质代谢情况是属于平衡，即=。2．体内不能合成而需要从食物提供的氨基酸称为。3．食物蛋白质的消化自部位开始，蛋白质的主要消化部位是。4．胃液中胃蛋白酶可激活胃蛋白酶原，此过程称。5．肠道中氨的主要来源有和，同时也是血氨的。6．谷氨酸在肝脏L—谷氨酸氧化酶作用下生成和还原型NADPH或NADH，前者可进人循环最终氧化为CO2和H2O。7．直接生成游离氨的脱氨基方式有和，骨骼肌有循环。8．只将氨基从一个氨基酸移向另一个氨基酸的脱氨基方式是。9．转氨酶的辅酶称，它与接受底物脱下的氨基结合转变为。10．丙氨酸经转氨基作用可产生游离氨和，后者可进入途径进一步代谢。11．L—谷氨酸脱氢酶的辅酶是，和是此酶的别构抑制剂。12．嘌呤核苷酸循环中最终将NH3释放出的化合物称，催化的此反应的酶是。13．转运氨并降低其毒性的氨基酸称和。14．鸟氨酸循环是合成的过程。催化此循环的酶存在于。15．尿素分子中两个N原子，一个来自，另一个来自，通过由其他氨基酸提供。16．由尿素合成过程中产生的两种氨基酸和不参与人体内蛋白质合成。17．氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ催化和等合成氨基甲酰磷酸，是此酶的激活剂。18．在鸟氨酸循环中，水解产生尿素和鸟氨酸，故此循环又称鸟氨酸循环。19．体内直接甲基供体是，含(氨基酸)。20．合成黑色素的主要原料是或。21．儿茶酚胺包括、和三种物质。（三）选择题1．含谷丙转氨酶（GPT）最多的器官是：a．胰脏b．心脏c．肝脏d．肾脏e．血清2．转氨酶的辅酶为：a．NAD+b．NADP+c．FADd．FMNe．磷酸吡哆醛3．氨的主要代谢去路是：a．合成尿素b．合成谷氨酰胺c．合成丙氨酸d．合成核苷酸e．合成非必需氨基酸4．合成尿素的器官是：11 a．肝脏b．肾脏c.肌肉d．心脏e．胰腺5．1摩尔尿素的合成需消耗ATP摩尔数：a．2b．3c.4d．5e．66．有关鸟氨酸循环，下列说法哪一个是错的：a．反应部位是肝脏线粒体b．氨基甲酰磷酸合成所需的酶存在于肝脏线粒体c．尿素由精氨酸水解而得d．每合成1摩尔尿素需消耗4摩尔ATPe.循环中生成的瓜氨酸不参与天然蛋白质合成7．肾脏中产生的氨主要由下列反应产生：a．胺的氧化b.氨基酸嘌呤核苷酸循环脱氨c．尿素分解d.谷氨酰胺水解e．氨基酸氧化脱氨8．参与尿素循环的氨基酸是：a．蛋氨酸b．鸟氨酸c．脯氨酸d．丝氨酸e．丙氨酸9．γ—氨基丁酸由哪种氨基酸脱羧而来：a．Glub．Glnc．Alad．Vale．His10．在鸟氨酸循环中，尿素由下列哪种物质水解而得：a．鸟氨酸b．半胱氨酸c．精氨酸d．瓜氨酸e．谷氨酸11．参与生物转化作用的氨基酸是：a．酪氨酸b．色氨酸c．谷氨酸d．半胱氨酸e．丝氨酸12．血液中非蛋白氨最主要来源是：a．尿素b．尿酸c．肌酐d．游离氨基酸e．肌酸13．血氨的主要来源：a．氨基酸脱氨基作用b．氨基酸在肠道细菌作用下分解产生c．尿素在肠道细菌脲酶水解产生d．肾小管谷氨酰胺的水解e．胺类的分解14．体内转运氨的形式有：a．丙氨酸b．谷氨酰胺c．谷氨酸d．谷氨酰胺和丙氨酸e．以上都是15．糜蛋白酶作用点是由哪种氨基酸提供-COOH形成的肽键?a．苯丙氨酸，酪氨酸b．色氨酸，酪氨酸c．甲硫氨酸，亮氨酸d．精氨酸，赖氨酸e．甘氨酸，亮氨酸16．鸟氨酸循环的主要生理意义是：a．把有毒的氨转变为无毒的尿素b．合成非必需氨基酸c．产生精氨酸的主要途径d．产生鸟氨酸的主要途径e．产生瓜氨酸的主要途径17．尿素循环与三羧酸循环是通过哪些中间产物的代谢联结起来：a．天冬氨酸b．草酰乙酸c．天冬氨酸与延胡索酸d．瓜氨酸e．天冬氨酸与瓜氨酸18．指出下列哪一种酶可作为肝细胞高度分化程度的指标：a．乳酸脱氢酶b．氨基甲酰磷酸合成酶工c．醛缩酶d．丙酮酸脱氢酶e．精氨酸代琥珀酸裂解酶19．哪一种氨基酸不参与蛋白质生物合成?a．同型半胱氨酸b．蛋氨酸c．缬氨酸d．