蛋白質(zhì)的分解及氨基酸代謝

第一節(jié)蛋白質(zhì)的分解與消化吸收1.1蛋白質(zhì)的營養(yǎng)功能三大營養(yǎng)物質(zhì)SacchacridesLipidsProteinsEnergeticandstructuralmaterialFunctionalmaterial

外源蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)氨基酸的來源蛋白質(zhì)在作為能源使用時提供的能量與糖類物質(zhì)相似氨基酸是許多重要生物分子的合成前體含有必需氨基酸多的蛋白質(zhì)其營養(yǎng)價值高1.2蛋白質(zhì)的消化與吸收蛋白質(zhì)在體內(nèi)的降解胃是外源蛋白質(zhì)水解的起始場所：胃分泌胃蛋白酶原，并在胃內(nèi)被激活；腸道是蛋白質(zhì)消化與吸收的主要場所：胰臟及腸道分泌各種蛋白酶與肽酶小腸是氨基酸吸收的主要場所外源蛋白的降解內(nèi)源蛋白的降解Dietaryproteinsaredigestedintoaminoacidsinthegastrointes-tinaltractPepsintrypsin,Chymotrypsin,andexopeptidasesAminoacids1.3蛋白酶的水解專一性Pepsincleavespolypeptidesintosmallerpeptidesinstomach(N-terminalsideofY,F,Wresidues).Trypsin(C-terminalsideofK,R)Chymotrypsin(C-terminalsideofF,W,andY)furthercleavethepeptidesinsmallintestine.Elastase(C-terminalsideofV,L,S,A)Carboxypeptidase

(C-terminalside)andaminopeptidasecleavethesmallpeptidesintoaminoacids.急性胰腺炎

（Acutepancteatitis）

胰液分泌到腸內(nèi)的分泌途徑發(fā)生障礙，胰臟分泌的蛋白水解酶的酶原被激活轉(zhuǎn)變?yōu)橛写呋芰Φ幕钚孕问?，這些活性水解酶在胰腺細胞內(nèi)攻擊自身組織，損傷器官，導致急性胰腺炎的發(fā)生，嚴重時可致命。1.4內(nèi)源性蛋白的酶水解2004年10月6日，瑞典皇家科學院諾貝爾獎委員會宣布將2004年的諾貝爾化學獎授予以色列科學家阿龍-切哈諾沃、阿弗拉姆-赫爾什科和美國科學家歐文-羅斯以表彰他們在體內(nèi)蛋白質(zhì)降解研究方面的貢獻。2004年諾貝爾化學獎得主以色列科學家阿龍-切哈諾沃2004年諾貝爾化學獎得主以色列科學家赫什科2004年諾貝爾化學獎得主美國科學家歐文-羅斯三人的化學研究成果比較科學地解釋了人體蛋白質(zhì)退化系統(tǒng)的分子處理過程。經(jīng)過多年研究，他們找到了人體細胞控制和調(diào)節(jié)某種人體蛋白質(zhì)數(shù)量多少的方法。他們發(fā)現(xiàn)，人體細胞通過給無用蛋白質(zhì)“貼標簽－－泛肽”的方法，幫助人體將那些被貼上泛肽標記的蛋白質(zhì)進行“廢物處理”，使它們自行破裂、自動消亡。這些化學現(xiàn)象可幫助人們解釋人體免疫系統(tǒng)的化學工作原理。1.4內(nèi)源性蛋白的酶水解內(nèi)源性蛋白質(zhì)分為長壽和短壽蛋白；溶酶體對蛋白質(zhì)的降解無選擇性，降解“吞噬”的蛋白泛肽(ubiquitin)的結合使細胞可以選擇性地降解胞內(nèi)蛋白(無用蛋白、老化蛋白和非正常蛋白)，該降解過程需要ATP提供能量。第二節(jié)氨基酸分解的一般代謝2.1氨基酸代謝庫體內(nèi)氨基酸的來源外源水解內(nèi)源水解內(nèi)源合成內(nèi)源不能合成的氨基酸是必需氨基酸食物蛋白質(zhì)消化吸收組織蛋白質(zhì)分解合成體內(nèi)氨基酸代謝庫血液氨基酸組織氨基酸特殊代謝與轉(zhuǎn)化激素、堿基、卟啉、膽堿等胺CO2脫羧脫氨分解NH3α-酮酸酰胺化尿素其它含氮化合物糖類酮體CO2+H2O合成醛酸CO2+H2O排泄2.2氨基酸的脫氨基作用體內(nèi)氨基酸失去氨基的作用稱為氨基酸的脫氨作用；氨基酸的脫氨基作用是氨基酸分解的第一步反應；脫氨基作用是所有氨基酸的共同的代謝作用，是普遍存在的反應；氨基酸的脫氨基作用有多種方式2.2.1氨基酸的氧化脫氨2.1.1.1氨基酸氧化酶催化的氧化脫氨這類脫氨酶是需氧脫氫酶，以FAD為輔基2R-CH-COO-+2O2

