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1、第第1111章章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢蛋白质降解和氨基酸的分解代谢(Protein degradation and amino acids catabolism)一、蛋白质的降解一、蛋白质的降解 二、氨基酸的分解代谢二、氨基酸的分解代谢三、尿素的形成三、尿素的形成四、氨基酸碳骨架的氧化途径四、氨基酸碳骨架的氧化途径五、生糖氨基酸和生酮氨基酸五、生糖氨基酸和生酮氨基酸六、由氨基酸衍生的其他重要物质六、由氨基酸衍生的其他重要物质七、氨基酸代谢缺陷症七、氨基酸代谢缺陷症1.维持细胞、组织的生长、更新和修补(主要功能)。2.2.参与多种重要的生理活动 催化、物质转运、代谢调节等。3.氧化供能（
2、次要功能）。人体每日18%能量由蛋白质提供。蛋白质的营养作用蛋白质的营养作用Nutritional Function of Protein 一、蛋白质的降解一、蛋白质的降解 氮平衡氮平衡(nitrogen balance)蛋白质的含氮量平均为16%，可通过测定含氮量估算出蛋白质的量。氮平衡氮平衡:摄入食物的含氮量（摄入氮)与排泄物（尿与粪）中含氮量（排出氮）之间的关系。氮平衡的三种情况：氮平衡的三种情况：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 植物蛋白质植物蛋白质。必需氨基酸必需氨基酸 (essential amino acid)必必需需氨
3、氨基基酸酸：指指体体内内需需要要而而又又不不能能自自身身合合成成，必必须须由由食食物物供供给给的的氨氨基基酸酸，共共有有8 8种种：ValVal、IleIle、LeuLeu、ThrThr、MetMet、LysLys、PhePhe、TrpTrp。其余12种氨基酸体内可以合成，称非非必必需需氨基酸。氨基酸。目前有人将HisHis和和ArgArg称为营养半必需氨基称为营养半必需氨基酸酸，因为其在体内合成量较小。记忆方法：记忆方法：异亮氨酸异亮氨酸蛋氨酸蛋氨酸缬氨酸缬氨酸赖氨酸赖氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苏氨酸苏氨酸一一 但但 写写 来来 两两 三三 本本 书书蛋白质的互补作用蛋白质
4、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。其本质即为食物蛋白质之间在AA组成上的取长补短，互相补充。如谷类含Lys少，Trp多，而豆类含Lys多，Trp少，两者混合食用可提高营养价值。小麦小麦 6767大米大米 5757牛肉牛肉 6969大豆大豆 6464混合食用混合食用 8989细胞内蛋白质的降解细胞内蛋白质的降解 细胞内的蛋白质是处于不断地周转的。一些异异常常的的蛋蛋白白质质、不不需需要要的的蛋蛋白白质质需要清除。对一种特定的蛋白质来说，它在细胞中的含量取决于合成和降解的速率。通过对一些代谢途径的关键酶的合成和降解，控制酶的含量，也是控制代谢途径运
5、行的一个重要措施。蛋白质的消化、吸收和腐败蛋白质的消化、吸收和腐败Digestion,Absorption and Putrefaction of Proteins蛋白质消化的生理意义蛋白质消化的生理意义由大分子转变为小分子，便于吸收。消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。机体对外源蛋白质的消化吸收机体对外源蛋白质的消化吸收 高等动物摄入的蛋白质在消化道内被胃胃蛋蛋白白酶酶、胰胰蛋蛋白白酶酶、胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶、弹弹性性蛋蛋白白酶酶、羧羧肽肽酶酶、氨肽酶氨肽酶等降解，全部转变成氨基酸，被小肠吸收。消化过程消化过程 自胃中开始，在小肠中完成。自胃中开始，在小肠中完成。（一）胃中的消化
6、作用（一）胃中的消化作用胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。胃蛋白酶原胃蛋白酶原胃蛋白酶胃蛋白酶+多肽碎片多肽碎片胃酸、胃蛋白酶胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)胃蛋白酶对乳中的酪蛋白有凝乳作用酪蛋白有凝乳作用，使之在 胃停留时间长，利于充分消化，对婴儿较重要。（二）小肠中的消化（二）小肠中的消化小肠是蛋白质消化的主要部位。小肠是蛋白质消化的主要部位。1.1.胰酶及其作用胰酶及其作用胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。内肽酶内肽酶(endopeptidaseendopeptidase)水解蛋
