蛋白质与氨基酸的分解代谢

第一节蛋白质的酶促降解蛋白质的生理功能

1.是构成组织细胞的重要成分。2.参与组织细胞的更新和修补。

3.参与物质代谢及生理功能的调控。

4.氧化供能。

5.其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等均与蛋白质有关。

体内的蛋白质都有一定的寿命半寿期几分钟到几周总是不断的合成又不断的分解：1.排除不正常的蛋白质，避免毒害2.将过多的酶和调节蛋白排除，保证有序故体内酶的活动能力决定于合成与降解速度不同的蛋白质存活的时间不同因为体内对蛋白质的降解具有选择性例如非正常蛋白质很快被清除突变、转录或翻译出现的误差降解快的酶一般处于代谢调控位置降解慢的酶一般具稳定的催化活性另外降解的速度还受到营养和激素影响一蛋白质的酶促降解

蛋白酶（肽酶）肽链内切酶肽链外切酶组织蛋白酶泛肽降解肽链内切酶胃蛋白酶：水解芳香族氨基酸的—氨基形成的肽键。胰蛋白酶：水解碱性氨基酸的—COOH形成的肽键。胰凝乳蛋白酶：水解芳香族氨基酸的—COOH形成的肽键。肽链外切酶氨肽酶羧肽酶（一）胃中的消化：胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。（二）肠中的消化：有两种类型的酶：⑴肽链外切酶：如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等；⑵肽链内切酶：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。

蛋白质经肽酶的消化

蛋白酶（肽酶）肽链内切酶肽链外切酶组织蛋白酶：溶酶体的无选择性降解泛肽降解：泛肽的选择性降解1.溶酶体的无选择性降解：酸性的溶酶体有50多种蛋白酶组织蛋白酶，酸性起作用溶酶体通过吞噬作用将膜的部分片块包入其中再降解所以无选择性A.溶酶体降解蛋白质可被抑制剂抑制如氯代奎宁，抗蛋白酶B.病理条件可以使溶酶体的活性增强2.泛肽的选择性降解特殊性：依赖ATP泛肽：76个氨基酸，无处不在高度保守，人与蟾蜍一样；与酵母相差3个氨基酸四步反应四个酶：泛肽活化酶泛肽携带蛋白泛肽蛋白连接酶+需要降解的蛋白质泛肽连接降解酶UCDEN用泛肽进行标记氮平衡(nitrogenbalance)

人体每日须分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogenbalance)。氮平衡有以下几种情况：1．氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。

2．氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。

3．氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。

二、氨基酸的分解代谢

重要的前体物质（蛋白质与活性多肽及辅酶）代谢的中间产物由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸必需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。必需氨基酸：Lys、Trp、Thr、Phe、Ile、Leu、Val、Met

特殊分解代谢→特殊侧链的分解代谢氨基酸的分解代谢脱羧基作用→CO2+胺一般分解代谢→

脱氨基作用→NH3+α-酮酸

氨基酸的分解代谢（一）脱氨基作用1.转氨基作用2.氧化脱氨基作用谷氨酸脱氢酶氨基酸氧化酶3、联合脱氨基作用1.转氨基作用：转氨基作用由转氨酶(transaminase)催化，将α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸酮基的位置上，生成相应的α-氨基酸，而原来的α-氨基酸则转变为相应的α-酮酸。

R’-CH(NH2)COOHR”-COCOOH

R’-COCOOHR”-CH(NH2)COOH

转氨酶(transaminase)以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。

转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与α-酮酸之间普遍进行。除Gly，Lys，Thr，Pro外，均可参加转氨基作用。

丙氨酸+α-酮戊二酸丙酮酸+谷氨酸GPTGluα-KetPyrAlaGPTGluα-KetOAAAspGOT丙氨酸氨基转移酶又称为谷丙转氨酶（GPT）该酶在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可引起血清中GPT活性明显升高

葡萄糖-丙氨酸循环将氨运入肝脏，与乳酸循环中的乳酸类似大多数的转氨酶都以α-酮戊二酸作为氨受体转氨酶催化的反应都是可逆的，但是转氨之后进行脱氨反应天冬氨酸氨基转移酶又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中GOT活性明显升高。