半胱氨酸e．苏氨酸20．下列哪种氨基酸脱羧后能生成使血管扩张的活性物质：a．赖氨酸b．谷氨酸c．精氨酸d．组氨酸e．谷氨酰胺21．尿素循环中，能自由通过线粒体膜的物质是：a．氨基甲酰磷酸b．鸟氨酸和瓜氨酸c．精氨酸和延胡索酸d．精氨酸代琥珀酸e．尿素和鸟氨酸22．氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ的变构激活剂是：a．氨基甲酰磷酸b．鸟氨酸c．延胡索酸d．精氨酸e．N—乙酰谷氨酸11 23．联合脱氨基作用所需的酶有：a．转氨酶和D-氨基酸氧化酶b．转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶c．转氨酶和腺苷酸脱氨酶d．腺苷酸脱氨酶和L-谷氨酸脱氢酶e．以上都是24．能增加尿中酮体排出量的氨基酸是：a．亮氨酸b．甘氨酸c．组氨酸d．丝氨酸e．丙氨酸25．既增加尿中葡萄糖也增加尿中酮体排出量的氨基酸是：a．异亮氨酸b．色氨酸c．酪氨酸d．苏氨酸e．以上都是26．具有调节细胞生长作用的胺类是：a．组胺b．5—羟色胺c．精胺d．多巴胺e．以上都是，27．未消化的氨基酸通过肠道细菌作用产生的物质有：a．胺类b．氨c．吲哚d．硫化氢e．以上都是28．不能参加转氨基作用的氨基酸是：a．赖氨酸b．苏氨酸c．脯氨酸d．羟脯氨酸e．以上都是29．不能脱下游离氨的氨基酸脱氨基方式是：a．氧化脱氨基b．转氨基c．联合脱氨基d．嘌呤核苷酸循环e．以上都是30．骨骼肌主要以嘌呤核苷酸循环脱氨基的原因是骨骼肌内：a．细胞没有线粒体b．L—谷氨酸脱氢酶活性低c．谷丙转氨酶活性低d．氨基酸脱羧酶活性低e．氨基甲酰磷酸合成酶活性低31．将氨基酸代谢和核苷酸代谢联系起来的枢纽化合物是：a．CoASHb．SAM和FH4c．磷酸吡哆醛和生物素d．FAD和NAD+e．乙酰CoA和丙酮酸(四)是非题1．蛋白质在动物体内消化的主要器官是胃和小肠。2．蛋白质的生理价值主要取决于必需氨基酸的种类、数量及比例。3．L—谷氨酸脱氢酶不仅是l—谷氨酸脱氨的主要的酶，同时也是联合脱氨基作用不可缺少的重要的酶。4．体内血氨升高的主要原因往往是肝功能障碍引起的。5．氨基酸在体内小肠的吸收与葡萄糖相似，同样需要载体，Na+和消耗ATP。6．氨基甲酰磷酸既可以合成尿素也可以用来合成嘌呤核苷酸7．谷氨酸是联合脱氨基作用的重要中间代谢物，若食物中缺乏时可引起脱氨基作用障碍。8．动物体内若缺乏维生素B6，维生素PP，维生素B2和叶酸，均会引起氨基酸代谢障碍。9．在体内，半胱氨酸除作为蛋白质组成成分外，仅是产生硫酸根的主要来源。10．磷酸吡哆醛只作为转氨酶的辅酶。11．氨的来源主要是氨基酸分解产生的氨，肠道吸收的氨和肾小管上皮细胞分泌的氨。(五)问答题1．简述血氨的来源与去路。2．请计算1摩尔乳酸碳骨架彻底氧化后生成的ATP摩尔数，并且与含相同碳骨架的丙氨酸彻底氧化为CO2和H2O同时生成尿素后产生的ATP数比较。3．能直接生成游离氨的氨基酸脱氨基方式有哪些?各有何特点?4．请简述维生素B族中有哪些成员是与氨基酸代谢有关的?六、参考答案11 (一)名词解释1．氨基酸代谢池指食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸混在一起，分布于体内参与代谢，称为氨基酸代谢池。2．氮平衡指正常人摄人氮等于排出氮，反映正常成人的蛋白质代谢情况。3．蛋白质的营养价值指各种蛋白质所含的氨基酸种类和数量不同，若所含的体内所需的氨基酸的种类和量越多，则蛋白质营养价值越高。4．必需氨基酸指体内需要但不能自身合成而需要由食物提供的氨基酸，人体内有八种，分别是亮、异亮、蛋、缬、苏、色、苯丙、赖氨酸。5．非必需氨基酸指体内可以合成的氨基酸。6．自身激活作用指消化蛋白质的酶是以酶原形式存在，有活性的蛋白酶可激活酶原转变为有活性的酶，此过程称为自身激活作用。7．