第十章 氨基酸的代谢

第一节 蛋白质的降解 在各种生物体内都含有大量的、多种多样的、行使各种不同的生物学功能的蛋白质。 摄入的蛋白质 组成机体细胞的蛋白质 细胞内合成的蛋白质 必须先在蛋白水解酶的催化下，水解成氨基酸后才能分解代谢； 或者氨基酸合成代谢蛋白质：是供给人和动物体合成自身所需要的蛋白质。

一、外源蛋白的消化与吸收 外源蛋白→胃（胃酸）→胃蛋白酶 → 小肽→ 小肠→胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶→ 氨基酸→ 血液。

二、组织蛋白质的胞内降解 1.溶酶体组织蛋白酶降解途径 溶酶体:单层膜，多种酸性水解酶类。 含有：蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等。

2.依赖于ATP的泛素降解途径 泛素：76氨基酸残基，高度保守，广泛存在于真核细胞。 泛素：在ATP存在下，于需降解的蛋白质共价结合（泛素C－端甘氨酸的羧基于目标蛋白质中赖氨酸的ε-氨基酸形成异肽键）。再由蛋白酶体降解。

2004年10月6日，瑞典皇家科学院宣布将2004年度诺贝尔化学奖授予 两位以色列科学家： 阿龙·切哈诺沃(Aaron　Ciechanover) 57岁 阿弗拉姆·赫尔什科(Avram　Hershko) 67岁 美国科学家： 欧文·罗斯(Irwin　Rose) 78岁 表彰他们发现了揭开了一个关于“死神之吻”的秘密——泛素调节的蛋白质降解，也就是说他们发现了一种蛋白质死亡的重要机理。

第二节 氨基酸的分解代谢 共同的代谢途径 α-氨基和羧基 脱氨基作用和脱羧基作用 特殊的代谢途径

动物体内氨基酸的代谢概况 氨基酸代谢库 非必需氨基酸

2.1 脱氨基作用 氨基酸的脱氨基作用主要包括 氧化脱氨基 转氨脱氨基 联合脱氨基 非氧化脱氨基 脱酰胺作用等。

2.1.1 氧化脱氨基作用 （1）氨基酸氧化酶 在有氧条件下，氨基酸的分解主要进行氧化脱氨基作用，生成α-酮酸和氨。

（2）谷氨酸脱氢酶 L-谷氨酸脱氢酶的辅酶为NAD+或NADP+，能催化L-谷氨酸氧化脱氨，生成α-酮戊二酸、氨。

2.1.2 转氨基作用 转氨基作用是α-氨基酸和α-酮酸之间的氨基转移反应。 转氨酶及其辅酶磷酸吡多醛催化下： 原来的氨基酸生成了相应的α-酮酸，而原来的α-酮酸则形成了相应的氨基酸。

转氨酶广泛存在于生物体内。 目前已经发现的转氨酶至少有50种以上。 用含15N的氨基酸所做的实验证明，除甘氨酸、赖氨酸和苏氨酸外，其余的α-氨基酸都可参加转氨基作用。 以谷丙转氨酶（GPT）和谷草转氨酶(GOT)最重要 谷丙转氨酶催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨作用 谷草转氨酶催化谷氨酸与草酰乙酸之间的转氨作用

急性肝炎：GPT↑↑、GOT↑ 心肌梗塞：GOT↑ 转氨酶为细胞内酶，而血清中活性很低，各组织器官中以心和肝的活性最高。当某种原因使细胞膜通过性↑，则转氨酶可大量释放入血，造成血清中转氨酶活性↑↑。 急性肝炎：GPT↑↑、GOT↑ 心肌梗塞：GOT↑ 转氨酶辅酶只有一种，即磷酸吡哆醛，它是维生素B6的磷酸酯。 磷酸吡哆醛传递氨基的机理是它能够接受氨基酸分子中的氨基而变成磷酸吡哆胺，同时氨基酸变成α-酮酸。

① ① ② ② ① + ② ① + ② 转氨酶催化作用机理

2.1.3 联合脱氨基作用 氨基酸的转氨作用是否最终使氨基脱掉？ 氧化脱氨作用也不能满足机体脱氨基的需要。 由于生物体内普遍存在着以α-酮戊二酸作为氨基受体的转氨酶. 一般认为L-氨基酸在体内不是直接氧化脱氨，而是先与α-酮戊二酸经转氨作用变为相应的α-酮酸和谷氨酸.

