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1、 一、蛋白质的降解二、氨基酸分解代谢三、氨的代谢四、氨基酸碳骨架的氧化途径五、生糖氨基酸和生酮氨基酸六、必需氨基酸与非必需氨基酸七、氨基酸与一碳单位第五章 蛋白质降解和 氨基酸的分解代谢P2981 1 生物体内的蛋白质是经常处于动态的变化之中，一方 面在不断地合成，另一方面又在不断地分解。例如， 当种子萌发时，蛋白质发生强烈的水解，将胚乳或子 叶中的储藏蛋白质分解，形成氨基酸和其他简单含氮 化合物，供幼苗形成组织时用。在植物衰老时，蛋白 质的分解亦很强烈，将营养器官的蛋白质分解成含氮 化合物，转移到繁殖器官中，供幼胚及种子的形成之 所需。 蛋白质的分解对机体生命代谢的意义并不亚于蛋白质 的合成
2、。植物体为了进行正常的生长和发育，为了适 应外界条件的变化，必须经常不断地形成具有不同结 构与功能的各种蛋白质。因此，早期合成的蛋白质在 完成其功能之后不可避免地要分解，其分解产物将作 为合成新性质蛋白质的原料。蛋白质有自己的存活时 间，短到几分钟，长到几周。不论何种情况，细胞总 是不断地从氨基酸合成蛋白质，又把蛋白质降解为氨 基酸。它有二重功能，其一是排除那些不正常的蛋白 质；其二是通过排除累积过多的酶和调节蛋白使细胞 代谢的井然有序得以维持。2 2一、蛋白质的降解(了解) 1、蛋白酶的分类蛋白酶的种类很多，实践中常用的分类方法有三种按其来源分 动物蛋白酶（如胰蛋白酶、胃蛋白酶等） 植物蛋白
3、酶（如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等） 微生物蛋白酶（如酶菌蛋白酶、细菌蛋白酶等） 按作用位点分 内肽酶外肽酶二肽酶专门水解二肽中肽键，将二肽 水解生成单个氨基酸的酶。又称端肽酶。它只能从肽链的一端水 解肽键，每次水解放出一个氨基酸。水解蛋白质内部肽键产生短肽的酶。 按作用的最适pH分碱性蛋白酶 中性蛋白酶 酸性蛋白酶。氨肽酶:从肽链N-末端水解者羧肽酶:从肽链C-末端水解者3 32、重要的蛋白质水解酶胃蛋白酶胰蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶A羧肽酶B催化具有苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、亮氨酸、 谷氨酸和谷氨酰胺等的肽键。水解由赖氨酸、精氨酸的羧基形成的肽键。 水解含苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等残基羧基
4、 形成的肽键。水解缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸、丙氨酸等各种 脂肪族氨基酸形成的肽键。 水解由各种中性氨基酸为羧基末端构成的肽键。水解由赖氨酸、精氨酸等碱性氨基酸为羧基末 端构成的肽键。 4 4 3、蛋白质消化吸收 哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白 酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性蛋 白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解成游离氨 基酸，在小肠被吸收。 被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能直 接排出体外，需经历各种代谢途径。 肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用在 小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离氨基 酸。5 5 4、 蛋白质的酶促降解 在内肽酶、羧 肽酶、氨肽酶与二肽酶的共同作用下
5、， 蛋白质水解成蛋白眎、胨、多肽，最后 完全分解成氨基酸。 这些氨基酸可以转移到蛋白质合成的地 方用作合成新蛋白质的原料，也可以经 脱氨作用形成氨和有机酸，或参加其他 反应。 6 6 、蛋白质的降解机制 人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动 态平衡。成人每天有总体蛋白的1%2%被降解 、更新。 不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的 t1/2 约10天，肝脏的t1/2约18天，结缔组织 蛋白的t1/2 约180天，许多关键性的调节酶的 t1/2 均很短。 真核细胞中蛋白质的降解有两条途径： 一条是不依赖ATP的途径，在溶酶体中进行， 主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内 蛋白。 另一
