生物化学 第30章 蛋白质解和氨基酸分解代谢

3、转氨基作用的机制
转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛， 起传递氨基的作用
二、氨基酸分解代谢
（三）联合脱氨基作用
——是体内氨基酸脱氨基的主要方式
• 定义 • 形式
二、氨基酸分解代谢
（三）联合脱氨基作用
1、什么是联合脱氨基作用
α -氨基酸先与α -酮戊二酸起转氨基作用，形成谷 氨酸，谷氨酸再脱氨。 生物体采用转氨作用和氧化脱氨作用联合进行的方 法，即可迅速地使各种不同的氨基酸脱掉氨基，叫 联合脱氨基作用。
2、*转氨基作用特点
转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛 转氨酶催化的反应没有游离氨的释放 转氨酶催化反应是可逆反应 氨基的受体：丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸
生化作用： 氨基酸转移酶的辅酶，起递氨基作用
HO H3C
R
CH2OHP
磷酸吡哆醛
N
磷酸吡哆胺
吡哆醛：R= -CHO 吡哆胺：R= -CH2NH2 吡哆醇：R= -CH2OH
转氨基作用：在转氨酶的催化下， 某一氨基酸的-氨基转 移到另一种-酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸；原来的 氨基酸则转变成-酮酸。
谷丙转氨酶（glutamic pyruvic transaminase, GPT，又称ALT) 谷草转氨酶（glutamic oxaloacetic transminase, GOT，又称AST）
Chapter30 蛋白质降解和 氨基酸的分解代谢
Metabolism of Amino acids & Proteins
本章要点
一、蛋白质的降解 二、氨基酸分解代谢 三、尿素循环(urea cycle鸟氨酸循环 ) 四、氨基酸碳骨架的氧化途径 五、生糖氨基酸和生酮氨基酸 六、由氨基酸衍生的其他重要物质 七、氨基酸代谢缺陷
O H2N-C-NH2 + H2O
三、尿素循环(urea cycle鸟氨酸循环 )
2、尿素循环的过程
1). 鸟氨酸与氨、CO2结合生 成瓜氨酸
2). 瓜氨酸接受一分子氨生 成精氨酸
3). 精氨酸水解产生尿素 (urea)，重新生成鸟氨酸
2ADP+ Pi 2ATP
氨基甲酰磷酸
线粒体
N-乙酰谷氨酸 Pi
（五）氨的代谢去路 氨的毒性：损害中枢神经系统
如：NH4+ + α-酮戊二酸 + NADPH+ H+
谷氨酸 + NADP+ + H2O
二、氨基酸分解代谢
（五）氨的代谢去路
1、氨的转运
谷氨酰胺是氨运输的主要形式
体内有毒性的氨有３个来源
1. 氨基酸脱氨基作用和胺类的分解均可以产生氨
RCH2NH2
胺氧化酶
1). 氨基甲酰磷酸的合成 2). 瓜氨酸的合成 3). 精氨酸的合成 4). 精氨酸水解生成尿素
1） 氨甲酰磷酸的合成（反应部位：线粒体）
反应不可逆
CO2 +
NH3 +
H2O
氨甲酰磷酸合成酶I（CPS-І）
O
N-乙酰谷氨酸
H2N C O ~PO32-
2ATP
Mg2+
2ADP+Pi 氨基甲酰磷酸
N-乙酰谷氨酸是CPS-І的变构激活剂
二、氨基酸分解代谢
（五）氨的代谢去路 2、氨的排泄
①排氨动物（如鱼类），以谷氨酰胺形式运送至排泄 部位，经谷氨酰胺酶作用产生氨，扩散排除。
②尿素形成——尿素循环(urea cycle): 肝脏中进行 （陆栖高等动物和两栖类）
③排尿酸动物（如陆生爬虫类和鸟类）——尿酸的形 成
三、尿素循环(urea cycle鸟氨酸循环 )
RCHO + NH3
2. 肠道细菌腐败作用产生氨
氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨
尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨
3. 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺
谷氨酰胺 谷氨酰胺酶 谷氨酸 + NH3
氨中毒是致命的
• 氨是机体正常代谢产物，具有毒性。 • 体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。 • 正常人血氨浓度一般不超过60 μmol/L。
and exopeptidases
少量氨基酸由淋巴
系统进入血液。
二、氨基酸分解代谢
吸收到体内的氨基酸可部分地在机体 （可以是细胞、组织或个体）中累积起来 形成氨基酸代谢库供必要时动用。
氨 消化吸收
食物蛋白
合成 蛋白质（主）
组织蛋白质
分解
脱氨（生成尿素）
基 酸 分解
