第十章氨基酸的代謝

1、氨基酸的代謝氨基酸的代謝 第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質的降解蛋白質的降解n在各種生物體內都含有大量的、多種多樣的、在各種生物體內都含有大量的、多種多樣的、行使各種行使各種不同的生物學功能的蛋白質不同的生物學功能的蛋白質。n攝入的蛋白質攝入的蛋白質n組成機體細胞的蛋白質組成機體細胞的蛋白質n細胞內合成的蛋白質細胞內合成的蛋白質n必須先在必須先在蛋白水解酶蛋白水解酶的催化下，的催化下，水解成氨基水解成氨基酸后才能酸后才能分解代謝分解代謝；n或者氨基酸或者氨基酸合成代謝蛋白質合成代謝蛋白質：是供給人和動：是供給人和動物體合成自身所需要的蛋白質。物體合成自身所需要的蛋白質。n一、外源蛋白的消化與吸收一、外源蛋

2、白的消化與吸收n外源蛋白外源蛋白胃（胃酸）胃（胃酸）胃蛋白酶胃蛋白酶 小肽小肽 小腸小腸胰蛋白酶胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧、糜蛋白酶、羧肽酶肽酶、氨肽酶氨肽酶 氨基酸氨基酸 血液。血液。n二、組織蛋白質的胞內降解二、組織蛋白質的胞內降解n1.1.溶酶體組織蛋白酶降解途徑溶酶體組織蛋白酶降解途徑n溶酶體溶酶體: :單層膜，多種單層膜，多種酸性水解酶酸性水解酶類。類。n含有：蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等。含有：蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等。n2.2.依賴于依賴于ATPATP的泛素降解途徑的泛素降解途徑n泛素泛素：7676氨基酸殘基，高度保守，廣泛氨基酸殘基，高度保守，廣泛存在于存在于真核細胞真核細胞。n泛素泛

3、素：在：在ATPATP存在下，于需降解的蛋白質存在下，于需降解的蛋白質共價結合（泛素共價結合（泛素C C端端甘氨酸甘氨酸的羧基于目的羧基于目標蛋白質中標蛋白質中賴氨酸賴氨酸的的- -氨基酸形成異肽氨基酸形成異肽鍵）。再由鍵）。再由蛋白酶體蛋白酶體降解。降解。n2004年年10月月6日，瑞典皇家科學院宣布將日，瑞典皇家科學院宣布將2004年度諾貝爾化學獎授予年度諾貝爾化學獎授予n兩位以色列科學家：兩位以色列科學家：n阿龍阿龍切哈諾沃切哈諾沃(AaronCiechanover) 57歲歲n阿弗拉姆阿弗拉姆赫爾什科赫爾什科(AvramHershko) 67歲歲n美國科學家：美國科學家：n歐文歐文羅斯

4、羅斯(IrwinRose) 78歲歲n表彰他們發(fā)現了揭開了一個關于表彰他們發(fā)現了揭開了一個關于“死神之吻死神之吻”的秘密的秘密泛素調節(jié)的蛋白質降解，泛素調節(jié)的蛋白質降解，也就是說也就是說他們發(fā)現了一種蛋白質死亡的重要機理。他們發(fā)現了一種蛋白質死亡的重要機理。 第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸的分解代謝氨基酸的分解代謝 n共同的代謝途徑共同的代謝途徑n-氨基和羧基氨基和羧基n脫氨基作用和脫羧基作用脫氨基作用和脫羧基作用 n特殊的代謝途徑特殊的代謝途徑動物體內氨基酸的代謝概況動物體內氨基酸的代謝概況氨基酸代謝庫氨基酸代謝庫非必需氨基酸非必需氨基酸n2.1 2.1 脫氨基作用脫氨基作用n氨基酸的脫氨基作用主要包

