第十章氨基酸代谢

1、第十章 蛋白质的分解代谢四川农业大学生物化学精品课程组 四川农业大学精品课程系列蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢第一节第一节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解第二节第二节 氨基酸的分解与转化氨基酸的分解与转化第三节第三节 氨的同化及氨基酸的生物合成氨的同化及氨基酸的生物合成 本章着重讨论蛋白质在机体内的降解，以及氨基酸的分解和合成的代谢途径。蛋白质的需要量蛋白质的需要量我国营养学会推荐的我国营养学会推荐的 成人每日需要量成人每日需要量: 80g/d成人每日最低需要量成人每日最低需要量: 3050g/d蛋白质的营养价值必需氨基酸：必需氨基酸：凡是机体不能自己合成，必需来自

2、外界食物中摄取食物中摄取 的氨基酸，称为必需氨基酸。有：有： Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp 、(His Arg半必需氨基酸半必需氨基酸) 非必需氨基酸：非必需氨基酸：体内可合成的氨基酸体内可合成的氨基酸蛋白质的营养价值取决于其含蛋白质的营养价值取决于其含必需氨基酸种类及比例必需氨基酸种类及比例的多少的多少蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解一、水解蛋白质的酶的种类和专一性一、水解蛋白质的酶的种类和专一性 蛋白酶蛋白酶 (Proteinase) 肽酶肽酶 （Peptidase） 如：食物中蛋白质的消化吸收如：食物中蛋白质的消化吸收二、细胞内蛋白质降解二、细胞内蛋白质

3、降解 胞内蛋白质降解的意义胞内蛋白质降解的意义 胞内蛋白质降解系统：溶酶系统和泛素系统胞内蛋白质降解系统：溶酶系统和泛素系统 肽链内切酶（蛋白酶）：水解肽链内部的肽键。如肽链内切酶（蛋白酶）：水解肽链内部的肽键。如胃蛋白酶、胃蛋白酶、 胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶 肽链外切酶（肽酶）：肽链外切酶（肽酶）： 分别从多肽链游离的羧基端或游离的分别从多肽链游离的羧基端或游离的 氨基端逐一地将肽链水解成氨基酸。氨基端逐一地将肽链水解成氨基酸。 羧肽酶和氨肽酶羧肽酶和氨肽酶据水解肽键部位的不同分为两类：据水解肽键部位的不同分为两类：（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Ly

4、s）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（Phe. Trp）消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性1. 丝氨酸蛋白酶类丝氨酸蛋白酶类2. 硫醇蛋白酶类硫醇蛋白酶类3. 天冬氨酸蛋白酶类天冬氨酸蛋白酶类4. 金属蛋白酶类金属蛋白酶类据蛋白酶活性部位的的结构特征分为：据蛋白酶活性部位的的结构特征分为：蛋白酶的种类和专一性编编 号号 名名 称称 作用特征作用特征 实实 例例 EC 3.4.2.1 EC 3.4.2.2丝氨酸蛋白酶类丝氨酸蛋白酶类(serine pritelnase)(seri

5、ne pritelnase)活性中心含活性中心含SerSerEC 3.4.2.3EC 3.4.2.4硫醇蛋白酶类硫醇蛋白酶类(Thiol pritelnase)(Thiol pritelnase)活性中心含活性中心含CysCys天冬氨酸蛋白酶类天冬氨酸蛋白酶类carboxyl(asid) carboxyl(asid) pritelnasepritelnase活性中心含活性中心含Asp,Asp,最适最适pHpH在在5 5以下以下金属蛋白酶类金属蛋白酶类(metallopritelnase)(metallopritelnase)活性中心含有活性中心含有ZnZn2+ 2+ 、 MgMg2+2+等等金

6、属金属胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶凝血酶凝血酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶无花果蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶菠萝酶胃蛋白酶胃蛋白酶凝乳酶凝乳酶枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶肽酶的种类和专一性编号编号 名名 称称 作作 用用 特特 征征3、4、113、4、13 - -氨酰肽水解酶氨酰肽水解酶( ( -aminoacyl -aminoacyl peptide hydrolase)peptide hydrolase)作用于多肽链的作用于多肽链的N-N-末端末端 - -羧肽水解酶羧肽水解酶( ( -carboxyl -carboxyl peptide hydrolasepepti