-酮酸
代
脱羧 胺类
酮体 氧化供能 糖
③机体处于饥饿状态或未控制的糖尿病状态时，机 体不能利用或不能合适地利用糖作为能源，细胞 的蛋白质被用做重要的能源。
二、氨基酸分解代谢
氨基酸代谢去路
（1）经生物合成形成蛋白质； （2）进行分解代谢：先脱去氨基，形成的碳骨 架 ——α-酮戊二酸进入糖代谢途径，彻底氧化或转 变为糖和脂肪； （3）以酰胺形式储存起来，或转变为其他含氮物质。
（1）形成1分子尿素可清除两分子氨基氮及1分子CO2 （2）形成1分子尿素需消耗4个高能磷酸键 （3）前两步骤是在肝细胞的线粒体中完成的，而后 三个步骤都是在胞液中完成的。 （4）产生二个非蛋白质氨基酸：鸟氨酸、瓜氨酸
*要点
• 部位： 肝细胞线粒体、胞液 • 原料：NH3 、 CO2、 ATP、 天冬氨酸
一、蛋白质的降解
（一）机体对外源蛋白的需要及其消化作用： 1、什么是氮平衡？
氮平衡(nitrogen balance)
摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮 量之间的关系。
成人每日最低蛋白质需要量为30～50g，我国营 养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。
1、氮平衡
氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人） 氮正平衡：摄入氮 > 排出氮（儿童、孕妇等） 氮负平衡：摄入氮 < 排出氮（饥饿、消耗性疾
反应部位：线粒体 2）瓜氨酸的合成
NH2 (C H 2)3 CH NH2 COOH
鸟氨酸
NH2
+
C O 鸟氨酸氨基甲酰转移酶
O
~
P
O
23
H3PO4
氨基甲酰磷酸
NH2 CO
NH (C H 2)3
CH NH2 COOH
瓜氨酸
2）瓜氨酸的合成
• 由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase,OCT)催化，OCT常与CPS-Ⅰ构成 复合体。
NH3 + CO2 + H2O
鸟氨酸
瓜氨酸 鸟氨酸循环的全过程
鸟氨酸
尿素
胞液
H2O
ATP
瓜氨酸 天冬氨酸 -酮戊二酸
AMP+PPi
aa
精氨琥珀酸
精氨酸 延胡索酸
草酰乙酸 苹果酸

谷氨酸 -酮酸
氨甲酰基
脒基
鸟氨酸
(ornithine)
瓜氨酸
(citrulline)
精氨酸
(arginine)
3、鸟氨酸循环的具体步骤
一、蛋白质的降解
（二）蛋白质的酶解和氨基酸的吸收
动物的蛋白水解酶，又称肽酶，其作用在于使 肽键破坏。 肽酶有肽链内切酶（endopeptidase）、肽 链外切酶（exopeptidase）和二肽酶3类。 这些肽酶对不同氨基酸形成的肽键有专一性
蛋白水解酶作用示意图
氨基肽酶
内肽酶
羧基肽酶
氨基酸 +
谢 体内合成
转变
（非必需
其它含氮化合物
库 氨基酸 ）
经肾排出 (1g/d)
一般在下列3种代谢状况下，氨基酸才氧化降解：
①细胞的蛋白质进行正常的合成和降解时，蛋白质 合成并不需要蛋白质降解释放出的某些氨基酸， 这些氨基酸会进行氧化分解。
②食品富含蛋白质，消化产生的氨基酸超过了蛋白 质合成的需要，由于氨基酸不能在体内储存，过 量的氨基酸在体内被氧化降解。
二、氨基酸分解代谢
（三）联合脱氨基作用
2、联合脱氨基作用的形式
①以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用 ②以嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用
①以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用
◆主要在肝、肾等 组织内进行，参与 的酶是转氨酶与谷 氨酸脱氢酶。该途 径是联合脱氨基作 用的主要反应途径
◆体内合成非必需 氨基酸的主要途径
2个氮原子，1个来自氨，1个来自天冬氨酸 • 涉及的氨基酸及其衍生物： 6种
鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、 精氨琥珀酸、N-乙酰谷氨酸 •耗能：3个ATP；4个高能磷酸键 •与三羧酸循环的联系物质：延胡索酸
1、尿素循环的发现310页
最早发现的代谢循环，1932年Hans A.Krebs提出
尿素的形成主要在肝细胞中进行。
三、尿素循环(urea cycle鸟氨酸循环 )
尿素的生物合成需要NH3、CO2（或H2CO3）、 鸟氨酸、天冬氨酸、ATP、Mg2+和一系列的酶参加
作用。
2NH3 + CO2
鸟氨酸循环
（四）氨基酸脱羧基作用
磷酸吡哆醛 胺
磷酸吡哆醛的作用：以其醛基与氨基酸的氨基结合 成中间产物醛亚胺，醛亚胺经脱羧、水解生成一级 胺。
