生物化学通用版课件第11章 氨基酸代谢 （药学2012-11-21）

第11章

蛋白质的分解代谢

暨南大学医学院生化系陈万群蛋白质的营养

NutritionalFunctionofProtein

第一节一、体内蛋白质具有多方面的重要功能（一）蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补（二）蛋白质参与合成重要的含氮化合物催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。人体每日18%能量由蛋白质提供。

（三）氧化供能二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述

氮平衡(nitrogenbalance)：指摄入蛋白质的含氮量与排泄物（主要为尿与粪）中含氮量之间的关系。反映体内蛋白质的合成与分解代谢的总结果。氮总平衡：摄入氮=排出氮（正常成人）氮正平衡：摄入氮>排出氮（儿童、孕妇等）氮负平衡：摄入氮<排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。必需氨基酸(essentialaminoacid)指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有8种：Lys、Trp、Val、Phe、Thr、Leu、Ile、Met。亮（sir)来家写一本书。其余12种氨基酸体内可以合成，称为非必需氨基酸。三、蛋白质的营养价值

蛋白质的营养价值(nutritionvalue)蛋白质的营养价值是指氮的保留量占氮的吸收量的百分率。主要取决于必需氨基酸的种类、数量和比例。

蛋白质的互补作用指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。第二节

蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion,AbsorptionandPutrefactionofProteins一、蛋白质的消化

蛋白质消化的生理意义消除食物蛋白质的种属特异性或抗原性。由大分子转变为小分子，便于吸收和利用。蛋白质的消化实质是一系列的酶促水解反应：1、酶原和酶原的激活2、蛋白水解酶作用的特异性

内肽酶(endopeptidase)：水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。

外肽酶(exopeptidase)：自肽链的末端开始，每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。蛋白水解酶作用示意图氨基酸二肽酶氨基肽酶内肽酶氨基酸

+NHNH羧基肽酶56（二）蛋白质的消化过程：

此外，胃蛋白酶和糜蛋白酶具凝乳作用。二、肽和氨基酸的吸收

食物蛋白质在胃肠道经酶的水解，产物除氨基酸外，还有相当量的寡肽和多肽等。它们的吸收主要有两种方式：主动转运（activetransport)需要运载蛋白、Na+、ATP和酶等。由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。2.γ-谷氨酰基循环(γ-glutamylcycle)谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成谷氨酸

5-氧脯氨酸酶ATPADP+Pi半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶γ-谷氨酰环化酶氨基酸5-氧脯氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶ATPADP+Pi细胞外

γ-谷氨酰基转移酶细胞膜谷胱甘肽

GSH细胞内γ-谷氨酰氨基酸氨基酸二三、蛋白质及其消化产物在肠道发生腐败作用未被消化的蛋白质及未被吸收的氨基酸或小肽，在大肠下部会受到大肠杆菌的分解，此分解作用称为腐败作用。腐败作用的产物大多有害。

蛋白质的腐败作用(putrefaction)第三节

细胞内的蛋白质的降解不依赖ATP和泛素；利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。1、蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径2、蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解

依赖ATP和泛素降解异常蛋白和短寿蛋白质

泛素(ubiquitin，Ub)76个氨基酸组成的多肽(8.5kD)

普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守酶促反应：其Gly与靶蛋白的Lys侧链相连；多聚泛素链。一、细胞内蛋白质降解过程中的重要物质（二）酶E1,E2和E3E1:泛素活化酶，负责激活泛素，泛素分子被激活后被送到E2。E2:泛素结合酶，负责把泛素分子结合在被降解的蛋白质上。E3:泛素蛋白连接酶，具有辨认被降解蛋白质的功能，帮助E2把泛素结合在被降解蛋白质上。（三）蛋白酶体（proteasome)

存在于细胞核和胞浆内，负责对泛素化蛋白质进行降解。26S蛋白酶体20S的核心颗粒19S的调节颗粒:

18个亚基,6个亚基具有ATP酶活性2个α环：7个α亚基2个β环：7个β亚基氨基酸代谢概况：合成分解嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物代谢转变胺类+CO2脱羧基作用脱氨基作用消化吸收其它含氮物质非必需氨基酸NH3CO2+H2O糖或脂类α-酮酸谷氨酰胺尿素食物蛋白质组织蛋白质血液氨基酸组织氨基酸氨基酸代谢库第四节氨基酸的一般代谢一、氨基酸在体内的代谢动态二、氨基酸的脱氨基作用

