第四节　个别氨基酸的代谢

氨基酸代谢除一般代谢过程外，有些氨基酸还有其特殊的代谢途径，并具有重要的生理意义。

一、氨基酸的脱羧基作用

在体内，部分氨基酸也可进行脱羧基作用（decarboxylation）生成相应的胺。催化这些反应是氨基酸脱羧酶，其辅酶为磷酸吡哆醛。胺类含量虽然不高，但具有重要的生理功能。体内广泛存在着胺氧化酶（amine oxidase），能将其氧化成为相应的醛类，再进一步氧化成羧酸，从而避免胺类在体内蓄积。胺氧化酶属于黄素蛋白酶，在肝中活性最强。

下面列举几种氨基酸脱羧基产生的重要胺类物质。

（一）γ－氨基丁酸

γ－氨基丁酸（GABA）由L－谷氨酸经L－谷氨酸脱羧酶催化生成，抑制神经的兴奋性。

（二）组胺

组氨酸通过组氨酸脱羧酶催化，生成组胺（histamine）。

组胺在体内广泛分布在乳腺、肺、肝、肌肉及胃黏膜等肥大细胞中。组胺是一种强烈的血管舒张剂，并能增加毛细血管的通透性。创伤性休克或炎症病变部位可有组胺的释放。组胺还可以刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌，常被利用为研究胃活动的物质。

（三）牛磺酸

体内牛磺酸（taurine）由半胱氨酸代谢转变而来。半胱氨酸首先氧化成磺酸丙氨酸，再脱去羧基生成牛磺酸。牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。

现已发现脑组织中含有较多的牛磺酸，表明它可能具有更为重要的生理功能。

（四）5－羟色胺

色氨酸首先通过色氨酸羟化酶的作用生成5－羟色氨酸，再经脱羧酶作用生成5－羟色胺。

5－羟色胺广泛分布于体内各组织，除神经组织外，还存在于胃肠、血小板及乳腺细胞中。脑内的5－羟色胺作为神经递质，具有抑制作用；在外周组织，5－羟色胺有收缩血管的作用。

（五）多胺

分子中含有两个或两个以上氨基或亚氨基的胺称为多胺。某些氨基酸的脱羧基作用可以产生多胺类物质。例如，鸟氨酸脱羧基生成腐胺，然后再转变成精脒和精胺。反应如下：

精脒与精胺是调节细胞生长的重要物质。凡生长旺盛的组织，如胚胎、再生肝、生长激素作用的细胞及癌瘤组织等，作为多胺合成限速酶的鸟氨酸脱羧酶（ornithine decarboxy－lase）活性和多胺的含量均有提高或增加。目前临床上利用测定癌瘤病人血、尿中多胺含量作为观察病情的指标之一。

想一想：

组胺、GABA、牛磺酸、多胺分别是哪些氨基酸脱羧的产物？

二、氨基酸与一碳单位

（一）一碳单位概念

想一想：

一碳单位的概念、载体、来源和功能？

所谓一碳单位就是指含有一个碳原子的有机基团，体内一碳单位主要有甲基（—CH₃）、亚甲基（—CH₂—）、甲炔基（—CH═）、甲酰基（—CHO）、亚氨甲基（—CH ═NH）等。但CO₂不属于一碳单位。四氢叶酸（FH4或THFA）是携带一碳单位的载体。FH₄可由叶酸经二氢叶酸还原酶催化，通过两步还原反应而生成。

（二）一碳单位的产生

一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸的代谢。

各种形式的一碳单位在适当的条件下可以通过氧化还原反应相互转变。但N⁵－甲基四氢叶酸生成是不可逆的（图11－7）。

图11－7　一碳单位的来源、相互转变与功用

（三）生理功能

一碳单位的主要生理功能是作为嘌呤、嘧啶合成的原料，故在核酸合成中占有重要地位。与乙酰辅酶A在联系糖、脂、氨基酸代谢中所起的枢纽作用相类似，一碳单位将氨基酸与核酸代谢联系起来。一碳单位代谢障碍可造成巨幼红细胞贫血。