二、氨基酸分解代谢
（四）氨基酸脱羧基作用
肠道细菌使氨基酸脱羧基产生胺类
蛋白质 蛋白酶 氨基酸 脱羧基作用 胺类
组氨酸
组胺
色氨酸
色胺
酪氨酸
酪胺
赖氨酸
尸胺
二、氨基酸分解代谢
1、氧化脱氨基作用
氨基酸的氧化脱氨是由氨基酸氧化酶催化。反应 分两个步骤进行。第一步脱氢，第二步加水和脱氨
1、氧化脱氨基作用
L-谷氨酸脱氢酶
亚谷氨酸 L-谷氨酸脱氢酶：肝、肾、脑组织广泛存在，是一种不需氧 脱氢酶，催化L-谷氨酸氧化脱氨生成-酮戊二酸，辅酶是 NAD+或NADP+
二、氨基酸分解代谢
COOH
COOH
天冬氨酸
精氨酸代琥珀酸
3）精氨酸的合成－２（反应部位：胞液）
NH2
COOH
C N CH
NH (CH2)3
CH2 COOH
CH NH2
COOH
精氨酸代琥 珀酸裂解酶
NH2
C NH
NH
(CH2)3
+
COOH CH CH
CH NH2 COOH
HOOC
精氨酸代琥珀酸
精氨酸
延胡索酸
4）精氨酸水解为尿素
（一）氨基酸的脱氨基作用
2、非氧化脱氨基作用 氨基酸的非氧化脱氨基作用主要在某些微生物中
常见，如还原脱氨、水解脱氨等。
还原脱氨：RCHNH2COOH+2H→RCH2COOH+NH3 水解脱氨：RCHNH2COOH+H2O→RCHOH-COOH+NH3
二、氨基酸分解代谢
（二）氨基转移反应
1、*转氨酶与转氨基作用
②以嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用
主要在骨骼肌、心肌内进行。肌肉中L-谷氨酸脱氢酶活性不高
二、氨基酸分解代谢
（四）氨基酸脱羧基作用
一种氨基酸脱羧酶一般只对一种L-型氨基酸或其 衍生物起脱羧作用。氨基酸脱羧酶中除组氨酸脱羧 酶不需任何辅酶外，其余各氨基酸脱羧酶皆需要磷 酸吡哆醛为辅酶。
二、氨基酸分解代谢
病患者）
•氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。
2、营养必需氨基酸
体内需要但不能自身合成，必须由食物供给的氨 基酸。 包括8种：异亮氨酸（Ile）、甲硫氨酸（Met）、 缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）、色氨酸（Trp）、 苯丙氨酸（Phe）、苏氨酸（Thr）、赖氨酸（Lys）。 ◆ 精氨酸、组氨酸，人体能合成，但量少，长期缺 乏，导致氮负平衡。
• 反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。
3）精氨酸的合成－１（反应部位：胞液）
NH2 CO
NH
+ ( C H 2 ) 3
CH NH2
COOH
瓜氨酸
NH2
COOH
C N CH
COOH
NH
CH2
H 2N
CH CH2
精氨酸代琥珀酸合成酶
Mg2+
ATP
H2O AMP+PPi
(C H 2)3
COOH
CH NH2
二肽酶 氨基酸
一、蛋白质的降解
（二）蛋白质的酶解和氨基酸的吸收
一、蛋白质的降解
（二）蛋白质的酶解和氨基酸的吸收
一、蛋白质的降解
（二）蛋白质的酶解和氨基酸的吸收
氨基酸被小肠粘膜 吸收后即通过粘膜
Pepsin
的微血管进入血液
运到肝脏及其他器 Chymotrypsin，trypsin,
官进行代谢，也有
二、氨基酸分解代谢
氨基酸分解第一步为脱氨，脱氨后产生酮酸和氨。 在代谢中有的酮酸具有产生糖，有的具有产生酮的潜 力，因此，在代谢上氨基酸可分为生糖与生酮分类。 氨基酸失去氨基的作用称为脱氨基作用，分为氧化脱 氨基作用（动、植物）和非氧化脱氨基作用（微生物）
二、氨基酸分解代谢
（一）氨基酸的脱氨基作用
CO2 + NH3 + H2O
鸟
2ATP
N-乙酰谷氨酸
氨
2ADP+Pi
氨基甲酰磷酸
线粒体
Pi
酸 循
鸟氨酸
瓜氨酸
环
鸟氨酸
尿素
胞液
瓜氨酸
ATP
AMP + PPi
天冬氨酸
精氨酸
精氨酸代 琥珀酸 草酰乙酸
延胡索酸
α-酮戊 二酸
氨基酸
谷氨酸 α-酮酸
苹果酸
三、尿素循环(urea cycle鸟氨酸循环 )
4、尿素循环的总结（看图311页）
转氨酶
正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织)
组织 GOT GPT
心
156000 7100
肝
142000 44000
骨骼肌 99000
肾
91000
4800 19000
组织 胰腺
脾 肺 血清
GOT 28000 14000 10000
20
GPT 2000 1200 700
16
• 血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和 预后的指标之一。