联合脱氨基作用 存在于肝、肾等组织

2.1.4 非氧化的脱氨基作用 非氧化脱氨基作用大多在微生物中进行，其方式有以下几种。

2.2 氨基酸的脱羧基作用  2.2.1 氨基酸在脱羧酶的催化下，脱去羧基产生二氧化碳和相应的胺，这一过程称为氨基酸的脱羧作用（decarboxylation）。  氨基酸脱羧酶广泛存在于动植物和微生物体内，以磷酸吡哆醛作为辅酶。

植物体内最常见的是谷氨酸脱羧酶，它催化 谷氨酸脱去羧基生成γ-氨基丁酸. 组氨酸脱羧生成组胺 酪氨酸脱羧生成酪胺 赖氨酸脱羧生成戊二胺（尸胺） 鸟氨酸脱羧生成丁二胺（腐胺）等等。 所生成的胺类物质有很多都具有活跃的生理作用。

动物肌体一些胺类的来源及功能

2.2.2 羟化脱羧基作用 酪氨酸在酪氨酸酶的催化下可发生羟化作用而生成3，4-二羟苯丙氨酸(多巴,dopa） 多巴可进一步脱羧生成3，4-二羟苯乙胺，简称多巴胺(dopamine）。

酪氨酸酶是一种含铜酶。多巴进一步氧化后形成聚合物黑素（melanin）。 马铃薯、苹果和梨等切开后变黑，就是由于形成了黑素之故。 在人体的表皮基底层及毛囊中有成黑素细胞，可将酪氨酸转变为黑素，使皮肤及毛发呈黑色。 在植物体内，由多巴和多巴胺可形成生物碱。

2.3 氨基酸分解产物的去向 氨基酸降解时，通过脱氨和脱羧作用生成了各种降解产物，如NH3、α-酮酸、胺类等。 2.3 氨基酸分解产物的去向 氨基酸降解时，通过脱氨和脱羧作用生成了各种降解产物，如NH3、α-酮酸、胺类等。 这些产物在体内可进一步发生代谢转变。

2.3.1 氨的代谢转变 动物体内氨的来源 1. 氨基酸脱氨基作用产生的氨 2. 消化道吸收的氨 机体内代谢产生的氨，以及消化道吸收来的氨进入血液，形成血氨。 血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须及时清除。

氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与α-酮戊二酸作用生成谷氨酸，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADH，产生肝昏迷。

L-谷氨酸脱氢酶

动植物机体内氨的代谢转变主要有以下四种方式： 重新利用（合成氨基酸、核酸等） 2. 贮存（合成Gln、Asn） 3. 生成氨盐 4. 排出体外（NH3、尿酸、尿素）

氨排出体外（NH3、尿酸、尿素）

（1）重新合成氨基酸 当组织细胞中碳水化合物代谢旺盛时，氨可与碳水化合物转化成的α-酮酸发生氨基化反应重新生成新的氨基酸。 虽然通过脱氨基作用产生的氨再用来合成氨基酸时并不能增加氨基酸的数量，但却能改变氨基酸的种类。

（2）生成谷氨酰胺和天冬酰胺 氨可以通过谷氨酰胺合成酶或天冬酰胺合成酶催化生成相应的酰胺，这些酰胺又可以经谷氨酰酶或天冬酰胺酶的作用，将NH3重新释放出来。 因此，生成酰胺的形式即是生物体贮藏和运输氨的主要方式，也是解除氨毒的一条主要途径。

谷氨酰胺（Gln）的生成 谷氨酰胺合成酶 谷氨酰胺酶

谷氨酰胺（Gln）的生成 Gln是氨的一种转运形式，它主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨。 合成Gln是大脑等组织解氨毒和运输氨的重要形式。

（3）生成铵盐 有些植物组织中含有大量的有机酸，如异柠檬酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酰乙酸的琥珀酸等. 氨可以和这些有机酸结合生成铵盐，以保持细胞内正常的pH。

（4）尿素的生成的鸟氨酸循环 在哺乳动物体内，氨的主要去路是在肝脏中合成尿素并随尿排出体外。 某些植物如洋蕈，马勃中也能利用氨合成尿素，其含量占干物质重量的10%以上。 尿素在部分植物体内起着与谷氨酰胺类似的作用，即能解除氨毒，又是氨的一种贮存形式。

由氨合成尿素的通过鸟氨酸循环进行。 在哺乳动物体内，这个过程在肝脏中进行。 高等植物体内也存在着鸟氨酸循环的酶类，如精氨酸酶等，由此可见，高等植物体内也存在着鸟氨酸循环的过程。

