第八章 蛋白质代谢精要

1、第八章 氨基酸代谢 第一节 蛋白质的酶促降解 v成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降 解。 v人体内蛋白质处于不断降解与合成的动 态平衡中。 蛋白质的最低生理需要量 在糖和脂肪等物质充分供应的条件下， 为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白 质的量，称为蛋白质的最低生理需要量。 成人每日最低蛋白质需要量为3050g 我国营养学会推荐成人每日蛋白质需 要量为80g。 （一）真核细胞中存在两条不同的降 解途径： 1. 不依赖ATP的降解途径： 在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白 质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。 一、体内蛋白质的降解 2. 依赖ATP和泛素的降解途 径： 在胞液中进行，主要降解 异常

2、蛋白质和短寿命的蛋 白质。需ATP和泛素参与 泛素(ubiquitin)是一种小分 子蛋白质，普遍存在于真 核细胞中。 （二）蛋白质水解酶 （1）内肽酶（蛋白酶，肽链内切酶） 形成各种短肽 （2）端肽酶（肽酶） 羧肽酶 氨肽酶 二肽酶 （三）蛋白质酶促降解 需内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用 蛋白质多肽AA合成新蛋白质 二、氨基酸代谢库 v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(metabolic pool)。 氨基酸 代谢库 食物蛋白质 消化吸收 组织 蛋白质 分解 体内合成氨基

3、酸 (非必需氨基酸) 氨基酸代谢概况 -酮酸 脱氨基作用 酮 体 氧化供能 糖 胺 类 脱羧基作用 氨 尿素 代谢转变 其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等) 合成 特殊分解代谢 特殊侧链的分解代谢 一般分解代谢 CO2 胺 脱羧基作用 脱氨基作用 NH3 -酮酸 氨基酸的分解代谢概况 第二节 氨基酸的分解与转化 一、脱氨基作用 v氨基酸主要通过五种方式脱氨基 v氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用 氧化脱氨基 非氧化脱氨基 脱酰胺作用 转氨基作用 联合脱氨基 氧化脱氨基作用 定义：定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮 酸，同时消耗氧并产生氨的过程。 |氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解 两步，脱氢反

4、应需酶催化，而水解反应 则不需酶的催化。 R-CH-COOH NH2 2H R-C-COOH + NH3 O H2O R-C-COOH NH 酶酶 |AA氧化酶的种类 L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛， 最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。 D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体 内D-AA不多。 L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、 微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。 +NAD(P)H+NH3CH2 - COOH CHNH2 - CH2 COOH - +NAD(P)+H2O 谷氨酸谷氨酸 脱氢酶脱氢酶 ATP GTP NADHAT

5、P GTP NADH变构抑制变构抑制 ADP GDPADP GDP变构激活变构激活 CH2 - COOH C=O - CH2 COOH - 谷氨酸谷氨酸 脱氢酶：脱氢酶： 体内（正） 体外（反） 还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、 脱硫氢基脱氨基等。 （在微生物中个别AA进行,但不普遍） L-丝氨酸 CH2 COO- C-NH3+ =- CH3 COO- C=NH2+ - COOH CH2OH NH2-C-H - COOH CH3 C=O - 丝氨酸脱水酶丝氨酸脱水酶 +NH3 丙酮酸 -H2O +H2O -氨基丙烯酸亚氨基丙酸 非氧化脱氨 例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA) CH2

6、- CONH2 CH2 - CHNH3+ COO- - +H2O CH2 - COO- CH2 - CHNH3+ COO- - +NH3 谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶 CH2 - CONH2 CHNH3+ COO- - +H2O 天冬酰胺酶天冬酰胺酶 CH2 - COO- CHNH3+ COO- - +NH3 上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物 中，有相当高的专一性。 氨基酸的脱酰胺作用 |指-AA和酮酸之间氨基的转移作用， -AA的- 氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上， 结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则 形成相应的氨基酸。 R-CH-COOH R”-C-COOH NH2 O

7、 R-C-COOH R”-CH-COOH O NH2 转氨酶转氨酶 （四）转氨基作用 |转氨基作用(transamination)可以在各 种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。除Lys， Pro外，均可参加转氨基作用。 |各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡 哆醛(胺)为辅酶。 （五） 联合脱氨基（动物组织主要采取的方式） 转氨酶转氨酶 氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 NH3 + NADH + H+ H2O + NAD+ -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 由于转氨基作用不能最后脱掉氨基，氧化 脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基作 用与氧化脱氨基作用联合在一起才能

8、迅速脱 氨，这种作用就称为联合脱氨作用。 二、脱羧基作用 脱羧基作用(decarboxylation) 氨基酸脱羧酶 氨基酸胺类 RCH2NH2+ CO2 磷酸吡哆醛 C COOH NH 2 H R 由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸 吡哆醛，产物为CO2和胺。所产生的胺可由胺氧化 酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为 CO2和水。 |主要讲酪氨酸（Tyr）代谢与黑色素形成问题 Tyr酶酶 聚合 黑色素黑色素 动物 植物 激素 生物碱 多巴 多巴醌 三、氨基酸的羟化作用 多巴胺 Tyr酶酶 多巴 多巴醌 l帕金森病(Parkinson disease)患者多 巴

