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第十二章蛋白质的降解和氨基酸代谢,11.1蛋白质酶解,食物,口,食道,小肠,胃,,,,,11.2蛋白质的中间代谢,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aa）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性aa）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aa占代谢库的50％以上。肝脏中aa占代谢库的10％。肾中aa占代谢库的4％。血浆中aa占代谢库的1-6％。,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。因此可将氨基酸分为生糖氨基酸、生酮氨基酸以及生糖兼生酮氨基酸。,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β-羟丁酸，因此这5种aa.称生酮aa.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aa.都称为生糖aa，它们都能生成Glc。而Phe、Tyr是生酮兼生糖aa。,氨基酸的共同代谢包括脱氨基和脱羧基作用两个方面。,氨基酸的共同分解反应,一、脱氨基作用,1、氧化脱氨第一步，脱氢，生成亚胺。,第二步，水化脱氢。,催化此反应的酶L-氨基酸氧化酶；D-氨基酸氧化酶；L-谷氨酸脱氢酶等。,L-氨基酸氧化酶辅基为FAD或FMN。在体内分布不普遍，而且最适PH为10，在正常生理条件下活力极低，作用不大。D-氨基酸氧化酶辅基为FAD。体内分布于肝、肾细胞内，活力也强。但体内D-氨基酸不多，故作用也不大。L-谷氨酸脱氢酶辅酶为NAD或NANP，主要催化Glu的脱氨，最适PH近中性，分布广，活力强。,我国生产味精（谷氨酸钠）普遍使用的方法就是利用微生物体内的谷氨酸脱氢酶将α酮戊二酸转变为谷氨酸，进而转变为谷氨酸钠。,此外体内还有甘氨酸脱氢酶、D-天冬氨酸氧化酶，但分布不普遍。,2、脱酰胺基作用,3、转氨基作用,转氨基作用是α-氨基酸和α-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。,转氨酶/氨基转移酶,实验证明除Lys和Thr外，其余αaa都可参加转氨基作用，而且各有特异的转氨酶。最重要的是谷丙转氨酶（GPT）、谷草转氨酶（GOT）两种。转氨酶的辅基都是磷酸吡哆醛（VB6）。,谷丙转氨酶（GPT）肝脏活力最大。谷草转氨酶（GOT）心脏活力最大，肝脏其次。,Glu丙酮酸α-酮戊二酸Ala,Glu草酰乙酸α-酮戊二酸Asp,肝功化验,当肝细胞损伤，酶就释放到血液中，于是血液中的酶活力明显增加，早期肝炎患者的酶活力大大高于正常人，这就是临床上以此推断肝功正常与否的根据。,4、联合脱氨作用,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。,以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用,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,二、脱羧基作用,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aa都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。,aa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。脑组织中L-Glu脱羧生成γ-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。,氨的代谢去路,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，产生肝昏迷。,氨的去向,（1）重新利用合成aa、核酸。（2）贮存Gln，Asn高等植物将氨基氮以Gln，Asn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。排尿动物人类、哺乳类以尿素形式排出。,（1）氨甲酰磷酸的生成,氨甲酰磷酸合酶肝细胞液中的aa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。氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。,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,（4）精氨琥珀酸裂解,精氨琥珀酸裂解酶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。延胡索酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为Asp。,（5）精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素,精氨酸酶尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。,线粒体,尿素循环的总反应式,延胡索酸可进入三羧酸循环，是脲循环和三羧酸循环的连接点。,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。,酮酸的代谢去路（氨基酸碳架的去向）,氨基酸脱氨后产生的酮酸有三种去路（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、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。,,,,,,,,,,,,,,,,草酰乙酸,柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰,延胡索酸,丙酮酸,,GlySerThrTrp,AlaCys,IleLeuTrp,LeuLysPheTrpTyr,AsnAsp,AspPheTyr,IleMetThrVal,,ArgGlnGluHisPro,,,,,,,乙酰,乙酰乙酰,CoA,CoA,,,,,,酮体,,,,,CoA,,,葡萄糖,磷酸烯醇式丙酮酸,,,氨基酸碳骨架的去路,,氨基酸的生物合成合成代谢的共同点起始物主要来自糖代谢的几个中间产物。根据合成的起始物，可将氨基酸生物合成分为以下几种类型。多数氨基酸的合成途径是它们分解代谢的逆过程。,三羧酸循环,,,酮戊二酸,草酰乙酸,,,OOCCHCHCCOO,,,O,2,2,-,-,OOCCHCCOO,2,,,O,-,-,,,Glu,Asp,,,,,,,,Gln,Pro,Arg,Asn,Met,Thr,Lys,,ILe,糖酵解,,,3-磷酸甘油酸,丙酮酸,C,,,,O,O,,C-OH,H-,,CHOPO,2,2-,3,-,O,,,C,,C,,,,O,O,,CH,3,-,,,Ser,,,Ala,Val,Leu,,,Cys,Gly,磷酸戊糖途径,,4-磷酸赤藓糖,5-磷酸核糖,,,,,Phe,Tyr,Trp,,His,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（-CHNH），甲酰基（HCO-），羟甲基（-CH2OH），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aa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aa.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N5、N10,2、氨基酸与生物活性物质,（1）Tyr与黑色素（2）Tyr与儿茶酚胺类Tyr可形成多巴、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。（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CysCys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。,,线粒体,氮循环,生物固氮作用植物可以利用简单的无机原料合成复杂的有机物,如可利用NH3或硝酸盐作为氮源合成蛋白质.植物不能直接利用大气中的氮气,只有少数生物能够直接利用大气中的氮,将其还原为氨.某些微生物和藻类将分子状态的氮转化成氨的过程称为固氮作用.,非共生固氮菌在土壤和水中能独立地固定分子氮的微生物.,共生固氮菌要与高等植物共生才能起固氮作用的微生物如与豆科植物共生的根瘤菌.,三键键能为945KJ/mol,固氮酶系将N2还原成NH3的过程要克服很大的反应活化能。,固氮酶系催化的反应如下,固氮酶系包括两部分还原酶提供高能电子；固氮酶将氮原子还原为氮。NADPH是固氮酶系辅酶，是还原N2的还原因子。两部分酶都含有铁硫蛋白，铁原子与半胱氨酸的硫原子连接。固氮酶还含有1-2个钼原子，又称为铁-钼蛋白。,
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