7、de hydrolase作用于多肽链的作用于多肽链的C-C-末端末端3、4、14二羧肽水解酶二羧肽水解酶(depeptide (depeptide hydrolase)hydrolase)水解二肽水解二肽食物中蛋白质的消化吸收食物中蛋白质的消化吸收细胞质内蛋白质降解系统溶酶系统（酸性）：水解长寿命蛋白质和外来蛋白质泛素系统（碱性）：水解短寿命蛋白质和反常蛋白质 蛋白质降解的泛素途径蛋白质降解的泛素途径蛋白质降解的泛素途径蛋白质降解的泛素途径（ubiquitin）氨基酸的分解与转化氨基酸的分解与转化一、氨基酸代谢概况三、氨基酸的脱羧基作用四、氨基酸分解产物的转化二、氨基酸的脱氨基作用氨基酸代谢概

8、况氨基酸代谢概况食物蛋白质食物蛋白质氨基酸氨基酸特殊途径特殊途径 -酮酸酮酸糖及其代谢糖及其代谢中间产物中间产物脂肪及其代脂肪及其代谢中间产物谢中间产物TCA鸟氨酸鸟氨酸循环循环NH4+NH3CO2H2O体蛋白体蛋白尿素尿素尿酸尿酸激素激素卟啉卟啉尼克酰氨尼克酰氨衍生物衍生物肌酸胺肌酸胺嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤SO4 2 -生物固氮生物固氮硝酸还原硝酸还原（次生物质代谢）（次生物质代谢）CO2胺胺食物蛋白食物蛋白消化吸收消化吸收体内合成体内合成（非必需氨非必需氨基酸基酸 ）蛋白质（蛋白质（主主）合成合成酮体酮体氧化供能氧化供能糖糖脱羧脱羧胺类胺类转变转变其它含氮化合物其它含氮化合物经肾排出经肾排出 (

9、1g/d)氨氨基基酸酸代代谢谢库库分解分解脱氨脱氨 -酮酸酮酸（生成尿素生成尿素）组织蛋白质组织蛋白质分解分解氨基酸的代谢氨基酸的脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用1、氧化脱氨基作用2、转氨基作用3、联合脱氨基作用氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用 氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：种类型： -氨基酸氨基酸 氨基酸氧化酶（氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO-+NH3 O |H2O+O2H2O2 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱

10、氢酶谷氨酸谷氨酸+ H2O -酮戊二酮戊二 酸酸+ NH3NAD（P）+NAD（P）HL-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶 （活性低，分布于肝及肾脏）（活性低，分布于肝及肾脏） 最适最适pH10 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 活性强，分布于肝、肾及脑组织活性强，分布于肝、肾及脑组织 辅酶为辅酶为NAD+或或NADP+ 专一性强，只作用于谷氨酸，催专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反应化的反应 可逆可逆氨基酸氧化脱氨的主要酶氨基酸氧化脱氨的主要酶转转 氨氨 基基 作作 用用 -氨基酸氨基酸1 R1-CH-COO- NH+3 |-酮酸酮酸1 R1-C-COO- O| R2-C-COO- O|-酮酸酮酸2 R

11、2-CH-COO- NH+3 |-氨基酸氨基酸2转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛） 在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下， -氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果酮酸的酮基碳原子上，结果原来的原来的-氨基酸生成相应的氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的酮酸则形成了相应的-氨基酸，氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。特点：特点：生理意义：生理意义：接受氨基的主要酮酸有：接受氨基的主要酮酸有：* * 只有氨基的转移，没有氨的生成只有氨基的转移，没有氨的生成 * * 催化的反应可逆催化的反应可逆* * 其辅

