30 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 蛋白质的降解 氨基酸分解代谢 尿素的形成 氨基酸碳骨架的氧化途径 生糖氨基酸和生酮氨基酸 由氨基酸衍生的其他重要物质

30.1 蛋白质的降解 活细胞的组成成分在不断地转换更新。蛋白质有自己的存活时间，短到几分钟，长到几周。 不论何种情况，细胞总是不断地从氨基酸合成蛋白质，又把蛋白质降解为氨基酸。

机体对外源蛋白质的需要及其消化作用 外源蛋白质进入机体后，总是先经过水解作用变为小分子的氨基酸，然后才被吸收。氨基酸的分解代谢主要在肝脏进行。

机体对外源蛋白质的需要及其消化作用 一个体重70千克的人，一般每天可有400g蛋白质发生变化。其中1/4 进行氧化降解转变为葡萄糖，并由外源蛋白质加以补充；3/4 在体内进行再循环。

蛋白质在哺乳动物体内的消化 胃 中: 胃蛋白酶 小肠中: 胰蛋白酶、 糜蛋白酶 羧肽酶 氨肽酶

蛋白质在哺乳动物体内的消化   最后水解为游离氨基酸 氨基酸在体内的代谢 生物合成蛋白质 分解代谢 转化为糖或脂肪

30.2 氨基酸分解代谢 α-氨基酸不仅是蛋白质的组成单位，还是能量代谢的物质，也是体内许多重要含氮化合物的前体

氨基酸分解代谢 血红素、生物活性胺、谷胱甘肽、核苷酸等

氨基酸分解代谢 氨基酸的降解： ① 脱氨基 ② 氨基形成尿素 ③ 碳骨架转化降解

30.2.1 氨基酸的脱氨基作用 30.2.1.1 氨基转移反应   氨基转移酶 氨基酸 +α酮戊二酸 酮酸 + 谷氨酸

转氨酶（transaminase）,也称氨基转移酶 (aminotransforase) 氨基酸的脱氨基作用 转氨酶（transaminase）,也称氨基转移酶 (aminotransforase) 大多数氨基转移酶需要酮戊二酸作为氨基的受体，对另外一个底物则无严格的专一性。 辅酶：磷酸吡哆醛

氨基酸的脱氨基作用 转氨酶 与肝炎

氨基酸的脱氨基作用

30.2.1.2 葡萄糖-丙氨酸循环，氨运入肝脏 有一组肌肉氨基酸转氨酶，以丙酮酸为α酮酸底物。 30.2.1.2 葡萄糖-丙氨酸循环，氨运入肝脏   有一组肌肉氨基酸转氨酶，以丙酮酸为α酮酸底物。 氨基酸转氨 → 氨基 → （转氨酶） → 丙氨酸 → （血液→ 肝脏）→丙酮酸→（ 糖异生）→ 葡萄糖 →丙酮酸 葡萄糖-丙氨酸循环起着将氨运入肝脏的作用。

30.2.2 氧化脱氨基作用： 谷氨酸脱氢酶  

30.2.3 其他的脱氨基作用 L-氨基酸氧化酶和 D-氨基酸氧化酶 氨基酸 + FAD + H2O →   L-氨基酸氧化酶和 D-氨基酸氧化酶 氨基酸 + FAD + H2O → α-酮酸 + NH3 + FADH2 FADH2 +O2 → FAD +H2O2

30.2.4 联合脱氨基作用  *以谷氨酸脱氢酶为主的 联合脱氨基作用  

嘌呤 核苷酸 的 联合 脱氨基作用

30.2.5 氨基酸的脱羧基作用   机体内部分氨基酸可脱羧基生成一级胺 脱羧酶催化 磷酸吡哆醛为辅酶

氨基酸的脱羧基作用

氨基酸的脱羧基作用 脱羧后的产物 氨基酸 一级胺 作用   L-谷氨酸 γ-氨基丁酸 神经递质 组氨酸 组胺 降低血压 酪氨酸 酪胺 升高血压

30.2.6 氨的命运 氨对生物体是有毒的物质，尤其 是高等动物的脑对氨极为敏感，血液 30.2.6 氨的命运   氨对生物体是有毒的物质，尤其 是高等动物的脑对氨极为敏感，血液 中1%的氨就可引起中枢神经系统中毒。因此，排氨是生物维持正常生命活动 所必需的。