脱氨基作用指氨基酸脱去α-氨基生成相应α-酮酸的过程。

主要有：氧化脱氨、转氨、联合脱氨和非氧化脱氨。（一）氧化脱氨作用氨基酸脱氨伴有氧化作用，过程如下：催化氨基酸氧化脱氨的酶有两类：

1.氨基酸氧化酶：作用不大。2.L-谷氨酸脱氢酶：具重要意义。

存在于肝、脑、肾中辅酶为

NAD+或NADP+GTP、ATP为其抑制剂

GDP、ADP为其激活剂催化酶：

L-谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O（二）转氨作用转氨作用(transamination)1.转氨作用在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。2.转氨酶3.转氨作用的机制

转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛（Vib6的磷酸酯），它结合于转氨酶活性中心Lys的ε氨基上。氨基酸

磷酸吡哆醛α-酮酸

磷酸吡哆胺另一种氨基酸

α-酮酸转氨酶4.转氨作用的意义（1）转氨作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。（2）临床上转氨作用也常作为一些疾病诊断和治疗的主要参考指标。（3）新药研究中，有关治疗肝脏疾病或涉及肝脏解毒的药物等，也常测定转氨酶的活性作为重要的观察指标。正常人各组织中GPT及GOT活性(单位/克湿组织)血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。组织GPTGOT组织GPTGOT

肝44000142000胰腺200028000

肾1900091000脾120014000

心7100156000肺70010000

骨骼肌480099000血清1620氨基酸

谷氨酸

α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+转氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶（三）联合脱氨作用体内氨基酸的脱氨主要是联合脱氨作用，即转氨作用与脱氨作用偶联进行，称作转氨脱氨作用（transdeamination)，又称联合脱氨基作用。1.转氨作用偶联氧化脱氨作用苹果酸

腺苷酸代琥珀酸次黄嘌呤核苷酸

(IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶α-酮戊二酸氨基酸

谷氨酸α-酮酸转氨酶1草酰乙酸天冬氨酸转氨酶

2腺苷酸脱氨酶H2ONH32.转氨作用偶联AMP循环脱去氨基延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)三、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解氨基酸脱氨基后生成的-酮酸(-ketoacid）主要有三条代谢去路。（一）α-酮酸可彻底氧化分解并提供能量（二）α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸（三）α-酮酸可转变成糖及脂类化合物甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸氨基酸生糖及生酮性质的分类甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸类别氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸氨基酸生糖及生酮性质的分类GlucogenicaminoacidKetogenicaminoacidGlucogenicandketogenicaminoacid三、氨的代谢氨具有毒性，特别是脑组织对氨的作用尤为敏感。正常人血氨浓度低于58.7μmol/L。某些原因引起血氨浓度升高，可导致神经组织，特别是脑组织功能障碍，称为氨中毒。氨的来源体内氨有三个主要来源：

(1)各器官组织中氨基酸脱氨基及胺分解产生的氨

(2)肠道吸收的氨(3)肾小管上皮细胞分泌的氨。另外，还有外源性的氨(其吸收与肠道pH有关)。氨的去路尿素的合成谷氨酰胺的生成参与合成一些重要的含氮化合物（如嘌呤、嘧啶、非必需氨基酸等）以铵盐形式由尿排出1.NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸：线粒体中进行

CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO

~

PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸（一）尿素的合成尿素生成的过程称为鸟氨酸循环或尿素循环(ureacycle)反应由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)催化。N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。N-乙酰谷氨酸(AGA)2、氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。3、瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸反应在胞液中进行。

精氨酸代琥珀酸缩合酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸4、精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸反应在胞液中进行。5、精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸反应在胞液中进行。尿素鸟氨酸精氨酸H2O鸟氨酸循环线粒体胞液反应小结：原料：2分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3个ATP，4个高能磷酸键。肝功能严重受损时，尿素合成受阻，会导致高血氨症。酶相对活性氨基甲酰磷酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸缩合酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶4.5163.01.03.3149.0正常成人肝尿素合成酶的相对活性酶相对活性氨基甲酰磷酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶4.5163.01.03.3149.0高蛋白质膳食促进尿素合成；精氨酸代琥珀酸缩合酶是鸟氨酸循环合成尿素的限速酶。丙氨酸葡萄糖

肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解途径肌肉丙氨酸血液丙氨酸葡萄糖α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝葡萄糖肌肉中氨以无毒的丙氨酸运输到肝肝为肌肉提供了生成丙氨酸的葡萄糖（二）通过丙氨酸-葡萄糖循环氨从肌肉运往肝（三）谷氨酰胺的生成

反应过程谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶+

H2O生理意义：谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。

谷氨酰胺主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运输氨。在肾脏，谷氨酰胺受谷氨酰胺酶作用水解，释出氨与肾小管中的酸结合生成铵盐由尿排出，对调节机体的酸碱平衡具有重要意义。