＋2H2O→2R-C-COO-+2NH4++2H2O2NH3+O2H2O+O2O2L-氨基酸氧化酶：——分布不普遍，最適pH＝10，活力低；D-氨基酸氧化酶：——分布廣，活力高；專一性氨基酸氧化酶：——只作用于單一種氨基酸，如Gly氧化酶，D-Asp氧化酶等2.2.1.1氨基酸氧化酶催化的氧化脫氨2.2.1.2氨基酸脫氫酶催化的氧化脫氨谷氨酸脫氫酶是目前發(fā)現(xiàn)的廣泛而唯一存在于生物體內(nèi)的專一性高活性的氨基酸脫氫酶；氨基酸的非氧化脫氨主要發(fā)生在微生物體內(nèi)；2.2.2氨基酸的非氧化脫氨脫氨方式其它底物參與催化的酶產(chǎn)物還原脫氨還原型輔酶氫化酶脂肪酸＋NH3水解脫氨H2O水解酶羥酸＋NH3脫水脫氨H2O脫水酶

-酮酸+NH3+H2O脫巰基脫氨H2O脫巰基酶丙酮酸+H2S+

NH3減飽和脫氨

胺裂解酶烯酸＋NH3

脫酰胺基作用

酰胺酶Glu(Asp)＋NH32.2.3氨基酸的轉(zhuǎn)氨作用反應可逆，平衡常數(shù)接近1；除Lys外，所有氨基酸都可以進行轉(zhuǎn)氨反應；需PLP為輔基pyridoxalphosphate(PLP)磷酸吡多醛(Pyridoxalphosphate)Pyridoxalphosphate(PLP),beingtheprostheticgroupsforalltheaminotransferases,actasatemporarycarrieroftheaminogroups.PLPacceptsandthendonatesanaminogroupbyformingaSchiffbasewiththeamino-donatingaminoacidandamino-acceptinga-ketoacid(beinga-ketoglutarateinmanycases)respectively.Thereactionoccursviaatypicalping-pongmechanism:thefirstproductleavesbeforethesecondsubstrateenters.PLPfacilitatestransamination,racemization,decarboxylationofaminoacidsKetimine酮亞胺②PLPacceptsanddonatesaminogroupsintheactivesiteofaminotransferasesTherearedifferentaminotransferases,eachcatalyzesthetransferoftheaminogroupfromanaminoacidtoa-ketoglutaratetoformGluandanewa-ketoacid.Twoimportantaminotransferases: aspartateaminotransferases alanineaminotransferasesAspartateaminotransferase(dimeric)PLPAlanine-glucosecyclePyruvateisproducedfrommuscleglycolysisandcantakeanaminogroup(fromGlu)toformAla.Alanine-glucosecycleAlanineoncegetstoliverwillthentransfersit’saminogrouptoa-ketoglutarateoroxaloacetatetoreformpyruvate.Alanine-glucosecyclePyruvateisreconvertedtoglucoseviathegluconeogenesis,thenwillbetransportedbacktomuscle.2.2.4氨基酸的聯(lián)合脫氨作用理論推論：體內(nèi)L-氨基酸脫氨酶活力不高；D-氨基酸脫氨酶雖然活力高，但D-氨基酸含量少，為非蛋白質(zhì)氨基酸；L-谷氨酸脫氫酶普遍存在，活力強；轉(zhuǎn)氨作用普遍，但未真正脫氨，而主要是轉(zhuǎn)給α-酮戊二酸生成谷氨酸；∴可能存在轉(zhuǎn)氨與谷氨酸氧化脫氨的聯(lián)合脫 氨作用2.2.4氨基酸的聯(lián)合脫氨作用谷氨酸脫氫酶α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶NAD(P)H?H++NH3NAD(P)++H2OL-谷氨酸脫氫酶主要催化谷氨酸合成；肝臟組織加入谷氨酸后，只有10％發(fā)生氧化脫氨；骨骼肌中L-谷氨酸脫氫酶含量少存在的問題2.2.4氨基酸的聯(lián)合脫氨作用谷氨酸-草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶NADH?H+NAD+天門冬氨酸草酰乙酸腺苷琥珀酸延胡索酸腺苷酸次黃苷酸H2ONH3腺苷酸脫氨酶GTPGDP+Pi蘋果酸H2O裂合酶嘌呤核苷酸循環(huán)脫羧作用生成CO2和伯胺類化合物；除組氨酸外，均需磷酸吡多醛；脫羧作用不是氨基酸分解代謝的主要方式；氨基酸脫羧酶的專一性較高，可對氨基酸進行定量測定；動物體內(nèi)的脫羧產(chǎn)生的胺類多數(shù)有毒性，少數(shù)有特殊的生理作用；2.3氨基酸的脫羧作用CO2谷氨酸→γ-氨基丁酸：抑制中樞神經(jīng)絲氨酸→乙醇胺：磷脂合成的原料天門冬氨酸→β-丙氨酸：泛酸合成前體組氨酸→組胺：強烈的血管舒張劑色氨酸→色胺：與睡眠鎮(zhèn)痛和體溫調(diào)節(jié)有關第三節(jié)氨基酸一般分解代謝產(chǎn)物的代謝去向Thefatesofproductsproducedingeneralbreakdownofaminoacids兩個產(chǎn)物α-ketoacidsamonia3.1

α-酮酸的代謝去路三個去向重新合成氨基酸徹底氧化轉(zhuǎn)變成糖或脂進入TCA3.1.1

α-酮酸重新合成氨基酸重新合成氨基酸的方式還原氨基化轉(zhuǎn)氨作用還原氨基化中，α-酮戊二酸的氨基化生成谷氨酸具有代表性：脫氨還原氨基化是一對逆反應，處于動態(tài)平衡；谷氨酸可將其氨基通過轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)給其它α-酮酸，生成相應的α-氨基酸α-酮酸的氨基化是非必需氨基酸生物合成的重要途徑氨基酸碳鏈骨架進入TCA環(huán)的入口部位：3.1.2

α-酮酸的氧化分解Thecarbonskeletonsofaminoacidsareoxidizedviathecitricacidcycle3.1.3

由α-酮酸轉(zhuǎn)變成糖及脂類物質(zhì)氨基酸碳鏈骨架進入TCA環(huán)的入口部位：乙酰CoA途徑

-酮戊二酸途徑琥珀酰CoA途徑延胡索酸途徑草酰乙酸途徑生酮氨基酸生糖氨基酸Succinyl-CoAFumarateParuvate生糖兼生酮氨基酸生酮氨基酸氨的毒性：正常人的血氨濃度<0.1mg/100mL;對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有毒性；氨的毒性并不完全在于它的堿性，而是造成腦組織中的

