1、,第三十章 氨基酸的分解代谢,一、蛋白质的降解,（一）内源性蛋白质降解的特点1、有选择性2、细胞的营养状态,每天都有一定量的细胞内蛋白被降解： 被异常修饰的非正常蛋白、突变蛋白 需及时灭活的具调节活性的蛋白（如关键酶）当aa丰富时，蛋白降解加速 食物蛋白供应充足或过量 饥饿或糖尿病时无法获得充足的糖做燃料,细胞如何有选择地降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能？,内源过期蛋白质,水解,氨基酸,？,泛肽识别并在溶酶体中水解,（二）蛋白质降解的反应机制,泛肽：76个氨基酸的小肽,过期蛋白质,泛肽,复合体,溶酶体,游离于细胞质中，过于微小难以观察,小分子单元,溶酶体,白细胞杀菌时被该细菌同样溶解,
2、白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关,蛋白质降解的泛肽途径,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶体,20S蛋白酶体,ATP,19S调节亚基,去折叠,水解,E1：泛肽活化酶 E2：泛肽载体蛋白 E3：泛肽-蛋白质连接酶,（ubiquitin）,蛋白质的生理功能,组织细胞重要的组成成分，维持组织、 细胞的生长，更新和修补组织,参与多种重要的生理活动(如酶、激素),氧化供能（17.9KJ/g 蛋白质）,可转化为糖和脂肪等,氨基酸为含氮化合物合成的提供氮源,（三） 机体对外源蛋白质的需要及消化,*总氮平衡：摄入氮=排出氮即蛋白质分解
3、与合成处于平衡，如成人,*正氮平衡：摄入氮排出氮即蛋白质合成量多于分解量，如儿童、孕妇,*负氮平衡：摄入氮排出氮即蛋白质分解量多于合成量，如饥饿、消耗性疾病,食物摄入氮-(尿氮+粪氮),可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系,氮平衡,扬州大学生物科学与技术学院,蛋白质的需要量,成人每日最低需要量: 3050g/d,我国营养学会推荐的 成人每日需要量: 80g/d,取决于其含必需氨基酸种类及含量的多少,必需氨基酸：机体不能合成、必需从食物中摄取： 赖、缬、异亮、苯丙、蛋、亮、 色、苏氨酸,非必需氨基酸：体内可合成的氨基酸,半必需氨基酸：婴幼儿时期合成量不能满足需要 组氨酸和精氨酸,蛋白质的营养价值
4、,氮的保留量 BV= 100%氮的吸收量,蛋白质的互补作用,指营养价值较低的蛋白质若与必需氨基酸互相补充混合食用时则可大大提高营养价值。,蛋白质的生理价值（BV）：,指食物蛋白的利用率,蛋白质营养价值的化学评分,蛋白来源 重量% 单食时BV 混食时BV 豆腐干 42 65 77面 筋 58 67 小 麦 39 67 小 米 13 57 89 牛 肉 26 69 大 豆 2 2 64 ,混合食物蛋白质的互补作用,水解,胞外酶,氨基酸,吸收入,作为氮源和能源进行代谢,蛋白质不能储备,外源蛋白质,1、蛋白质的消化,内肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、 弹性蛋白酶（水解蛋白质内部肽键）,外肽酶：氨基
5、肽酶、羧基肽酶（从肽链两端开始水解肽键）,主要的酶类：,据水解肽键部位的不同分为两类：,外切酶氨肽酶,内切酶,限制性内切酶,外切酶羧肽酶,最终产物氨基酸,酶原的激活,水解,2、消化过程,（1）胃中消化,胃蛋白酶,胃蛋白酶,胰蛋白酶原,肠激酶,糜蛋白酶弹性蛋白酶羧基肽酶,（+）,酶原的激活,胰蛋白酶,水解,（2）小肠内消化（主要部位）,消化道内几种蛋白酶的专一性,（1） 主要部位：小肠,A 氨基酸运载蛋白,碱性氨基酸运载蛋白,酸性氨基酸运载蛋白,亚氨基酸运载蛋白,B -谷氨酸循环,（2） 吸收机制,中性氨基酸运载蛋白,3、氨基酸的吸收,-谷氨酰基循环氨基酸吸收,General Metabolis
6、m of Amino Acid,氨基酸代谢库 (metabolic pool),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,NH3,- 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,二、氨基酸的分解代谢,氨基酸, 酮酸 1、氧化：CO2、H2O、ATP 2、提供可转化为G（燃料）的3碳和4碳单位,NH4 + 1、再利用生成AA 2、排泄：NH4+ 、尿素、尿酸,（一）脱氨基作用 (Deamination of Amino Acid ),1、转氨基作用氨基转移酶(aminotransferase) 转氨酶
