第十章蛋白质降解与氨基酸代谢

第一节蛋白质的酶促水解

生物体利用外源蛋白质作为营养时，需要将蛋白质分解成氨基酸(或寡肽)才能被吸收利用。机体摄入的蛋白质的量和排出量在正常情况下处于平衡状态，称为氮平衡。处于生长、发育或患疾恢复的机体，其摄入的氮量大于排出的氮量，称为正氮平衡；反之，当摄入的氮量小于排出的氮量时，称为负氮平衡。 现在是1页\一共有57页\编辑于星期四一、蛋白酶与蛋白酶的分类

催化蛋白质分子中的肽键水解的一类酶，称为蛋白酶。1、按来源分动物蛋白酶 植物蛋白酶 微生物蛋白酶现在是2页\一共有57页\编辑于星期四2、按作用位点分各种内肽酶对不同的氨基酸残基所形成的肽键有不同的专一性。如∶胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶内肽酶外肽酶二肽酶氨肽酶羧肽酶现在是3页\一共有57页\编辑于星期四3、按作用的pH分

碱性蛋白酶，pH9～11 中性蛋白酶，pH7～8 酸性蛋白酶，pH2～5现在是4页\一共有57页\编辑于星期四二、蛋白质的酶水解 大分子的蛋白质受内肽酶、外肽酶和二肽酶的协同催化，逐步降解，终产物是氨基酸。

多肽寡肽二肽氨基酸这些氨基酸进一步代谢：1）用于合成Pr；2）氧化分解；3）转化为糖和脂肪等。

现在是5页\一共有57页\编辑于星期四三、氨基酸的吸收及氨基酸代谢库

氨基酸是蛋白质、核酸等生物分子合成的原料，细胞内总有相当数量的游离氨基酸存在，它们一部分从外界吸收；一部分由细胞自身合成；也有的是由体内蛋白质更新释放的。

细胞内所有游离存在的氨基酸称为氨基酸库。

现在是6页\一共有57页\编辑于星期四氨基酸库内AA不断被利用，又不断被补充，始终处于动态平衡。现在是7页\一共有57页\编辑于星期四第二节氨基酸分解的公共途径氨基酸具有一些共同的结构特点，其分解代谢过程有一部分共同的途径，而不同氨基酸的碳骨架（侧链基团）不同，每种氨基酸又各自具有特定的代谢途径。本章仅讨论氨基酸分解的共同途径。氨基酸分解的第一步往往是脱去氨基，其方式主要包括：脱氨基作用、转氨基作用和联合脱氨基作用。现在是8页\一共有57页\编辑于星期四一、氨基酸的脱氨基作用（一）氧化脱氨基作用在酶催化下，氨基酸氧化脱氢，放出氨，生成相应的酮酸。反应分两步进行：

脱氢R－CH－COOH＋FAD(NAD＋)R－C－COOH＋FADH2(NADH＋H＋)NH2NH水解R－C－COOH＋H2OR－C－COOH＋NH3NHO现在是9页\一共有57页\编辑于星期四催化氨基酸氧化脱氨基作用的酶有两类：1、氨基酸氧化酶分为L-氨基酸氧化酶和D-氨基酸氧化酶特点：是一类以FMN或FAD为辅基的黄素蛋白，底物氨基酸脱下的氢直接交给氧，生成H2O2。现在是10页\一共有57页\编辑于星期四氨基酸氧化酶催化的反应：COOHCOOHH2N－CHC＝O＋NH3RFAD(FMN)

FADH2(FMNH2)RH2O2O22H2O22H2O＋O2氨基酸氧化酶过氧化氢酶现在是11页\一共有57页\编辑于星期四2、氨基酸脱氢酶它是不需氧脱氢酶类，以NAD+或NADP+作为辅酶，脱下的氢不直接交给氧，不生成H2O2，而是经电子传递链传递到氧，产生H2O和ATP。氨基酸脱氢酶种类很多，其中最重要的是L-谷氨酸脱氢酶。现在是12页\一共有57页\编辑于星期四H20L-Glu脱氢酶的意义还不仅在于L-Glu的脱氨基作用，它在大多数氨基酸的分解代谢中都有重要作用。现在是13页\一共有57页\编辑于星期四

