生化蛋白质代谢

第五章蛋白质代谢第一节概述一、主要途径1.蛋白质代谢以氨基酸为核心，细胞内外液中所有游离氨基酸称为游离氨基酸库，其含量不足氨基酸总量的1％，却可反映机体氮代谢的概况。

食物中的蛋白都要降解为氨基酸才能被机体利用，体内蛋白也要先分解为氨基酸才能继续氧化分解或转化。

2.游离氨基酸可合成自身蛋白，可氧化分解放出能量，可转化为糖类或脂类，也可合成其他生物活性物质。

合成蛋白是主要用途，约占75％，而蛋白质提供的能量约占人体所需总能量的10－15％。

蛋白质的代谢平衡称氮平衡，一般每天排出5克氮，相当于30克蛋白质。

3.氨基酸通过特殊代谢可合成体内重要的含氮化合物，如神经递质、嘌呤、嘧啶、磷脂、卟啉、辅酶等。

磷脂的合成需S-腺苷甲硫氨酸，氨基酸脱羧产生的胺类常有特殊作用，如5－羟色胺是神经递质，缺少则易发生抑郁、自杀；组胺与过敏反应有密切联系。

二、消化外源蛋白有抗原性，需降解为氨基酸才能被吸收利用。

只有婴儿可直接吸收乳汁中的抗体。

可分为以下两步：1.胃中的消化：胃分泌的盐酸可使蛋白变性，容易消化，还可激活胃蛋白酶，保持其最适pH，并能杀菌。

胃蛋白酶可自催化激活，分解蛋白产生蛋白胨。

胃的消化作用很重要，但不是必须的，胃全切除的人仍可消化蛋白。

2.肠是消化的主要场所。

肠分泌的碳酸氢根可中和胃酸，为胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等提供合适环境。

肠激酶激活胰蛋白酶，再激活其他酶，所以胰蛋白酶起核心作用，胰液中有抑制其活性的小肽，防止在细胞中或导管中过早激活。

外源蛋白在肠道分解为氨基酸和小肽，经特异的氨基酸、小肽转运系统进入肠上皮细胞，小肽再被氨肽酶、羧肽酶和二肽酶彻底水解，进入血液。

所以饭后门静脉中只有氨基酸。

三、内源蛋白的降解1.内源蛋白降解速度不同，一般代谢中关键酶半衰期短，如多胺合成的限速酶－鸟氨酸脱羧酶半衰期只有11分钟，而血浆蛋白约为10天，胶原为1000天。

体重70千克的成人每天约有400克蛋白更新，进入游离氨基酸库。

2.内源蛋白主要在溶酶体降解，少量随消化液进入消化道降解，某些细胞器也有蛋白酶活性。

内源蛋白是选择性降解，半衰期与其组成和结构有关。

有人认为N－末端组成对半衰期有重要影响（N-末端规则），也有人提出半衰期短的蛋白都含有一个富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸的区域（PEST区域）。