12、酶都是磷酸吡哆醛其辅酶都是磷酸吡哆醛 是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。 丙酮酸丙酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 草酰乙酸草酰乙酸转氨基作用特点及意义转氨基作用特点及意义谷丙转氨酶谷丙转氨酶（GPT）临床意义：急性肝炎患者血清临床意义：急性肝炎患者血清GPT升高升高 谷草转氨酶谷草转氨酶(GOT)临床意义：心肌梗患者血清临床意义：心肌梗患者血清GOT升高升高GPT谷氨酸谷氨酸 + 丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 + 丙氨酸丙氨酸GOT谷氨酸谷氨酸 + 草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸 +天冬氨

13、酸天冬氨酸重要的转氨酶谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶谷草转氨酶(GOT)联合脱氨基作用联合脱氨基作用（1 1）概念）概念（2 2）类型）类型a a、转氨酶与转氨酶与L-L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联谷氨酸脱氢酶作用相偶联b b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联转氨基作用和转氨基作用和氧化脱氨基作氧化脱氨基作用联合进行的用联合进行的脱氨基作用方脱氨基作用方式。式。转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H20+NAD+NH3+NADH-酮酸酮酸-氨基酸氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸L-L-谷氨酸谷氨酸转氨基作用与嘌呤核苷酸循环

14、相偶联-氨基酸氨基酸-酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸珀酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸腺苷酸腺苷酸次黄嘌呤核次黄嘌呤核苷酸苷酸1 1、概念、概念3 3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢） 氨基酸在脱羧酶的氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。酶为磷酸吡哆醛。直接脱羧直接脱羧 胺胺羟化脱羧羟化脱羧 羟胺羟胺 2 2、类型、类型: : 氨基酸在氨基酸脱羧酶氨基酸在氨基酸脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆（辅酶

15、为磷酸吡哆 醛）醛）作用下脱羧基生成相应的胺。作用下脱羧基生成相应的胺。+H2OCO2H2OR-CH2-NH2氨基酸的脱羧基作用OCR-PHRCHHNCH R-PRCCOOHHNH2OCR-PHRCCOOHHNCH R-P几种生物胺的生成2. 2. 组氨酸的脱羧基生成组胺组氨酸的脱羧基生成组胺1 1、谷氨酸脱羧生成、谷氨酸脱羧生成 - -氨基丁酸（氨基丁酸（GABAGABA）3 3、色氨酸脱羧基生成、色氨酸脱羧基生成5-5-羟色胺（羟色胺（5-HT5-HT）4. 4. 酪氨酸脱羧生成儿茶酚胺酪氨酸脱羧生成儿茶酚胺氨的代谢转变氨的代谢转变（1 1）重新生成氨基酸重新生成氨基酸（2 2）谷氨酰胺和

16、天冬酰氨的生成谷氨酰胺和天冬酰氨的生成（3 3）尿素的生成尿素的生成 尿素循环尿素循环（4 4）合成其他含合成其他含N N物质物质谷氨酸的重新生成H2ONH3谷氨酰胺的生成和利用谷氨酰胺的生成和利用尿尿 素素 的的 生生 成成1、概念2、总反应和过程在排尿动物体内由NH3合成 尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环。鸟鸟氨氨酸酸循循环环氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP

17、+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基质基质线线粒粒体体胞液胞液尿素尿素1)1)主要器官：主要器官：肝脏肝脏（肝细胞线粒体和胞浆）（肝细胞线粒体和胞浆） COCO2 2 2NH2NH3 3（其中（其中1 1分子来自于天冬氨酸）分子来自于天冬氨酸） 3 3个个ATPATP的的4 4个高能磷酸键个高能磷酸键4)4)生理意义：是体内氨的主要去路，解氨毒的生理意义：是体内氨的主要去路，解氨毒的 重要途径。重要途径。3)总反应方程式：总反应方程式：尿素尿素 + 2ADP + AMP + 2Pi +PPi2)2)原料：合成原料：合成1 1分子尿素需：分子尿素需：2NH3 + CO2