5、括氨基酸的脫氨基作用主要包括n氧化脫氨基氧化脫氨基n轉氨脫氨基轉氨脫氨基n聯合脫氨基聯合脫氨基n非氧化脫氨基非氧化脫氨基n脫酰胺作用等。脫酰胺作用等。 n2.1.1 2.1.1 氧化脫氨基作用氧化脫氨基作用n（1 1）氨基酸氧化酶）氨基酸氧化酶 n 在在有氧有氧條件下，氨基酸的分解主要進條件下，氨基酸的分解主要進行行氧化脫氨基氧化脫氨基作用，生成作用，生成-酮酸和氨酮酸和氨。 n（2 2）谷氨酸脫氫酶）谷氨酸脫氫酶nL-L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶的輔酶為的輔酶為NADNAD+ +或或NADPNADP+ +，能催化能催化L-L-谷氨酸氧化脫氨，生成谷氨酸氧化脫氨，生成-酮戊酮戊二酸、氨。二酸、

6、氨。 n2.1.2 2.1.2 轉氨基作用轉氨基作用n轉氨基作用是轉氨基作用是-氨基酸氨基酸和和-酮酸酮酸之間的之間的氨基轉移反應。氨基轉移反應。n轉氨酶及其輔酶磷酸吡多醛催化下：轉氨酶及其輔酶磷酸吡多醛催化下：n原來的氨基酸生成了相應的原來的氨基酸生成了相應的-酮酸，而原酮酸，而原來的來的-酮酸則形成了相應的氨基酸。酮酸則形成了相應的氨基酸。n轉氨酶廣泛存在于生物體內。轉氨酶廣泛存在于生物體內。n目前已經發(fā)現的目前已經發(fā)現的轉氨酶至少有轉氨酶至少有5050種種以上。以上。n用含用含1515N N的氨基酸所做的實驗證明，除的氨基酸所做的實驗證明，除甘氨酸、賴氨甘氨酸、賴氨酸和蘇氨酸外酸和蘇氨酸

7、外，其余的，其余的-氨基酸都可參加轉氨基作氨基酸都可參加轉氨基作用。用。n以以谷丙轉氨酶（谷丙轉氨酶（GPTGPT）和和谷草轉氨酶谷草轉氨酶(GOT)(GOT)最重要最重要n谷丙轉氨酶谷丙轉氨酶催化谷氨酸與丙酮酸之間的轉氨作用催化谷氨酸與丙酮酸之間的轉氨作用n谷草轉氨酶谷草轉氨酶催化谷氨酸與草酰乙酸之間的轉氨作用催化谷氨酸與草酰乙酸之間的轉氨作用F轉氨酶為細胞內酶，而轉氨酶為細胞內酶，而血清中活性很低血清中活性很低，各組織，各組織器官中以器官中以心和肝的活性最高心和肝的活性最高。當某種原因使細胞。當某種原因使細胞膜通過性膜通過性，則轉氨酶可大量釋放入血，造成血，則轉氨酶可大量釋放入血，造成血清

8、中轉氨酶活性清中轉氨酶活性。 急性肝炎急性肝炎：GPT、GOT 心肌梗塞心肌梗塞：GOTn轉氨酶轉氨酶輔酶只有一種，即磷酸吡哆醛輔酶只有一種，即磷酸吡哆醛，它是維生，它是維生素素B B6 6的磷酸酯。的磷酸酯。n磷酸吡哆醛傳遞氨基磷酸吡哆醛傳遞氨基的機理是它能夠接受氨基酸的機理是它能夠接受氨基酸分子中的氨基而分子中的氨基而變成磷酸吡哆胺變成磷酸吡哆胺，同時氨基酸變，同時氨基酸變成成-酮酸。酮酸。 + + 轉氨酶催化作用機理轉氨酶催化作用機理n2.1.3 2.1.3 聯合脫氨基作用聯合脫氨基作用n氨基酸的轉氨作用是否最終使氨基脫掉？氨基酸的轉氨作用是否最終使氨基脫掉？n氧化脫氨作用氧化脫氨作用也