（二）非氧化脱氨基作用 非氧化脱氨基作用大多数在微生物中进行非氧化脱氨的方式有以下几种∶ (1)还原脱氨基作用 (2)水解脱氨基作用 (3)脱水脱氨基作用 (4)脱巯基脱氨基作用现在是14页\一共有57页\编辑于星期四⑴.还原脱氨基作用⑵.水解脱氨基作用现在是15页\一共有57页\编辑于星期四⑶.脱水脱氨基作用⑷.脱巯基脱氨基作用现在是16页\一共有57页\编辑于星期四

（三）脱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，分别发生脱酰胺基作用生成相应的氨基酸。 现在是17页\一共有57页\编辑于星期四

二、氨基酸的转氨基作用

转氨基作用是α-氨基酸和酮酸之间氨基的转移作用。反应通式：

COOH

COOH

COOH

COOH

H2N－CH＋C＝OC＝O＋H2N－CHR1R2

R1R2转氨酶现在是18页\一共有57页\编辑于星期四

转氨酶：催化转氨反应的酶称为转氨酶。

辅酶是磷酸吡哆醛，其功能是携带和转移氨基(-NH2)。大多数转氨酶需要以α-酮戊二酸为氨基体，生成谷氨酸。转氨酶对其催化反应中两个底物中的一个是专一的。现在是19页\一共有57页\编辑于星期四现在是20页\一共有57页\编辑于星期四现在是21页\一共有57页\编辑于星期四三、联合脱氨基作用

联合脱氨基作用是由转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶联合作用脱去氨基的方式。氨基酸的α-氨基先借助转氨作用转移到α-酮戊二酸的分子上，生成相应的酮酸和谷氨酸；然后谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶的作用下脱氨基，生成α-酮戊二酸同时释放出氨。

它的逆反应是氨基酸合成的重要途径。现在是22页\一共有57页\编辑于星期四现在是23页\一共有57页\编辑于星期四四、氨的去路各种生物体处理氨的方式有所不同。如：大部分水生生物，氨直接排到水中；两栖类、陆生动物，氨代谢成尿素排出体外；鸟类及爬行动物，氨代谢成尿酸后排出体外;各种生物中氨的排泄形式与该生物和水的亲近程度有关。现在是24页\一共有57页\编辑于星期四人体氨的代谢方式主要有以下几种形式：

1、形成酰胺储存起来Asp+NH3+ATPAsn+ADP+Pi储存在酰胺基上的-NH2可用于合成新的氨基酸或其他含氮化合物(如嘌呤、嘧啶以及核苷酸等)，也可直接参与蛋白质的合成。天冬酰胺合成酶现在是25页\一共有57页\编辑于星期四

2、合成新的氨基酸3、合成氨甲酰磷酸 氨甲酰磷酸是合成嘧啶、尿素和精氨酸的重要前体物质，也是重要的高能磷酸化合物之一。该反应是由无机氮合成有机氮的重要反应。现在是26页\一共有57页\编辑于星期四现在是27页\一共有57页\编辑于星期四

4、合成尿素尿素是生物体蛋白质代谢的一种产物。在高等动物中，形成尿素后即排出体外，是一种重要的解毒方式；在植物、微生物中也能形成尿素，但其作用是储存氨，必要时在尿素酶的作用下，分解成NH3和CO2使用。尿素的合成途径是尿素循环（又称鸟氨酸循环），于1932年由Krebs提出。现在是28页\一共有57页\编辑于星期四尿素循环共有5步反应：（1）氨甲酰磷酸的合成NH3＋CO2＋2ATP＋H2OOOH2N－C－O－P－OH＋2ADP＋PiOH氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ现在是29页\一共有57页\编辑于星期四（2）瓜氨酸的生成COOHCOOHH2N－CHOOH2N－CHCH2+H2N-C-O-P-OHCH2+PiCH2OHCH2CH2CH2NH2NH鸟氨酸C＝ONH2

