生物化學(xué) 第十一章蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝

第十一章

氨基酸的代謝MetabolismofAminoAcids第一節(jié)氮源及氨基酸庫一、氮源氮素是生物必不可少的營養(yǎng)元素;氮素利用形式：微生物固氮菌：以空氣中的N2作為氮源；多數(shù)微生物：無機(jī)氮（如銨鹽、硝酸鹽等）和有機(jī)氮（如蛋白質(zhì)、氨基酸等）作氮源；有些微生物：不能利用無機(jī)氮化合物合成某些有機(jī)氮化合物。植物：以無機(jī)氮（如銨鹽、硝酸鹽等）為氮源；不能利用無機(jī)氮，必須以蛋白質(zhì)、氨基酸等作為氮源。人和動物：二、氨基酸庫細(xì)胞內(nèi)所有游離存在的氨基酸稱為氨基酸庫，包括從外界吸收的、細(xì)胞自身合成的、體內(nèi)蛋白更新產(chǎn)生的氨基酸；氨基酸庫處于動態(tài)平衡；微生物中結(jié)合態(tài)的氨基酸種類和量一般變化不大，而游離的氨基酸會因菌種、培養(yǎng)條件、菌齡差別很大。氨基酸代謝庫外源蛋白質(zhì)消化吸收細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分解

體內(nèi)合成氨基酸氨基酸代謝概況胺類CO2脫羧基作用代謝轉(zhuǎn)變其它含氮化合物

(嘌呤、嘧啶、激素、卟啉等)合成

α-酮酸

脫氨基作用

脂氧化供能糖氨

尿素鳥氨酸循環(huán)定義：催化蛋白質(zhì)類化合物中肽鍵水解的一類酶的總稱。第二節(jié)蛋白酶類及蛋白質(zhì)的酶促水解作用位點(diǎn)作用最適pH值：堿性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶；動物蛋白酶、植物蛋白酶、微生物蛋白酶；來源：分類：內(nèi)肽酶：水解蛋白肽鏈內(nèi)部肽鍵產(chǎn)生各種短肽，如胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶；二肽酶：專門水解二肽中肽鍵，將二肽水解生成單個氨基酸。外肽酶（端肽酶）：從肽鏈的一端水解肽鍵，每次水解出一個氨基酸，分為氨肽酶（從肽鏈N–末端依次水解）、羧肽酶（從肽鏈C–端水解）；對于外源蛋白質(zhì)，通過各種胞外蛋白酶協(xié)同催化水解；對于內(nèi)源蛋白質(zhì)，通過細(xì)胞內(nèi)溶酶體中各種蛋白酶催化。微生物蛋白酶對蛋白質(zhì)的水解作用與生產(chǎn)實(shí)踐關(guān)系極為密切，在食品發(fā)酵、制革工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面都有廣泛的作用。（表11-2）蛋白質(zhì)的酶促水解多肽寡肽二肽氨基酸第三節(jié)氨基酸分解代謝的公共途徑一、氨基酸的脫氨基作用脫氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基作用二、氨基酸的脫羧基作用三、氨基酸的脫羧、脫氨基作用四、氨基酸的脫氨、羧基產(chǎn)物進(jìn)一步代謝一、氨基酸的脫氨基作用1、脫氨基作用（1）氧化脫氨基作用氨基酸在酶的催化下氧化脫氫的同時，脫去氨基釋放出游離的氨，生成相應(yīng)的α-酮酸。第一步：脫氫，生成亞胺第二步：水解催化氧化脫氨的酶有兩類：

氨基酸氧化酶：黃素蛋白，是需氧脫氫酶類，以FAD或FMN為輔基，催化脫下的氫直接與氧結(jié)合，生成H2O2。

L－氨基酸氧化酶、D－氨基酸氧化酶

催化氧化脫氨的酶有兩類：

氨基酸脫氫酶：不需氧脫氫酶，以NAD＋或NADP＋為受氫體，脫下的氫不直接交給氧，而是經(jīng)電子傳遞鏈產(chǎn)生H2O和ATP。其中最重要的是L－谷氨酸脫氫酶。

L-谷氨酸脫氫酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOHL－谷氨酸脫氫酶廣泛存在于動、植、微生物體內(nèi)；別構(gòu)酶ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性；ADP、GDP及某些氨基酸可激活此酶活性；線粒體基質(zhì)中該酶以NAD＋為輔酶，催化氧化脫氨反應(yīng)；細(xì)胞液中該酶以NADPH為輔酶，催化合成反應(yīng)；不僅使L-谷氨酸氧化脫氨，在大多數(shù)氨基酸分解代謝和合成代謝中都具有重要作用。

