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1、精选优质文档-倾情为你奉上第十单元 氨基酸代谢植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化合物。人和动物消化吸收动、植物蛋白质，得到氨基酸，合成蛋白质及含氮物质。有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮，合成氨基酸。一、蛋白质消化、降解及氮平衡1.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
2、。2.蛋白质的降解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
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。3.氨基酸代谢库食物蛋白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。4.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
4、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。二、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ATP ，也可以为糖、脂肪酸的合成提供碳架。（一）脱氨基作用1.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。2.催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶）（1）L-氨基酸氧化酶有两类辅酶，FMN和FAD（人和动物），对下列a.a不起作用：Gly、-羟氨酸（
5、Ser、 Thr）、二羧a.a（ Glu、 Asp）、二氨a.a （Lys、 Arg），真核生物中，真正起作用的不是L-a.a氧化酶，而是谷氨酸脱氢酶。（2）D-氨基酸氧化酶 有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，可催化D-a.a脱氨。（3）Gly氧化酶 使Gly脱氨生成乙醛酸。（4）D-Asp氧化酶兔肾中有D-Asp氧化酶，D-Asp脱氨，生成草酰乙酸。（5）L-Glu脱氢酶 真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，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。在动、植、微生物体内都有。ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。ADP
6、、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）。3.非氧化脱氨基作用大多数在微生物的中进行，主要有：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，脱酰胺基作用。4.转氨基作用是a.a脱氨的重要方式，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
7、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，通过转氨作用解决氨的去向。5.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-
8、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。（2）通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用 骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主。（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
9、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Glu，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：重新利用，合成a.a、核酸。贮存，合成Gln，Asn，高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。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。（四）氨的转运（肝外肝脏）1.Gln转运Gln合成酶催化Glu与氨结合生成Gln，G
10、ln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。Gln经血液进入肝中，经Gln酶分解，生成Glu和NH3。2.丙氨酸转运（Glc-Ala循环）肌肉可利用Ala将氨运至肝脏，这一过程称Glc-Ala循环。丙氨酸在PH7时接近中性，不带电荷，经血液运到肝脏。在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成Glc。肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏，而以Ala的形式运送，一举两得。三、氨的排泄（一）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。（二）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，1
11、932年Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任一种，都可促使尿素的合成。1.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。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。（2）合成瓜氨酸（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
12、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）瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨琥珀酸。（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 + 3ATP + Asp + 2H2O 尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + Ppi + 延胡索酸形成一分子尿素可清除2分
13、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。（三）生成尿酸（见核苷酸代谢）尿酸（包括尿素）也是嘌呤代谢的终产物。四、氨基酸碳架的去向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。1.转变成丙酮酸的途径（1）Ala经与-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）。（2）Gly先转
14、变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。Gly与Ser的互变是极为灵活的，该反应也是Ser生物合成的重要途径。Gly的分解代谢不是以形成乙酰CoA为主要途径，Gly的重要作用是一碳单位的提供者。 Gly + FH4 + NAD+ N5,N10-甲烯基FH4 + CO2 + NH4+ + NADH（3）Ser脱水、脱氢，生成丙酮酸（丝氨酸脱水酶）（4）Thr由Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸 乙酰CoA。（5）Cys 有3条途径： 转氨，生成-巯基丙酮酸，再脱巯基，生成丙酮酸。 氧化成丙酮酸加水分解成丙酮酸。2.转变成乙酰乙酰CoA的途径（1）Phe Tyr 乙酰乙酰CoA，Phe
15、、Tyr分解为乙酰乙酰CoA和延胡索酸。（2）Tyr分解产物：1个乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA。），1个延胡索酸，1个CO2。（3）Leu分解产物：1个乙酰CoA，1个乙酰乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。（4）Lys分解产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2。（5）Trp分解产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个CO2 ，1个甲酸。3.-酮戊二酸途径（1）Arg产物：1分子Glu，1分子尿素。（2）His产物：1分子Glu，1分子NH3 ,1分子甲亚氨基。（3）Gln三条途径：. Gln酶：Gln + H2O Glu + NH3； Glu合成酶：Gln+-酮戊二酸 + NADPH 2Glu + NADP+； 转酰胺酶：Gln+-酮戊二酸 Glu + r-酮谷酰氨酸 -酮戊二酸 + NH4+（4）Pro产物：Pro Glu，Hpro 丙酮酸 + 丙醛酸。4.琥珀酰CoA途径（1）Met给出1个甲基，将-SH转给Ser（生成Cys），产生一个琥珀酰CoA。（2）Ile产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA。（3）Val分解也生