7、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。外肽酶外肽酶(exopeptidaseexopeptidase)自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。肠液中酶原的激活肠液中酶原的激活胰蛋白酶原胰蛋白酶原 糜蛋白酶原糜蛋白酶原 羧基肽酶原羧基肽酶原 弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原 肠激酶肠激酶(enterokinase)胰蛋白酶胰蛋白酶 糜蛋白酶糜蛋白酶 羧基肽酶羧基肽酶 弹性蛋白酶弹性蛋白酶 (trypsin)(exopeptidase)(carboxypeptidase)(elastase)可保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。保证酶在其特定的部位和环境
8、发挥催化作用。酶原还可视为酶的贮存形式。酶原激活的意义酶原激活的意义氨基肽酶氨基肽酶内肽酶内肽酶羧基肽酶羧基肽酶氨基酸氨基酸 +氨基酸氨基酸二肽酶二肽酶蛋白水解酶作用示意图蛋白水解酶作用示意图2.2.小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用主要是寡肽酶主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽的作用，例如氨基肽酶酶(aminopeptidase)及二肽酶及二肽酶(dipeptidase)等。等。蛋白水解酶作用的专一性蛋白水解酶作用的专一性蛋白酶专一性胃蛋白酶Ala、Leu、Phe、Trp、Met、Tyr的羧基形成的肽键胰蛋白酶Lys、Arg的羧基形成的肽
9、键糜蛋白酶Phe、Tyr、Trp的羧基形成的肽键弹性蛋白酶脂肪族氨基酸的羧基形成的肽键氨基肽酶除了Pro外任何氨基酸的氨基形成的肽键羧基肽酶A除了Lys、Arg、Pro外任何氨基酸的氨基形成的肽键羧基肽酶BLys、Arg的氨基形成的肽键二、氨基酸的吸收二、氨基酸的吸收吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、二肽、三肽吸收机制：耗能的主动吸收过程三、三、蛋白质的腐败作用蛋白质的腐败作用肠道细菌对未被消化及未吸收的蛋白质或其消化产物所起的作用。腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯如胺、氨、苯酚、吲哚酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。蛋白质的腐败作用蛋白质的腐败作用(put
10、refaction)胺类胺类(amines)的生成的生成蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸胺类胺类蛋白酶蛋白酶 脱羧基作用脱羧基作用 组氨酸组氨酸组胺组胺 色氨酸色氨酸 色胺色胺 酪氨酸酪氨酸酪胺酪胺 赖氨酸赖氨酸尸胺尸胺苯丙氨酸苯丙氨酸苯乙胺苯乙胺其它有害物质的生成其它有害物质的生成酪氨酸酪氨酸 苯酚苯酚半胱氨酸半胱氨酸 硫化氢硫化氢 色氨酸色氨酸 吲哚吲哚-羟酪胺和苯乙醇胺结构类似儿茶酚胺，它们可取代儿茶酚胺与脑细胞结合，但不能传递神经冲动，使大脑发生异常抑制。因而将其称为假假神经递质神经递质(false neurotransmitter)。苯乙胺苯乙胺苯乙醇胺苯乙醇胺酪胺酪胺-羟酪胺羟酪胺细胞内
11、蛋白质降解的机构细胞内蛋白质降解的机构 蛋白质降解是限制在细胞内的特定区域的，一种是称为蛋蛋白白酶酶体体的大分子结构，另一种是具有单层膜的溶酶体（细胞器）。溶酶体中含有约50种水解酶，它与吞吞噬噬泡泡及细胞内产生的一些自自噬噬泡泡融合，然后将摄取的各种蛋白质全部降解，对被降解的蛋白质没有选择性。被降解的蛋白质在进入蛋蛋白白酶酶体体降解之前，需要被泛肽泛肽标记。真核生物中蛋白质的两条降解途径的比较真核生物中蛋白质的两条降解途径的比较不依赖ATP利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白 依赖泛素依赖泛素(ubiquitin)的降解过程的降解过程 溶酶体内降解过
12、程溶酶体内降解过程依赖ATP降解异常蛋白和短寿命蛋白泛肽泛肽 泛泛肽肽（ubiquitin）又又名名遍遍在在蛋蛋白白质质、泛泛素素，它是一个由76个氨基酸残基组成的小蛋白质。它通过其C端Gly的羧基与被降解的蛋蛋白白质质的的氨氨基基共价结合，通常结合在LysLys的的氨氨基基上，这是一个需要消耗ATP的反应。这样给被降解的蛋白质作了一个标记，随后将靶蛋白质引入蛋白酶体中降解。可有多个泛肽连接到靶蛋白上，形成多泛肽链，后面的每一个泛肽的C端羧基连接到前一个泛肽的Lys48Lys48的的氨基氨基上。The Nobel Prize in Chemistry 2004for the discovery
13、 of ubiquitin-mediated protein degradationAaron Ciechanover Avram HershkoIrwin Rose Proteins build up all living things:plants,animals and therefore us humans.In the past few decades biochemistry has come a long way towards explaining how the cell produces all its various proteins.Aaron Ciechanover,