–酮戊二酸不足；同時造成肝組織中的乙酰-CoA無法進入TCA循環(huán)，而產(chǎn)生大量酮體。3.2氨基在體內(nèi)的代謝去路3.2氨基在體內(nèi)的代謝去路兩個去向重新被利用:排泄出體外氨的同化—

氨的貯存3.2.1氨的同化與貯存重新合成氨基酸；合成氨甲酰磷酸參與核苷酸與氨基酸的合成；貯氨——酰胺氨基酸（Gln,Asn）的合成酰胺的合成是重要的貯氨形式；谷氨酰胺在血液中轉(zhuǎn)移氨;酰胺的合成需消耗ATP；在某些微生物和植物中，氨的貯存方式是將氨氧化成為硝酸鹽谷氨酰胺合成酶的

變構調(diào)節(jié)Serine×谷氨酰胺合成酶的第二水平調(diào)節(jié)：共價修飾AnimalWasteproducts含氮廢物的產(chǎn)生機制AquaticanimalsNH3GlnlyaseMostterrestrialvertebrateUreaUreacycleBirdsandterrestrialreptilesUricacidCatabolismofpurinespiderGuanineSomefishOxydizedtrimethyl-amine3.2.2含氮廢物的排泄氨的去路—尿素循環(huán)

（鳥氨酸循環(huán)）

HansKrebs,KurtHehseleit(1932)發(fā)現(xiàn)，氨基酸代謝產(chǎn)生的氨在肝臟中代謝為尿素而解毒，這一過程必須有精氨酸酶（Arginase），水解精氨酸為尿素而實現(xiàn)在肝臟中解除氨的毒性。尿素循環(huán)及氨進入循環(huán)的反應尿素循環(huán)—鳥氨酸循環(huán)瓜氨酸線粒體中起始→胞液合成并釋放氨甲酰磷酸合成游離氨氨甲酰磷酸合成酶

催化的反應該反應受N-乙酰谷氨酸（AGA）正別構調(diào)節(jié)COOHCH2CH2HC-NH-C-CH3COOHOCOOHCH2CH2HC—NCOOHOHCO3-ATPADP+PiC-CH3COO-NH4+ATPADP＋N-乙酰谷氨酸N-乙酰谷氨酸NH2-C-O-P-O-OOO-氨甲酰磷酸瓜氨酸合成精氨琥珀酸合成Arg的合成Arg裂解生成尿素精氨酸酶尿素循環(huán)與TCA的連接肝昏迷（Hepaticcoma）

肝臟病變時，往往不能解除氨基酸代謝產(chǎn)生的氨的毒性，一般通過在腦中與Glu形成Gln實現(xiàn)解毒。在Glu用于解毒時，須消耗TCA的中間產(chǎn)物

-酮戊二酸，這就導致TCA中間產(chǎn)物的流失，阻滯TCA的進行，影響腦中能量代謝，造成肝昏迷。

第四節(jié)個別氨基酸的代謝4.1一碳單位與氨基酸分解代謝一碳單位：也稱之為一碳基團，它們是指由某些化合物分解產(chǎn)生的并能參與生物合成的具有一個碳原子的活性基團。一碳單位代謝：在生物體內(nèi)一碳單位的形成與去路（利用）就構成了一碳單位代謝。一碳單位（OneCarbonUnit）一碳轉(zhuǎn)移反應中重要的

