1、 第十章 氨基酸的代謝 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的降解在各種生物體內(nèi)都含有大量的、多種多樣的、行使各種不同的生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)。攝入的蛋白質(zhì)組成機(jī)體細(xì)胞的蛋白質(zhì)細(xì)胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)必須先在蛋白水解酶的催化下，水解成氨基酸后才能分解代謝；或者氨基酸合成代謝蛋白質(zhì)：是供給人和動(dòng)物體合成自身所需要的蛋白質(zhì)。一、外源蛋白的消化與吸收外源蛋白胃（胃酸）胃蛋白酶 小肽 小腸胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶 氨基酸 血液。二、組織蛋白質(zhì)的胞內(nèi)降解1.溶酶體組織蛋白酶降解途徑溶酶體:單層膜，多種酸性水解酶類。含有：蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等。2.依賴于ATP的泛素降解途徑泛素：76氨基酸殘基，高度保守，廣泛存在于真核細(xì)胞

2、。泛素：在ATP存在下，于需降解的蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合（泛素C端甘氨酸的羧基于目標(biāo)蛋白質(zhì)中賴氨酸的-氨基酸形成異肽鍵）。再由蛋白酶體降解。2004年10月6日，瑞典皇家科學(xué)院宣布將2004年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予兩位以色列科學(xué)家：阿龍切哈諾沃(AaronCiechanover) 57歲阿弗拉姆赫爾什科(AvramHershko) 67歲美國(guó)科學(xué)家：歐文羅斯(IrwinRose) 78歲表彰他們發(fā)現(xiàn)了揭開(kāi)了一個(gè)關(guān)于“死神之吻”的秘密泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解，也就是說(shuō)他們發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)死亡的重要機(jī)理。 第二節(jié) 氨基酸的分解代謝 共同的代謝途徑-氨基和羧基脫氨基作用和脫羧基作用 特殊的代謝途徑動(dòng)物體內(nèi)氨基酸的代

3、謝概況氨基酸代謝庫(kù)非必需氨基酸2.1 脫氨基作用氨基酸的脫氨基作用主要包括氧化脫氨基轉(zhuǎn)氨脫氨基聯(lián)合脫氨基非氧化脫氨基脫酰胺作用等。 2.1.1 氧化脫氨基作用（1）氨基酸氧化酶 在有氧條件下，氨基酸的分解主要進(jìn)行氧化脫氨基作用，生成-酮酸和氨。 （2）谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸脫氫酶的輔酶為NAD+或NADP+，能催化L-谷氨酸氧化脫氨，生成-酮戊二酸、氨。 2.1.2 轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用是-氨基酸和-酮酸之間的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。轉(zhuǎn)氨酶及其輔酶磷酸吡多醛催化下：原來(lái)的氨基酸生成了相應(yīng)的-酮酸，而原來(lái)的-酮酸則形成了相應(yīng)的氨基酸。轉(zhuǎn)氨酶廣泛存在于生物體內(nèi)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)氨酶至少有50種以上。用含15

4、N的氨基酸所做的實(shí)驗(yàn)證明，除甘氨酸、賴氨酸和蘇氨酸外，其余的-氨基酸都可參加轉(zhuǎn)氨基作用。以谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）和谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)最重要谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化谷氨酸與丙酮酸之間的轉(zhuǎn)氨作用谷草轉(zhuǎn)氨酶催化谷氨酸與草酰乙酸之間的轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)氨酶為細(xì)胞內(nèi)酶，而血清中活性很低，各組織器官中以心和肝的活性最高。當(dāng)某種原因使細(xì)胞膜通過(guò)性，則轉(zhuǎn)氨酶可大量釋放入血，造成血清中轉(zhuǎn)氨酶活性。 急性肝炎：GPT、GOT 心肌梗塞：GOT轉(zhuǎn)氨酶輔酶只有一種，即磷酸吡哆醛，它是維生素B6的磷酸酯。磷酸吡哆醛傳遞氨基的機(jī)理是它能夠接受氨基酸分子中的氨基而變成磷酸吡哆胺，同時(shí)氨基酸變成-酮酸。 + +轉(zhuǎn)氨酶催化作用機(jī)理2.1.3 聯(lián)

5、合脫氨基作用氨基酸的轉(zhuǎn)氨作用是否最終使氨基脫掉？氧化脫氨作用也不能滿足機(jī)體脫氨基的需要。由于生物體內(nèi)普遍存在著以-酮戊二酸作為氨基受體的轉(zhuǎn)氨酶.一般認(rèn)為L(zhǎng)-氨基酸在體內(nèi)不是直接氧化脫氨，而是先與-酮戊二酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用變?yōu)橄鄳?yīng)的-酮酸和谷氨酸.聯(lián)合脫氨基作用存在于肝、腎等組織2.1.4 非氧化的脫氨基作用非氧化脫氨基作用大多在微生物中進(jìn)行，其方式有以下幾種。 2.2.1 氨基酸在脫羧酶的催化下，脫去羧基產(chǎn)生二氧化碳和相應(yīng)的胺，這一過(guò)程稱為氨基酸的脫羧作用（decarboxylation）。2.2 氨基酸的脫羧基作用 氨基酸脫羧酶廣泛存在于動(dòng)植物和微生物體內(nèi)，以磷酸吡哆醛作為輔酶。植物體內(nèi)最常見(jiàn)的是