直接脫氨基作用

1、脫氨基作用（2）非氧化脫氨基作用還原脫氨基作用（2）非氧化脫氨基作用脫水脫氨基作用脫硫氫基脫氨基作用

氧化-還原脫氨基作用（2）非氧化脫氨基作用脫酰胺基作用谷氨酰胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶的作用下分別發(fā)生脫酰胺基作用而形成相應(yīng)的氨基酸。2、轉(zhuǎn)氨基作用

R2-CH-COO-

+NH3

|α-氨基酸2

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

+NH3

|α-酮酸1

R1-C-COO-

O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2轉(zhuǎn)氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）

轉(zhuǎn)氨酶催化，α-氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到α-酮酸的酮基位置，結(jié)果原來的α-氨基酸生成相應(yīng)的α-酮酸，而原來的α-酮酸則形成了相應(yīng)的α-氨基酸，這種作用稱為轉(zhuǎn)氨基作用或氨基移換作用。體內(nèi)存在多種轉(zhuǎn)氨酶，多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶需要以α－酮戊二酸作為氨基受體或谷氨酸作為氨基供體。兩種重要的轉(zhuǎn)氨酶：丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(谷丙轉(zhuǎn)氨酶，GPT)谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶(谷草轉(zhuǎn)氨酶，GOT)轉(zhuǎn)氨基作用生理意義

是體內(nèi)多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式；是機(jī)體合成非必需氨基酸的重要途徑；是聯(lián)系糖代謝與蛋白質(zhì)代謝的橋梁。轉(zhuǎn)氨基作用特點(diǎn)：只有氨基的轉(zhuǎn)移，沒有氨的生成。3、聯(lián)合脫氨基作用轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)

聯(lián)合脫氨基作用是由轉(zhuǎn)氨基作用與氧化脫氨基作用聯(lián)合進(jìn)行脫氨基的作用方式。意義是氨基酸脫氨基的最主要方式；也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的最主要方式。轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)轉(zhuǎn)氨酶L-谷氨酸脫氫酶H2O+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸二、氨基酸的脫羧基作用氨基酸在脫羧酶的作用下脫掉羧基，生成伯胺和CO2。脫羧酶的輔酶多為磷酸吡哆醛，His脫羧酶不需輔酶；氨基酸脫羧酶專一性很強(qiáng)，一般一種氨基酸一種脫羧酶，利用這一性質(zhì)來測定發(fā)酵液中某種氨基酸的含量。廣泛存在于動、植物和微生物中；某些產(chǎn)物具有重要生理功能；腦組織中L-Glu脫羧生成r-氨基丁酸，是重要的神經(jīng)介質(zhì)；His脫羧生成組胺，有降低血壓的作用；Tyr脫羧生成酪胺，有升高血壓的作用。大多數(shù)胺類對動物有毒，體內(nèi)有胺氧化酶，能將胺氧化為醛和氨。某些細(xì)菌和酵母的氨基酸可脫氨同時脫羧的方式進(jìn)行分解代謝，生成少一個碳原子的伯醇、NH3和CO2。如：異亮氨酸生成活性戊醇亮氨酸生成異戊醇纈氨酸生成異丁醇三、氨基酸的脫氨、脫羧基作用

(一)α-酮酸的代謝

（氨基酸碳骨架的轉(zhuǎn)化途徑）再合成氨基酸：經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸氧化生成CO2和H2O轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛椭?、氨基酸脫氨、脫羧產(chǎn)物的進(jìn)一步代謝氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑草酰乙酸-酮戊二酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸丙酮酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸絲氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸組氨酸脯氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸賴氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖檸檬酸氧化生成CO2和H2O

脂肪酸轉(zhuǎn)變成糖和脂肪?生糖AA:凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的AA。

(Asp,Asn,Ser,Gly,Ala,Cys,Glu,Gln,His,Arg,Pro,Val,Met－－13種)

?生酮AA:凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的AA。

(Leu,Lys

－－2種,在動物肝臟中轉(zhuǎn)變成酮體)

?生糖兼生酮AA：二者兼有的AA。

(Trp,Thr,Tyr,Ile,Phe－－5種)1、形成酰胺貯存

重要酰胺：天冬酰胺與谷酰胺（二）氨的代謝3、合成氨甲酰磷酸由氨甲酰磷酸合成酶催化，需要N-乙酰谷氨酸作輔助因子。氨甲酰磷酸是高能化合物，可作為氨甲?；墓w，是微生物能量代謝的重要高能化合物之一；氨甲酰磷酸是合成嘧啶、精氨酸、尿素的重要前體物質(zhì)；無機(jī)氮合成有機(jī)含氮物的重要反應(yīng)，是同化氮的重要途徑。

