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1、第五章 蛋白质降解及氨基酸分解代谢,一、蛋白质的酶促降解,二、氨基酸的一般代谢（共同途径）,三、氨基酸分解产物的代谢,四、个别氨基酸的代谢,五、氨基酸的合成代谢,第五章 蛋白质降解及氨基酸分解代谢 一、蛋白质的酶促降解食物蛋白质经人体各种蛋白酶（胃蛋白酶、胰蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等）作用降解成氨基酸混合物，再由肠粘膜上皮细胞吸收进入机体。游离氨基酸进入血液循环送到肝脏。动物组织中也有各种蛋白酶，也能将细胞自身蛋白质水解成氨基酸。,就高等动物来讲，外界食物蛋白质经消化吸收的氨基酸和体内合成及组织蛋白质经降解的氨基酸，共同构成体内氨基酸代谢库(metabolic pool) 。,血液氨基酸,组织氨
2、基酸,体内氨基酸代谢库,食物蛋白质,消化吸收,组织蛋白质,合成,分解,二、氨基酸的一般代谢（共同途径）天然氨基酸分子都含有-氨基和羧基，因此各种氨基酸都具有共同的代谢途径。但是由于不同氨基酸的侧链基团不同，所以个别氨基酸还有其特殊的代谢途径。氨基酸的共同代谢包括脱氨基作用和脱羧基作用两方面。,（一）氨基酸的脱氨基作用转氨基作用、氧化脱氨基作用、联合脱氨基作用。,主要包括,1、转氨基作用（氨基移换作用）一种-氨基酸的氨基可以转移到-酮酸上，从而生成相应的一分子-酮酸和一分子-氨基酸。催化转氨基反应的酶叫做转氨酶。,特点：没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基酸的比例。大多数氨基酸可参与
3、转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。,其中，-氨基酸可以看作是氨基的供体，-酮酸是氨基的受体。由糖代谢所产生的丙酮酸、草酰乙酸及-酮戊二酸可分别转变成丙氨酸、天冬氨酸及谷氨酸；另外，蛋白质分解所产生的丙氨酸、天冬氨酸及谷氨酸也可转变为丙酮酸、草酰乙酸和-酮戊二酸。,最重要的两种转氨酶,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,（1）谷丙转氨酶（GPT）催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨作用。,谷丙转氨酶以肝脏中活力最大，当肝细胞损伤时，酶就释放到血液内。因此临床上常以此来判断肝功能的正常与否。,（2）谷草转氨酶（GOT）催化谷氨酸与草酰乙酸的转氨作用。,GOT以心脏中活力最大，其次是肝脏。临床上常以此作为心肌
4、梗塞、心肌炎的辅助判断指标。,应用,2、氧化脱氨基作用-氨基酸在酶催化下氧化脱氢生成-酮酸，同时释放出游离氨。氧化脱氨基作用包含脱氨与水解两个步骤。L-谷氨酸脱氢酶其辅酶是NAD+或NADP+ ，能催化L-谷氨酸氧化脱氨基，生成-酮戊二酸及氨。,重要酶类,L-谷氨酸,-酮戊二酸,（1）有很强的特异性，只催化L-谷氨酸氧化脱氨； （2）别构酶：ATP、NADH是其别构抑制剂，ADP是其别构激活剂。 （3）存在：动植物、微生物中。特别是肝及肾组织中活力更强。,L-谷氨酸脱氢酶特性,联系糖代谢与氨基酸代谢：L-谷氨酸脱氢脱氨后所产生的-酮戊二酸可进入TCA循环彻底氧化产生能量； 另外，在糖代谢中所产
5、生的-酮戊二酸也可转变为L-谷氨酸（氨基化作用）。,意 义,3、联合脱氨基作用转氨基作用和氧化脱氨基作用配合进行。,联合脱氨基作用 是生物体内氨基酸脱氨基作用的主要方式,生物体内存在两种联合脱氨基作用： （1）转氨基作用与谷氨酸氧化脱氨基作用的联合体内某些组织如肝脏、肾脏中的L-谷氨酸脱氢酶活性高，主要以该种方式进行。该反应可逆，其逆反应是生成非必需氨基酸的途径。,（2）转氨基作用与嘌呤核苷酸循环的联合体内某些组织如骨骼肌、心肌中的L-谷氨酸脱氢酶活性低，这些部位以“嘌呤核苷酸循环”脱氨基作用为主。,4、非氧化脱氨基作用微生物体内进行直接脱氨基作用、脱水脱氨基作用、脱硫化氢脱氨基作用、水解脱氨