6、谷氨酸脫羧酶，它催化 谷氨酸脫去羧基生成-氨基丁酸. 組氨酸脫羧生成組胺酪氨酸脫羧生成酪胺賴氨酸脫羧生成戊二胺（尸胺）鳥(niǎo)氨酸脫羧生成丁二胺（腐胺）等等。所生成的胺類物質(zhì)有很多都具有活躍的生理作用。 動(dòng)物肌體一些胺類的來(lái)源及功能2.2.2 羥化脫羧基作用酪氨酸在酪氨酸酶的催化下可發(fā)生羥化作用而生成3，4-二羥苯丙氨酸(多巴,dopa）多巴可進(jìn)一步脫羧生成3，4-二羥苯乙胺，簡(jiǎn)稱多巴胺(dopamine）。 酪氨酸酶是一種含銅酶。多巴進(jìn)一步氧化后形成聚合物黑素（melanin）。馬鈴薯、蘋(píng)果和梨等切開(kāi)后變黑，就是由于形成了黑素之故。在人體的表皮基底層及毛囊中有成黑素細(xì)胞，可將酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谒?，使?/p>

7、膚及毛發(fā)呈黑色。在植物體內(nèi)，由多巴和多巴胺可形成生物堿。 2.3 氨基酸分解產(chǎn)物的去向氨基酸降解時(shí)，通過(guò)脫氨和脫羧作用生成了各種降解產(chǎn)物，如NH3、-酮酸、胺類等。這些產(chǎn)物在體內(nèi)可進(jìn)一步發(fā)生代謝轉(zhuǎn)變。 2.3.1 氨的代謝轉(zhuǎn)變 動(dòng)物體內(nèi)氨的來(lái)源1. 氨基酸脫氨基作用產(chǎn)生的氨2. 消化道吸收的氨機(jī)體內(nèi)代謝產(chǎn)生的氨，以及消化道吸收來(lái)的氨進(jìn)入血液，形成血氨。血中1%的氨會(huì)引起中樞神經(jīng)中毒，因此，脫去的氨必須及時(shí)清除。氨中毒的機(jī)理：腦細(xì)胞的線粒體可將氨與-酮戊二酸作用生成谷氨酸，大量消耗-酮戊二酸，影響TCA，同時(shí)大量消耗NADH，產(chǎn)生肝昏迷。L-谷氨酸脫氫酶動(dòng)植物機(jī)體內(nèi)氨的代謝轉(zhuǎn)變主要有以下四種方式

8、： 重新利用（合成氨基酸、核酸等） 2. 貯存（合成Gln、Asn） 3. 生成氨鹽4. 排出體外（NH3、尿酸、尿素） 氨排出體外（NH3、尿酸、尿素）（1）重新合成氨基酸 當(dāng)組織細(xì)胞中碳水化合物代謝旺盛時(shí)，氨可與碳水化合物轉(zhuǎn)化成的-酮酸發(fā)生氨基化反應(yīng)重新生成新的氨基酸。雖然通過(guò)脫氨基作用產(chǎn)生的氨再用來(lái)合成氨基酸時(shí)并不能增加氨基酸的數(shù)量，但卻能改變氨基酸的種類。 （2）生成谷氨酰胺和天冬酰胺氨可以通過(guò)谷氨酰胺合成酶或天冬酰胺合成酶催化生成相應(yīng)的酰胺，這些酰胺又可以經(jīng)谷氨酰酶或天冬酰胺酶的作用，將NH3重新釋放出來(lái)。因此，生成酰胺的形式即是生物體貯藏和運(yùn)輸氨的主要方式，也是解除氨毒的一條主要途

9、徑。 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺酶谷氨酰胺（Gln）的生成谷氨酰胺（Gln）的生成Gln是氨的一種轉(zhuǎn)運(yùn)形式，它主要從腦、肌肉等組織向肝或腎運(yùn)氨。合成Gln是大腦等組織解氨毒和運(yùn)輸氨的重要形式。（3）生成銨鹽有些植物組織中含有大量的有機(jī)酸，如異檸檬酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸、酒石酸、草酰乙酸的琥珀酸等.氨可以和這些有機(jī)酸結(jié)合生成銨鹽，以保持細(xì)胞內(nèi)正常的pH。 （4）尿素的生成的鳥(niǎo)氨酸循環(huán)在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，氨的主要去路是在肝臟中合成尿素并隨尿排出體外。某些植物如洋蕈，馬勃中也能利用氨合成尿素，其含量占干物質(zhì)重量的10%以上。尿素在部分植物體內(nèi)起著與谷氨酰胺類似的作用，即能解除氨毒，又是氨的一種貯存形式。 由氨合

