生物体内氨基酸合成代谢途径

生物体内氨基酸的合成和分解过程。在氨基酸的合成中，谷氨酸有重要作用，因为几乎所有氨基酸的合成，均以谷氨酸或其酰胺为氨基的供体。接受氨基的化合物通常是糖代谢产物酮酸或乙醛酸。氨基酸的分解包括脱氨基作用和脱羧基作用。氨基酸脱下的氨可再度用于合成氨基酸或形成尿素、尿酸等含氮化合物排出体外。脱羧基后生成胺类化合物，再继续代谢。

生物体合成氨基酸的能力，因物种而异。除谷氨酸外，合成氨基酸的氨基供体是谷氨酸，碳架为相应的酮酸，通过转氨来合成不同的氨基酸。谷氨酸的氨基则主要来自酰胺中固定的游离氨。从营养角度来看，人和动物体内能合成（转化）的氨基酸称为非必需氨基酸；营养上不可缺少，而体内又不能合成，必须由食物提供的氨基酸称为必需氨基酸。人体的必需氨基酸有缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸等8种。另有组氨酸和精氨酸为半必需氨基酸。氨基酸的合成（转化）途径有下列几种：

α-酮酸还原性氨基化作用

由α-酮酸与NH3作用，生成亚氨基酸，然后亚氨基酸被还原而形成氨基酸。实际上如α-酮戊二酸转变为谷氨酸的反应。

氨基酸代谢

谷氨酰胺合成谷氨酸

这是植物体内的氨基酸形成的重要途径。反应过程是由谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化的，这两种酶对底物亲和力较强，反应所需底物浓度较低，反应速率也较快，是植物体内的无机氮素转化为氨基酸的主要途径（见氨同化作用）。

α-酮酸经氨基移换作用

即α-氨基酸的氨基可以在转氨酶的作用下，转移到α-酮酸上，从而形成一分子α-酮酸和一分子α-氨基酸。

氨基酸代谢

重要的转氨反应有谷氨酸与丙酮酸，天门冬氨酸与α-酮戊二酸。

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转氨酶的种类很多，但其辅酶只有一种，叫磷酸吡哆醛，其结构为：

氨基酸代谢

它能接受氨基酸分子中的氨基，而变成磷酸吡哆胺，此时，氨基酸则变成α-酮酸。

氨基酸代谢

然后，磷酸吡哆胺再将其氨基转移给另一分子α-酮酸，生成新的氨基酸。

氨基酸代谢

生物体内氨基酸的转氨作用，极其普遍，在20种氨基酸中，只有极少数氨基酸（苏氨酸和赖氨酸）的氨基不是从转氨作用得到的。

氨基酸之间的转化

一种氨基酸，在某种情况下，可以转变成另一种氨基酸。这种转化，包括必需氨基酸与非必需氨基酸。例如丝氨酸可生成甘氨酸。

乙醛酸+谷氨酸⇌甘氨酸+α-酮戊二酸

二甘氨酸+H2O⇌丝氨酸+NH3+C02+2H++2e-

胱氨酸与半胱氨酸的互变：

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NAD+ 氧化态二磷酸吡啶核苷酸

NADH+H+ 还原态二磷酸吡啶核苷酸

GSSH 氧化态谷胱甘肽

GSH 还原态谷胱甘肽

苯丙氨酸可转化为酪氨酸：

苯丙氨酸+NADPH+H++O2→酪氨酸+NADP++H2O

蛋氨酸可转变成半胱氨酸：

L-蛋氨酸+ATP→S-腺苷蛋氨酸+ppi+pi

S-腺苷蛋氨酸在相应的酶作用下，可将甲基转给受体，失去甲基的产物为S-腺苷同型半胱氨酸。

同型半胱氨酸+丝氨酸→胱硫醚+H20

胱硫醚→α-酮戊二酸+半胱氨酸+NH3

与动物不同，植物和很多微生物可合成全部20种氨基酸。植物产生的氨基酸被动物利用，而动物分解氨基酸后形成NH3或脲，排出体外，在土壤中被微生物转化形成NO3-，NO3-被植物吸收，在植物体内又形成各种氨基酸。这就是简单的氮循环。现将各种氨基酸合成途径及其相互关系总结如下：