氨的命运 生物排氨 鸟和陆生的爬虫类 将氨以尿酸的形式排出： 有些 微生物 游离氨用于合成，多余的排到周围环境中。 氨的命运 生物排氨 有些 微生物 游离氨用于合成，多余的排到周围环境中。 某些水生动物以氨的形式将氨排出体外： 为排氨动物 绝大多数陆生动物将脱下的氨转变为尿素： 排尿素动物 鸟和陆生的爬虫类 将氨以尿酸的形式排出： 排尿酸动物

30.2.6.1 氨的转运 谷氨酰胺合成酶 NH4++谷氨酸 +ATP ------------------→ 30.2.6.1 氨的转运   谷氨酰胺合成酶 NH4++谷氨酸 +ATP ------------------→ 谷氨酰胺 +ADP +Pi +H+ 谷氨酰胺中性无毒，易通过细胞膜。 谷氨酰胺由血液到肝脏： 谷氨酰胺酶 谷氨酰胺 + H2O 谷氨酸+NH4+

30.2.6.2 氨的排泄   排氨动物 排尿素动物 尿素循环

30.3 尿素的形成 30.3.1 尿素循环的发现 尿素循环是最早发现的代谢循环。 Sir Hans Adolf Krebs 30.3.1 尿素循环的发现   尿素循环是最早发现的代谢循环。 Sir Hans Adolf Krebs The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953

尿素循环的发现 1932年Krebs 和他的学生观察到，向悬浮有肝脏切片的缓冲液中加入鸟氨酸或瓜氨酸或精氨酸时，都可显著加快尿素的合成，而其他任何氨基酸或含氮化合物都不能起到上述作用。

尿素循环的发现 较早人们就知道：   精氨酸酶 精氨酸+ H2O 鸟氨酸+尿素

? 尿素循环的发现 -各化合物的结构关系

30.3.2 尿素循环  

尿素循环 氨甲酰磷酸合成酶I  

尿 素 的 合 成

30.4 氨基酸碳骨架的氧化途径 氨基酸的氧化途径各异，但他们都集中形成5种产物而进入柠檬酸循环，最后氧化为水和CO2。 乙酰-CoA 30.4 氨基酸碳骨架的氧化途径 氨基酸的氧化途径各异，但他们都集中形成5种产物而进入柠檬酸循环，最后氧化为水和CO2。 乙酰-CoA 草酰乙酸 α--酮戊二酸 琥珀酰—CoA 延胡索酸

氨基酸碳骨架的氧化途径 形成乙酰-CoA： 丙氨酸、苏氨酸、丝氨酸、 半胱氨 酸、甘氨酸、苯丙氨酸 酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸、色氨酸.

氨基酸碳骨架的氧化途径 形成α--酮戊二酸： 谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、 组氨酸、精氨酸.

氨基酸碳骨架的氧化途径 形成琥珀酰—CoA： 异亮氨酸、甲硫氨酸、 缬氨酸

氨基酸碳骨架的氧化途径 形成延胡索酸： 苯丙氨酸、酪氨酸 形成草酰乙酸： 天冬氨酸、天冬酰胺

30.4.1 形成乙酰—CoA的途径 30.4.1.1 经丙酮酸到乙酰CoA的途径

氨基酸碳骨架的氧化途径 丙氨酸 L-丙氨酸+α--酮戊二酸 ←→ 丙酮酸+ 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 + N5,N10—甲烯及四氢叶酸 ←→   甘氨酸 甘氨酸 + N5,N10—甲烯及四氢叶酸 ←→ L-丝氨酸 + 四氢叶酸 此也是丝氨酸合成的途径。

氨基酸碳骨架的氧化途径 H3N+-CH2-COO- + NAD+ ←→ 甘氨酸的重要作用之一是一碳单位的供体   H3N+-CH2-COO- + NAD+ ←→ N5,N10—甲烯THF+ CO2 +NH4+ +NADH +H+

氨基酸碳骨架的氧化途径 丝氨酸（丝氨酸脱水酶催化） HO-CH2-CHNH3+-COO- ←→ CH3-CO-COO-   HO-CH2-CHNH3+-COO- ←→ CH3-CO-COO- 苏氨酸 （苏氨酸醛缩酶催化） CH3 –CHOH- CHNH3+ -COO- ←→ H3N+-CH2-COO- + CH3-CHO ↓ 乙酰—CoA