谷氨酰胺可参与体内嘌呤、嘧啶和非必需氨基酸的合成TAC↓α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3

脑内α-酮戊二酸↓氨中毒的可能机制（四）尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒脑供能不足临床上使用一些氨的代谢中间物治疗高血氨症，如谷氨酸、精氨酸和鸟氨酸等，以增加氨的去路。此外，也可以减少氨的来源。小结：氨的来源：氨的转运方式：氨的主要去路：尿素的生成过程（鸟氨酸循环）可图示

一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类化合物脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛第五节个别氨基酸的代谢（一）谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA)GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。临床应用GABACOOH(CH2)2CH2NH2

CO2L-谷氨酸脱羧酶COOH(CH2)2CHNH2

COOHL-谷氨酸（二）组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺(histamine)组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性；可使平滑肌收缩，引起支气管痉挛导致哮喘；还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。L-组氨酸组胺组氨酸脱羧酶CO2HNNCH2CHCOOHNH2HNNCH2CH2NH2（三）色氨酸生成5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)5-HT在脑内作为神经递质起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。5-羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶5-羟色氨酸脱羧酶CO2色氨酸CH2CHCOOHNH2CH2CHCOOHNH2HOCH2CH2NH2HO（四）鸟氨酸的脱羧基作用可产生多胺类(polyamines)物质多胺是调节细胞生长的重要物质。目前临床上测定病人血或尿中多胺的水平来作为癌症辅助诊断及病情变化的生化指标之一。鸟氨酸脱羧酶CO2NH2(CH2)4NH2NH2(CH2腐胺SAM脱羧酶CO2

CH2-NH2脱羧基SAMS-腺苷甲硫氨酸

(SAM)丙胺转移酶腺苷-S-CH3NH2-(CH2)4-NH-(CH2)3-NH2精脒(spermidine)NH-(CH2)4-NH-(CH2)3-NH2丙胺转移酶(CH2)3-NH2精胺(spermine)二、氨基酸与“一碳基团”代谢（一）“一碳基团”的概念一些氨基酸在代谢过程中可分解生成含一个碳原子的基团，称为一碳基团。四氢叶酸（FH4)是其主要载体。甲基：-CH3亚甲基：-CH2-次甲基：-CH=甲酰基：-CHO亚氨甲基：-CH=NH羟甲基：-CH2OH四氢叶酸的结构FH4的生成FFH2FH4FH2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+5FH4携带一碳基团的形式

（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）N5,N10-亚甲基四氢叶酸，简写为FH4-N5,N10-CH2（二）一碳基团的来源与互变一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的分解代谢甲硫氨酸与一碳基团的生成甲硫氨酸循环(methioninecycle)甲硫氨酸S-腺苷同型半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸FH4N5—CH3—FH4N5—CH3—FH4

转甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiR-CH3一碳基团的互相转变N10—CHO—FH4N5,N10=CH—FH4N5,N10—CH2—FH4N5—CH3—FH4N5—CH=NH—FH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3（三）一碳基团代谢的生物学意义

（1）四氢叶酸“一碳基团”的主要生理功能是作为合成嘌呤及嘧啶的原料；（2）S-腺苷甲硫氨酸“一碳基团”是参与体内甲基化反应的主要甲基来源；（3）有助于阐明一些药物作用的机制和新药设计的研究，具重要生物学意义。甲氧苄氨嘧啶三、个别氨基酸代谢降解与疾病胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸（一）含硫氨基酸甲基转移酶RHR—CH3腺苷SAMS—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM为体内甲基的直接供体

半胱氨酸可转变成牛磺酸牛磺酸是构成胆汁酸的重要组成成分。3[O]COOHCHNH2CH2SHCOOHCHNH2CH2-SO3H半胱氨酸磺基丙氨酸脱羧酶CH2NH2CH2-SO3H牛磺酸

半胱氨酸可生成活性硫酸根SO42-+ATPAMP-SO3-(腺苷-5´-磷酸硫酸)3’-PO3H2-AMP-SO3-（3´-磷酸腺苷-5´-磷酸硫酸，PAPS）PAPS含活性硫酸根，是体内硫酸基的供体。-PPiATPADPOHOPO3H2（二）芳香族氨基酸代谢可产生神经递质芳香族氨基酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸1、苯丙氨酸羟化生成酪氨酸

此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。（一）苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别苯丙氨酸苯丙氨酸羟化酶酪氨酸苯丙酮酸尿症(phenylkeronuria,PKU)体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。2、酪氨酸转变为黑色素和儿茶酚胺或彻底氧化分解多巴醌吲哚醌黑色素聚合

黑色素(melanin)的生成人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，白化病

儿茶酚胺(cate