14、Avram Hershko and Irwin Rose went against the stream and at the beginning of the 1980s discovered one of the cells most important cyclical processes,regulated protein degradation.For this,they are being rewarded with this years Nobel Prize in Chemistry.Kiss of DeathThe proteins that are to be destru
15、cted are marked with a label-the molecule ubiquitin.Proteins so labelled are then rapidly broken down degraded in cellular waste disposers called proteasomes.泛素泛素76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守1.1.泛素化泛素化 (ubiquitination)泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活。2.2.蛋白酶体蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解对泛素化蛋白质的降解泛素介
16、导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程UbiquitinUbiquitous evolutionarily conserved 76 aa protein Contains several lysines(K6,K29,K48,K63)allowing for polyubiquitylationBecomes conjugated to target protein lysines through its carboxy terminus Ubiquitylation occurs in response to a variety of stimuli Ubiquitin Isopept
17、ide BondTargetproteinTargetlysinee-aminogroupUbcarboxyterminusMonoubiquitylationMultiple monoubiquitylationK48 polyubiquitylationprotein targeting to proteasomesUbiquitination ModesOther polyubiquitylation(e.g.K63)regulation of protein activity orlocalization E E1 1:泛肽活化酶泛肽活化酶E E2 2:泛肽载体蛋白泛肽载体蛋白E E3
18、 3:泛肽蛋白质连接酶泛肽蛋白质连接酶泛肽泛肽Ubiquitin Conjugation:A 3 Step MechanismUbiquitin(Ub)activating enzyme E1High energy thiol ester is formed between C-terminal Gly of ubiqutin and a Cys in the E1 active site(ATP/AMP)Ubiquitin conjugating enzymes E2Ub is transferred to a Cys of E2 forming a new thiol esterUbiqu
19、itin ligase E3Ub forms isopeptide bond between C-terminal Gly of Ub and-amino group of Lys on a target proteinUbiquitination requires multiple proteinsUb added tolysinesE E1 1:泛肽活化酶泛肽活化酶E E2 2:泛肽载体蛋白泛肽载体蛋白E E3 3:泛肽蛋白质连接酶泛肽蛋白质连接酶E1,E2,&E3With each step increasing level of regulatory specificity:E1:on
20、ly one(?)E2:10-12(homologous family)E3:many and structurally unrelated (ultimate biological specificity)泛肽蛋白质连接酶泛肽蛋白质连接酶 E3在识别和选择被降解蛋白质的过程中起着重要的作用。E3是通过备选蛋白质N端氨基酸的性质来选择靶蛋白质的，以Met、Ser、Ala、Thr、Val、Gly或Cys为N末端的蛋白质对泛肽介导的降解途径有抗性，而以Arg、Lys、His、Phe、Tyr、Trp、Leu、Asn、Gln、Asp或Glu为N末端的蛋白质的半寿期只有230分钟。E3有3个不同蛋白底物
