生物化学8 氨基酸代谢与合成

1、蛋白质降解和氨基酸的分解代谢蛋白质的降解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。从表面上看，这样的变化过程看似是一种浪费，实际上它有二重功能，其一是排除那些不正常的蛋白质，它们一旦积聚，将对细胞有害；其二是通过排除积累过多的酶和调节蛋白使细胞代谢的井然有序得以进行。蛋白质降解的特性蛋白质有选择地降解非正常蛋白质，例如血红蛋白与缬氨酸类似物结合，得到的产物在网织红细胞中的半存活期约10min,而正常血红蛋白可延续红细胞的存活期最终可达120天。正常的胞内蛋白被排除的速度是由它们的个性决定的，绝大多数快速降解的酶都居于重要的“代谢控制”位置,而较稳定的酶在所有生理条件下有较稳定的

2、催化活性。降解速度还因它的营养及激素状态而有所不同。在营养条件被剥夺的情况下,细胞提高它的蛋白质降解速度,以维持它的必需营养源使不可或缺的代谢过程得以进行。蛋白质降解的反应机制真核细胞对于蛋白质降解有两种体系，一个是溶酶体的降解体质和一种ATP-依赖性的以细胞溶胶为基础的机制。溶酶体溶酶体是具有单层被膜的细胞器，其中个含有50多种水解酶，包括不同种的蛋白酶，称之为组织蛋白酶。溶酶体保持其内部PH在5左右，而它含有的酶的最适PH就是酸性。如此可以抵制偶然的溶酶体渗漏从而保护了细胞，因此在细胞溶胶PH下，溶酶体的大部分酶都是无活性的。溶酶体对细胞各组分的再利用是通过它融合细胞质的膜被点块即自（体吞

3、）噬泡，并随即分解其内容物实现的。溶酶体的阻断剂有抗虐药物氯代奎宁（是一种弱碱，在不带电形式随意穿透溶酶体，在溶酶体内积累形成特电荷型，因此增高了溶酶体内部的pH，并阻碍了溶酶体的功能。溶酶体降解蛋白质是无选择性的，而rongmeit抑制剂对于非正常蛋白或短寿命酶无快速的降解效应，但是它们可以防止饥饿状态下蛋白质的加速度崩溃。许多正常的和病理活动都伴随溶酶体活性的升高。ATP-依赖真核细胞蛋白质的降解主要是溶酶体的作用，但是缺少溶酶体的网织红细胞却可选择性的降解非正常蛋白质，这里有ATP-依赖的蛋白质水解体系存在ATP依赖蛋白质需要有泛肽存在。与泛肽连接的ATP-依赖蛋白由较大的“泛肽一连接的

4、降解酶催化降解。机体对外援蛋白质的需要及其消化作用外援蛋白质进入体内，总是先经过水解作用变为小分子的氨基酸，然后才被吸收。高等动物摄入的蛋白质在消化道内消化后形成游离氨基酸。氨基酸的分解代谢主要在肝脏内进行蛋白质在哺乳动物消化道中降解为氨基酸经过一系列的消化过程。食物进入胃后，使胃分泌胃泌素，后者刺激胃中壁细胞，分泌盐酸。主细胞分泌胃蛋白酶原。胃液的酸性（PH1.5-2.5）可促使球状蛋白质变性和松散。胃蛋白酶原经自身催化作用，脱下自N端的42个氨基酸肽段转变为胃蛋白酶。蛋白质在胃中消化后，随即进入小肠。在胃酸的刺激下，小肠分泌肠促胰液肽进入血液，刺激胰腺分泌碳酸进入小肠和胃中。食物中的氨基酸

5、刺激十二指肠分泌胰蛋白酶、糜蛋白酶等。经过上述酶作用的蛋白质，已经变成短链的肽和部分游离氨基酸。短肽又经羧肽酶和氨肽酶的作用，分别从肽段的c端和N端水解下氨基酸残基，蛋白质经过上述消化管内各种酶的协同作用，最后全部转变为游离氨基酸。细胞内蛋白质的周转周期是非常迅速的，许多半衰期极短的蛋白质能使细胞迅速得改变代谢条件，许多代谢的关键酶和受严格调节的酶都能够迅速地进行周转。氨基酸在细胞内的代谢途；径有多种途径。一种是经生物合成形成蛋白质，一种是进行分解代谢。氨基酸的分解一般总是先脱去氨基，形成碳的么一酮酸，可进行氧化，形成二氧化碳和水，产生ATP，也可以转化为糖和脂肪。在多数细菌当中氨基酸的分解不