9、不能滿足機體脫氨基的需要。也不能滿足機體脫氨基的需要。n由于生物體內普遍存在著以由于生物體內普遍存在著以-酮戊二酸作為氨酮戊二酸作為氨基受體的轉氨酶基受體的轉氨酶. .n一般認為一般認為L-L-氨基酸氨基酸在體內不是直接氧化脫氨，在體內不是直接氧化脫氨，而是先與而是先與-酮戊二酸經轉氨作用變?yōu)橄鄳耐於峤涋D氨作用變?yōu)橄鄳?酮酸和谷氨酸酮酸和谷氨酸. .聯合脫氨基作用聯合脫氨基作用存在于存在于肝、腎肝、腎等組織等組織n2.1.4 2.1.4 非氧化的脫氨基作用非氧化的脫氨基作用n非氧化脫氨基作用大多在微生物中進行，非氧化脫氨基作用大多在微生物中進行，其方式有以下幾種。其方式有以下幾種。FF

10、 2.2.1 氨基酸在脫羧酶的催化下，脫去羧基產氨基酸在脫羧酶的催化下，脫去羧基產生二氧化碳和相應的胺，這一過程稱為氨基酸的生二氧化碳和相應的胺，這一過程稱為氨基酸的脫羧作用脫羧作用（decarboxylation）。）。2.2 2.2 氨基酸的脫羧基作用氨基酸的脫羧基作用FF 氨基酸脫羧酶廣泛存在于動植物和微生物體內，氨基酸脫羧酶廣泛存在于動植物和微生物體內，以以磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛作為輔酶。作為輔酶。n植物體內最常見的是植物體內最常見的是谷氨酸脫羧酶谷氨酸脫羧酶，它催化，它催化 谷氨酸脫去羧基生成谷氨酸脫去羧基生成-氨基丁酸氨基丁酸. . n組氨酸脫羧生成組氨酸脫羧生成組胺組胺n酪氨酸脫羧

11、生成酪氨酸脫羧生成酪胺酪胺n賴氨酸脫羧生成賴氨酸脫羧生成戊二胺（尸胺）戊二胺（尸胺）n鳥氨酸脫羧生成鳥氨酸脫羧生成丁二胺（腐胺）丁二胺（腐胺）等等。等等。n所生成的所生成的胺類物質胺類物質有很多都具有活躍的生理作用。有很多都具有活躍的生理作用。 動物肌體一些胺類的來源及功能動物肌體一些胺類的來源及功能n2.2.2 2.2.2 羥化脫羧基作用羥化脫羧基作用n酪氨酸在酪氨酸在酪氨酸酶酪氨酸酶的催化下可發(fā)生羥化的催化下可發(fā)生羥化作用而生成作用而生成3 3，4-4-二羥苯丙氨酸二羥苯丙氨酸( (多多巴巴,dopa,dopa）n多巴可進一步脫羧生成多巴可進一步脫羧生成3 3，4-4-二羥苯乙胺，二羥苯乙

12、胺，簡稱簡稱多巴胺多巴胺( (dopaminedopamine）。）。 n酪氨酸酶酪氨酸酶是一種含銅酶。是一種含銅酶。多巴多巴進一步氧進一步氧化后形成聚合物化后形成聚合物黑素黑素（melaninmelanin）。）。n馬鈴薯、蘋果和梨等切開后變黑，就是馬鈴薯、蘋果和梨等切開后變黑，就是由于形成了黑素之故。由于形成了黑素之故。n在在人體的表皮人體的表皮基底層及毛囊中有基底層及毛囊中有成黑素成黑素細胞細胞，可將，可將酪氨酸轉變?yōu)楹谒乩野彼徂D變?yōu)楹谒?，使皮膚，使皮膚及毛發(fā)呈黑色。及毛發(fā)呈黑色。n在在植物植物體內，由多巴和多巴胺可形成生體內，由多巴和多巴胺可形成生物堿。物堿。 2.3 2.3 氨基酸分