6、基作用、还原脱氨基作用等。,进行部位,（二）氨基酸的脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸在氨基酸脱羧酶作用下进行脱羧作用，生成二氧化碳和胺类。,氨基酸脱羧酶特性,（1）在微生物中分布很广，高等动植物中也有； （2）专一性很高，一般来讲一种氨基酸脱羧酶只对一种氨基酸起脱羧作用。,1、重要氨基酸的脱羧基作用（1）谷氨酸,谷氨酸脱羧酶,CO2,对中枢神经系统的传导具有抑制作用；VB6是其辅酶，因此临床上用VB6防治神经性妊娠呕吐及小孩抽搐。,-氨基丁酸（GABA）,主要存在于大脑中,（2）组氨酸,血管舒张剂，具有扩张血管降低血压 功效；促进胃液分泌； 动物性食物腐败产生大量组胺。,（3
7、）酪氨酸,CO2,酪胺：使血压升高。,（4）色氨酸,色氨酸,色氨酸羟化酶,5-羟色氨酸,5-羟色氨酸脱羧酶,5-羟色胺,CO2,促进微血管收缩、血压升高和促进肠胃蠕动；促进睡眠；与神经兴奋传导有关，当其浓度降低时，痛阈降低。,5-羟色胺（5-HT，血清素）的生理功能,（5）牛磺酸(taurine),三、氨基酸分解产物的代谢氨及-酮酸二氧化碳及胺,氨基酸脱氨作用产物,氨基酸脱羧作用产物,其中：二氧化碳由肺排出；胺可随尿直接排出，也可在酶作用 下转化为其它物质；氨和-酮酸进一步代谢。,（一）氨的代谢转变1、氨的来源氨基酸脱氨基产生；肠道吸收（食物腐败产生、尿素渗入肠道被脲酶水解）；肾小管上皮细胞分
8、泌（谷氨酰胺分解产生）；药物或其它含氮物质。,高等动物的脑组织对氨相当敏感，血液中含1%氨即可引起中枢神经系统中毒（语言紊乱、视力模糊、甚至昏迷死亡）。,氨中毒(ammonia poisoning)概念,机 理,高浓度氨与-酮戊二酸形成谷氨酸，使大脑中的-酮戊二酸大量减少，导致TCA循环无法正常进行，从而引起脑功能受损。,2、氨的代谢 （1）排氨生物：NH3转变成酰胺，运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类） （2）以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类） （3）以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）
9、 （4）重新利用合成AA： （5）合成酰胺（高等植物中） （6）嘧啶环的合成（核酸代谢）,（1）尿素的合成是氨代谢的主要途径。,合成器官,主要是肝脏 （线粒体及细胞液）,合成途径,鸟氨酸循环 (orinithine cycle),鸟氨酸循环：a、瓜氨酸的生成氨和二氧化碳（来源于糖代谢）在氨基甲酰磷酸合成酶作用下生成氨基甲酰磷酸，再在鸟氨酸氨基甲酰转移酶作用下，将氨基甲酰转移给鸟氨酸生成瓜氨酸。,在线粒体内进行,b、精氨酸的生成线粒体内合成的瓜氨酸穿过线粒体膜转运到细胞液中，在精氨酸代琥珀酸合成酶和精氨酸代琥珀酸裂解酶作用下生成精氨酸。,c、精氨酸水解生成尿素精氨酸在精氨酸酶催化下生成尿素和鸟氨
10、酸。,精氨酸酶专一性很强，只对L-精氨酸有作用，存在于排尿素动物的肝脏中。产生的鸟氨酸又可穿过线粒体膜进入线粒体中在参与循环。,精氨酸酶的特性,有毒的氨在肝脏中转变为无毒的尿素后，经血液运送到肾脏，然后随尿液排出体外。,总 结,每生成1mol尿素要消耗3molATP,NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O,NH2-CO-NH2 + 2ADP +AMP +PPi+延胡索酸,总反应式,（2）酰胺的合成存在于大脑、肝脏及肌肉等细胞中的谷氨酰胺合成酶，能催化氨与谷氨酸合成谷氨酰胺，然后谷氨酰胺通过血液循环运送到肾脏，经谷氨酰胺酶作用分解成谷氨酸和氨。,谷氨酰胺既是氨的解毒产物， 也是氨的储运及运
11、输形式。,谷胺酰胺酶,H2O,NH3,另外，氨在天冬酰胺合成酶的催化下还可生成天冬酰胺，当需要时，天冬酰胺分子内的氨基又可以通过天冬酰胺酶作用分解出来，合成氨基酸。,（3）重新利用氨可以使-酮酸氨基化为非必需氨基酸；还可以合成嘧啶环。,（二） -酮酸的代谢转变1、再合成氨基酸体内的氨基酸脱氨基作用与-酮酸的氨基化是一对可逆反应，在正常情况下处于动态平衡。当体内氨基酸过剩时，脱氨基作用旺盛；当机体需要氨基酸时，氨基化作用旺盛。-酮酸氨基化是生成非必需氨基酸的途径之一。,2、氧化成二氧化碳及水当体内需要能量时， -酮酸可被氧化成二氧化碳和水，并释放能量。氧化的主要途径是TCA循环。丙酮酸、草酰乙酸