7、( transaminase),(Donor amino acid),(New amino acid),(New keto acid),(Accepter keto acid),( transaminase),（1）体内比较重要的转氨基反应：,谷丙转氨酶(glutamic pyruvic transaminase,GPT) 谷草转氨酶(glutamic oxaloacetic transaminase,GOT),Glu,Pyruvate,-Ketoglutarate (-KG),Ala,GPT,肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍 抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能：肝组
8、织受损破裂 结合乙肝抗原等指标进一步确定原因,查肝功抽血化验转氨酶指数,（2）转氨基作用的机制,转氨基作用机制,（醛亚胺）,分子重排,Schiffs碱异构体,(主要是肌肉),（3）葡萄糖-丙氨酸循环,各组织细胞,脱氨,NH3,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,谷氨酰胺,血液,肝脏,脱氨，转化为排泄形式,以Gln、Ala转运氨经济性高效（一举两得）,肌肉剧烈运动,丙酮酸,NH3,丙氨酸,糖异生,糖原,脱氨,酵解,蛋白质分解产能,L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏，辅基为FMN）,D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少，辅基为FAD）,氨基酸氧化脱氨的主要酶：,2、（谷氨酸的
9、）氧化脱氨基,L-谷氨酸脱氢酶,氨基酸 + FAD + H2O -酮酸 + NH3+ FADH2,FADH2 + O2 FAD + H2O,D 或 L 氨基酸氧化酶,L-Glu氧化脱氨基作用,L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydrogenase） 分布：Liver，Kidney，Brain 不需氧脱氢酶，辅酶：NAD+ or NADP+ ()： GTP、ATP ()： GDP、ADP,+ NH3,-酮戊二酸,L-谷氨酸氧化脱氨基作用,（三）脱酰胺基作用,（四）非氧化脱氨基反应,主要在微生物中进行 1、还原脱氨基,2、脱水脱氨基,3、裂解脱氨基,转氨基作用 转氨酶 种类多、分布广
10、、活性高 但氨基酸没有真正脱掉氨基 氧化脱氨基作用 氨基酸氧化酶 只有Glu脱氢酶分布广、活性高，但肌肉缺乏 不是体内主要的脱氨基方式,最佳脱氨基的方式是？ 联合脱氨基=转氨基+氧化脱氨基 转氨酶与Glu脱氢酶的联合脱氨基肝、脑、肾 嘌呤核苷酸循环肌肉、脑、肾,（五）联合脱氨基作用,-KG,谷氨酸,转氨酶,谷氨酸脱氢酶,肌肉、肝、脑、肾中的嘌呤核苷酸循环,腺苷酸琥珀酸,草酰乙酸,嘌呤核苷酸循环,NH3,天冬氨酸,次黄嘌呤 核苷酸,H2O,NH3,H2O,苹果酸,谷-草转氨酶,反应物,嘌呤核苷酸循环 （purine nucleotide cycle）,（六）氨基酸的脱羧基作用,1、直接脱羧基,P
11、LP,2、羟化脱羧基,Putrefaction（腐败） of Protein,胺类(amines)的生成 组胺、 氨基丁酸等生理活性物质 氨(ammonia)的生成 其它有害物质的生成 苯酚、吲哚、硫化氢等,L-谷氨酸脱氢酶,NAD+H2O,NADH+H+NH4+,-谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸氧化脱氨,(七) 氨的转运与排泄,血氨过高可引起中枢神经系统中毒！,1、体内氨的来源 Amino Acid 脱氨基(Deamination) 肠道细菌的腐败作用与尿素(Urea)的分解,肾小管上皮分泌Gln的分解,若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累,酮戊二酸大量转化 NADPH大量消耗 T
12、CA循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍 表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡,2、氨中毒的可能机制,血氨正常参考值：5.5465mol/L降低血氨的措施：限制蛋白进食量给于肠道抑菌药物给予Glu使其与氨结合为Gln,3、氨的转运,Gln合成酶,谷氨酰磷酸,Gln合成酶,以中性Gln形式转运,肝脏,4、氨的排泄,水生生物直接扩散脱氨（NH3）,哺乳、两栖动物排尿素,各种生物根据安全、价廉的原则排氨,直接排氨，不消耗能量；排氨形式越复杂、越耗能,？,体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,？,体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的