酶輔助因子甘氨酸和絲氨酸的分解與一碳單位PredominantinanimalsPredominantinbacteria蘇氨酸的分解與一碳單位組氨酸的分解與一碳單位甲硫氨酸是一碳單位代謝的甲基直接供體；甲硫氨酸需活化成為S-腺苷甲硫氨酸；脫掉甲基后的同型半胱氨酸需FH4提供甲基；整個反應是一個循環(huán)反應；循環(huán)反應消耗能量S-腺苷甲硫氨酸循環(huán)與一碳單位①②③④4.2含硫氨基酸的分解代謝4.2.1半胱氨酸的分解代謝直接脫巰基脫氨氧化脫巰基氧化成?；撬酑H2=C－COOHNH2CH2-C－COOHNH2H2SCH2-CH－COOHNH2CH2-C－COOHOO2SOOHNH3NH3SOOHSO2CH2-CH－COOHNH2CH2-CH2－NH2O2SOOHCO2HOOS-?；撬?.2含硫氨基酸的分解代謝4.2.2甲硫氨酸的分解代謝琥珀酰CoA4.3芳香族氨基酸的分解代謝Phe羥化為Tyr苯丙氨酸可轉(zhuǎn)化為酪氨酸芳香族氨基酸徹底分解的途徑復雜，關鍵是芳香環(huán)的開裂；芳香族氨基酸是多種生理活性物質(zhì)的前體物質(zhì)；黑尿酸Trp的降解不首先發(fā)生脫氨，第4步時脫下一個丙氨酸由芳香族氨基酸產(chǎn)生的生理活性物質(zhì)Tyrosine兒茶酚胺類甲狀腺素多巴多巴胺去甲腎上腺素腎上腺素黑色素Tryptophan5-羥色胺黑素緊張素煙酸吲哚乙酸5.氨基酸代謝缺陷癥由于基因突變使得參與氨基酸代謝的某種酶發(fā)生缺失或無活性，就會使得這種酶的代謝底物積累，結果造成血液或尿中出現(xiàn)不正常的中間代謝產(chǎn)物，表現(xiàn)出病癥。這種現(xiàn)象就是氨基酸代謝缺陷癥。氨基酸代謝與嬰幼兒的神經(jīng)發(fā)育有著密切的關系。多數(shù)先天性氨基酸代謝缺陷均造成智力發(fā)育障礙。進入正常分解代謝尿黑酸酪氨酸對羥苯丙酮酸第五節(jié)氨基酸的合成代謝

SynthesisofAminoAcids5.1氨基酸合成的氮源氨基酸合成所需的直接氮源必須是NH3，其它非NH3形式的氮源必須首先轉(zhuǎn)換成NH3。生物固氮NO3-還原成NH3直接吸收NH3外源及內(nèi)源氨基酸和其它含氮化合物的分解5.1.1生物固氮生物固氮是微生物特別是原核生物特有的生物現(xiàn)象，可將N2轉(zhuǎn)化為NH3；生物固氮由固氮酶催化，固氮酶由鉬鐵蛋白和鐵蛋白組成；固氮作用是嚴格厭氧的過程；固氮作用需要消耗大量能量，每固定一分子N2將消耗16分子的ATP。5.1.2NO3-的生物還原作用通過兩步反應可將硝酸鹽還原為NH3，硝酸鹽還原酶催化硝酸鹽首先還原為亞硝酸；然后在亞硝酸還原酶的作用下將亞硝酸還原為NH3；NAD(P)H?H++NO3-→NAD(P)++NO2-+H2O(FADH2)3NADPH?H++NO2-+H+→3NADP++NH3+2H2O電子需要經(jīng)過一個電子傳遞系統(tǒng)傳遞給NO3-

5.2氨基酸合成的碳源直接碳源是

–酮酸（多數(shù)）或

–烯酸（少數(shù)）：直接來源于糖代謝α–酮酸或α–烯酸由小分子合成碳鏈骨架來源于氨基酸分解5.3氨基酸生物合成的方式α–酮酸直接氨化生成氨基酸—谷氨酸的合成；谷氨酸酰胺化生成谷氨酰胺；轉(zhuǎn)氨作用合成氨基酸；氨基酸之間的互變由氨基醇轉(zhuǎn)化生成氨基酸—組氨酸的合成5.4氨基酸生物合成的分類不同氨基酸的合成有不同的代謝途徑，但它們是由少數(shù)的前體物質(zhì)合成的，因此，可以將氨基酸的合成按合成的前體物質(zhì)分成幾大族，部分族先合成前體氨基酸。氨基酸合成家族：

合成前體分類氨基酸生物合