第十章蛋白质的降解和氨基酸代谢

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1、第十章 蛋白质的降解和氨基酸代谢第一节 蛋白质消化、降解及氮平衡一、 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。二、 蛋白质的降解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

2、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。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。第二节 氨基酸分解代谢氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，形成的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O，产生A

3、TP ，也可以为糖、脂肪酸的合成提供碳架。一、 脱氨基作用主要在肝脏中进行（一） 氧化脱氨基第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。生成的H2O2有毒，在过氧化氢酶催化下，生成H2O+O2，解除对细胞的毒害。（二） 非氧化脱氨基作用（大多数在微生物的中进行）还原脱氨基（严格无氧条件下）水解脱氨基脱水脱氨基脱巯基脱氨基氧化-还原脱氨基两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。脱酰胺基作用谷胺酰胺酶：谷胺酰胺 + H2O 谷氨酸 + NH3天冬酰胺酶：天冬酰胺 + H2O 天冬氨酸 + NH3谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中（三） 转氨基作用转氨作用是a.a脱氨的重要方式

4、，除Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基作用。转氨基作用由转氨酶催化，辅酶是维生素B6（磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺）。转氨酶在真核细胞的胞质、线粒体中都存在。转氨基作用：是-氨基酸和-酮酸之间氨基转移作用，结果是原来的a.a生成相应的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨基酸。不同的转氨酶催化不同的转氨反应。大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，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。动物组织中，Asp转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解

5、决氨的去向。（四） 联合脱氨基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 。1、 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合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。以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用2、 通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用结构式：次黄嘌呤核苷一磷酸（IMP）、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主

6、二、 脱羧作用生物体内大部分a.a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。a.a脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。a.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-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。三、 氨的去向氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与-酮戊二酸作用生成Gl

7、u，大量消耗-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，产生肝昏迷。氨的去向：（1）重新利用 合成a.a、核酸。 （2）贮存 Gln，Asn高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。（3）排出体外 排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出。 排尿酸动物：鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。 排尿动物：以尿素形式排出。（一） 氨的排泄1、 直接排氨排氨动物将氨以Gln形式运至排泄部位，经Gln酶分解，直接释放NH3。游离的NH3借助扩散作用直接排除体外。2、 尿素的生成（尿素循环）排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环1932年，Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜

8、氨酸、Arg中的任一种，都可促使尿素的合成。尿素循环途径（鸟氨酸循环）：（1）、 氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合酶I）肝细胞液中的a.a经转氨作用，与-酮戊二酸生成Glu，Glu进入线粒体基质，经Glu脱氢酶作用脱下氨基，游离的氨（NH4+）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。NH4+ + CO2 + 2ATP + H2O氨甲酰磷酸合酶 I氨甲酰磷酸 + 2ADP + Pi + 3H+氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。氨甲酰磷酸合酶I：存在于线粒体中，参与尿素的合成。氨甲酰磷酸合酶II：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶 I、II（2）、 合成

9、瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸。鸟氨酸转氨甲酰酶存在于线粒体中，需要Mg2+作为辅因子。瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。（3）、 合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合酶）瓜氨酸 + 天冬氨酸精氨琥珀酸合酶Mg2+精氨琥珀酸（4）、 精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）精氨琥珀酸 精氨酸 + 延胡索素酸此时Asp的氨基转移到Arg上。来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸， （5）、 精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。尿素循环总反应：NH4+ + CO2 + 3A

10、TP + Asp + 2H2O 尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + Ppi + 延胡索酸形成一分子尿素可清除2分子氨及一分子CO2 ， 消耗4个高能磷酸键。联合脱-NH2合成尿素是解决-NH2去向的主要途径。尿素循环与TCA的关系：草酰乙酸、延胡素酸（联系物）。肝昏迷（血氨升高，使-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。四、 氨基酸碳架的去向20种aa有三种去路（1）氨基化还原成氨基酸。（2）氧化成CO2和水（TCA）。（3）生糖、生脂。20种a.a的碳架可转化成7种物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。它们最后集中为5