天然的氨基酸分子含有α-氨基和羧基。因此，氨基酸的分解代谢包括脱氨基作用和脱羧基作用二个方面。

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脱氨基作用

氨基酸的脱氨基作用主要包括氧化脱氨基作用、转氨基作用、联合脱氨作用以及脱酰胺基作用等，现分述如下：①氧化脱氨基作用是α-氨基酸脱去氨基之后，转变成相应的α-酮酸。如谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶催化之下，进行氧化脱氨，生成α-酮戊二酸。

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各种氨基酸的合成途径及其相互关系

L-谷氨酸脱氢酶活性强，其最适pH近中性。在动植物、微生物中普遍存在。催化氨基酸氧化脱氨作用的酶除L-谷氨酸脱氢酶之外，还有L-氨基酸氧化酶和D-氨基酸氧化酶。这2种酶的辅基均为黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），这2种酶由于体内分布不普遍，活性不强或者含量不多。在某些微生物中尚有非氧化脱氨基作用。如还原脱氨、水解脱氨等。

氨基酸代谢

氨基酸代谢

②转氨基脱氨是α-氨基酸的氨基，通过酶促反应，转到α-酮酸的酮基位置上，生成与原来的α-酮酸相应的α-氨基酸，而原来的氨基酸转变成相应的α-酮酸。如前述的谷氨酸-丙酮酸，天门冬氨酸-α-酮戊二酸的二种转氨反应。此外，在动物组织中还含有其他需要α-酮戊二酸作为氨基受体的转氨酶。如

氨基酸代谢

氨基酸代谢

催化转氨基作用的转氨酶，其辅基为磷酸吡哆醛，是维生素B6（吡哆醇）的衍生物。辅基上重要的功能团为醛基，它可与氨基酸的氨基形成shiff氏碱。其催化机理见前述。③在生物体内由于L-氨基酸氧化酶活力不高，而L-谷氨酸脱氢酶活力很强，因此，一般认为在体内氨基酸是先与α-酮戊二酸经转氨作用变为相应的α-酮酸及谷氨酸，谷氨酸再经L-谷氨酸脱氢酶作用，重新变成α-酮戊二酸，同时放出NH3。这种先转氨基后氧化脱氨的脱氨方式，称为联合脱氨基作用。④脱酰胺基作用是指生物体内的两种酰胺（即谷氨酰胺和天门冬酰胺），在酰胺酶的作用下，脱去酰胺生成胺的过程。

脱下的氨是有毒的，在体内必须转变成无毒的化合物，如与α-酮酸重新形成氨基酸或与有机酸形成有机酸盐。此外，酰胺的形成，本身也起着除氨作用。各种动物在解毒的机制上由于在进化过程中外界生活环境的改变而有所不同。水生动物其脱氨作用所产生的氨可随水直接排出体外，这是主要的排氨方式，但也有部分氨转变成三甲氨形式而排出体外的；鸟类及爬虫类不能直接排氨，而以尿酸形式再排出体外；两栖类、哺乳类以及人类都是以尿素形式排出体外的。

脱羧基作用

氨基酸在脱羧酶催化下，进行脱羧，生成CO2和一个胺类化合物。

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在动、植物和微生物中都含有氨基酸脱羧酶，其辅基为磷酸吡哆醛。脱羧酶专一性很高，除个别脱羧酶之外，一般都是一种脱羧酶作用于一种氨基酸。如谷氨酸脱羧酶作用于谷氨酸，脱羧后，生成二氧化碳和r-氨基丁酸。

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r-氨基丁酸是神经传导的抑制剂。它在植物组织中广泛存在。r-氨基丁酸经转氨后生成琥珀酸半醛，再经氧化形成琥珀酸，进入三羧酸循环。天门冬氨酸脱羧酶作用于天冬氨酸。脱羧后，生成二氧化碳和β-丙氨酸。后者是维生素泛酸的成分。

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其他还有组氨酸脱羧酶，催化组氨酸脱羧，形成组胺；色氨酸氧化脱羧酶，催化色氨酸脱羧，形成5-羟色胺和吲哚乙酸；丝氨酸脱羧酶催化丝氨酸脱羧，形成胆胺等。

氨基酸脱羧并非氨基酸代谢的主要方式。脱羧后，生成的胺可在胺氧化酶的作用下，将胺氧化成醛和氨。醛可进一步氧化成脂肪酸。氨可合成尿素及新的氨基酸。