13、解產物的去向氨基酸分解產物的去向n氨基酸降解時，通過脫氨和脫羧作用生氨基酸降解時，通過脫氨和脫羧作用生成了各種降解產物，如成了各種降解產物，如NHNH3 3、-酮酸、酮酸、胺胺類等。類等。n這些產物在體內可進一步發(fā)生代謝轉變。這些產物在體內可進一步發(fā)生代謝轉變。 n2.3.1 2.3.1 氨的代謝轉變氨的代謝轉變 n動物體內氨的來源動物體內氨的來源n1. 1. 氨基酸脫氨基作用產生的氨氨基酸脫氨基作用產生的氨n2. 2. 消化道吸收的氨消化道吸收的氨F機體內代謝產生的機體內代謝產生的氨氨，以及消化道吸收，以及消化道吸收來的來的氨氨進入血液，形成進入血液，形成血氨。血氨。F血中血中1%1%的氨的

14、氨會引起會引起中樞神經中毒中樞神經中毒，因此，因此，脫去的氨必須及時清除。脫去的氨必須及時清除。氨中毒的機理：氨中毒的機理：腦細胞的線粒體可將腦細胞的線粒體可將氨與氨與-酮戊二酸酮戊二酸作用生作用生成成谷氨酸谷氨酸，大量消耗，大量消耗-酮戊二酸，影響酮戊二酸，影響TCA，同時大量消，同時大量消耗耗NADH，產生肝昏迷。，產生肝昏迷。L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶 動植物機體內氨的代謝轉變主要有以下四種動植物機體內氨的代謝轉變主要有以下四種方式：方式： 1. 重新利用重新利用（合成氨基酸、核酸等）（合成氨基酸、核酸等） 2. 貯存貯存（合成（合成Gln、Asn） 3. 生成氨鹽生成氨鹽4. 排出體

15、外排出體外（NH3、尿酸、尿素）、尿酸、尿素） 氨排出體外（氨排出體外（NH3NH3、尿酸、尿素）、尿酸、尿素）n（1 1）重新合成氨基酸）重新合成氨基酸 n當組織細胞中碳水化合物代謝旺盛時，當組織細胞中碳水化合物代謝旺盛時，氨氨可與可與碳水化合物碳水化合物轉化成的轉化成的-酮酸酮酸發(fā)生發(fā)生氨基化反應重新生成氨基化反應重新生成新的氨基酸新的氨基酸。n雖然通過脫氨基作用產生的氨再用來合雖然通過脫氨基作用產生的氨再用來合成氨基酸時成氨基酸時并不能增加氨基酸的數量并不能增加氨基酸的數量，但卻但卻能改變氨基酸的種類能改變氨基酸的種類。 n（2 2）生成谷氨酰胺和天冬酰胺）生成谷氨酰胺和天冬酰胺n氨氨可

16、以通過可以通過谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶或或天冬酰胺天冬酰胺合成酶合成酶催化生成相應的催化生成相應的酰胺酰胺，這些酰胺，這些酰胺又可以經谷氨酰酶或天冬酰胺酶的作用，又可以經谷氨酰酶或天冬酰胺酶的作用，將將NHNH3 3重新釋放出來重新釋放出來。n因此，因此，生成酰胺的形式即是生物體貯藏生成酰胺的形式即是生物體貯藏和運輸氨的主要方式，也是解除氨毒的和運輸氨的主要方式，也是解除氨毒的一條主要途徑。一條主要途徑。 谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶合成酶谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶谷氨酰胺（谷氨酰胺（Gln）的生成）的生成谷氨酰胺（谷氨酰胺（Gln）的生成）的生成FGln是氨的一種轉運形式，它主要從是氨的一種轉運形式

17、，它主要從腦、肌肉腦、肌肉等等組織向肝或腎運氨。組織向肝或腎運氨。F合成合成Gln是大腦是大腦等組織等組織解氨毒解氨毒和和運輸氨運輸氨的重要形的重要形式。式。n（3 3）生成銨鹽）生成銨鹽n有些植物組織中含有有些植物組織中含有大量的有機酸大量的有機酸，如，如異檸檬酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、異檸檬酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、草酰乙酸的琥珀酸等草酰乙酸的琥珀酸等. .n氨可以和這些有機酸結合生成氨可以和這些有機酸結合生成銨鹽銨鹽，以，以保持細胞內正常的保持細胞內正常的pHpH。 n（4 4）尿素的生成的鳥氨酸循環(huán)）尿素的生成的鳥氨酸循環(huán)n在哺乳動物體內在哺乳動物體內，氨的主要去路是在肝氨的主要去