瓜氨酸

鸟氨酸氨甲酰转移酶现在是30页\一共有57页\编辑于星期四（3）精氨琥珀酸的生成COOHCOOHH2N－CHCOOHH2N－CHCH2+H2N－CH+ATPCH2+AMP+PPiCH2CH2CH2CH2COOHCH2NH天冬氨酸NHCOOHC＝OC－NH－CHNH2＋NH2CH2瓜氨酸COOH精氨琥珀酸精氨琥珀酸合成酶现在是31页\一共有57页\编辑于星期四（4）精氨酸的生成COOHCOOHH2N－CHH2N－CHCOOHCH2CH2CHCH2CH2＋HCCH2CH2COOHNHCOOHNH延胡索酸C－NH－CHC－NH2＋NH2CH2＋NH2COOH精氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸裂解酶现在是32页\一共有57页\编辑于星期四（5）精氨酸水解为尿素和鸟氨酸COOHH2N－CHCOOHNH2CH2＋H2O

H2N－CH＋C＝OCH2CH2NH2CH2CH2尿素NHCH2C－NH2＋NH3＋NH2鸟氨酸精氨酸精氨酸酶现在是33页\一共有57页\编辑于星期四鸟氨酸循环（尿素循环）现在是34页\一共有57页\编辑于星期四尿素循环的总反应式为：O2NH3＋CO2＋3ATP＋3H2OH2N-C-NH2＋2ADP＋AMP＋4Pi

亦可写作：O2NH3＋CO2＋4ATP＋3H2OH2N-C-NH2＋4ADP＋4Pi形成1分子尿素可消除2分子NH3和1分子CO2，

反应消耗4分子ATP。现在是35页\一共有57页\编辑于星期四五、氨基酸的脱羧基作用机体内部分氨基酸可进行脱羧基作用，生成相应的伯胺和CO2。它是氨基酸分解的另一条共同途径。

COOHH2N－CHR－CH2－NH2＋CO2R氨基酸脱羧酶现在是36页\一共有57页\编辑于星期四现在是37页\一共有57页\编辑于星期四催化脱羧反应的酶称为脱羧酶，这类酶以磷酸吡哆醛作为辅酶。 氨基酸脱羧酶的专一性很高，一般一种氨基酸对映一种脱羧酶，而且只对L-型氨基酸起作用。利用这种专一性可以测定溶液中某种氨基酸的含量。具体方法是：往待测氨基酸溶液中加入特定的脱羧酶，用瓦勃氏呼吸计测定放出CO2的量，从而计算出氨基酸含量。 现在是38页\一共有57页\编辑于星期四

氨基酸脱羧并不是氨基酸分解代谢的主要途径，绝大多数胺类对动物体有毒害，但体内有胺氧化酶，能将胺类氧化成醛和氨，醛进一步氧化生成羧酸，氨可被机体用来合成尿素、酰胺以及新的氨基酸或变成铵盐，排出体外。现在是39页\一共有57页\编辑于星期四CO2的去路： 大部分直接排到细胞外，小部分可通过丙酮酸羧化支路被固定，生成草酰乙酸或苹果酸。胺的代谢：