11、种物质进入TCA：乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。氨基酸碳骨架进入TCA的途径五、 生糖氨基酸与生酮氨基酸生酮氨基酸：Phe、Tyr、Leu、Lys、Trp。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸，因此这5种a.a.称生酮a.a.生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的a.a.都称为生糖a.a，它们都能生成Glc。而Phe、Tyr是生酮兼生糖a.a。六、 由氨基酸衍生的其它重物质1、 由氨基酸产生一碳单位一碳单位：具有一个碳原子的基团，包括：亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（ HC=O-），羟甲基（-CH

12、2OH），亚甲基（又称甲叉基，-CH2），次甲基（又称甲川基，-CH=），甲基（-CH3）一碳单位不仅与a.a.代谢密切相关，还参与嘌呤、嘧啶的生物合成，是生物体内各种化合物甲基化的甲基来源。Gly、Thr、Ser、His、Met 等a.a.可以提供一碳单位。一碳单位的转移靠四氢叶酸（5，6，7，8-四氢叶酸），携带甲基的部位是N 5、N 10结构式：FH4与N 5、N 10-亚甲基FH42、 氨基酸与生物活性物质氨基酸来源的生物活性物质（1）、 Tyr与黑色素（2）、 Tyr与儿茶酚胺类可生成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素，这四种统称儿茶酚胺类。前二者是神经递质，后二者是激素 Tyr形

13、成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素（3）、 Trp与5-羟色胺及吲哚乙酸 Trp形成5-羟色胺及吲哚乙酸5-羟色胺是神经递质，促进血管收缩（4）、 肌酸和磷酸肌酸（Arg、Gly、Met）肌酸和磷酸肌酸，在贮存和转移磷酸键能中起重要作用。它们存在于动物的肌肉、脑、血液中。Arg、Gly、Met形成磷酸肌酸肌酸合成中的甲基化：S-腺苷Met（5）、 His与组胺His脱羧生成组胺，是一种血管舒张剂，在神经组织中是感觉神经的一种递质。（6）、 Arg 水解 鸟氨酸 脱羧 腐胺 亚精胺 精胺（7）、 Glu与r-氨基丁酸Glu本身就是一种兴奋性神经递质（还有Asp），在脑、脊髓中广泛存在。Glu

14、脱羧形成的r-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。（8）、 牛磺酸和Cys Cys 的SH氧化成-SO3-，并脱去-COO - 就形成了牛磺酸，牛磺酸与胆汁酸结合，乳化食物。七、 氨基酸代谢缺陷症 苯丙酮尿症（PKU）第三节 氨基酸合成代谢一、 氨基酸合成中的氮源和碳源1、 氮源（无机氮不行）（1）生物固氨（微生物） a.与豆科植物共生的根瘤菌 b.自养固氮菌 兰藻 在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3（2）硝酸盐和亚硝酸盐 (植物、微生物)（3）各种脱氨基酸作用产生的NH3（所有生物） 碳源直接碳源是相应的-酮酸，植物能合成20种a.a.相应的全部碳架或前体。人和动物只能直接合成部分a

15、.a.相应的-酮酸。主要来源：糖酵解、TCA、磷酸已糖支路。必需氨基酸：Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（Arg、His）2、 植物、部分微生物a.a.合成方式-酮戊二酸衍生类型 Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫）与a.a.分解进入-酮酸的途径比较，少了一种a.a.，即His。草酰乙酸衍生类型 Asp、Asn、Met、Thr、Ile（也可归入丙酮类）、Lys（植物、细菌）经TCA中间产物（-酮戊二酸、草酰乙酸）可合成10种a.a.，即Glu、Gln、Pro、Arg、Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys。丙酮酸衍生类型 Ala、Val（Ile）、Leu 3-磷酸甘