21、结合位点：类类型型结结合合碱碱性性氨氨基基酸酸末末端端的的蛋蛋白白质质，如Arg、Lys或His；类类型型结结合合具具有有大大疏疏水水基基团团N N末末端端氨氨基基酸酸的的蛋蛋白白质质，如Phe、Tyr、Trp或Leu；类类型型结结合合其其他他N N末末端端氨氨基酸的蛋白质。基酸的蛋白质。以酸性氨基酸为N末端的蛋白质的降解需要tRNA参与，将Arg-tRNA的Arg转移到酸性蛋白质的N末端，使之转变成碱性N末端，然后与泛肽连接。被泛肽介导降解蛋白质的特点被泛肽介导降解蛋白质的特点 大多数具有敏敏感感N N末末端端氨氨基基酸酸残残基基的蛋白质不是正常的细胞内蛋白质，而很可能是分泌性蛋白质，这些蛋
22、白质通过信号肽酶的作用暴露出敏感的N末端氨基酸残基。也许N末端识别系统的功能就是识别和清除任何入侵的异质蛋白质或分泌性蛋白质。蛋白酶体蛋白酶体 蛋白酶体是一个大的寡聚体结构，有一个中空的腔。古细菌Thermoplasma acidophilum的蛋白酶体为20S、700kD的桶状结构，由两种不同的亚基和组成，它们缔合成7777四个堆积的环。这个桶有15nm高，直径11nm，中间有一个可分为3个区域的空腔，蛋白质降解就发生在这个腔中。两端的7环解折叠被降解的蛋白质，并将其送入中央的腔内，而亚基具有蛋白裂解活性。蛋白酶体降解蛋白质的产物为79个氨基酸残基的寡肽。古细菌古细菌T.T.acidophi
23、lumacidophilum 20S 20S蛋白酶体的结构蛋白酶体的结构 顶面观顶面观 侧面观侧面观 纵剖面观纵剖面观真核细胞中的蛋白酶体真核细胞中的蛋白酶体 真核细胞含有两种蛋白酶体：20S和26S蛋白酶体。26S蛋白酶体（1700kD）是一个45nm长的结构，是在20S蛋白酶体的两端各加上1个19S的帽结构或称PA700（Proteasome activator-700kD），这种帽结构至少由15个不同的亚基组成，其中许多有ATP酶活性。与古细菌20S蛋白酶体不同，真核细胞的蛋白酶体含有7 个不同的亚基及7 个不同的亚基。The Proteasome Consists of two mul
24、tisubunit components 20S proteasome sealed barrel contains protease activity digests proteins down to 7-9 aa peptides 19S caps regulatory subunit binds to both ends of 20S to form 26S complex recognizes K48 polyubiquitin removes ubiquitin so that it can be recycled associated ATPase may unfold subst
25、rates for passage into 20S compartmentATP consuming process氨基酸代谢库氨基酸代谢库(metabolic pool)食物蛋白经消化吸收的氨基酸（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。氨基酸氨基酸代谢库代谢库食物蛋白质食物蛋白质消化吸收消化吸收 组织组织蛋白质蛋白质分解分解 体内合成氨基酸体内合成氨基酸 (非必需氨基酸非必需氨基酸)氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况 -酮酸酮酸 脱氨基作用脱氨基作用 酮酮 体体氧化供能氧化供能糖糖胺胺 类类脱羧基作用脱羧基作用氨氨 尿素尿
26、素代谢转变代谢转变其它含氮化合物其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等嘌呤、嘧啶等)合成合成 氨基酸分解代谢氨基酸分解代谢 氨基酸是合成蛋白质和肽类物质的基本成分，可以氧化释放出能量，还可以转变成各种其他含氮物质。氨基酸的分解一般有三步：氨基酸的分解一般有三步：1.1.脱氨基；脱氨基；2.2.脱脱下下的的氨氨基基排排出出体体外外，或或转转变变成成尿尿素素或或尿尿酸酸排排出出体外；体外；3.3.氨氨基基酸酸脱脱氨氨后后的的碳碳骨骨架架进进入入糖糖代代谢谢途途径径彻彻底底氧氧化化。碳骨架也可以进入其他代谢途径用于合成其他物质。碳骨架也可以进入其他代谢途径用于合成其他物质。氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况食物蛋白
27、质食物蛋白质食物蛋白质食物蛋白质氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸特殊途径特殊途径特殊途径特殊途径 -酮酸酮酸酮酸酮酸糖及其代谢中糖及其代谢中糖及其代谢中糖及其代谢中间产物间产物间产物间产物脂肪及其代谢中脂肪及其代谢中脂肪及其代谢中脂肪及其代谢中间产物间产物间产物间产物TCATCATCATCA鸟鸟鸟鸟氨酸氨酸氨酸氨酸循环循环循环循环NHNHNHNH4 4 4 4+NHNHNHNH4 4 4 4+NHNHNHNH3 3 3 3COCOCOCO2 2 2 2H H H H2 2 2 2O O O O体蛋白体蛋白体蛋白体蛋白尿素尿素尿素尿素尿酸尿酸尿酸尿酸激素激素激素激素卟啉卟啉卟啉卟啉尼克酰氨尼克酰氨尼克酰