6、条是依赖ATP和泛素的途径，在胞质中进 行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径 在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。7 7 泛素是一种8.5KD（76a.a.残基）的小分子蛋白质，普 遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人 只相差3个a.a残基，它能与被降解的蛋白质共价结合 ，使后者活化，然后被蛋白酶降解。 、氨基酸代谢库 食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性a.a） 与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性a.a）混在 一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢 库。 氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。 肌肉中a.a占代谢库的50以上。 肝脏中a.a占代谢库的10。 肾中a.a
7、占代谢库的4。 血浆中a.a占代谢库的16。 肝、肾体积小，它们所含的a.a浓度很高，血浆a.a是 体内各组织之间a.a转运的主要形式。8 8 、氮平衡 食物中的含氮物质，绝大部分是蛋白质，非蛋 白质的含氮物质含量很少，可以忽略不计。 氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在正常情 况下处于平衡状态。即，摄入氮排出氮。 氮正平衡：摄入氮排出氮，部分摄入的氮用 于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。 氮负平衡：摄入氮排出氮。饥锇、疾病。9 9二、氨基酸分解代谢（P303，熟悉）1、氨基酸的脱氨基作用 2、氨基酸的转氨基作用3、联合脱氨基作用4、氨基酸的脱羧基作用1010-氨基酸的功能除去它是蛋白质的组成单位外
8、， 还是能量代谢的物质，又是许多生物体内重要含 氮化合物的前体。这些含氮化合物突出的有血红 素，生物活性的胺，谷胱甘肽，核苷酸及核苷酸 的辅酶等。哺乳动物可自代谢物前体合成非必需 氨基酸，而必需氨基酸则自膳食中获取。膳食中获取的多余氨基酸既不为后来使用而被贮 存，也不被排泄。多余的氨基酸则转化为常见的 代谢中间体，例如，丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊 二酸等。由此，氨基酸又是葡萄糖、脂肪酸及酮 体的前体物，又是代谢过程的“燃料”。氨基酸 的分解代谢主要在肝脏中进行。1111 氨基酸的分解一般有三步： 第一步脱氨（脱氨基），脱下的氨基或转化为 氨，或转化为天冬氨酸或谷氨酸的氨基。 第二步氨与天冬氨酸的
9、氮原子相结合，成为尿 素并被排放。 第三步氨基酸的碳骨架（由于脱氨基产生的 -酮酸）转化为一般的代谢中间体。12121、氨基酸的脱氨基作用 氨基酸失去氨基的作用称为脱氨基作用。脱氨基作用有氧化脱氨和非氧化脱氨两类。氧化脱氨基作用普遍存在于动植物中，非氧化脱氨基作用见于微生物中，但并不普遍。动物的脱氨基作用主要在肝脏中进行。 1313（1）氧化脱氨基作用（P306，熟悉）氨基酸在酶的催化下，在氧化脱氢的同时释放出游离的氨，生成相应的-酮酸，这一过程称为氧化脱氨基作用。催化氨基酸氧化脱氨的酶有两类：一类是氨基酸氧化酶；另一类是氨基酸脱氢酶。 1414氨基酸氧化酶的辅基是FAD或FMN，人和动物的氨
10、基酸氧化酶的辅基是FMN。催化的反应分脱氢和水解两步进行。氨基酸在氨基酸氧化酶的作用下生成亚氨基酸，亚氨基酸在水中极不稳定，自发水解为-酮酸和氨。催化脱下的氢直接与氧分子结合，生成过氧化氢。1515当有过氧化氢酶存在时，过氧化氢被分解为水和分子氧；当无过氧化氢酶时，过氧化氢能将-酮酸氧化为比原来少一个碳原子的脂肪酸。 1616氨基酸氧化酶(非专一性的氨基酸氧化酶)又有L-氨基酸氧化酶和D-氨基酸氧化酶之分。L-氨基酸氧化酶催化L-氨基酸氧化脱氨 。D-氨基酸氧化酶以FAD为辅基，催化各种D-氨基酸氧化脱氨，催化脱氨过程与L-氨基酸氧化酶相同。1717氨基酸脱氢酶以NAD+或NADP+为辅酶，脱
11、下的氢不直接交给氧，而是经电子传递链产生H2O和ATP。 L-谷氨酸脱氢酶(专一性的氨基酸氧化酶)，分布广，动植物和微生物中都存在, 是一种不需O2的脱氢酶。此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。 L-谷氨酸脱氢酶的辅酶有NAD+或NADP+两种，以NAD+为辅酶的存在于线粒体中，主要负责L-谷氨酸的脱氢反应，脱下的氢经电子传递链产生H2O和ATP。以NADP+为辅酶的存在于细胞溶胶中，主要负责其逆反应，合成谷氨酸。 1818ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。 ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。 因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进