2、合成新氨基酸4、尿素的生成動物形成尿素后排出體外，解毒；植物與微生物形成尿素，貯存氨，以供合成的需要。尿素生成的過程由HansKrebs和KurtHenseleit提出，稱為鳥氨酸循環(huán)，又稱尿素循環(huán)或Krebs-Henseleit循環(huán)。1932年德國學(xué)者克雷布斯（Krebs）等首先提出尿素生成的鳥氨酸循環(huán)學(xué)說。NH3+CO2+H2O2ATP2ADP+Pi氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi精氨琥珀酸精氨酸延胡索酸+H2O尿素鳥氨酸Pi鳥氨酸循環(huán)線粒體

①②③④鳥氨酸循環(huán)的中間步驟1）氨甲酰磷酸的合成CO2+NH3+H2O+2ATP氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ(肝mito）N-乙酰谷氨酸，Mg2+NH2-C-O-P=O+2ADP+PiOOHOH氨甲酰磷酸(真核生物有2類氨甲酰磷酸合成酶，酶I存在于線粒體，參與尿素合成；酶II存在于胞質(zhì)，參與嘧啶環(huán)的合成)（調(diào)節(jié)酶）尿素合成限速酶(活性最低)說明：關(guān)于氨甲酰磷酸中NH3的來源－－此NH3是在細(xì)胞質(zhì)中由谷氨酸脫氫酶產(chǎn)生2）瓜氨酸的合成NH2CO～

PONH2（CH2）3CHNH2COOHOCT

NH2C=ONH（CH2）3CH-NH2COOH++H3PO4氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸

OCT：鳥氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶（線粒體）3）精氨酸的合成NH2C=ONH（CH2）3CH-NH2COOHCOOHCH-NH2CH2COOH精氨琥珀酸合成酶（胞液）ATPAMP+PPiH2O+NH2COOHC=NC-HNHCH2（CH2）3COOHCH-NH2COOH瓜氨酸天冬氨酸精氨琥珀酸第二個氨的來源精氨琥珀酸裂合酶NH2C=NHNH（CH2）3CH-NH2COOH+COOHCHCHCOOH精氨酸延胡索酸聯(lián)系尿素與三羧酸循環(huán)4）精氨酸水解生成尿素NH2C=NHNH（CH2）3CH-NH2COOH精氨酸酶(胞液)+H2ONH2C=ONH2NH2（CH2）3CHNH2COOH精氨酸尿素鳥氨酸+線粒體尿素生成總反應(yīng)式2NH3+CO2+3ATP+3H2OCO(NH2)2+2ADP+AMP+2Pi+PPi尿素合成小結(jié)1.原料:2NH3(Glu--NH3，Asp--NH3)、CO22.產(chǎn)物:1尿素3.部位:肝

4.過程:鳥氨酸循環(huán)5.排泄:腎

6.意義:解除氨毒,并消耗部分CO27.耗能：4個高能鍵2NH3+CO2+3ATP+3H2OCO(NH2)2+2ADP+AMP+2Pi+PPi8.總反應(yīng)式:（三）CO2的去向脫羧形成的CO2大部分直接排到細(xì)胞外，小部分通過丙酮酸羧化支路被固定，生成草酰乙酸或蘋果酸。（四）胺的代謝脫羧形成的胺可在氧化酶作用下生成醛，醛在脫氫酶作用下，加水脫氫生成有機(jī)酸，有機(jī)酸氧化生成乙酰CoA，乙酰CoA進(jìn)入TCA。氨基酸分解代謝小結(jié)排出體外被固定成草酰乙酸或蘋果酸氧化有機(jī)酸乙酰CoAβ-氧化脫氨α-酮酸

NH3脫羧CO2胺氨基酸糖、脂肪CO2+H2OTCA氨基酸鳥氨酸循環(huán)酰胺尿素嘌呤、嘧啶、蛋白質(zhì)等氨甲酰磷酸尿素第四節(jié)氨基酸的合成代謝氨基酸可分為：必需氨基酸：機(jī)體不能自己合成，必須自外界獲取的氨基酸。人體必需氨基酸：纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸、蘇氨酸、賴氨酸。非必需氨基酸：機(jī)體能自身合成的氨基酸?？谠E：1.“一兩色素本來淡些”（異亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、纈氨酸）。