18、 + 3ATP + H2O尿素合成小结氨基酸碳骨架的代谢途径氨基酸碳骨架的代谢途径（1 1）再氨基化生成氨基酸再氨基化生成氨基酸（2 2）转变成糖或脂肪转变成糖或脂肪生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸和生酮氨基酸（3 3）氧化成氧化成COCO2 2和和H H2 2O O作业：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成作业：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成CO2、 H2O的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的ATP数。数。谷氨酸的重新生成H2ONH3 酮酸的代谢 氨基酸脱去氨基后生成氨基酸脱去氨基后生成-酮酸即氨基酸的酮酸即氨基酸的碳骨架碳骨架，当，当体内不需要

19、将体内不需要将-酮酸再合成氨基酸，并且体内的能量供给充酮酸再合成氨基酸，并且体内的能量供给充足时，足时，-酮酸可以转化成糖和脂肪而贮存起来。酮酸可以转化成糖和脂肪而贮存起来。 根据氨基酸碳骨架的代谢合成，可将氨基酸分为生糖氨基根据氨基酸碳骨架的代谢合成，可将氨基酸分为生糖氨基酸和生酮氨基酸。氨基酸降解的碳骨架经酸和生酮氨基酸。氨基酸降解的碳骨架经TCLTCL可以进入糖异生可以进入糖异生途径生成葡萄糖，这样的氨基酸称为途径生成葡萄糖，这样的氨基酸称为生糖氨基酸生糖氨基酸。而那些形成。而那些形成乙酰乙酰CoACoA的氨基酸可以成为脂肪酸和酮体的前体，因此这类氨的氨基酸可以成为脂肪酸和酮体的前体，因

20、此这类氨基酸称为基酸称为生酮氨基酸生酮氨基酸。还有些氨基酸降解时既可生成。还有些氨基酸降解时既可生成TCLTCL中间中间代谢物，又可生成乙酰代谢物，又可生成乙酰CoACoA，这样的氨基酸称为，这样的氨基酸称为既生糖又生酮既生糖又生酮氨基酸氨基酸（异亮、苯丙、色和酪）（异亮、苯丙、色和酪）。氨基酸的三种类型氨基酸的三种类型氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯磷酸烯醇式酸醇式酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨丙酮酸丙酮酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸

21、赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸苏氨酸苏氨酸葡萄糖葡萄糖柠檬酸柠檬酸氨基酸碳骨架进入三羧酸循环氨的同化及氨基酸的生物合成氨的同化及氨基酸的生物合成一、一、氮素循环氮素循环二、二、生物固氮（自学）生物固氮（自学）四、四、氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成五、五、氨基酸与氨基酸与一一碳基团代谢碳基团代谢三、三、氨的同化（自学）氨的同化（自学）自然界的氮素循环自然界的氮素循环硝酸盐硝酸

22、盐亚硝酸亚硝酸氨氨生物固氮生物固氮工业固氮工业固氮固氮生物固氮生物动植物动植物硝酸盐还原硝酸盐还原大气固氮大气固氮大气氮素大气氮素岩浆源的岩浆源的固定氮固定氮火成岩火成岩反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮蛋白质蛋白质入地下水入地下水动植物废物动植物废物死的有机体死的有机体氨基酸的生物合成 必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成必需氨基酸的概念必需氨基酸的概念Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp 、(His Arg) 凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。人的必需氨基酸非必需氨基酸的概念非必需氨基酸的概念（1）非必需氨基酸的生物合成非必需氨基酸的生物合成各各族氨基酸的前体及相互关系族氨基酸的前体及相互关系a、由、由-酮酸氨基化生成酮酸氨基化生成b、由某些非必需氨基酸转化而来、由某些非必需氨基酸转化而来c、由某些必需氨基酸转变而来、由某些必需氨基酸转变而来非必需氨基酸的生物合成各种氨基酸的前体及相互关系谷氨酸族谷氨酸族天冬氨天冬氨酸族酸族丙氨丙氨酸族酸族丝氨丝氨酸族酸族His 和和芳香族芳香族氨基酸与一碳基团代谢1、一碳基团（一碳单位）的概念一碳基