TCA循环现在是40页\一共有57页\编辑于星期四六、氨基酸的脱氨脱羧作用

某些细菌和酵母菌中氨基酸可以以脱氨同时脱羧的方式进行分解代谢，生成少一个碳原子的伯醇，氨和二氧化碳。生成的高级醇的混合物称为杂醇油，酿造酒过程中会产生微量的高级醇，构成酒中的风味物质。现在是41页\一共有57页\编辑于星期四现在是42页\一共有57页\编辑于星期四氨基酸经脱氨基作用生成的α-酮酸是构成氨基酸的碳骨架，它的进一步代谢主要有三条途径可供选择。（一）再合成氨基酸α-酮酸通过转氨基作用或者还原氨基化作用可以重新生成氨基酸。分解代谢主要产物α-酮酸的去向：现在是43页\一共有57页\编辑于星期四（二）转变成糖或脂肪、酮体有的氨基酸生成的α-酮酸直接是糖代谢的中间产物，如：Ala→Pyr，Asp→OAA，Glu→α-酮戊二酸；而其它氨基酸生成的酮酸经特定的反应途径都能转化成糖代谢的中间产物。当细胞能量供应充足时，α-酮酸可通过这些中间产物转变成糖、脂肪或酮体。现在是44页\一共有57页\编辑于星期四柠檬酸异柠檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸精氨酸组氨酸谷氨酸脯氨酸谷氨酰胺异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苏氨酸酪氨酸苯丙氨酸天冬氨酸天冬酰胺丙氨酸丝氨酸甘氨酸苏氨酸色氨酸半胱氨酸乙酰CoA异亮氨酸亮氨酸色氨酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸亮氨酸赖氨酸乙酰乙酰CoA丙酮酸TCA循环现在是45页\一共有57页\编辑于星期四按照氨基酸的转化方式，可将氨基酸分为生糖氨基酸和生酮氨基酸。

生糖氨基酸：碳骨架能转变成糖的氨基酸称为生糖氨基酸。能生成丙酮酸和TCA循环中的中间产物的氨基酸可经糖异生作用转变成糖。

生酮氨基酸：氨基酸脱氨后生成的酮酸经复杂的变化后，可变成乙酰CoA，乙酰CoA在动物体内不能转变成糖，只能转变成脂肪和酮体，这类氨基酸称为生酮氨基酸。有的氨基酸既能转化成糖，又能生成酮体，称为生糖兼生酮氨基酸。现在是46页\一共有57页\编辑于星期四（三）氧化成CO2和H2Oα-酮酸经转化生成糖代谢的中间产物后，可以通过TCA循环完全氧化生成CO2和H2O，同时合成ATP，为生物体提供能量。现在是47页\一共有57页\编辑于星期四氨基酸分解代谢途径小结

（TCA循环）CO2+H2O现在是48页\一共有57页\编辑于星期四第三节氨基酸合成的公共途径

合成氨基酸的主要原料是∶NH3和α-酮酸 NH3来源于蛋白质的分解； α-酮酸主要来自中心代谢途径(糖酵解、TCA循环和HMP途径) 主要介绍氨基酸合成的公共途径∶氨基化作用，转氨作用

现在是49页\一共有57页\编辑于星期四此反应是氨基酸分解代谢中L-氨基酸脱氢酶催化氧化脱氨基的逆反应。一、氨基化作用∶1、还原氨基化作用∶

现在是50页\一共有57页\编辑于星期四L-谷氨酸脱氢酶普遍存在于动、植物及微生物中，它有两种辅酶形式∶ 在真核细胞的线粒体中的 L-谷氨酸脱氢酶，以NAD为辅酶，主要用于分解代谢； 存在于细胞浆液中的L-谷氨酸脱氢酶，以NADP为辅酶，主要用于合成代谢，催化α-酮戊二酸还原氨基化，生成谷氨酸。现在是51页\一共有57页\编辑于星期四

L-谷氨酸脱氢酶催化的还原氨基化反应在所有氨基酸合成中都有重要意义,是生物同化氨、固定氨的重要反应。2、直接氨基化作用∶ 有些有机酸可以直接氨基化来生成氨基酸。

现在是52页\一共有57页\编辑于星期四

3、酰胺化作用∶在动物、植物和微生物中普遍存在谷酰胺合成酶和天冬酰胺合成酶，利用ATP提供能