2.攜蘇丹來奔以色列

纈蘇蛋賴苯丙異亮色亮有人將組氨酸和精氨酸稱作半必需氨基酸一、氨基酸合成的公共途徑氨基化作用1、還原氨基化作用由L-氨基酸脫氫酶催化α-酮酸與氨生成氨基酸過程。其中最主要的是谷氨酸脫氫酶，普遍存在于動、植物及微生物中。縮合脫水還原2、直接氨基化作用

有些有機(jī)酸，如延胡索酸，在L-天冬氨酸酶催化下，可以直接進(jìn)行氨基化反應(yīng)，生成天冬氨酸。氨基化作用3、酰胺化作用

動、植物及微生物中普遍存在谷酰胺合成酶和天冬酰氨合成酶。谷氨酸谷氨酰胺氨基化作用

大多數(shù)生物中天冬酰胺的合成是由谷酰胺提供氨基，細(xì)菌是直接利用NH3。天冬酰胺3、酰胺化作用生物界最普遍的合成谷氨酸的途徑：

由谷氨酸合成酶催化α-酮戊二酸接受谷酰胺酰胺基的氨生成谷氨酸。轉(zhuǎn)氨作用在轉(zhuǎn)氨酶作用下，將一種氨基酸上氨基轉(zhuǎn)移給α-酮酸，生成新的氨基酸。是分解代謝的重要途徑也是合成代謝重要途徑。只有蘇氨酸、賴氨酸不參加轉(zhuǎn)氨。生物體轉(zhuǎn)氨酶對谷氨酸和α-酮戊二酸專一性高，易接受谷氨酸的氨基轉(zhuǎn)給其它酮酸，生成其他氨基酸。轉(zhuǎn)氨作用與谷氨酸合成反應(yīng)聯(lián)合時，可生成生物體內(nèi)大部分氨基酸。各種氨基酸的前體及相互關(guān)系

谷氨酸族天冬氨酸族丙酮酸族絲氨酸族His和芳香族二、一般氨基酸的生物合成1、脯氨酸、鳥氨酸和精氨酸合成

谷氨酸、谷酰胺、脯氨酸和精氨酸的碳骨架都是來自α-酮戊二酸，因此這幾種氨基酸為谷氨酸族氨基酸。脯氨酸的合成鳥氨酸和精氨酸的合成谷氨酸谷氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶N－乙酰谷氨酸乙酰CoACoA鳥氨酸瓜氨酸精氨酸鳥氨酸循環(huán)2、絲氨酸、甘氨酸、半胱氨酸合成

碳骨架都來自糖酵解途徑的3-磷酸甘油酸。

絲氨酸甘氨酸半胱氨酸3-磷酸甘油酸3-磷酸羥基丙酮酸磷酸絲氨酸NH2供體(谷氨酸)這三種氨基酸是絲氨酸族氨基酸。3、組氨酸的合成

起始物是磷酸核糖焦磷酸(PRPP)PRPPATP磷酸核糖–ATPGlnGlu咪唑磷酸甘油組氨酸4、丙氨酸的合成可由丙酮酸通過轉(zhuǎn)氨作用從谷氨酸獲得氨基生成。

某些細(xì)菌可通過L-丙氨酸脫氫酶催化丙酮酸還原氨基化生成丙氨酸。非必需氨基酸的生物合成谷氨酰胺天冬酰胺三、人體必需氨基酸的生物合成1、蘇氨酸、賴氨酸和蛋氨酸合成

在植物、細(xì)菌中，蘇氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、賴氨酸都是由天冬氨酸衍生出來的，因些稱這些為天冬氨酸族氨基酸。蘇氨酸、賴氨酸和蛋氨酸合成天冬氨酸激酶β–天冬氨酰磷酸高絲氨酸還原O－磷酸高絲氨酸ATP蘇氨酸異亮氨酸胱硫醚半胱氨酸高半胱氨酸蛋氨酸甲基供體天冬氨酸–β–半醛還原丙酮酸二氫吡啶二羧酸二氨基庚二酸賴氨酸2、芳香族氨基酸合成

苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸。由4-磷酸赤蘚糖和磷酸烯醇式丙酮酸縮合形成3-脫氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸（DAHP）開始。芳香族氨基酸合成磷酸烯醇式丙酮酸4-磷酸赤蘚糖3-脫氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸莽草酸分支酸預(yù)苯酸苯丙氨酸酪氨酸鄰－氨基苯甲酸色氨酸合成途徑類似，都要通過變位、還原、脫水反應(yīng)形成相應(yīng)的α–酮酸，再經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用，生成相應(yīng)的氨基酸。3、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸合成

纈氨酸、