GOT

天冬氨酸+α-酮戊二酸草酰乙酸+谷氨酸2.氧化脱氨基作用Glu+NAD++H2Oα-Ket+NH4++NADH+H+谷氨酸脱氢酶既可以以NAD又可以NADP作为辅酶L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamatedehydro-genase)是一种不需氧脱氢酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大。该酶属于变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。与糖代谢的关系A、谷氨酸脱氢酶B、氨基酸氧化酶L-氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)是一种需氧脱氢酶，以FAD为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。非专一性的氨基酸氧化酶NH2—CHRCOOH氨基酸氧化酶NH=CRCOOH+2HNH=CRCOOH+H2ORCOCOOH+NH32H+O2H2O22H2O2

2H2O+O22NH2CHRCOOH+O22RCOCOOH+2NH3B、氨基酸氧化酶3、联合脱氨基作用：脱掉氨基A.转氨+氧化脱氨，GluB.嘌呤核苷酸循环，某些组织中为主，如骨骼肌和心肌、肝脏、大脑嘌呤核苷酸循环1、Asp+IMP→腺苷酸代琥珀酸2、腺苷酸代琥珀酸→腺苷酸+延胡索酸裂合酶3、腺苷酸+水→IMP+NH3腺苷酸脱氨酶总反应式：Asp+水→延胡索酸+NH3联合腺苷酸的生成和脱氨腺苷酸脱氨酶(adenylatedeaminase)可催化AMP脱氨基，此反应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用。（二）脱羧基作用NH2CHRCOOHRCH2NH2+CO2谷氨酸γ-氨基丁酸（神经递质）天冬氨酸β-丙氨酸组氨酸组胺（降血压）RCH2NH2+O2+H2ORCHO+H2O2+NH3脱羧酶，辅酶是PLP，强专一性，一种氨基酸一种脱羧酶由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。氨基酸脱羧酶R-CH（NH2）COOHR-CH2NH2+CO2(磷酸吡哆醛)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。

L-谷氨酸γ-氨基丁酸VB61、γ-氨基丁酸：抑制性神经递质2、牛磺酸(taurine)：胆汁酸的组成成分L-半胱氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸3、组胺(histamine)：血管舒张剂具有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒血管作用。组胺的释放与过敏反应和应激反应有关。

4、5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)：脑内抑制性神经递质，外周组织收缩血管色氨酸在脑中首先由色氨酸羟化酶作用，生成5-羟色氨酸，然后再由5-羟色氨酸脱羧酶催化脱羧，生成5-羟色胺。

5、多胺(polyamines)—腐胺，精眯，精胺多胺合成的原料为鸟氨酸，关键酶是鸟氨酸脱羧酶(ornithinedecarboxylase)。

精脒（spermidine)和精胺(spermine)均属于多胺(polyamines)，它们与细胞生长繁殖的调节有关。S-腺苷-3-甲硫基丙胺的生成（三）氨基酸分解产物的代谢氨中毒，神经中枢中毒，肝昏迷不同动物转化NH3的终产物：水生动物排NH3两栖类尿素鸟类、爬虫类尿酸哺乳动物尿素1.氨（ammonia)在血中的转运

丙氨酸-葡萄糖循环：肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环转运至肝脏再脱氨基，生成的丙酮酸经糖异生合成葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉重新分解产生丙酮酸，通过这一循环反应过程即可将肌肉中氨基酸的氨基转移到肝脏进行处理。这一循环反应过程就称为丙氨酸-葡萄糖循环。肌肉中氨基酸的氨基转移到肝脏进行处理2.谷氨酰胺(glutamine)的运氨作用：肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌在谷氨酰胺合成酶（glutaminesynthetase)的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环带到肝脏，再由谷氨酰胺酶将其分解，产生的氨即可用于合成尿素。因此，谷氨酰胺对氨具有运输、贮存和解毒作用。耗ATP

中间产物：谷氨酰-5-磷酸中性的不带电荷的谷氨酰氨易透过膜谷氨酸不易透过肝脏的谷氨酰胺酶将其分解3.氨的排泄：A、氨：排氨动物B、尿素循环：在肝脏合成尿素排尿动物三、鸟氨酸循环与尿素的合成

ornithinecycleandureasynthesis

体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素。合成尿素的主要器官是肝脏，但在肾及脑中也可少量合成。尿素合成是经称为鸟氨酸循环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。

Krebs尿素(urea)的生成实验：动物切除肝脏，输入氨基酸后，血氨浓度升高；动物保留肝脏、切除肾脏，输入氨基酸后，血中尿素浓度升高；动物肝脏、肾脏同时切除，输入氨基酸后，血中尿素含量较低，但血氨浓度升高；结论：肝脏是合成尿素的主要器官（1）尿素的合成1.氨的代谢转变鸟氨酸循环的主要反应过程为：