6、占优势，主要是氨基酸的合成。氨基酸的分解代谢a氨基酸的功能除去它是蛋白质的组成单位外，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。这类突出的含氮化物物比如血红素。多余的氨基酸转化为常见的代谢中间产物，如丙酮酸、草酰乙酸、a酮戊二酸等。由此氨基酸又是葡萄糖、脂肪酸以及酮体的前体物。也就是说，它又是代谢过程的“燃料”氨基酸分分解一般分三步：第一步脱氨基，这里脱下的氨基转化为氨，或转化为天冬氨酸或谷氨酸的氨基第二步与天冬氨酸的丹芸仔相结合，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a酮酸）转化为一般的代谢中间体氨基酸的脱氨基作用氨基酸分解代谢的第一步是a氨基的脱离，分离出多

7、余的碳，并留下碳骨架进一步降解。哺乳类动物中主要排泄出的淡化合物是尿素。其合成起始是由氨与天冬酰胺作用。后二者主要来自于谷氨酸，它又是绝大多数脱氨基的产物。绝大多数氨基酸之脱氨基是出自转氨基作用。氨基酸脱下的氨基转移到一个a酮酸上，产生与原氨基酸相对应的酮酸和氨基酸，这个反应是在氨基转移酶的催下。此反应中具有优势接受脱下的氨基是a酮戊二酸，新生成的氨基酸为谷氨酸氨基酸+a酮戊二酸a酮酸+谷氨酸接着谷氨酸的氨基在第二步的转氨基中转移到草酰乙酸上形成天冬氨酸谷氨酸+草酰乙酸a酮戊二酸+天冬氨酸当然，并非所有的穿脱氨基作用皆起因于转氨基作用，大部分的脱氨基作用发生于谷氨酸的“氧化脱氨基作用”，它是在

8、谷氨酸脱氢酶的催化下发生的，产物为氨。此反应需要有NAD+或NADP+作为氧化剂，并使a-酮戊二酸得到再生，后者可用于进一步的氨基转移反应。巻疑战+划+出0a-阳戊二廉+Till】+NXD（P）1I+H氨基转移反应氨基转移酶促反应两步进行（1）任意氨基酸氨基转移酶的作用下，把氨基转移到酶分子上，自身形成a-酮酸（2）酶分子的氨基转移到酮酸受体上，形成产物氨基酸（如谷氨酸），同时，酶又再生。氨基酸转移酶为了携带氨基，需要有吡哆醛5-磷酸（PLP）参与反应，它是吡哆醇（维生素B6）的衍生物。氨基转移酶的反应属于“乒乓BiBi机制”（双底物的酶反应机制），它的两个步骤各由三步反应组成，即步骤1氨基酸

9、转化为酮酸1.氨基转移反应中，氨基酸的亲核氨基向酶一希夫碱的碳原子进攻，形成氨基酸一PLP希夫碱(醛亚胺)，于此同时，酶一Lys残基被释放出2由于氨基酸的a氢的消除及PLP的C(4)原子的质子化，形成共振稳定的负碳离子中间体，氨基酸一PLP希夫碱的a-酮酸-pmp希夫碱3.a-酮酸-pmp希夫碱水解，形成PMP及a-酮酸步骤2a-酮酸转化为氨基酸为了完成氨基转移酶的循环反应，这里的辅酶必须把PMP转化为酶一PLP希夫碱。它包括着与上述3步反应相同，但是方向相反的反应。即：PMP与a酮酸反应形成希夫碱a酮酸一PMP希夫碱互变易构为氨基酸氨基酸一PLP希夫碱Lys残基的e氨基在氨基转移反应中向氨基