18、路是在肝臟中合成尿素并隨尿排出體外。臟中合成尿素并隨尿排出體外。n某些植物如洋蕈，馬勃某些植物如洋蕈，馬勃中也能利用氨合中也能利用氨合成尿素，其含量占干物質重量的成尿素，其含量占干物質重量的10%10%以以上。上。n尿素在部分植物體內尿素在部分植物體內起著與谷氨酰胺類起著與谷氨酰胺類似的作用，即能解除氨毒，又是氨的一似的作用，即能解除氨毒，又是氨的一種貯存形式。種貯存形式。 n由氨合成尿素的通過由氨合成尿素的通過鳥氨酸循環(huán)鳥氨酸循環(huán)進行。進行。n在在哺乳動物體內哺乳動物體內，這個過程在，這個過程在肝臟肝臟中進中進行。行。n高等植物體高等植物體內也存在著鳥氨酸循環(huán)的酶內也存在著鳥氨酸循環(huán)的酶類，

19、如類，如精氨酸酶精氨酸酶等，由此可見，高等植等，由此可見，高等植物體內也存在著鳥氨酸循環(huán)的過程。物體內也存在著鳥氨酸循環(huán)的過程。 n在在動物中肝外組織動物中肝外組織的氨以的氨以谷氨酰胺（谷氨酸）谷氨酰胺（谷氨酸）和丙氨酸（丙酮酸）的形式運到和丙氨酸（丙酮酸）的形式運到肝肝來來合成合成尿素尿素，再排出體外。再排出體外。n鳥氨酸循環(huán)鳥氨酸循環(huán): : 過程共分為過程共分為四個步驟四個步驟n 1. 1. 氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸的生成的生成n 2. 2. 瓜氨酸瓜氨酸的生成的生成n 3. 3. 精氨酸的生成精氨酸的生成n 4. 4. 精氨酸精氨酸的水解的水解FF 合成合成尿素尿素是哺乳動物體內氨的主要去路

20、，是哺乳動物體內氨的主要去路，肝肝是合成尿素的最主要器官。是合成尿素的最主要器官。F第一步第一步: :氨甲酰磷酸的生成氨甲酰磷酸的生成F在在氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶I I催化下催化下F氨、氨、CO2CO2、ATPATP共同作用生成共同作用生成F氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸。1. 氨甲酰磷酸的生成氨甲酰磷酸的生成（限速步驟）（限速步驟）FF 肝細胞液中的肝細胞液中的氨基酸氨基酸經轉氨作用，與經轉氨作用，與-酮戊酮戊二酸生成二酸生成谷氨酸谷氨酸，Glu進入線粒體基質，經進入線粒體基質，經Glu脫氫酶作用脫下脫氫酶作用脫下氨基氨基，游離的氨（，游離的氨（NH3）與）與TCA循環(huán)產生的循環(huán)產生的CO2

21、反應生成反應生成氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸。N-N-乙酰乙酰GluGlu激活激活氨甲酰磷酸合酶氨甲酰磷酸合酶 I I消耗兩個高能磷酸鍵（消耗兩個高能磷酸鍵（2ATP2ATP）2022-3-750N-N-乙酰谷氨酸激活乙酰谷氨酸激活氨甲酰磷酸合酶氨甲酰磷酸合酶 I In第二步第二步: : 瓜氨酸的生成瓜氨酸的生成。n氨甲酰磷酸將氨甲?；D移到氨甲酰磷酸將氨甲?；D移到鳥氨酸鳥氨酸上上生成生成瓜氨酸瓜氨酸。n在在細胞線粒體內細胞線粒體內: :鳥氨酸氨甲?；D移酶鳥氨酸氨甲?；D移酶催化的，反應式如下：催化的，反應式如下： 瓜氨酸形成后就離開線粒體，進入瓜氨酸形成后就離開線粒體，進入細胞細胞液液。n第三步