【知识链接】

巨幼红细胞性贫血与一碳单位

叶酸缺乏造成的一碳单位代谢障碍可导致DNA合成受阻，影响细胞分裂和增殖。特别是分裂速度较快的骨髓造血细胞增殖障碍时，可导致巨幼红细胞贫血。磺胺类药物及甲氨蝶呤等叶酸类似抗癌药物，分别干扰细菌的叶酸合成和肿瘤细胞的四氢叶酸合成，影响一碳单位代谢，进而阻止核酸合成而发挥药理作用。

三、含硫氨基酸的代谢

体内的含硫氨基酸有三种，即甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸。甲硫氨酸可以转变为半胱氨酸和胱氨酸，半胱氨酸和胱氨酸也可以互变，但后二者不能变为甲硫氨酸，所以甲硫氨酸是必需氨基酸。

（一）甲硫氨酸的代谢

1.甲硫氨酸与转甲基作用　甲硫氨酸在转甲基之前，首先与ATP作用，生成S－腺苷甲硫氨酸（SAM）。此反应由甲硫氨酸腺苷转移酶催化。SAM中的甲基称为活性甲基，SAM称为活性甲硫氨酸。活性甲硫氨酸在甲基转移酶的作用下，可将甲基转移至另一种物质，使其甲基化，而活性甲硫氨酸即变成S－腺苷同型半胱氨酸，后者进一步脱去腺苷，生成同型半胱氨酸。SAM则是体内最重要的甲基直接供给体。

＊式中RH代表接受甲基的物质

许多含甲基的生理活性物质，如胆碱、肌酸、肉碱及肾上腺素等都是直接由SAM提供甲基的。甲基化作用是重要的代谢反应，具有广泛的生理意义。

2.甲硫氨酸循环　甲硫氨酸由ATP提供腺苷生成S－腺苷同型半胱氨酸，进一步水解转变成同型半胱氨酸。同型半胱氨酸可以接受N⁵—甲基四氢叶酸提供的甲基，重新生成甲硫氨酸。这一循环称为甲硫氨酸循环（图8－8）。

图11－8　甲硫氨酸循环

甲硫氨酸循环的生理意义是由N⁵—CH₃—FH₄供给甲基形成甲硫氨酸，再通过此循环的SAM提供甲基，以进行体内广泛存在的甲基化反应，由此，N₅—CH₃^-FH₄可看成是体内甲基的间接供体。上述循环中虽然可以生成甲硫氨酸，但体内不能合成同型半胱氨酸，它只能由甲硫氨酸转变而来，所以实际上体内仍然不能合成甲硫氨酸，必须由食物供给。

议一议：

什么是蛋氨酸循环，有何生理意义？

值得注意的是，由N⁵－CH₃－FH₄提供甲基使同型半胱氨酸转变成甲硫氨酸的反应是目前已知体内能利用N⁵—CH₃—FH₄的唯一反应。催化此反应的N⁵－甲基四氢叶酸转甲基酶，又称甲硫氨酸合成酶，其辅酶是维生素B₁₂，它参与甲基的转移。维生素B₁₂缺乏时，不利于甲硫氨酸的生成，也影响四氢叶酸的再生，导致核酸合成障碍。因此，维生素B₁₂不足时可以产生巨幼红细胞性贫血。

想一想：

维生素B₁₂缺乏与巨幼红细胞贫血的关系。

同型半胱氨酸在血中浓度升高，可能是动脉粥样硬化发病的独立危险因子。

3.肌酸的合成　肌酸和磷酸肌酸是与能量储存、利用相关的重要化合物。肌酸是以甘氨酸为骨架，精氨酸提供脒基，S－腺苷甲硫氨酸供给甲基而合成（图8－9）。肝是合成肌酸的主要器官。肌酸在肌酸激酶催化下转变成磷酸肌酸，储存ATP。肌酸激酶由两种亚基组成，即M亚基（肌型）与B亚基（脑型），有三种同工酶：MM型、MB型及BB型。它们在体内各组织中的分布不同，MM型主要在骨骼肌，MB型主要在心肌，BB型主要在脑。心肌梗死时，血中MB型肌酸激酶活性增高，可作为辅助诊断的指标之一。

肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物是肌酸酐，肌酸酐主要在肌肉中通过磷酸肌酸的非酶促反应而生成。正常成人每日尿中肌酸酐的排出量恒定，肾严重病变时，肌酸酐排泄受阻，血中肌酸酐浓度升高。