9、胺生成减少。 l在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸 酶等催化合成黑色素。 l人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍， 皮 肤 、 毛 发 等 发 白 ， 称 为 白 化 病 (albinism)。 四、氨基酸分解产物的代谢 排氨生物：NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部 位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类） 以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排 出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆 生爬虫及鸟类） 以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为 尿素而排出。（哺乳动物） 重新利用合成AA： 合成酰胺（高等植物中） 嘧啶环的合成（核酸代谢） （一）氨的去路 （二）尿素的生成 v体内氨的主要代

10、谢去路是用于合成无毒的尿素 (urea)。 v合成尿素的主要器官是肝，但在肾及脑中也可 少量合成。 v尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithine cycle) 的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在 于胞液和线粒体中。 （1）氨基甲酰磷酸的合成 v此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶 （carbamoyl phosphate synthetase - , CPS-）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA） 作为变构激活剂，反应不可逆。 1.尿素生成的鸟氨酸循环 NH3 + CO2 H2O+ 2ATP2ADP + Pi 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 AGA，Mg2+ NH2 O

11、PO32- CO 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 = v在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶 （ornithine carbamoyl trans-ferase, OCT）催化， 将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨 酸。 (2) 瓜氨酸的合成 NH2 O PO32- CO (CH2)3 NH2 H2N-CH COOH CO (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 + H3PO4+ 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸 鸟氨酸氨基鸟氨酸氨基 甲酰转移酶甲酰转移酶 = v 转运至胞液的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶 (argininosuccinate synthetas

12、e)催化下，消耗能量 合成精氨酸代琥珀酸。 (3) 精氨酸代琥珀酸的合成 CO (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 精氨酸代琥珀精氨酸代琥珀 酸合成酶酸合成酶 ATPAMP + PPi + H2O CH2 - CH COOH COOH H2N CH2 - CH COOH COOH CN (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 + 瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸 限速 酶 v在胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶(arginino- succinate lyase)催化，将精氨酸代琥珀酸裂 解生成精氨酸和延胡索酸。 （4）精氨酸代琥珀酸的裂解 精氨

13、酸代琥精氨酸代琥 珀酸裂解酶珀酸裂解酶 CH2 - CH COOH COOH CN (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸 CH CH COOH COOH + CNH (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸 v在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解生成尿 素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再 转运入线粒体继续进行循环反应。 （5）精氨酸的水解 (CH2)3 NH2 H2N-CH COOH CNH (CH2)3 NH H2N-CH COOH NH2 精氨酸精氨酸 - NH2H2N - O C+ 鸟

14、氨酸鸟氨酸尿素尿素 精氨酸酶精氨酸酶 H2O 鸟鸟 氨氨 酸酸 循循 环环 2ADP+Pi CO2 + NH3 + H2O 氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 2ATP N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 Pi 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 ATP AMP + PPi 鸟氨酸鸟氨酸 尿素尿素 线粒体线粒体 胞胞 液液 1合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进 行； 2合成一分子尿素需消耗4分子ATP； 3精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的

15、限 速酶； 4尿素分子中的两个氮原子，一个来源于 NH3，一个来源于天冬氨酸。 尿素合成的特点 （三）AA碳骨架的去路（AA脱氨基的意义） vAA分解产生5种产物进入TCA循环，进行 彻底的氧化分解。 五种产物为：乙酰CoA、 -酮戊二酸、琥 珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸 v再合成AA 转变成糖和脂肪 生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰 乙酸和-酮戊二酸的AA。 （Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val） 凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的AA均 能通过乙酰CoA转变成脂肪。 转变成酮体 生酮AA：凡能生成乙酰乙酸

16、、-丁酸的AA （Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中） v氨同化 v氨基酸的合成 第三节 氨的同化及氨基酸的生物合成 一、氨的同化 定义：生物体将无机态的氨转化为含氮有机 化合物的过程（N素亦称生命元素） v生物体N的来源 食物来源的N（食物中的蛋白质和氨基 酸）：人和动物的N源 生物固N（某些微生物和藻类通过体内 固氮酶系的作用将分子氮转变成氨的过 程，1862年发现） 生物固N机制的研究历史： 1862-1962：完整的细胞水平（分离固氮 微生物） 1960-1966：无细胞水平（发现固N需要 铁氧还蛋白等 作电子传递体，需要ATP等） 1966-目前：分子水平（固N 酶