28、氨尼克酰氨衍生物衍生物衍生物衍生物肌酸胺肌酸胺肌酸胺肌酸胺嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤生物固氮生物固氮硝酸还原硝酸还原（次生物质代谢）（次生物质代谢）（次生物质代谢）（次生物质代谢）COCOCOCO2 2 2 2胺胺胺胺一一 氨基酸的脱氨基作用氨基酸的脱氨基作用定义：定义：指氨基酸脱去氨基生成相应指氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。酮酸的过程。脱氨基脱氨基方式方式：氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基非氧化脱氨基转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联（一）转氨基作用（一）转氨基作用(transamination)1.定义：在转氨酶(tr
29、ansaminase)的作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相应的-酮酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。转氨基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。大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。转转氨氨酶酶：催化转氨反应的酶很多，大多数转氨酶以酮酮戊戊二二酸酸为氨基受体，而对氨基供体无严格要求。动物和高等植物的转氨酶一般只催化L-L-氨氨基基酸酸的转氨，某些细菌中也有可以催化D-和L-两种构型氨基酸转氨的转氨酶。转转氨氨反反应应机机制制：转氨酶以磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛为辅基，从氨基酸上脱下的氨基先结合在
30、磷酸吡哆醛上，氨基酸转变成酮酸，然后氨基转到另一个酮酸的碳上，产生新的氨基酸。结合氨的反应是脱氨反应的逆反应。转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 -酮酸酮酸 磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸 转氨酶转氨酶葡萄糖丙氨酸循环葡萄糖丙氨酸循环(alanine-glucose cycle)在肌肌肉肉中中有有一一组组转转氨氨酶酶，可把肌肉中糖酵解产生的丙酮酸当作氨基的受体。形成的丙丙氨氨酸酸进进入入血血液液，运运输输到到肝肝脏脏，在肝脏中再次转氨产生丙酮酸，丙酮酸可进入糖异生途径产生葡萄糖，再回到肌肉中。通过葡萄糖丙氨酸循环，将肌肉中的
31、氨运输到了肝脏中。肝脏中的氨可转变成尿素，从尿液中排出。生理意义：生理意义：肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。肝为肌肉提供葡萄糖。转氨作用产生了大量的谷谷氨氨酸酸，谷氨酸可以在谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶的作用下发生氧化脱氨。谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶由由6 6个个亚亚基基组组成成，存在于细胞溶胶中，它受GTP和ATP的别构抑制，受ADP的别构激活。该酶既可以用NAD+也可以用NADP+作为氧化剂。（二）（二）L-L-谷氨酸氧化脱氨基作用谷氨酸氧化脱氨基作用L-L-谷氨酸谷氨酸NH3-酮戊二酸酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O催化酶：催化酶：L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 存在于肝
32、、脑、肾中;辅酶为 NAD+或NADP+；GTP、ATP为其抑制剂；GDP、ADP为其激活剂-亚氨基戊二酸亚氨基戊二酸（三）联合脱氨基作用（三）联合脱氨基作用 1.1.定义：定义：两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成-酮酸的过程。2.2.类型：类型：转氨基偶联氧化脱氨基作用3.转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H H2 2O+NADO+NAD+转氨酶转氨酶 NHNH3 3+NADH+H+NADH+H+L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非
33、必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。转氨基偶联嘌呤核苷酸循环转氨基偶联嘌呤核苷酸循环苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸代琥珀酸代琥珀酸次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP)(IMP)腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸合成酶珀酸合成酶-酮戊酮戊 二酸二酸氨氨基基酸酸 谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸 转转氨氨酶酶 1 1草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸转转氨氨酶酶 2 2此种方式主要在肌肉组织进行。此种方式主要在肌肉组织进行。腺苷酸腺苷酸脱氢酶脱氢酶H H2 2O ONHNH3 3延胡索酸延胡索酸腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)(AMP)（四）其他氧化脱氨作用（四）其他氧化脱氨作用 L氨基酸氧化酶和D氨基酸氧