如研究清楚，就可能得到稳定的蛋白质产品。

四、氨基酸的吸收食用蛋白质后15分钟就有氨基酸进入血液，30到50分钟达到最大。

氨基酸的吸收与葡萄糖类似，有以下方式：1.需要载体的主动转运，需要钠，消耗离子梯度的势能。

已发现6种载体，运载不同侧链种类的氨基酸。

2.基团转运，需要谷胱甘肽，每转运一个氨基酸消耗3个ATP，而用载体转运只需三分之一个。

此途径为备用的旁路，一般无用。

第二节脱氨和脱羧氨基酸失去氨基称为脱氨，是机体氨基酸分解代谢的第一步。

绝大多数氨基酸先脱氨生成α－酮酸，再氧化或转化为其他物质。

有氧化脱氨和非氧化脱氨两类，前者普遍存在，后者存在于某些微生物。

一、氧化脱氨（一）过程：氨基酸在氨基酸氧化酶催化下脱氢生成亚氨基酸，再水解生成酮酸和氨。

脱下的氢由黄素蛋白传递给氧，生成过氧化氢，再分解为水和氧。

总反应如下：2氨基酸+O2=2酮酸+2NH3过氧化氢也可氧化酮酸生成脂肪酸和二氧化碳。

（二）有关酶1.L-氨基酸氧化酶：可催化多数氨基酸，但甘氨酸、侧链含羟基、羧基、氨基的氨基酸无效，需专门的酶。

以FAD或FMN为辅基，人的酶以FMN为辅基。

2.D-氨基酸氧化酶：存在于肝、肾，以FAD为辅基。

3.氧化专一氨基酸的酶：如甘氨酸氧化酶、D-天冬氨酸氧化酶、L-谷氨酸脱氢酶等。

后者重要，分布广泛，活力高，受别构调节，能量不足时激活，加快氧化。

以NAD或NADP为辅酶，不需氧，通过呼吸链再生。

在体外可用于合成味精。

二、非氧化脱氨1.还原脱氨：严格无氧时氢化酶催化生成羧酸和氨。

2.水解脱氨：水解酶催化，生成α－羟酸和氨。

3.脱水脱氨：丝氨酸和苏氨酸在脱水酶催化下生成烯，重排成亚氨基酸，自发水解生成酮酸和氨。

脱水酶以磷酸吡哆醛为辅基。

4.脱巯基脱氨：半胱氨酸在脱硫氢基酶催化下脱去硫化氢，重排、水解，生成丙酮酸和氨。

5.氧化－还原脱氨：两个氨基酸一个氧化，一个还原，脱去两个氨，生成酮酸和脂肪酸。

三、脱酰胺作用谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶可催化脱酰胺，生成相应的氨基酸。

此酶分布广泛，专一性强。

四、转氨基作用1.定义：指α－氨基酸和酮酸之间氨基的转移作用。

氨基酸的α－氨基转移到酮酸的酮基上，生成酮酸，原来的酮酸形成相应的氨基酸。

转氨作用普遍存在，除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸和脯氨酸外都参与转氨，对其分解及合成有重要作用。

2.转氨酶：种类很多，多需要谷氨酸，对另一个氨基酸要求不严，以活力最大的命名。

其反应是可逆的，由浓度控制。

都含磷酸吡哆醛，乒乓机制。

吡哆醛还参与脱羧、脱水、脱硫化氢及消旋等反应。

五、联合脱氨指脱氨与转氨联合，是氨基酸降解的主要方式，有两种方式：1.氨基酸先转氨生成谷氨酸，再由谷氨酸脱氢酶脱去氨基。

普遍存在。

2.腺苷酸循环：氨基转给谷氨酸，再生成天冬氨酸，与次黄嘌呤核苷一磷酸生成腺苷酸代琥珀酸，再裂解成腺苷酸和延胡索酸。

腺苷酸水解成次黄嘌呤核苷酸，放出氨；延胡索酸水化、氧化再生草酰乙酸。

此途径主要存在于肌肉和脑，其腺苷酸脱氨酶活性较高。

肝脏谷氨酸脱氢酶活力高，但90％转化为天冬氨酸。

六、脱羧少数氨基酸先脱羧生成一级胺。

此反应由脱羧酶催化，含磷酸吡哆醛，专一性强，每种酶只催化一种L-氨基酸。

此酶在各种组织中普遍存在，生成的胺有重要生理作用，如脑中谷氨酸脱羧生成的γ－氨基丁酸是神经递质。

第三节氮的排泄氨对机体有毒，特别是对脑。

血液中1％的氨即可使神经中毒。

水生动物可直接排氨，陆生动物排溶解度较小的尿素，卵生动物排不溶的尿酸。

一、氨的转运（一）谷氨酰胺合成酶将氨与谷氨酸合成谷氨酰胺，消耗一个ATP。

谷氨酰胺中性无毒，容易通过细胞膜，进入血液运到肝脏后被谷氨酰胺酶分解，放出氨。

（二）肌肉通过葡萄糖-丙氨酸循环转运氨。

氨经谷氨酸转给丙氨酸，运到肝后再转氨生成谷氨酸。

丙酮酸异生为葡萄糖返回肌肉。

这样肌肉活动产生的丙酮酸和氨都得到处理，一举两得。

二、尿素的生成1.在线粒体中氨甲酰磷酸合成酶I将氨和CO2合成氨甲酰磷酸，消耗2个ATP。

N-乙酰谷氨酸是此酶的正调节物。

酶II在细胞质，与核苷酸的合成有关。

2.氨甲酰磷酸与鸟氨酸形成瓜氨酸和磷酸，由鸟氨酸转氨甲酰酶催化，需镁离子。

3.瓜氨酸出线粒体，进入细胞质，与天冬氨酸生成精氨琥珀酸。

精氨琥珀酸合成酶需镁离子，消耗1个ATP的两个高能键。

4.精氨琥珀酸裂解酶催化其裂解，生成精氨酸和延胡索酸。

5.精氨酸酶催化水解生成鸟氨酸和尿素。

6.总反应为：NH4++CO2+3ATP+Asp+2H2O=尿素+延胡索酸+2ADP+2Pi+AMP+Ppi共除去2分子氨和1分子CO2，消耗4个高能键。

前两步在线粒体中进行，可避免氨进入血液引起神经中毒。

此途径称为尿素循环或鸟氨酸循环，缺乏有关酶会中毒死亡。

三、其他途径爬虫和鸟排泄不溶的尿酸，可保持水，但耗能高。

具体见核酸代谢。

此外，蜘蛛排鸟嘌呤，某些鱼排氧化三甲胺，高等植物合成谷氨酰胺和天冬酰胺，储存体内。

第四节碳架氧化20种氨基酸分别以5种物质进入三羧酸循环：丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸和色氨酸生成乙酰辅酶A，精氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和谷氨酸生成α-酮戊二酸，甲硫氨酸、异亮氨酸、缬氨酸生成琥珀酰辅酶A；苯丙氨酸和酪氨酸还生成延胡索酸；天冬氨酸和天冬酰胺生成草酰乙酸。