图11－9　肌酸代谢

（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢

1.半胱氨酸与胱氨酸的互变　两分子的半胱氨酸可氧化成胱氨酸，胱氨酸亦可还原成半胱氨酸，二者可以相互转变。

蛋白质中两个半胱氨酸残基之间形成的二硫键对维持蛋白质的结构具有重要作用。体内许多重要酶的活性均与其分子中半胱氨酸残基上巯基的存在直接有关。体内存在的还原型谷胱甘肽能保护酶分子上的巯基，因而有重要的生理功能。

2.硫酸根的代谢　含硫氨基酸氧化分解均可以产生硫酸根。体内硫酸根的主要来源是半胱氨酸直接脱去巯基和氨基，生成丙酮酸、NH₃和H₂S，后者再经氧化而生成H2 SO₄。体内的硫酸根一部分以无机盐形式随尿排出，另一部分则经ATP活化成活性硫酸根，即3′－磷酸腺苷－5′－磷酸硫酸（3′－phospho－adenosine－5′－phosphosulfate，PAPS），反应过程如下：

PAPS的性质比较活泼，可使某些物质形成硫酸酯。在肝生物转化作用中有重要意义。此外，PAPS还可参与硫酸角质素及硫酸软骨素等分子中硫酸化氨基糖的合成。

四、芳香族氨基酸的代谢

芳香族氨基酸包括苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。在体内苯丙氨酸可变成酪氨酸，并且苯丙氨酸在结构上与酪氨酸相似。

（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢

1.苯丙氨酸的代谢　正常情况下，苯丙氨酸的主要代谢是经羟化作用，生成酪氨酸。催化此反应的酶是苯丙氨酸羟化酶（phenylalanine hydroxylase）。苯丙氨酸羟化酶是一种加单氧酶，其辅酶是四氢生物蝶呤，催化的反应不可逆，因而酪氨酸不能变为苯丙氨酸。

2.酪氨酸的代谢　酪氨酸代谢有以下意义：

（1）儿茶酚胺与黑色素的合成：酪氨酸在代谢过程中逐步生成儿茶酚胺类物质，包括多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素等。酪氨酸羟化酶是儿茶酚胺合成的限速酶，受产物的反馈抑制。

议一议：

白化病的发病机制？

酪氨酸代谢的另一途径是合成黑色素。在黑色素细胞中由酪氨酸酶催化，酪氨酸羟化生成多巴，再经氧化脱羧等反应后生成黑色素。人体如先天缺乏酪氨酸酶，则黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称白化病。

（2）酪氨酸的分解代谢：除上述代谢途径外，酪氨酸还可在酪氨酸转氨酶的催化下，生成对羟苯丙酮酸，后者经尿黑酸等中间产物进一步转变成延胡索酸和乙酰乙酸，二者分别参与糖和脂肪酸代谢。因此，苯丙氨酸和酪氨酸是生糖兼生酮氨基酸。

议一议：

苯丙氨酸和酪氨酸可转变为哪些重要的物质？

（3）苯丙酮酸尿症：若体内先天缺乏苯丙氨酸羟化酶，则苯丙氨酸不能转变成酪氨酸，继而转变成苯丙酮酸，此时尿中出现大量苯丙酮酸，称苯丙酮酸尿症。

酪氨酸的进一步代谢与合成某些神经递质、激素有关。

（二）色氨酸的代谢

色氨酸除生成5－羟色胺外及提供一碳单位外，本身还可分解代谢。主要降解部位在肝中。首先色氨酸通过色氨酸加氧酶（tryptophane oxygenase）又称吡咯酶（pyrrolase）的作用，生成一碳单位。色氨酸分解可产生丙酮酸与乙酰乙酰辅酶A，所以色氨酸是一种生糖兼生酮氨基酸。此外，色氨酸分解还可产生尼克酸，这是体内合成维生素的特例，但其合成甚少，不能满足机体的需要。

五、支链氨基酸的代谢

支链氨基酸包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸，它们都是必需氨基酸。这三种氨基酸分别是生糖氨基酸、生酮氨基酸及生糖兼生酮氨基酸。支链氨基酸的分解代谢主要在骨骼肌中进行。

综上可见，各种氨基酸除了作为合成蛋白质的原料外，还可以转变成其他多种含氮的生理活性物质。表8－3列举了这些重要的化合物。

表11－3　氨基酸衍生的重要含氮化合物

续表