10、成尿素的通過(guò)鳥(niǎo)氨酸循環(huán)進(jìn)行。在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，這個(gè)過(guò)程在肝臟中進(jìn)行。高等植物體內(nèi)也存在著鳥(niǎo)氨酸循環(huán)的酶類，如精氨酸酶等，由此可見(jiàn)，高等植物體內(nèi)也存在著鳥(niǎo)氨酸循環(huán)的過(guò)程。 在動(dòng)物中肝外組織的氨以谷氨酰胺（谷氨酸）和丙氨酸（丙酮酸）的形式運(yùn)到肝來(lái)合成尿素，再排出體外。鳥(niǎo)氨酸循環(huán): 過(guò)程共分為四個(gè)步驟 1. 氨甲酰磷酸的生成 2. 瓜氨酸的生成 3. 精氨酸的生成 4. 精氨酸的水解 合成尿素是哺乳動(dòng)物體內(nèi)氨的主要去路，肝是合成尿素的最主要器官。第一步:氨甲酰磷酸的生成在氨甲酰磷酸合成酶I催化下氨、CO2、ATP共同作用生成氨甲酰磷酸。1. 氨甲酰磷酸的生成（限速步驟） 肝細(xì)胞液中的氨基酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用，

11、與-酮戊二酸生成谷氨酸，Glu進(jìn)入線粒體基質(zhì)，經(jīng)Glu脫氫酶作用脫下氨基，游離的氨（NH3）與TCA循環(huán)產(chǎn)生的CO2反應(yīng)生成氨甲酰磷酸。N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶 I消耗兩個(gè)高能磷酸鍵（2ATP）2022/7/2650N-乙酰谷氨酸激活氨甲酰磷酸合酶 I第二步: 瓜氨酸的生成。氨甲酰磷酸將氨甲?；D(zhuǎn)移到鳥(niǎo)氨酸上生成瓜氨酸。在細(xì)胞線粒體內(nèi):鳥(niǎo)氨酸氨甲酰基轉(zhuǎn)移酶催化的，反應(yīng)式如下： 瓜氨酸形成后就離開(kāi)線粒體，進(jìn)入細(xì)胞液。第三步: 生成精氨酸。在胞漿中，精氨酸的生成分成兩個(gè)反應(yīng)：在精氨琥珀酸合成酶催化下，瓜氨酸與天冬氨酸結(jié)合生成精氨琥珀酸。反應(yīng)需要ATP水解供能及Mg2+參與作用。在精氨琥珀酸

12、裂解酶催化下，精氨琥珀酸裂解為精氨酸和延胡索酸。 3. 精氨酸的生成消耗兩個(gè)高能磷酸鍵（2ATP）此時(shí)Asp的氨基轉(zhuǎn)移到Arg上。來(lái)自Asp的碳架被保留下來(lái)，生成延胡索酸。延胡索素酸可以經(jīng)蘋(píng)果酸、草酰乙酸再生為天冬氨酸。4. 精氨酸的水解精氨酸經(jīng)專一性很強(qiáng)的L-精氨酸酶催化，水解成為鳥(niǎo)氨酸和尿素。尿素形成后由血液運(yùn)到腎臟隨尿排出。鳥(niǎo)氨酸循環(huán)的過(guò)程氨基甲酰磷酸的合成（肝細(xì)胞線粒體）瓜氨酸的合成 （肝細(xì)胞線粒體）精氨酸的合成 （肝細(xì)胞胞液）精氨酸水解生成尿素（肝細(xì)胞胞液）尿素循環(huán)與檸檬酸循環(huán)的關(guān)系線粒體胞 液合成尿素是體內(nèi)氨的主要去路。尿素分子中的2個(gè)氮原子，1個(gè)來(lái)自氨，另一個(gè)則來(lái)自天冬氨酸。合成

13、1分子尿素需要消耗4個(gè)高能磷酸鍵（4ATP）。反應(yīng)部位：肝細(xì)胞的線粒體和胞液。意義：解氨毒（把有毒的NH3轉(zhuǎn)變成無(wú)毒的尿素）。鳥(niǎo)氨酸循環(huán)小結(jié)2.3.2 氨基酸碳架的氧化生糖氨基酸：丙氨酸，草酰乙酸葡萄糖生酮氨基酸:乙酰CoA,乙酰乙酰CoA酮體生酮生糖氨基酸：另外個(gè)別氨基酸有其分解途徑第三節(jié) 氨及氨基酸的生物合成氨基酸碳架的合成根據(jù)氨基酸合成的碳架來(lái)源不同，可將氨基酸分為若干類型。在每一類型里的幾種氨基酸都有共同的碳架來(lái)源。在此，概括地介紹它們的碳架來(lái)源和合成過(guò)程的相互關(guān)系。 (1) 丙酮酸衍生類型這一族包括丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸。它們的共同碳架來(lái)源是糖酵解生成的丙酮酸。 （2）3磷酸甘油衍生類型絲氨酸、甘氨酸、半胱氨酸（3） -酮戊二酸衍生類型谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸。它們的碳架都是來(lái)自三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物-酮戊二酸。 (4)草酰乙酸衍生類型天冬氨酸、天冬酰胺、賴氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸。