氨基酸脱氨基作用的反应机理

氨基酸分解代谢的主要途径是脱氨基作用,在体内多数组织中均可进行。脱氨基方式包括氧化脱氨基作用、转氨基作用、联合脱氨基作用等,其中以联合脱氨基作用最重要。

图7-2-1　氨基酸的代谢概况

(一)氧化脱氨基作用

氨基酸在氨基酸氧化酶作用下先脱氢生成亚氨基酸,后者再水解成为α-酮酸和氨。反应式如下。

体内催化氨基酸氧化脱氨的酶有多种,其中以L-谷氨酸脱氢酶最重要。此酶在肝、肾、脑等组织中普遍存在,活性较高,专一性强,它能催化谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸,脱下的氢由辅酶NAD+接受,经呼吸链氧化生成水,同时产生ATP。L-谷氨酸脱氢酶催化的反应是可逆反应,逆过程是合成非必需氨基酸的途径之一。

(二)转氨基作用

转氨基作用是指α-氨基酸在氨基转移酶(又称转氨酶)的催化下,将它的α-氨基转移到α-酮酸的酮基上,生成相应的氨基酸,原来的α-氨基酸则转变成相应的α-酮酸的过程,又称氨基移换作用。反应通式如下。

氨基转移酶种类多、分布广,其中丙氨酸氨基转移酶(ALT,又称谷丙转氨酶,GPT)和天冬氨酸氨基转移酶(AST,又称谷草转氨酶,GOT)最重要,它们催化的反应式如下。

氨基转移酶催化的反应是可逆反应,所以转氨基作用也是体内合成非必需氨基酸的途径之一。

氨基转移酶主要存在于细胞内,正常人血清中活性很低,它们在各组织中的活性很不均衡(表7-1)。ALT在肝细胞中活性最高,而AST在心肌细胞中活性最高。当某种原因使细胞膜通透性增大或组织损伤、细胞破裂时,则氨基转移酶可大量释放入血,导致血清中氨基转移酶活性显著增高。例如急性肝炎患者的血清中ALT活性显著升高;心肌梗死患者的血清中AST明显上升。因此,临床上测定血清中的ALT或AST的活性既有助于疾病的诊断,也可作为观察疗效和预后的指标之一。

表7-1　正常成人各组织中ALT和AST活性(单位/每克湿组织)

氨基转移酶的辅酶是维生素B6的磷酸酯,即磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。在转氨基作用中,辅酶磷酸吡哆醛先从氨基酸接受氨基变成磷酸吡哆胺,磷酸吡哆胺又可将氨基转给α-酮酸生成相应的氨基酸,而自身又变为磷酸吡哆醛。所以转氨基作用中的磷酸吡哆醛是氨基传递体。

转氨基作用虽在体内普遍存在,但只是将一个氨基酸的氨基转移到α-酮酸上产生另一个氨基酸,氨基并未真正脱掉。一般认为,体内氨基酸的脱氨基作用主要是通过联合脱氨基作用实现的。

(三)联合脱氨基作用

1.氨基转移酶和谷氨酸脱氢酶联合脱氨基作用　转氨基作用和谷氨酸氧化脱氨基作用的结合称为联合脱氨基作用。氨基酸首先与α-酮戊二酸在转氨酶催化下,生成α-酮酸和谷氨酸,谷氨酸再经L-谷氨酸脱氢酶催化,进行氧化、脱氨,重新生成α-酮戊二酸和氨。反应过程见图7-2-2。

图7-2-2　联合脱氨基作用

联合脱氨基作用的全过程是可逆的,其逆过程是体内合成非必需氨基酸的主要途径。

上述联合脱氨基作用主要在肝、脑、肾等重要器官中进行,骨骼肌、心肌组织细胞中谷氨酸脱氢酶的活性很低,所以在肌组织中存在着另一种氨基酸脱氨基作用,即嘌呤核苷酸循环。

2.嘌呤核苷酸循环　嘌呤核苷酸循环的主要过程,首先是通过转氨基作用将氨基转移给草酰乙酸,生成天冬氨酸,后者与次黄嘌呤核苷酸(IMP)反应生成腺苷酸代琥珀酸,再经裂解酶催化生成延胡索酸及腺嘌呤核苷酸(AMP)。AMP在腺苷酸脱氨酶催化下水解脱氨生成次黄嘌呤核苷酸。此过程称为嘌呤核苷酸循环(图7-2-3)。

图7-2-3　嘌呤核苷酸循环

重点提示

氨基酸在体内分解代谢的主要途径是脱氨基作用;联合脱氨基作用是主要的脱氨基方式;谷氨酸脱氢酶在体内非必需氨基酸的合成中起着重要作用;氨基酸脱氨基作用的逆过程是体内合成非必需氨基酸的主要途径。