12、行 ，有利于a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自 a.a氧化）。 1919（2）非氧化脱氨 还原脱氨基反应无氧条件下，一些含有氢化酶微生物能利用还原脱氨基反应使氨基酸加氢脱氨，生成饱和脂肪酸和氨。2020水解脱氨基反应 氨基酸在水解酶的作用下，产生羟酸和氨。2121脱水脱氨基作用含羟基的氨基酸，如丝氨酸和苏氨酸在脱水酶作用下，在脱水过程中脱氨，辅酶为磷酸吡哆醛。 2222脱巯基脱氨基反应半胱氨酸含有-SH，在氨基酸脱巯基酶催化下，脱去H2S，其过程与脱水脱氨相似。2323氧化还原偶联脱氨基反应这种反应必须有一对氨基酸参加，而且只能在特定的氨基酸对之间发生反应，一个氨基酸进行氧化性脱氨，脱
13、下的氢去还原另一个氨基酸使其发生还原脱氨。2424（3）脱酰胺基作用谷氨酰胺谷酰胺酶谷氨酸NH3天冬酰胺天冬酰胺酶天冬氨酸NH325252、氨基酸的转氨基作用 （P303，掌握）转氨基作用又称氨基转换作用，是-氨基酸和-酮酸之间的氨基转移作用。-氨基酸的-氨基在转氨酶的催化下转移到-酮酸的酮基位置，结果原来的氨基酸生成相应的-酮酸，原来的-酮酸则形成相应的-氨基酸。 2626L-丙氨酸转氨酶（又叫谷丙转氨酶，GPT）肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。2727L-天冬氨酸转氨酶（又叫谷草转氨酶，GOT）2828转氨基作用是氨基酸脱去氨基的一种重要方式，实验证明
14、构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸外，都能参加转氨基作用。 2929催化转氨基反应的酶称为转氨酶或称氨基移换酶，辅基为磷酸吡哆醛，种类很多，分布很广，大多数转氨酶需要-酮戊二酸作为氨基的受体，因此它们对两个底物之一的-酮戊二酸（谷氨酸）是专一的，而对另一个底物无严格的专一性，某种酶对很多氨基酸都有催化作用，但对某种氨基酸活力最高，酶的命名是根据其催化活力最大的氨基酸命名的。转氨酶的催化反应都是可逆的。30303、联合脱氨基作用（ P307，熟悉）单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单 靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的 需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L- 氨
15、基酸氧化酶的活力都低。机体借助联合脱 氨基作用可以迅速脱去氨基。3131（1）由转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶联合参与的脱氨基作用氨基酸的-氨基先转到-酮戊二酸上，生成相应的-酮 酸和Glu，然后在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成-酮戊二 酸，并释放出氨。3232 生物体内L-氨基酸氧化酶活力不高，而L -谷氨酸脱氢酶的活力很高，转氨酶又普 遍存在，因此一般认为L-氨基酸往往不 是直接氧化脱去氨基，而是先与-酮戊二 酸经转氨作用变为相应的酮酸与谷氨酸 ，谷氨酸再经谷氨酸脱氢酶作用重新变 成-酮戊二酸，同时放出氨。这种脱氨基 作用是转氨基作用和氧化脱氨基作用配 合进行的，所以叫联合脱氨基作用。 33
16、33（2）由嘌呤核苷酸参与的联合脱氨基作用这一过程的内容是：次黄嘌呤核苷酸与天冬氨酸 作用形成中间产物腺苷酸代琥珀酸，后者在裂合酶的 作用下，分裂成腺嘌呤核苷酸和延胡索酸，腺嘌呤核 苷酸（腺苷酸）水解后即产生游离酸和次黄嘌呤核苷 酸。骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环 的方式为主 34344、氨基酸的脱羧基作用 氨基酸在脱羧酶的催化下脱去羧基，生成一级胺和CO2，氨基酸脱羧酶的专一性很强，每种脱羧酶只作用于特定的氨基酸，而且只对L-氨基酸起作用。除组氨酸脱羧酶不需要辅酶外，其它氨基酸脱羧酶均以磷酸吡哆醛作为辅酶。3535a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-谷氨酸脱羧后形成的-氨基丁酸是重要的神经递质；组氨酸脱羧后形成的组织胺有降低血压，刺激胃液分泌的作用；酪氨酸脱羧形成的酪胺有升高血压的作用。 但大多数胺类对动物有毒，体内有