17、纯化，组 分I为钼铁蛋白；组分II为铁蛋白，1992年 测定其空间结构） 氨同化的途径 谷AA的形成途径 氨甲酰磷酸形成途径 硝酸还原酶硝酸还原酶 NO2- 亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶 NH3 AA Pr 其它含其它含N化合物化合物 3. 硝酸还原生成（植物体中的N源） NO3- 1.谷AA脱氢酶（细菌） NH3 谷谷AA 其它其它AA CH2 - COOH CH2 - C=O COOH - CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - +NH3 +NADH+NAD+ +H2O -酮戊二酸 （TCA循环产生的） 此反应要求有较高浓度的此反应要求有较高浓度的NHNH3 3， ， 足以

18、使光合磷酸化解偶联，所以足以使光合磷酸化解偶联，所以 它不可能是无机氨转为有机氮的它不可能是无机氨转为有机氮的 主要途径主要途径 谷AA合成途径 CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - CH2 - CONH2 CH2 - CHNH2 COOH - +NH3 +ATP+ADP +Pi+H2O 谷氨酰胺(贮存了氨）可做为NH3的供 体将其转移 2.谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径） CH2 - CONH2 CH2 - CHNH2 COOH - CH2 - COOH CH2 - C=O COOH - +2H CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - 2 谷AA

19、合酶 + 氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物） 原料：NH3 CO2 ATP 1 氨甲酰激酶 NH3 + CO2 + ATP Mg2+ O H2N- C -OPO3H2 + ADP = 2 氨甲酰磷酸合成酶 NH3 + CO2 + 2ATP Mg2+ O H2N-C-OPO3H2 + 2ADP+Pi 在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺 的酰胺基，不是由氨来的。 利用体内代谢的氨 v主要通过转氨基作用 AA-R1 -酮酸酮酸R1 转氨酶 AA-R2 -酮酸酮酸R2 v许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主 要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换站”， 先转变成Glu再合成其它AA。 二、氨基酸的

20、合成 有C架（ -酮酸） 有AA提供氨基 (最主要为谷AA，领头AA) 氨基酸的合成 1.一碳基团的定义 生物化学中将具一个碳原子的基团称为一碳 单位或一碳基团。 2.种类 甲基 (methyl)-CH3 亚甲基 (methylene)-CH2- 次甲基 (methenyl)-CH= 甲酰基 (formyl)-CHO 亚氨甲基 (formimino)-CH=NH 3.四氢叶酸是一碳单位的载体 FH4的生成的生成 FFH2FH4 FH2还原酶FH2还原酶 NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+ 4. FH4携带一碳单位的形式 （一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上） N

21、5CH3FH4 N5、N10CH2FH4 N5、N10=CHFH4 N10CHOFH4 N5CH=NHFH4 5.一碳单位的生理功能 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 包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu) 共同碳架：EMP中的丙酮酸 COOH CH3 C=O - CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - - COOH CH3 CHNH2 - - CH2 - COOH CH2 - C=O COOH - - 谷丙转氨酶 + + 丙酮酸 谷AA 丙AA -酮戊二酸 丙氨酸族氨基酸的合成 (GPT) 2丙酮酸-酮异戊酸 缩合 CO2 转氨基 缬氨酸

22、-酮异己酸 亮氨酸 转氨基 - CH3 C=O COO- - CH2 - CH3 CH3-CH - C=O COOH - - CH3-CH -酮异戊酸 丙氨酸族其它氨基酸的合成 包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys) 甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸 CH2 - COOH CH2 - CHNH2 COOH - COOH CHO - + COOH CH2NH2 - CH2 - COOH CH2 - C=O COOH - - + -酮戊二酸 甘AA 谷AA 乙醛酸 丝氨酸族氨基酸的合成 COOH CH2NH2 - COOH CH2OH CHNH2 - +NH3+CO2 +2H+ +

23、 2e-2 H2O 丝AA 甘AA 丝AA+乙酰-CoA O-乙酰丝AA+CoA O-乙酰丝AA+硫化物 半胱氨酸+乙酸 三种氨基酸的关系 乙醛酸甘AA丝AA半胱AA 3-磷酸甘油酸 转乙酰基酶 提供硫氢基团 半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中） 包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、 苏(Thr)、甲硫(Met)、异亮(Ile) 共同碳架：TCA中的草酰乙酸 CH2 - COO- C=O COO- - CH2 - COO- CH2 - CHNH2 COO- - CH2 - COO- CHNH2 COO- - CH2 - COO- CH2 - C=O COO- - + +

24、 转氨 天冬AA 天冬氨酸族氨基酸的合成 （植，细) 动物 天冬酰胺合酶 Mg2+ Asp+NH3 + ATPAsn+H2O + AMP+PPi Mg2+ Asp+Gln+ATP Asn+Glu+AMP+PPi CH2 - COOH CHNH2 COOH - ATPADP 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 CH2 - C-O-P=O CHNH2 COOH -O= OH OH NADPH+H+NADP+ 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸 CH2 - CHO CHNH2 COOH - -天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛 L-高丝氨酸高丝氨酸 甲硫氨酸 苏氨酸 异亮氨酸（4个C来自Asp,2个C来自丙酮酸） ,-二氨基庚二酸二氨基庚二酸 赖氨酸 CO2 天