34、化酶以FAD为辅基，催化L及D氨基酸的氧化脱氨反应。产生的FADH2又被O2氧化。氨基酸氨基酸 +FAD+H+FAD+H2 2O O 酮酸酮酸 +NH+NH3 3+FADH+FADH2 2FADHFADH2 2+O+O2 2 FAD+H FAD+H2 2O O2 2-酮酸的代谢酮酸的代谢（一）经氨基化生成非必需氨基酸（二）转变成糖及脂类(三）氧化供能:-酮酸在体内可通过TAC 和氧化磷酸化彻底氧化为H2O和CO2，同时生成ATP。（五）氨基酸的脱羧基作用（五）氨基酸的脱羧基作用 机体内部分氨基酸可进行脱羧反应，生成相应的一级胺。催化脱羧反应的酶称为脱脱羧羧酶酶（decarboxylase），这
35、类酶的辅基为磷酸吡哆醛。磷酸吡哆醛。氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 醛亚胺醛亚胺 一级胺一级胺 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛二二 氨的命运氨的命运 （Metabolism of Ammonia）氨对生物机体是有毒物质，特别是高等动物的脑脑对对氨氨极极为为敏敏感感，血液中1%的氨就可引起中枢神经系统中毒，因此氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需的。（一）氨、尿素及尿酸的结构（一）氨、尿素及尿酸的结构（二）血氨的来源与去路（二）血氨的来源与去路1.1.血氨的来源血氨的来源 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源，胺类的分解也可以产生氨肠道吸收的氨：氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨和尿素经肠道细菌尿素酶
36、水解产生的氨 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺2.2.血氨的去路：血氨的去路：在肝内合成尿素，这是最主要的去路 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺 肾小管泌氨：分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。（三）氨的转运（三）氨的转运 氨的转运主要是通过谷谷氨氨酰酰胺胺的形式。谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。多数动物细胞中有谷谷氨氨酰酰胺胺合合成成酶酶，它催化氨和谷氨酸反应生成谷氨酰胺，同时消耗1个ATP。在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。酶酶谷氨酰谷氨酰-5-5-磷酸磷酸谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶合成酶三、尿素的形成三、尿
37、素的形成 氨是通过尿尿素素循循环环合合成成尿尿素素的。尿素循环是由发现柠檬酸循环的Krebs和他的学生Kurt Henseleitfa发现的，并且比发现柠檬酸循环还早5年。Krebs和他的学生观察到，往悬浮有肝脏切片的缓冲液中加入鸟鸟氨氨酸酸、瓜瓜氨氨酸酸或或精精氨氨酸酸中的任何一种时，都可以促使肝脏切片显著加加快快尿尿素素的合成，而其他任何氨基酸或含氮化合物都没有这个作用。他们研究了这3氨基酸的结构关系，提出了尿素循环途径。尿素循环尿素循环（一）生成部位：（一）生成部位：主要主要在在肝细胞肝细胞的线粒体及胞的线粒体及胞液中。液中。（二）生成过程：（二）生成过程：尿素尿素生成的过程由生成的过程
38、由Hans Krebs 和和Kurt Henseleit 提出，称为提出，称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环(orinithine cycle)，又称又称尿素循环尿素循环(urea cycle)或或Krebs-Henseleit循环循环。鸟氨酸循环鸟氨酸循环2ADP+Pi2ADP+PiCOCO2 2+NHNH3 3 +H+H2 2O O氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸2ATP2ATPN-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸PiPi鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸氨基酸氨基酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸-酮戊酮戊 二酸二酸谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸精氨酸代精氨酸代 琥珀酸琥珀酸瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸AT
39、PATPAMP+AMP+PPiPPi鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素线粒体线粒体胞胞 液液1.1.氨基甲酰磷酸的合成：氨基甲酰磷酸的合成：反应在线粒体中进行反应在线粒体中进行 CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶（N-N-乙酰谷氨酸，乙酰谷氨酸，MgMg2+2+）COH2NO PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸尿素循环尿素循环反应由氨氨基基甲甲酰酰磷磷酸酸合合成成酶酶(carbamoyl phosphate synthetase,CPS-)催化。N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。2.2.瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨
40、酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸NH2(CH2)3CHCOOHNH2NH2(CH2)3CHCOOHNH2鸟氨酸NHCHCOOHNH2NH2CO瓜氨酸(CH2)3由鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常与CPS-构成复合体。反应在线粒体线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。3.3.精氨酸的合成精氨酸的合成反应在胞液中进行。精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO(CH2)3瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精
41、氨酸延胡索酸延胡索酸精氨酸代琥精氨酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH4.4.精氨酸水解生成尿素精氨酸水解生成尿素反应在胞液中进行尿素尿素鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸反应小结反应小结原料原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。尿素循环全图1.1.氨甲酰磷氨甲酰磷酸合成酶
42、酸合成酶2.2.鸟氨酸转鸟氨酸转氨甲酰酶氨甲酰酶3.3.精氨琥珀精氨琥珀酸合成酶酸合成酶4.4.精氨琥精氨琥珀酸酶珀酸酶5.5.精氨酸酶精氨酸酶尿素循环与柠檬酸循环的联系尿素循环与柠檬酸循环的联系尿素循环的调节尿素循环的调节 氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸合合成成酶酶存在于线粒体中，它被N-N-乙乙酰酰谷谷氨氨酸酸别构激活。N-乙酰谷氨酸是由N-乙酰谷氨酸合酶催化谷氨酸和乙酰CoA合成的。当氨氨基基酸酸降降解解加加速速时，谷氨酸浓度升高，N-乙酰谷氨酸也增高，激活了氨甲酰磷酸合成酶，从而使尿素循环速度加快。当遗传性尿素循环中某些酶不足时，除精氨酸酶外，都不会因此发生尿素的重大减量，但会产生“高高氨氨血血
43、症症”。产生智力迟钝、嗜睡等症状。高氨血症和氨中毒高氨血症和氨中毒血氨浓度升高称高氨血症高氨血症(hyperammonemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒氨中毒(ammonia poisoning)。四、氨基酸碳骨架的氧化途径四、氨基酸碳骨架的氧化途径（一）形成乙酰（一）形成乙酰CoACoA的途径的途径1.1.经丙酮酸到乙酰经丙酮酸到乙酰CoACoA的途径的途径经此途径降解的氨基酸有：丙氨酸、丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸和苏氨酸苏氨酸醛缩酶苏氨酸醛缩酶丝氨酸羟甲基转移酶丝氨酸羟甲基转移酶苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸T
44、hrGlySerSer、Cys、Ala乙酰乙酰CoA丝氨酸脱水酶丝氨酸脱水酶乙酰乙酰CoACoA加氧加氧 转氨转氨 脱硫脱硫半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸丙氨酸丙氨酸甘氨酸的主要分解代谢途径甘氨酸的主要分解代谢途径H3N-CH2-COO+THF+NAD+N 5,N 10-甲烯甲烯THF+CO 2+NH 4+NADH+H+苏氨酸的其他分解代谢途径苏氨酸的其他分解代谢途径苏氨酸脱水酶苏氨酸脱水酶苏氨酸脱氢酶苏氨酸脱氢酶 酮丁酸酮丁酸氨基丙酮氨基丙酮2.2.经乙酰乙酰经乙酰乙酰CoACoA到乙酰到乙酰CoACoA的途径的途径 经此途径降解的氨基酸有：苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸、色氨酸乙酰乙酰Co