γ—谷氨酰基循环指氨基酸在小肠内被吸收，其吸收及向细胞内转运过程是通过谷胱甘肽起作用的，首先是谷胱甘肽对氨基酸的转运，其次是谷胱甘肽的再合成，此称丁—谷氨酰基循环。8．转氨基作用指在转氨酶作用下，一种氨基酸的α-氨基转移到另一种酮酸上生成新的氨基酸，原来的氨基酸则转变为α-酮酸，此过程称转氨基作用。9．联合脱氨基作用指氨基酸与α-酮戊二酸经转氨作用生成α-酮酸和谷氨酸，后者经L—谷氨酸脱氢酶作用生成游离氨和α-酮戊二酸的过程。是转氨基作用和L—谷氨酸氧化脱氨基作用联合反应。10．尿素循环即鸟氨酸循环，是将有毒的氨转变为无毒的尿素的循环。肝脏是尿素循环的重要器官。11．一碳单位指某些氨基酸(如丝氨酸、组氨酸)在体内进行分解代谢的过程中产生含一个碳原子的基团，称一碳单位。(二)填空题1．氮平衡；摄人氮；排出氮。2．必需氨基酸。3．胃；小肠。4．自身激活作用。6．α-酮戊二酸；三羧酸循环。7．联合脱氨基作用；氧化脱氨基作用；嘌呤核苷酸循环。8．转氨基作用。9．磷酸吡哆醛；磷酸吡哆胺10．丙酮酸；酵解途径11．NAD+或NADP+;ATP；GTP12．腺苷酸；腺苷酸脱氨酶13．谷氨酰胺；丙氨酸。14．尿素；肝脏。15．游离氨；天冬氨酸；转氨基作用。16．鸟氨酸；瓜氨酸17．NH3；CO2;N-乙酰谷氨酸18．精氨酸。19．S—腺苷蛋氨酸；蛋氨酸。20．苯丙氨酸；酪氨酸。21．多巴胺；去甲肾上腺素；肾上腺素（三）选择题1．c2．e3．a4．a5．c6．a7．d8．b9．a10．c11．d11 12．a13．a14．d15．a16．A17．c18．b19．a20．d21．b22．E23．b24．a25．e26．c27．e28．e29．b30．b31．b(四)是非判断题1．对2．对3．对4．对5．对6．错7．错8．对9．错10．错11．对(五)问答题1．答：血氨的来源包括：①氨基酸及胺分解产生的氨。②肠道吸收的氨包括肠道氨基酸被肠道细菌作用产生的氨和肠道尿素经肠道细菌脲素．酶水解产生的氨。③肾小管上皮细胞分泌的氨，是由谷氨酰胺酶水解谷氨酰胺产生。血氨的去路有：①合成尿素。②合成非必需氨基酸。③合成其他含N化合物。2．答：乳酸脱氢变为丙酮酸，丙酮酸氧化脱羧为乙酰CoA，乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化为CO2和H2O。产生ATP摩尔数为15.丙氨酸经脱氨作用转变为丙酮酸，其他反应与上同。产生ATP摩尔数为12.5。丙氨酸中经脱氨基作用产生的游离氨要进一步合成尿素，一个尿素分子内含有两个氮原子，所以如果这两个氮原子都来源于丙氨酸，则需要两个丙氨酸分子共同参与。其中一个丙氨酸分子经联合脱氨基作用脱去一个氨及生成一个NADH(2.5ATP)和一个丙酮酸(12.5ATP)；另一个丙氨酸分子经转氨基作用把氨基交给草酰乙酸生成天冬氨酸和一个丙酮酸(12.5ATP)，当天冬氨酸把氨基交给尿素循环后，再经脱氢生成回原来的草酰乙酸及一个NADH(2.5ATP)。这样两个丙氨酸分子共能够产生(2.5+12.5+12.5+2.5=30ATP)。而尿素循环本身需要消耗4摩尔ATP，因此，两个丙氨酸分子共能够净产生30-4=26ATP，所以每个丙氨酸分子生成26/2=13摩尔ATP。乳酸提供的ATP数较丙氨酸多。3．答：①氧化脱氨基作用：人体内只有L—谷氨酸脱氢酶催化反应，其他D—氨基酸氧化酶，L—氨基酸氧化酶不起作用。②联合脱氨基作用：转氨基作用和L—谷氨酸氧化脱氨基同时作用，是肝脏等器官的主要作用方式。③嘌呤核苷酸循环：骨骼肌和心肌作用方式，原因是肌肉缺乏L—谷氨酸脱氢酶，而腺苷酸脱氨酶活性高，催化氨基酸脱氨基反应。4．答：维生素B6：组成磷酸吡哆醛辅酶形式，是氨基酸转氨酶和脱羧酶辅酶，参与转氨基等作用。维生素B12转甲基酶辅酶。叶酸：个别氨基酸代谢中一碳单位的载体。维生素B1，维生素B2，泛酸，叶酸，维生素PP：与氨基酸碳骨架的代谢有关。11