22、第三步: : 生成精氨酸生成精氨酸。n在胞漿中在胞漿中，精氨酸的生成分成兩個反應：，精氨酸的生成分成兩個反應：n在精氨琥珀酸合成酶在精氨琥珀酸合成酶催化下，瓜氨酸與天催化下，瓜氨酸與天冬氨酸結合生成冬氨酸結合生成精氨琥珀酸精氨琥珀酸。反應需要。反應需要ATPATP水水解供能及解供能及MgMg2+2+參與作用。參與作用。n在在精氨琥珀酸裂解酶精氨琥珀酸裂解酶催化下，精氨琥珀酸催化下，精氨琥珀酸裂解為裂解為精氨酸和延胡索酸。精氨酸和延胡索酸。 3. 精氨酸的生成精氨酸的生成消耗兩個高能磷酸鍵（消耗兩個高能磷酸鍵（2ATP）F此時此時Asp的氨基的氨基轉移到轉移到Arg上。上。F來自來自Asp的碳架

23、被保留下來，生成延胡索酸。延的碳架被保留下來，生成延胡索酸。延胡索素酸可以經蘋果酸、草酰乙酸再生為天冬氨酸。胡索素酸可以經蘋果酸、草酰乙酸再生為天冬氨酸。4. 精氨酸的水解精氨酸的水解精氨酸經專一性很強的精氨酸經專一性很強的L-L-精氨酸酶精氨酸酶催化，水解成為鳥氨催化，水解成為鳥氨酸和尿素。酸和尿素。尿素形成后由血液運到腎臟隨尿排出。尿素形成后由血液運到腎臟隨尿排出。鳥氨酸循環(huán)的過程鳥氨酸循環(huán)的過程n氨基甲酰磷酸的合成（氨基甲酰磷酸的合成（肝細胞線粒體肝細胞線粒體）n瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成 （肝細胞線粒體肝細胞線粒體）n精氨酸的合成精氨酸的合成 （肝細胞胞液肝細胞胞液）n精氨酸水解生成尿素

24、（精氨酸水解生成尿素（肝細胞胞液肝細胞胞液）尿素循環(huán)與檸檬酸循環(huán)的關系尿素循環(huán)與檸檬酸循環(huán)的關系線粒體線粒體胞胞 液液n合成尿素是體內氨的主要去路。尿素分子中合成尿素是體內氨的主要去路。尿素分子中的的2個氮原子個氮原子，1個來自個來自氨氨，另一個則來自，另一個則來自天天冬氨酸冬氨酸。n合成合成1分子尿素需要消耗分子尿素需要消耗4個個高能磷酸鍵高能磷酸鍵（4ATP）。）。n反應部位：肝細胞的反應部位：肝細胞的線粒體和胞液線粒體和胞液。n意義：解氨毒（把有毒的意義：解氨毒（把有毒的NH3轉變成無毒的尿轉變成無毒的尿素）。素）。鳥氨酸循環(huán)小結鳥氨酸循環(huán)小結n2.3.2 2.3.2 氨基酸碳架的氧化氨基酸碳架的氧化n生糖氨基酸：生糖氨基酸：丙氨酸，草酰乙酸丙氨酸，草酰乙酸葡萄葡萄糖糖n生酮氨基酸生酮氨基酸: :乙酰乙酰CoA,CoA,乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA酮酮體體n生酮生糖氨基酸：生酮生糖氨基酸：n另外個別氨基酸有其分解途徑另外個別氨基酸有其分解途徑n第三節(jié)第三節(jié) 氨及氨基酸的生物合成氨及氨基酸的生物合成n氨基酸碳架的合成氨基酸碳架的合成n根據氨基酸合成的碳架來源不同，可將氨基酸根據氨基酸合成的碳架來源不同，可將氨基酸分為若干類型。分為