1．氨基甲酰磷酸的合成：此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。

氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(AGA，Mg2+)

NH3+CO2+H2O+2ATPH2NCOOPO3H2+2ADP+Pi消耗2分子ATP氨基甲酰磷酸(Carbamolphosphate)CPS-ⅠAGA氨基甲酰磷酸的合成：氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ

(carbamoylphophatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)(N-acetylglutamaticacid,AGA)2．瓜氨酸的合成：

在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OCT）催化（该酶需生物素作辅基），将氨基甲酰基转移到鸟氨酸的γ-氨基上，生成瓜氨酸。

OCTH2NCOOPO3H2+H2N（CH2）3CH（NH2）COOH

H2NCOHN（CH2）3CH（NH2）COOH+Pi

瓜氨酸的合成(Carbamolphosphate)(Ornithine)(Citrulline)3．精氨酸代琥珀酸的合成：

转运至胞液的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosuccinatesynthetase)催化下，与Asp合成精氨酸代琥珀酸。精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶。

H2NCOHN（CH2）3CH（NH2）COOH+HOOCCH2CH（NH2）COOH+ATP

HOOCCHCH2COOH精氨酸代琥珀酸合成酶

N=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH+AMP+PPi+H2O消耗2分子高能键精氨酸的合成(Citrulline)(Asp)(Argininosuccinate)(Argininosuccinate)(Arginine)(Fumarate)4．精氨酸代琥珀酸的裂解：

在胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶(argininosuccinatelyase)催化，将精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。

HOOCCHCH2COOH精氨酸代琥珀酸裂解酶｜

N=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH

HN=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH+HOOCCH=CHCOOH四碳的延胡索酸可形成Asp完成循环5．精氨酸的水解：

在胞液中由精氨酸酶的催化，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。

精氨酸酶HN=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH+H2O

H2NCONH2+H2N（CH2）3CH（NH2）COOH

精氨酸水解生成尿素(Arginine)(Urea)(Ornithine)尿素的合成尿素合成的特点：

1．合成主要在肝脏的线粒体和胞液中进行；

2．合成一分子尿素需消耗四分子ATP；3．精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶；

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。C则来自于HCO3-

GeneralMetabolismofAminoAcid氨基酸代谢库(metabolicpool)食物蛋白质消化吸收组织蛋白质分解合成合成脱氨基作用NH3α-

酮酸尿素糖氧化供能酮体脱羧基作用CO2胺类其他含氮化合物(purine,pyrimide)转变高血氨症与氨中毒血氨氨基酸脱氨肠道吸收肾小管分泌合成尿素合成合成氨基酸等含氮化合物铵盐生成排出合成谷氨酰胺高血氨症与肝昏迷氨中毒酰胺的生成Glu+NH3+ATPGln+ADP+PiAsp+NH3+ATPAsn+ADP+Pi嘧啶环的合成α-酮酸的代谢转变再合成氨基酸四、氨基酸碳骨架的氧化途径以5种产物进入柠檬酸途径乙酰CoA，琥珀酰CoA，延胡索酸，草酰乙酸，α-酮戊二酸各是哪几种氨基酸途径了解转变为糖或脂肪生糖氨基酸Pro,Arg,Ala,Asp,Met,Ser,Asn,Cys,Thr,Glu,Gly,Gln,Val,His生酮氨基酸Leu,Lys生酮兼生糖氨基酸

Ile,Trp,Phe,Tyr转变成糖类及脂类转变成糖类及脂类五、一碳单位的代谢

Metabolismofonecarbonunit（一）一碳单位的定义和化学结构：一碳单位(onecarbonunit)是指只含一个碳原子的有机基团，这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。常见的一碳单位有甲基（-CH3）、亚甲基或甲烯基（-CH2-）、次甲基或甲炔基（=CH-）、甲酰基（-CHO）、亚氨甲基（-CH=NH）、羟甲基（-CH2OH）等。

一碳单位（onecarbonunit)通常由其载体携带，常见的载体有四氢叶酸（THF，FH4）和S-腺苷同型半胱氨酸，有时也可为VitB12。

常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物有：1．N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHOFH4）。2．N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NHFH4）。3．N5,N10-亚甲基四氢叶酸（N