12、、-酮戊二酸均可通过TCA循环被氧化。,3、转变成糖及脂肪当体内不需要-酮酸转变为氨基酸，且体内能量供给充分时，-酮酸可以转变为糖及脂肪。生糖氨基酸：在体内可以转变为糖的氨基酸。生酮氨基酸：在体内可以转变为酮体的氨基酸。生糖兼生酮氨基酸：二者兼有的氨基酸。,生糖和生酮氨基酸,生糖氨基酸：丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、甲硫氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸,生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸、,生糖兼酮氨基酸：异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸,氨基酸、糖、脂肪代谢的关系,四、个别氨基酸的代谢（ Metabolism of Individual Amin
13、o Acids ） （一）一碳单位代谢1、概念在生物合成中可以转移一个碳原子的化学基团叫做一碳单位(one carbon unit)或一碳基团。催化一碳单位转移的酶叫做一碳单位转移酶，辅酶是FH4（四氢叶酸）。 一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。,2、种类,-CH=NH 亚氨甲基H-CO- 甲酰基-CH2OH 甲醇基-CH= 次甲基-CH2- 亚甲基-CH3 甲基,3、进行一碳单位代谢的氨基酸,甘氨酸、丝氨酸、色氨酸、组氨酸、蛋氨酸等。,（二）芳香族氨基酸的分解代谢芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。 1、苯丙氨酸的分解代谢 （1）生成酪
14、氨酸在苯丙氨酸羟化酶（单加氧酶）作用下生成酪氨酸。,苯丙氨酸,酪氨酸,（2）生成苯丙酮酸,苯丙氨酸,苯丙酮酸,转氨酶,这是氨基酸代谢缺乏症。先天性苯丙氨酸羟化酶缺乏者，不能将苯丙氨酸转变为酪氨酸，而在转氨酶作用下将苯丙氨酸转氨基生成苯丙酮酸，进入血液，最后随尿排出，称为“苯丙酮酸尿症” (phenyl keronuria, PKU)。,苯丙酮酸尿症,症 状,新生儿呕吐，智力迟钝。,2、酪氨酸的分解代谢酪氨酸在不同酶作用下生成多巴胺、黑色素、酪氨等物质。其中，多巴胺（DA）具有多种生理功能，与神经传递、肾上腺素合成、睡眠节律等都有关系。帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成
15、减少。在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。先天性酪氨酸酶缺乏患者，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。,3、色氨酸的分解代谢转变为尼克酸；氧化和脱羧生成5-羟色胺（使组织和血管收缩；与脑组织活动、体温调节等生理作用有关）；生成吲哚乙酸（植物生长刺激素）。,五、氨基酸的合成代谢不同氨基酸合成途径不同，根据其自身代谢规律分为以下几种： （一）酮戊二酸衍生类型（谷氨酸类型）-酮戊二酸与氨在L-谷氨酸脱氢酶作用下，还原氨基化生成L-谷氨酸；L-谷氨酸与氨在谷胺酰胺合成酶作用下生成谷氨酰胺；L-谷氨酸-羧基还原为谷氨酸半醛，然后环化为二氢吡咯-5-羧酸，再有二氢吡咯还原酶作用生成L-脯氨酸；,L-谷氨酸还可经过一系列酶作用生成鸟氨酸；鸟氨酸再通过鸟氨酸循环生成精氨酸。,-酮戊二酸衍生型,谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、 鸟氨酸、精氨酸等非必需氨基酸。,合成,（二）草酰乙酸衍生类型（天冬氨酸类型）在谷-草转氨酶催化下，草酰乙酸与谷氨酸生成L-天冬氨酸；天冬氨酸经天冬酰胺合成酶催化，在谷氨酰胺和ATP参与下，从谷氨酰胺上获取酰胺基生成L-天冬酰胺；细菌和植物还可由L-天冬氨酸为起始物合成赖氨酸或转变为蛋氨酸；L-天冬氨酸还可以转变为苏氨酸；L-天冬氨酸还可以与丙氨酸作用合成异亮氨酸。,