10、酸一PLP希夫碱进攻，再生成活泼的酶一PLP希夫碱，于此同时释放新形成的氨基酸本反应的化学计量总计为：氨基酸1+a酮酸2a酮酸1+氨基酸2氨基酸转移酶因氨基转移反应第一步底物氨基酸特性不同而异，从而使酶促催化产生了不同的a酮酸产物。但氨基转移酶的绝大多数在反应第二步中作为a酮酸底物的，仅能是a酮戊二酸(或者少量的草酰乙酸)，因此只能产生草酰乙酸或天冬氨酸，绝大多数氨基就是这样流进而形成谷氨酸或天冬氨酸，它们乃自行受谷氨酸天冬氨酸氨基转移酶的作用进行如下转化：谷氨酸+草酰乙酸a酮戊二酸+天冬氨酸谷氨酸氧化脱氨基产生氨，并再生a酮戊二酸。a酮戊二酸又进入另一种氨基反应的途径。在尿素合成中，氨和天冬

11、氨酸扮演者两个氨基受体的角色。葡萄糖丙氨酸循环与前述转氨基作用规律相反的一个重要例外，是有一组肌肉氨基转移酶，可把丙酮酸当作他们的a酮酸底物，即在他们的催化下得到的产物为丙氨酸。这个丙氨酸被释放进入血流，并传送至肝脏，在肝脏中经过转氨基作用产生丙酮酸，又可用于葡糖异生，这样形成的葡萄糖又回到肌肉中，在这里以糖酵解的方式降解为丙酮酸。以上称之为葡萄糖丙氨酸循环。氨基酸最后以氨或者天冬氨酸告终，产物即用于尿素的形成。它证明葡萄糖丙氨酸循环起着将氨运入肝脏的作用。转氨酶催化氨基转移的酶叫做转氨酶或氨基转移酶，种类多，分布广。大多需要a酮戊二酸作为氨基的受体，因此对作为底物之一的a酮戊二酸是专一的，而

12、对另一个底物无严格的专一性。动物和高等植物的转氨酶一般只催化L氨基酸和a酮酸的转氨作用。某些细菌，如枯草芽孢杆菌的转氨酶能催化D和L两种氨基酸的转氨作用。转氨酶的反应都是可逆的，在生物体内，与转氨作用相偶联的反应是氨基酸的氧化分解作用，这种偶联可以促使氨基酸的转氨作用向一个方向进行。真核线细胞的线粒体和细胞溶胶都可以进行转氨作用，在细胞不同部位的转氨酶，虽然功能相同，但是结构和性质并不相同。哺乳动物细胞中的氨基酸氨基的集合作用是在细胞溶胶中进行的。起催化作用的酶是细胞溶胶中的各种转氨酶，这些酶催化的转氨产物是谷氨酸。氧化脱氨基作用谷氨酸在线粒体中受谷氨酸脱氢酶作用发生氧化脱氨基反应，这是唯一为

13、人们所知，至少在一些组织中，既可把NAD+又可把NADP+作为它的氧化还原辅酶的酶。氧化之所以发生被认为是由于谷氨酸的碳原子的带一对电子的质子转移到上述氧化型的辅酶所致，这时形成a亚氨基戊二酸。这个具有亚氨基的中间产物水解即形成a酮戊二酸及氨。谷氨酸脱氢酶只存在于细胞溶胶中，是一种别构调节酶，被GTP和ATP所控制，被ADP激活，因此认为此类核苷酸在体内起着调节此酶的作用。此酶的作用非常接近平衡状态，因此最大的可能就是受底物及产物浓度所左右。反应的平衡点表明在动态反应中谷氨酸的形成超过氨的形成。氨的浓度越高，越显示毒性，因此这个平衡点在生理学上至关重要，它维护了氨的低浓度，这里产生的氨又转化为

14、尿素。其他的脱氨基作用L-氨酸酸氧化酶和D-氨基酸氧化么是两个非专一性的氨基酸氧化酶，他们把FAD（而不是NAD+）作为辅酶，催化L及D氨基酸的氧化反应。产出的FADH2又被氧气再氧化。D氨基酸氧化酶主要存在于肾脏之中，它的功能是相当神秘的，因为D氨基酸大多数是结合在细菌的细胞壁上。联合脱氨基作用氨基酸的转氨作用虽然在生物体内普遍存在，但是单靠转氨作用并不能最终脱掉氨基当前联合脱氨左右有两个内容：其一是指氨基酸的a氨基借助转氨作用，转移到a酮戊二酸的分子上，生成相应的酮酸和谷氨酸。然后再谷氨酸脱氢酶的催化下，脱氨基生成氨基和a酮戊二酸，同时释放出氨。天冬氨酸主要来源于谷氨酸，由草酰乙酸与谷氨酸

