生物化学：第26 章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢

氨基酸代谢学习重点：

脱氨的主要方式;

氨的去路;

尿素的合成;

氨的转运;脱氨基后碳架的去向;一碳单位及作用;

氨基酸合成中的碳源和氮源;Gln、Glu合成。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，合成氨基酸、蛋白质及其它含氮化合物（植物生理学）。有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮，合成氨基酸（生物固氮）。人和动物消化吸收动、植物蛋白质，蛋白质降解得到氨基酸，合成蛋白质及含氮化合物。

N循环自然界的氮循环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。26章蛋白质降解和氨基酸的分解代谢一、

蛋白质的降解蛋白质的酶解2.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1%～2%的蛋白被降解、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1～8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：

1)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。

2)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（Ubiquitin）一种8.5KD（76氨基酸残基）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个氨基酸残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者带上标记，然后被蛋白酶降解。泛肽活化酶E1泛肽携带蛋白E2泛肽蛋白连接酶E3泛素介导蛋白质的降解蛋白酶体降解被标记的靶蛋白（1）经生物合成形成蛋白质；（2）进行分解代谢：先脱去氨基，形成的碳骨架——α-酮戊二酸进入糖代谢途径，彻底氧化或转变为糖和脂肪；（3）以酰胺形式储存起来，或转变为其他含氮物质。吸收到体内的氨基酸可部分地在机体（可以是细胞、组织或个体）中累积起来形成氨基酸代谢库供必要时动用。3.氨基酸代谢去路氨基酸代谢库食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织产生的氨基酸（内源性氨基酸）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氨基酸总量计算。

肌肉中氨基酸占代谢库的50％以上。

肝脏中氨基酸占代谢库的10％。肾中氨基酸占代谢库的4％。血浆中氨基酸占代谢库的1～6％。氨基酸代谢概览

4.氮平衡

氮平衡：机体摄入的氮量和排出的氮量，在正常情况下处于平衡状态。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。饥饿、疾病。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，生成的碳架可以被氧化成CO2和H2O，产生ATP。碳架也可以为糖、脂肪酸的合成提供原料。二、氨基酸分解代谢一）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。

真核生物中，真正起作用的不是L-氨基酸氧化酶，而是谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶的氧化脱氨基作用体内过多的氨会使身神经系统中毒，可能的原因是氨与α-酮戊二酸反应生成谷氨酸，同时消耗NADPH,使柠檬酸循环不能正常进行。

真核细胞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。此酶脱氨基活力最强；结构复杂的别构酶，抑制剂：ATP、GTP、NADH。激活剂：ADP、GDP及某些氨基酸；当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨加速，有利于氨基酸分解供能（动物体内有10%的能量来自氨基酸氧化）。谷氨酸脱氢酶

转氨基作用：α-氨基酸和α-酮酸之间氨基转移作用，结果使原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨基酸。

转氨作用是氨基酸脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，氨基酸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。

转氨反应机制（不要求）。2.转氨基作用

谷丙转氨基反应谷草转氨基反应

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α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu；其次是利用草酰乙酸，生成Asp。

转氨反应：为何需要联合脱氨？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。

3.联合脱氨（转氨基作用＋脱氨基作用）(1)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

通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基-1

通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基-24.非氧化脱氨基作用（多在微生物中进行）（了解）

①还原脱氨基（严格无氧条件下）

②水解脱氨基

③脱水脱氨基

④脱巯基脱氨基⑤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。⑥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。脱羧反应：生物体内大部分氨基酸可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。

氨基酸脱羧酶专一性很强，每一种氨基酸都有一种脱羧酶，辅酶是磷酸吡哆醛。二）脱羧反应氨基酸脱羧反应生理功能氨基酸脱羧反应的许多些产物具有重要生理功能。生理活性物质：脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经递质。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。

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α-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，产生脑昏迷。三）氨的去向氨的主要去向：（1）重新利用（合成氨基酸、核酸）（2）贮存（Gln、Asn）高等植物将氨基氮以Gln、Asn的形式储存。此外，植物组织中氨可以和一些的有机酸结合生成铵盐，以保持细胞内正常的pH。（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。1）Gln转运形成Gln两种酶：Gln合成酶、Gln酶。Gln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。1.氨的转运（肝外→肝脏）2）丙氨酸转运（Glc-Ala循环）肌肉运动产生大量氨和丙酮酸肝脏AlaPyruvateAlaGlc1）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)(Animation）：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、瓜氨酸、Arg中的任何一种，都可促使尿素的合成。

2.氨的排泄图尿素循环途径尿素循环途径（鸟氨酸循环）尿素循环途径（鸟氨酸循环）：（1）氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合成酶I）