在动物中肝外组织的氨以谷氨酰胺（谷氨酸）和丙氨酸（丙酮酸）的形式运到肝来合成尿素，再排出体外。 鸟氨酸循环: 过程共分为四个步骤 1. 氨甲酰磷酸的生成 2. 瓜氨酸的生成 3. 精氨酸的生成 4. 精氨酸的水解

第一步:氨甲酰磷酸的生成 在氨甲酰磷酸合成酶I催化下 氨、CO2、ATP共同作用生成 氨甲酰磷酸。  合成尿素是哺乳动物体内氨的主要去路，肝是合成尿素的最主要器官。 第一步:氨甲酰磷酸的生成 在氨甲酰磷酸合成酶I催化下 氨、CO2、ATP共同作用生成 氨甲酰磷酸。

1. 氨甲酰磷酸的生成（限速步骤）  肝细胞液中的氨基酸经转氨作用，与α-酮戊二酸生成谷氨酸，Glu进入线粒体基质，经Glu脱氢酶作用脱下氨基，游离的氨（NH3）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。 N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶 I 消耗两个高能磷酸键（2ATP）

N-乙酰谷氨酸激活氨甲酰磷酸合酶 I 2017/3/20

氨甲酰磷酸将氨甲酰基转移到鸟氨酸上生成瓜氨酸。 在细胞线粒体内:鸟氨酸氨甲酰基转移酶催化的，反应式如下： 第二步: 瓜氨酸的生成。 氨甲酰磷酸将氨甲酰基转移到鸟氨酸上生成瓜氨酸。 在细胞线粒体内:鸟氨酸氨甲酰基转移酶催化的，反应式如下： 瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。

第三步: 生成精氨酸。 在胞浆中，精氨酸的生成分成两个反应： ①在精氨琥珀酸合成酶催化下，瓜氨酸与天冬氨酸结合生成精氨琥珀酸。反应需要ATP水解供能及Mg2+参与作用。 ②在精氨琥珀酸裂解酶催化下，精氨琥珀酸裂解为精氨酸和延胡索酸。

3. 精氨酸的生成 ① 消耗两个高能磷酸键（2ATP）

② 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。

4. 精氨酸的水解 精氨酸经专一性很强的L-精氨酸酶催化，水解成为鸟氨酸和尿素。 尿素形成后由血液运到肾脏随尿排出。

鸟氨酸循环的过程 氨基甲酰磷酸的合成（肝细胞线粒体） 瓜氨酸的合成 （肝细胞线粒体） 精氨酸的合成 （肝细胞胞液） 瓜氨酸的合成 （肝细胞线粒体） 精氨酸的合成 （肝细胞胞液） 精氨酸水解生成尿素（肝细胞胞液）

线粒体 胞 液 尿素循环与柠檬酸循环的关系

鸟氨酸循环小结 合成尿素是体内氨的主要去路。尿素分子中的2个氮原子，1个来自氨，另一个则来自天冬氨酸。 合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键（4ATP）。 反应部位：肝细胞的线粒体和胞液。 意义：解氨毒（把有毒的NH3转变成无毒的尿素）。

2.3.2 氨基酸碳架的氧化 生糖氨基酸：丙氨酸，草酰乙酸→葡萄糖 生酮氨基酸:乙酰CoA,乙酰乙酰CoA→酮体 生酮生糖氨基酸： 另外个别氨基酸有其分解途径

第三节 氨及氨基酸的生物合成 氨基酸碳架的合成 根据氨基酸合成的碳架来源不同，可将氨基酸分为若干类型。 在每一类型里的几种氨基酸都有共同的碳架来源。 在此，概括地介绍它们的碳架来源和合成过程的相互关系。

(1) 丙酮酸衍生类型 这一族包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸。它们的共同碳架来源是糖酵解生成的丙酮酸。

（2）3－磷酸甘油衍生类型 丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸

（3） α-酮戊二酸衍生类型 谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸。 它们的碳架都是来自三羧酸循环的中间产物α-酮戊二酸。

(4)草酰乙酸衍生类型 天冬氨酸、天冬酰胺、赖氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸。 它们的碳架都来自三羧酸循环中的草酰乙酸或延胡索酸。

（5）磷酸烯醇式丙酮酸和4-磷酸赤藓糖衍生类型 酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸。 芳香族氨基酸的碳架来自磷酸戊糖途径的中间产物4-磷酸赤藓糖和糖酵解的中间产物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）。 这两者化合后经几步反应生成莽草酸(shikimic acid)，再由莽草酸生成芳香氨基酸和其它多种芳香族化合物，称为莽草酸途径。

（6）组氨酸

THE END THANKS 2017/3/20