45、ACoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA延胡索酸延胡索酸单加氧酶单加氧酶苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸（二）（二）-酮戊二酸途径酮戊二酸途径 经经此此途途径径降降解解的的氨氨基基酸酸有有：精精氨氨酸酸、组组氨氨酸酸、脯脯氨氨酸酸、谷谷氨酰胺和谷氨酸氨酰胺和谷氨酸精氨酸精氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酮戊二酸酮戊二酸（三）形成琥珀酰（三）形成琥珀酰CoACoA的途径的途径经此途径降解的氨基酸有：甲硫氨酸、异亮氨酸和缬氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸异亮氨酸异亮氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoA（四）形成（四）形成延胡索酸延胡索酸途径途径经此途径降解的氨
46、基酸有：苯丙氨酸和酪氨酸（五）形成草酰乙酸途径（五）形成草酰乙酸途径经此途径降解的氨基酸有：天冬氨酸和天冬酰胺五、生糖氨基酸和生酮氨基酸五、生糖氨基酸和生酮氨基酸 凡能形成丙丙酮酮酸酸、酮酮戊戊二二酸酸、琥琥珀珀酸酸和和草草酰酰乙乙酸酸的氨基酸称为生生糖糖氨氨基基酸酸（glucogenic amino acids）。（Arg、His、Pro、Gln、Glu、Met、Ile、Val、Asp、Asn）在分解过程中转变成乙乙酰酰乙乙酰酰CoACoA的氨基酸称为生生酮酮氨氨基基酸酸（ketogenic amino acids），因为乙酰乙酰CoA可以转变为 酮体。（Lys、Trp、Phe、Tyr、Le
47、u）苯苯丙丙氨氨酸酸和和酪酪氨氨酸酸既可生成酮体又可生成糖，称为生酮和生糖氨基酸。（Phe、Tyr）经丙酮生成乙酰CoA的氨基酸也是既可生酮也可生糖。（Ala、Gly、Ser、Thr、Cys）六、由氨基酸衍生的其他重要物质六、由氨基酸衍生的其他重要物质氨基酸代谢缺陷症氨基酸代谢缺陷症Metabolism of Individual Amino Acids 一、氨基酸脱羧基作用一、氨基酸脱羧基作用脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶氨基酸氨基酸胺类胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛（一）（一）-氨基丁酸：氨基丁酸：(-aminobutyric
48、 acid,GABA)CO2 L-L-谷氨酸谷氨酸GABAL-L-谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶GABAGABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。（二）牛磺酸（二）牛磺酸(taurine)牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。L-L-半胱氨酸半胱氨酸磺酸丙氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸牛磺酸 磺酸丙氨酸脱羧酶磺酸丙氨酸脱羧酶COCO2 2（三）组胺（三）组胺(histamine)L-L-组氨酸组氨酸组胺组胺组氨酸脱羧酶组氨酸脱羧酶COCO2 2组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。（四）（四）5-5-羟色胺羟色胺(5-hydroxy
49、tryptamine,5-HT)色氨酸色氨酸5-5-羟色氨酸羟色氨酸5-HT5-HT色氨酸羟化酶色氨酸羟化酶5-5-羟色氨酸脱羧酶羟色氨酸脱羧酶COCO2 25-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。（五）多胺（五）多胺(polyamines)鸟氨酸鸟氨酸腐胺腐胺 S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸 (SAM(SAM)脱羧基脱羧基SAMSAM 鸟氨酸脱羧酶鸟氨酸脱羧酶COCO2 2SAMSAM脱羧酶脱羧酶COCO2 2精脒精脒 (spermidine)(spermidine)丙丙胺胺转转移移酶酶5 5-甲基甲基-硫硫-腺苷腺苷丙胺转移酶丙胺转移酶 精胺精胺 (sperm
50、ine)(spermine)多胺是调节细胞生长的重要物质。在生长旺盛的组织（如如胚胚胎胎、再再生生肝肝、肿肿瘤瘤组组织织）含量较高，其限速酶鸟氨酸脱羧酶活性鸟氨酸脱羧酶活性较强。二、一碳单位的代谢二、一碳单位的代谢（一）概述（一）概述 某些氨基酸代谢过程中产生的某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原只含有一个碳原子子的基团，称为的基团，称为一碳单位一碳单位(one carbon unit)。一碳单位的生理功能一碳单位的生理功能作为合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来种类种类甲基甲基(methyl)-CH3甲烯基甲烯基(methylene)-CH2-甲炔基甲炔基(methenyl