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1、精选优质文档-倾情为你奉上【目的与要求】本章主要介绍蛋白质在体内的消化过程、氨基酸的分解代谢、氨基氮的排泄与尿素循环过程、核酸的降解及核苷酸的分解与生物合成。要求：1、了解蛋白质的消化与水解过程；学习并掌握氮平衡的概念。2、掌握氨基酸的分解途径：脱氨基作用与脱羧基作用，重点掌握联合脱氨基作用。3、握氨基酸分解产物的代谢途径：氨基氮的排泄及尿素循环、酮酸的代谢途径。4、了解各氨基酸合成的原料；了解生酮氨基酸、生糖氨基酸、必需氨基酸的概念。5、了解一碳化合物与氨基酸代谢的关系，氨基酸合成过程中的反馈调节。重点：氨基酸脱氨基作用、氨基氮的排泄与尿素循环过程、尿素循环的调节难点：氨的运输、嘌呤核苷酸的
2、合成途径第八章 氨基酸代谢（2学时）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蛋白质的
3、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（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，
4、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（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（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16，肝、肾体积小，它们所含的氨基酸浓度很高，血浆氨基酸是体内各组织之间氨基酸转运的主要形式。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，在正常情况下处于平衡状态。
5、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），对下列氨基酸不起作用：Gly、-羟氨酸（Ser、 Thr）、
6、二羧氨基酸（ Glu、 Asp）、二氨氨基酸 （Lys、 Arg），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。（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-氨基酸脱氨。（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。此酶是能使氨基酸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、GDP及某些氨基酸
7、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，有利于氨基酸分解供能（动物体内有10%的能量来自氨基酸氧化）。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。转氨基作用：是-氨基酸和-酮酸之间氨基转移作用，结果是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
8、。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-氨基先转到-酮戊二酸上，生
9、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，辅酶都是磷酸吡哆醛。氨基酸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，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和
10、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，合成氨基酸、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）1Gln转运Gln合成酶催化Glu与氨结合生成Gln，Gln中性无毒，易透过细胞膜，
11、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，1932年Krebs发现，向悬浮
12、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）肝细胞液中的氨基酸经转氨作用，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线粒体中，需要Mg2+作为辅因子
13、。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分子氨及一分子CO2，消耗4个高能
14、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、-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先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸
15、。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、Tyr分解为乙酰乙酰CoA和延胡索
16、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
17、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分解也生成一个琥珀酰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可生成延胡索酸（前面已讲过）。7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
18、变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸，因此这5种氨基酸.称生酮氨基酸.生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-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，它们都能生成Glc。而Phe、Tyr是生酮兼生糖氨基酸。五、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（-CH=NH），甲酰基（ HC=O-），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）。一碳单位不仅与氨基酸.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、T
19、hr、Ser、His、Met 等氨基酸.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、N102氨基酸与生物活性物质（1）Tyr与黑色素合成有关。（2）Tyr与可生成多巴、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。吲哚乙酸是植物激素。（4）Arg、Gly、Met形成磷酸肌酸，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。（5）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
20、。（6）Arg 水解 鸟氨酸 脱羧 腐胺 亚精胺 精胺。（7）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）Cys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。3氨基酸代谢缺陷症氨基酸代谢缺陷可造成多种疾病，如苯丙酮尿症（PKU）白化病等。六、氨基酸合成代谢（一）氨基酸合成中的氮源和碳源1氮源（1）生物固氨（微生物）与豆科植物共生的根瘤菌或自养固氮菌如兰藻在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3。（2）各种脱氨基酸作用产生的NH3（所有生物）2碳源直接碳源是相应的
21、-酮酸，植物能合成20种氨基酸.相应的全部碳架或前体。人和动物只能直接合成部分氨基酸.相应的-酮酸。主要来源：糖酵解、TCA、磷酸已糖支路。必需氨基酸：Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（Arg、His）（二）脂肪族氨基酸生物合成途径（1）-酮戊二酸衍生类型Glu的合成：由-酮戊二酸与游离氨，经L-Glu脱氢酸催化。对于植物和微生物，氨的来源是Gln的酰胺基。Gln的合成：由-酮戊二酸形成Glu，由Glu可以进一步形成Gln，Gln合酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶，活性受8种含氮物反馈调控：氨基Glc-6-P、Trp、Ala、Gly、His和CTP、AMP、氨
22、甲酰磷酸。除Gly、Ala，其余含氮物的氮都来自Gln。Pro的合成：由Glu环化而成。Arg合成：由鸟氨酸循环合成。Lys合成： -酮戊二酸衍生型（蕈类、眼虫）； 天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、细菌）。均是十分复杂的途径。（2）草酰乙酸衍生类型Asp通过装氨基作用直接合成，Asn由Asp通过转移酰胺基作用合成。Met合成和Thr合成均十分复杂，Lys、Met、Thr合成中，有一段共同途径，即生成Asp-半醛，是一个分枝点化合物。Ile的合成途径与Val极为相似。6个C中4个来自Asp（Asp Thr），2个来自丙酮酸，所以也可以归入丙酮酸衍生型。4芳香族氨基酸的生成合成Phe、Tyr、Trp
23、的合成过程复杂，由2个磷酸烯醇丙酮酸，1个赤藓糖4-P合成分枝酸在分别转化成Phe、Tyr和Trp。5His合成合成过程复杂，其中部分反应与嘌呤核苷酸合成相同。（三）氨基酸生物合成的调节最有效的调节是通过合成过程的终端产物，反馈抑制反应系列中第一个酶的活性，即通过别构效应调节第一个酶的活性。通过终端产物对氨基酸合成的反馈抑制，简单的终端产物反馈抑制如由Thr合成Ile，不同终端产物可对共同合成途径进行协同抑制，不同分枝产物还可分别对多个同工酶进行抑制。若终端产物只分别抑制分支途径中第一个酶的活性，则称作顺序反馈抑制。此外，通过酶量调节也可调控氨基酸的合成。七、几种重要的 氨基酸.衍生物的生物合成谷胱甘肽、肌酸、卟啉和短杆菌肽是由氨基酸转化生成的。专心-专注-专业