氨基酸碳骨架的氧化途径 半胱氨酸 → 半胱氨酸硫酸 → 亚磺酰丙酮酸 → 丙酮酸 图30-15

氨基酸碳骨架的氧化途径 30.4.1.2 经乙酰乙酰—CoA 到乙酰—CoA 的途径 有苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸及色氨酸。   有苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸及色氨酸。 30-17、18、19、20．

氨基酸碳骨架的氧化途径 30.4.2 α-酮戊二酸途径 经α-酮戊二酸进入柠檬酸的氨基酸有 谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、组氨酸和精氨酸。 图30-23、24、25、26。

氨基酸碳骨架的氧化途径 30.4.3 形成琥珀酰—CoA的途径 甲硫氨酸、异亮氨酸、缬氨酸.30-27、28、29、30

氨基酸碳骨架的氧化途径 试计算： 一分子谷氨酸完全氧化降解可生成多少ATP ?

氨基酸碳骨架的氧化途径 30.4.4 形成延胡索酸的途径 苯丙氨酸和酪氨酸 图30-17、18

氨基酸碳骨架的氧化途径 30.4.5 形成草酰乙酸的途径 天冬酰胺和天冬氨酸 图30-31  

30.5 生糖氨基酸和生酮氨基酸 生酮氨基酸： 苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸和色氨酸，在分解过程中转变为乙酰乙酰—CoA，而乙酰乙酰—CoA在动物的肝脏中可转变为酮体，因此这5种氨基酸称为生酮氨基酸。 生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸都能生成葡萄糖和糖原，称为生糖氨基酸。

生糖氨基酸和生酮氨基酸 生酮生糖氨基酸：苯丙氨酸和酪氨酸即可生成酮体又可生成糖，因此称为生酮生糖氨基酸

30.6 由氨基酸衍生的其他重要物质 30.6.1 氨基酸与一碳单位

由氨基酸衍生的其他重要物质 一碳单位：生物化学中将具有一个碳原子的集团称为“一碳单位”或“一碳基团” 生物体内的一碳单位： 亚胺甲基： -CHNH 甲酰基：HCO- 羟甲基：-CH2OH 亚甲基（甲叉基，甲烯基）：-CH2- 次甲基（甲川基）：-CH = 甲基：-CH3

由氨基酸衍生的其他重要物质 可提供一碳单位的氨基酸有 甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸和组氨酸等 一碳单位不仅与氨基酸代谢密切相关还参与嘌呤和嘧啶的生物合成及其它生物体中化合物的合成。 一碳单位的转移靠四氢叶酸来携带。 图30-32 一碳单位的转移图30-33

由氨基酸衍生的其他重要物质 30.6.2 氨基酸与生物活性物质 生物活性分子 少量就能发挥作用的生物分子称为生物活性分子。

氨基酸与生物活性物质 氨基酸 转变产物 生物作用 甘氨酸 嘌呤碱 肌酸 卟啉 核酸及核苷酸次分 组织中储能物质 血红蛋白及细胞色素等辅基 丝氨酸 乙醇胺及胆碱 乙酰胆碱 磷脂成分 神经递质 半胱氨酸 牛磺酸 结合胆汁酸成分 天冬氨酸 嘧啶碱 核酸及核苷酸成分 谷氨酸 γ-氨基丁酸 抑制性神经递质 组氨酸 组胺

氨基酸与生物活性物质 酪氨酸 儿茶酚胺类 甲状腺激素 黑色素 神经递质 激素 皮、发形成黑色 色氨酸 5-羟色胺 黑素紧张素 烟酸 神经递质促进平滑肌收缩 松果体激素 维生素PP 鸟氨酸 腐胺亚精胺 促细胞增殖 天冬氨酸   兴奋性神经递质 谷氨酸

30.7 氨基酸代谢缺陷症 氨基酸代谢中缺乏某一种酶，都可能引起疾病，这种疾病称为代谢缺陷症. 由于某种酶的缺乏，致使该酶的作用底物在血中或尿中大量出现.如尿黑酸症。 见表30-3

作业 一.名词解释 二.回答问题 生酮氨基酸，生糖氨基酸，联合脱氨基作用 1.什么是一碳单位 2.一分子谷氨酸完全氧化降解可生成多少ATP ? 3.什么是尿素循环？ 4.试述谷氨酰胺合成酶的作用 5.列出几种由氨基酸衍生的生物活性物质 6.试述氨基酸氧化降解的主要过程

第 30 章 完