13、尿素形式。,鸟类、爬虫排尿酸,均来自转氨,不溶于水 毒性很小 需更多能量,为什么这类生物如此排氨？,水循环太慢，保留水分同时不中毒，付出高能量代价。,高等植物，以Gln/Asn形式储存氨，不排氨。,1932年Hans Krebs提出尿素循环(urea cycle) 鸟氨酸循环(ornithine cycle),5、尿素(urea)的生成,实验： 动物切除肝脏，输入AA后，血氨浓度升高 动物保留肝脏、切除肾脏，输入AA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,Urea Biosynthesis -1,氨基甲酰磷酸
14、 (Carbamoyl phosphate),CPS-,AGA,（1）氨基甲酰磷酸的合成：氨甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phophate synthetase,CPS-),(N-acetyl glutamatic acid,AGA),反应部位：线粒体,蛋白质降解 转氨反应 Glu浓度 AGA,最终促进CPS活性,Urea Biosynthesis -2,（2）瓜氨酸的合成,(Carbamoyl phosphate),(Ornithine),(Citrulline),Urea Biosynthesis -3,（3）精氨酸的合成（胞质）,(Citrulline),(Asp),(Argini
15、nosuccinate),(Argininosuccinate),(Arginine),(Fumarate),Urea Biosynthesis -4,（4）精氨酸水解生成尿素,(Arginine),(Urea),(Ornithine),尿素生成的要点 亚细胞定位：线粒体与细胞质 限速酶：氨甲酰磷酸合成酶 耗能过程：4ATP/urea N与C来源：氨基酸脱氨和CO2 尿素合成的调节 食物蛋白质的影响 CPS-的调节 尿素合成酶系的调节,尿素循环,部位肝脏细胞,氨基酸,（外来的或自身的）,-酮戊二酸 （转氨作用）,谷氨酸,谷氨酸,酮戊二酸,NH4+,CO2,2ADP+Pi+H+,2ATP,Pi,
16、鸟氨酸,瓜氨酸,氨甲酰磷酸,Pi,瓜氨酸,转氨基氨,精氨琥珀酸,ATP,AMP+PPi,延胡索酸,鸟氨酸,精氨酸,H2O,尿素,消耗4ATP能量,三、氨基酸碳骨架的氧化途径,生成 non-essential amino acid转变成Carbohydrate及Lipids 生糖氨基酸(glucogenic amino acid) 生酮氨基酸(ketogenic amino acid) 生糖兼生酮氨基酸(glucogenic and ketogenic amino acid)氧化供能,碳骨架的氧化,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸,丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸
17、,丙酮酸,精氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸,谷氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸,天冬酰胺 谷氨酰胺,氧化供能或转变成糖类及脂类,生糖氨基酸：甘、丝、丙等多种氨基酸,生酮氨基酸：亮、赖、苯丙、色、酪,生酮兼生糖氨基酸：苯丙、酪,（一）形成乙酰-CoA,丙氨酸,色氨酸,丝氨酸,甘氨酸,苏氨酸,丝/苏氨酸转羟甲基酶,丝氨酸转羟甲基酶,乙酰CoA,丝氨酸,半胱氨酸,精氨酸,谷氨酸,脯氨酸,（二）形成酮戊二酸,谷氨酸半醛,组氨酸,酮戊二酸,谷氨酰胺,谷氨酸,同型/高半胱氨酸,甲硫氨酸,苏氨酸,（三）形成琥珀酸-CoA,羟丁酸,琥珀酸-CoA,苏氨酸,缬氨酸,异亮氨酸,缬氨酸 亮氨酸 异
18、亮氨酸,支链氨基酸的代谢,（4）形成延胡索酸,乙酰乙酸,两条路径进入,（5）形成草酰乙酸,（一）一碳单位(one carbon unit,OCU)代谢,概念：含一个碳原子的基团,四、由氨基酸产生的其他重要物质,methyl methylene methenyl formyl formimino,叶酸、碟酰谷氨酸,2-氨基-4-羟基-6-亚甲基蝶呤,对氨基苯甲酸,谷氨酸,叶酸蝶酰谷氨酸,存在形式四氢叶酸 功能：一碳单位脱除酶的辅酶传递一碳基团,传递甲基,一碳单位的产生,OCU与Amino Acid Metablism,OCU与Amino Acid Metablism,OCU相互转变与生理功能,OCU与核苷酸合成,（二）含硫氨基酸的代谢,1、Met,2、Cys,（三）肌酸(creatine)的合成,（四）Phe 、Tyr和Trp的代谢,（五）多胺(polyamines) 腐胺、精眯，精胺,脱羧SAM,脱羧SAM,