15、转氨而来，催化此反应的酶称谷氨酸草酰乙酸转氨酶，简称谷草转氨酶。以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨作用为中心的联合脱氨基作用虽然在机体内广泛存在，但不是所有的组织细胞的主要脱氨方式。骨骼肌、心肌、肝脏以及脑的脱氨方式可能都是以嘌呤核苷酸循环为主，实验证明脑组织中的氨有百分之五十是经嘌呤核苷酸循环产生的其二是嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用，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，腺嘌呤核苷酸水解后即生成游离氨和次黄嘌呤核苷酸。氨基酸的脱羧基作用机体内部分氨基酸可进行脱羧而生成相应的一级胺。催化脱羧反应的酶叫脱羧酶，这类

16、酶的辅酶为磷酸吡哆醛。氨基酸脱羧酶的专一性很高，一般是一种氨基酸一种脱羧酶，而且只对L氨基酸起作用。且脱羧酶中只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。氨基酸的脱羧反应普遍存在于微生物，高等动植物组织中。动物的肝、肾、脑中都发现有氨基酸脱羧酶，脑组织富有L谷氨酸脱羧酶，能使其脱羧形成Y氨基丁酸。氨基脱羧后形成的胺有重要的生理作用。Y氨基丁酸是重要的神经递质。组氨酸脱羧形成的组胺又称组织胺，有降低血压的作用，又是胃液分泌的刺激剂。酪氨酸脱酸形成的酪胺有升高血压的作用。绝大多数胺类是对动物有毒的。但体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氧。醛进一步氧化成脂肪酸，氨可合成尿素，又形成新的氨基酸。氨的命运氨基酸经过前述的

17、氨基脱氨基作用，脱酰胺基作用，或经嘌呤核苷酸循环等途径将氨基氮转变为氨。氨对生物机体是有毒物质，特别是高等动物的脑对氨极为敏感，血液中百分之一的氨就可以引起中枢神经中毒，因此氨的排泄是生物体维持生命活动所必需的。人类氨中毒的症状表现为语言紊乱，视力模糊，机体发生一种特有的震颤，甚至昏迷死亡。脑细胞线粒体可将氨和a酮戊二酸作用形成谷氨酸。此反应一方面大量消耗了a酮戊二酸，从而破坏了柠檬酸循环的正常进行，另一方面，对NADPH的大量消耗，严重影响了需要还原力的反应巻就峨4+比0a-酣曲二W+Mb44-H有些微生物可将游离氨用于形成细胞其他的含氮物质。当以某种氨基酸作为氮源时，从氨基酸脱下的氨，除一

18、部分用于生物合成外，多余的氨即排到周围环境中某些水生或海洋动物，如原生动物和线虫以及鱼类、水生两栖类，都以氨的形式将氨基氮排除体外，这类动物称为非氨动物绝大多数陆生动物将脱下的氨变为尿素，鸟类和陆生的爬虫类，因体内水分有限，它们的排氨方式是形成固体尿酸的悬浮液排除体外，因此鸟类和爬虫类又称为排尿酸动物。概括的说，生活着的有机体把氨基酸分解代谢产生的氮的多部分排除体外，取三种形式。排氨：包括许多水生动物，排泄时需要少量的水。另一种形式排尿素，绝大多数陆生脊椎动物。第三种是排尿酸，包括鸟类和陆生爬行动物。氨的转运主要是通过谷氨酰胺，多数细胞中有谷氨酰胺合成酶，催化谷氨酸与氨结合而形成谷氨酰胺。彎讯“跡-眷老就+血皿+1一生钩后性物血桃】列举了-删田瓠基酸*2*的主将话性密质转蛮产物生物学杵用备法tr氨fw踰呼披肌慰核戍於战甘故成井坯担中也红E1?24iff胞邑素寻輛J-亠”二:与心“出即,一镂单垃亡化共同合成：j曲同會成与逹珀戢D.A共同令成己M既越.卵就乙岚甩BtI#:神经逮质胆减由町妁理供単亞半胱花凰酣肚華含脚A霰賦井天巫辄应吨復酿丘檢廿JK戍廿勺GOGln扶同音成抑制性押