分解主要在肝和肾进行，某些中间物可转化为糖、酮体及生物活性物质，见下节。

氨基酸脱羧形成胺后不能进入三羧酸循环。

一、乙酰辅酶A途径（一）由丙酮酸生成乙酰辅酶A1.丙氨酸：由谷丙转氨酶转氨生成丙酮酸2.丝氨酸：脱水脱氨生成丙酮酸，由丝氨酸脱水酶催化，含磷酸吡哆醛。

3.甘氨酸：可接受羟甲基，转变成丝氨酸。

由丝氨酸转羟甲基酶催化，以磷酸吡哆醛为辅基，甲烯基四氢叶酸为供体，需锰。

此途径主要作为丝氨酸的合成途径，甘氨酸的分解主要是作为一碳单位供体，由甘氨酸裂解酶裂解生成甲烯基四氢叶酸和二氧化碳及氨，次要途径是氧化脱氨生成乙醛酸，再氧化成甲酸或草酸。

甘氨酸与谷胱甘肽、肌酸、胆碱、嘌呤、卟啉的合成都有关系。

4.苏氨酸：由苏氨酸醛缩酶裂解成甘氨酸和乙醛，乙醛可氧化成乙酸再生成乙酰辅酶A。

也可脱水生成α-酮丁酸，或脱去脱羧形成氨基丙酮。

5.半胱氨酸：可转氨生成β-巯基丙酮酸，再由转硫酶脱去硫化氢生成丙酮酸。

也可先氧化成半胱氨酸亚磺酸，再转氨、脱去亚硫酸形成丙酮酸。

产生的硫化氢要氧化成亚硫酸，再氧化成硫酸，由尿排出。

（二）由乙酰乙酰辅酶A生成乙酰辅酶A1.苯丙氨酸：由苯丙氨酸-4-单加氧酶催化生成酪氨酸，消耗一个NADPH。

2.酪氨酸：先转氨生成4-羟苯丙酮酸，再氧化、脱羧、开环，裂解成延胡索酸和乙酰乙酸。

延胡索酸进入三羧酸循环，乙酰乙酸由琥珀酰辅酶A活化生成乙酰乙酰辅酶A，硫解形成两个乙酰辅酶A。

3.亮氨酸：先转氨、脱羧生成异戊酰辅酶A，再脱氢、末端羧化、加水生成羟甲基戊二酰辅酶A(HMG CoA)，裂解成乙酰乙酸和乙酰辅酶A。

4.赖氨酸：先由两条途径生成L-α-氨基己二酸半醛，其一是与α-酮戊二酸缩合成酵母氨酸，再放出谷氨酸；其二是先脱去α氨基再环化、开环，将氨基转移到α位。

生成半醛后氧化成酸，转氨生成α-酮己二酸，脱羧生成戊二酰辅酶A，脱氢、脱羧形成巴豆酰辅酶A，最后水化、脱氢成乙酰乙酰辅酶A。

5.色氨酸：较复杂，先氧化，依次脱去甲醛、丙氨酸，最后形成α-酮己二酸，生成乙酰乙酰辅酶A。

其11个碳原子共生成一个乙酰乙酰辅酶A，一个，4个二氧化碳和一个甲酸。

二、α-酮戊二酸途径，由精氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和谷氨酸5种。

1.精氨酸：由精氨酸酶水解成鸟氨酸和尿素，再转氨生成谷氨酸γ半醛，由脱氢酶氧化成谷氨酸，转氨或脱氨形成。

α-酮戊二酸。

2.组氨酸：组氨酸分解酶脱去氨基形成尿刊酸，再水合、开环生成N-甲亚氨基谷氨酸，谷氨酸转甲亚氨酶催化转给四氢叶酸，形成谷氨酸。

3.谷氨酰胺：可由谷氨酰胺酶水解；可将酰胺转给α-酮戊二酸，生成两个谷氨酸；也可转到α-酮戊二酸的γ-羧基上，形成的γ-酮谷酰胺酸可水解生成α-酮戊二酸。

4.脯氨酸：先由脯氨酸氧化酶形成双键，再加水开环形成谷氨酸γ半醛，用NAD氧化成谷氨酸。

三、琥珀酰辅酶A途径，有甲硫氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。

1.甲硫氨酸：与ATP生成S-腺苷甲硫氨酸，转甲基后水解，生成高半胱氨酸，在胱硫醚-β-合成酶催化下与丝氨酸合成胱硫醚，胱硫醚-γ-分解酶催化脱去半胱氨酸和氨基，生成α-酮丁酸，脱羧成丙酰辅酶A，丙酰辅酶A羧化酶催化生成D-甲基丙二酰辅酶A，消旋酶生成L-型，变位生成琥珀酰辅酶A。