肝细胞液中的氨基酸经转氨作用，与α-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。尿素循环详解：反应机理

氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。

氨甲酰磷酸合成酶I：存在于线粒体中，参与尿素的合成。

氨甲酰磷酸合成酶II：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。

反应要消耗2ATP尿素循环的限速步反应：氨甲酰磷酸合成酶I受N-乙酰-谷氨酸变构激活。

要点：（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。瓜氨酸生成后就离开线粒体，进入细胞质。（3）合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合成酶）（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）

Asp的氨基转移到Arg。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

尿素生成后，由血液运到肾脏随尿排除。

NH4++CO2+3ATP+Asp+2H2O→尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸

生成1分子尿素可清除2分子氨及1分子CO2

，消耗4个高能磷酸键。

2分子氨及1分子CO2的来源

联合脱-NH2合成尿素是解决-NH2去向的主要途径。尿素循环总反应：（1）形成1分子尿素可清除两分子氨基氮及1分子CO2（2）形成1分子尿素需消耗4个高能磷酸键（3）前两步骤在肝细胞的线粒体中完成，后三步都是在胞液中完成的。（4）产生二个非蛋白质氨基酸：鸟氨酸、瓜氨酸尿素循环总结尿素循环与TCA的关系：延胡索酸（联系物）3.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。20种氨基酸碳骨架有三种去路：

A.氨基化还原成氨基酸*B.氧化成CO2和水（TCA）

C.生糖、生脂20种氨基酸的碳架可转化成7种物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、α-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、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。四)氨基酸碳架的分解代谢氨基酸碳架的去向1.转变成丙酮酸的途径（5）

Ala、Gly、Ser、Thr、Cys生成丙酮酸。

丙-甘-丝-苏-（半）胱熟悉AA的结构有助于理解AA的分解过程！L-Ala+α-酮戊二酸丙酮酸+谷氨酸（1）Ala与α-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）谷丙转氨酶（2）Ser脱水、脱氨，生成丙酮酸（丝氨酸脱水酶）

（3）Gly先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。Gly+N5.N10-甲烯基四氢叶酸L-Ser+四氢叶酸

Gly与Ser极易互变，该反应也是Ser生物合成的重要途径；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丝氨酸转羟甲基酶／Mn2+（4）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转氨，生成β-巯基丙酮酸，脱巯基，生成丙酮酸

123452.形成乙酰乙酰-CoAPheTyrTrpLeuLys转变成乙酰乙酰CoA的途径（5）

乙酰乙酰CoA的途径（1）Phe→Tyr→乙酰乙酰CoA产物：乙酰乙酰CoA、延胡索酸和CO2

。（2）Tyr

产物：乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA。）、延胡索酸和

CO2

。（3）Leu产物：乙酰乙酰CoA、乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。（反应中先脱去1个CO2

，后又加上1个CO2

，C原子数不变）。（4）Lys产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2

。在反应途中转氨：a.氧化脱氨b.转氨（5）Trp

产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个CO2

，1个甲酸。

色氨酸的三种重要衍生物：1）烟酸（NAD/NADP的前体）；2）IAA；3）5-羟色胺（神经递质）。3.生成α-酮戊二酸的途径（5）

Arg、His、Gln、Pro、Glu生成α-酮戊二酸。（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）Pro产物：Pro→GluHpro→丙酮酸+丙醛酸（4）Gln三条途径

A.Gln酶：Gln+H2O→Glu+NH3B.Glu合成酶：Gln+α-酮戊二酸+NADPH→2Glu+NADP+C.转酰胺酶：Gln+α-酮戊二酸→

Glu+r-酮谷酰氨酸α-酮戊二酸途径4.琥珀酰CoA途径（3）琥珀酰CoA途径（3）甲基丙二酰-CoA

Met、Ile、Val转变成琥珀酰CoA

（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(净生成1CO2和一个琥珀酰CoA)

5.草酰乙酸途径

Asp和Asn可转变成草酰乙酸进入TCA，Asn先转变成Asp（Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.6.延胡索酸途径Phe、Tyr还生成延胡索酸（前面的乙酰乙酰-CoA)

氨基酸碳架的去向

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β-羟丁酸，这5种氨基酸称生酮氨基酸(Ketogenicaminoacid)。生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸(GlucogenicAA)，它们都能生成Glc。而Phe、Tyr是生酮兼生糖氨基酸。三、生糖氨基酸与生酮氨基酸1.氨基酸产生一碳单位定义:一碳单位：具有一个碳原子的基团。亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（HC=O-），羟甲基（-CH2OH），甲基（-CH3）,亚甲基（又称甲叉基，-CH