生物化学9第九章 氨基酸代谢

残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。
蛋白水解酶作用示意图
氨基肽酶
内肽酶
羧基肽酶
氨基酸 +
二肽酶 氨基酸
⑵小肠黏膜细胞的消化酶水解寡肽为氨基酸 ——在小肠黏膜细胞中进行
主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用， 例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽 酶(dipeptidase)等， 最终产生氨基酸。
（四）氨基酸的吸收
主要在小肠进行，是一种主动转运过程， 需由特殊载体蛋白携带。
转运氨基酸或小肽进入细胞时，同时转 运入Na+，三者形成三联体。
Na+借Na+泵排出细胞外，消耗ATP。 此吸收过程存在于小肠黏膜细胞，肾小
管细胞和肌细胞等细胞膜上。
七种类型的载体蛋白：
中性氨基酸载体
β
酸性氨基酸载体
碱性氨基酸载体
（五）未被吸收的蛋白质被肠道细菌代谢
蛋白质的腐败作用(putrefaction)
在消化过程中，有一小部分蛋白质未被消化或虽 经消化、但未被吸收，进入肠道。
肠道细菌对这部分蛋白质及其消化产物的代谢叫 蛋白质的腐败作用。
腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等； 也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的 物质。
H2O
(CH2)2 COOH NAD(P)+ (CH2)2 COOH
L-谷氨酸
O
C COOH + NH3
(CH2)2 COOH
α-酮戊二酸
L-谷氨酸脱氢酶 L-谷氨酸脱氢酶催化Ｌ-谷氨酸氧化脱氨基
酶存在于肝、脑、肾中，催化反应可逆。 一般情况下，反应偏向于谷氨酸合成。
（二）丙酮酸和草酰乙酸通过转氨基作用生成 丙氨酸和天冬氨酸
具有调节功能的蛋白质在需要时合成， 随后被迅速降解.
某些因素导致这些蛋白质的半寿期延长， 则会导致基因表达的异常。
2．结构蛋白需要更新
组织细胞的结构蛋白多为长寿蛋白质， 但仍然以一定的速率被降解。
细胞代谢过程中经常产生影响蛋白质结构 的物质，通过氧化作用而损伤蛋白质。这些 损伤蛋白质即通过特定的机制被降解，细胞 则重新合成相同的蛋白质以替代被降解的蛋 白质。
肠道细菌 脱氨基作用
尿素酶
氨 (ammonia)
降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出， 可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。
3．腐败作用产生其他有害物质
除了胺类和氨以外，通过腐败作用还可产 生一些其他有害物质，例如苯酚、吲哚、甲 基吲哚及硫化氢等。
酪氨酸
苯酚
半胱氨酸 色氨酸
硫化氢 吲哚
C S E2
E3
泛素
E1：泛素活化酶 E2：泛素结合酶 E3：泛素蛋白连接酶
O C NH 被降解蛋白质
泛素化过程
（2）泛素化的蛋白质被蛋白酶体降解
蛋白酶体是存在于细胞核和质内的ATP－依赖 性蛋白。
是一个26S蛋白质复合物，
由20S的核心颗粒(core particle, CP)和 19S的调节颗粒(regulatory particle, RP)组成。
1．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 色氨酸 酪氨酸 赖氨酸
组胺 色胺 酪胺 尸胺
假神经递质(false neurotransmitter)
某些物质结构与神经递质结构相似，可取 代正常神经递质从而影响脑功能，称假神经递 质。
苯丙氨酸、酪氨酸经脱羧基后，生成胺如不 进入肝分解而进入脑组织，可经分别羟化生成 β-羟酪胺和苯乙醇胺。
• 其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸。 （nutritionally non-essential amino acid）
组氨酸和精氨酸虽能在人体内合成，但 合成量不多，长期缺乏也能造成负氮平衡， 可以将这两种氨基酸视为营养半必需氨基酸 （nutritionally semi-essential amino acid）。 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。
含氮碱基、核酸成分 含氮碱基、核酸成分 血红素、细胞色素 能量储存 神经递质、维生素 神经递质、激素 皮肤色素 神经递质 细胞增殖促进剂 结合胆汁酸成分
氨基酸代谢概况
食物蛋白质
组织 蛋白质
分解 合成
氨基酸 代谢库
尿素 氨
α-酮酸
酮体 氧化供能
糖
代谢转变
胺类
体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)
其他含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)
2）另一些亚基有ATP酶活性，水解ATP获能 量使蛋白质去折叠，并定位于核心颗粒上。
蛋白酶体
调节颗粒
α-亚基 β-亚基 β-亚基 α-亚基
核心颗粒
调节颗粒
三、营养非必需氨基酸可在体内通过 不同途径合成
（一）α-酮戊二酸还原氨化生成谷氨酸
NH2
NAD(P)H+H+ NH
CH COOH
C COOH
（三）食物蛋白在胃和肠道被消化成氨基酸和寡肽
蛋白质消化的生理意义：
1） 由大分子转变为小分子，便于吸收。 2） 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、
毒性反应。
1. 食物蛋白质在胃中消化
胃酸、胃蛋白酶
胃蛋白酶原
胃蛋白酶 + 多肽碎片
(pepsinogen)
(pepsin)
胃蛋白酶的最适pH为1.5～2.5，水解由芳香族 氨基酸的羧基所形成的肽键 ，产物主要为多 肽及少量氨基酸。
（1）泛素化使蛋白质贴上了被降解的标 签
泛素与被降解蛋白质形成非特异的共 价连接，并使其激活。
包括3步反应，有3种酶参与，并需要 ATP。
实际上，一种蛋白质的降解要有多个 泛素化反应。
第一个反应：是泛素C-末端的羧基与泛素活化 酶结合，消耗ATP，将泛素激活。
第二个反应：泛素被转移到泛素结合酶的巯基 上；
不依赖ATP 利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin)降解:
外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白
溶酶体的主要功能是消化作用，是细胞内的 消化器官，含有多种蛋白酶 。
根据完成生理功能的不同阶段可将溶酶体分为: 初级溶酶体——由高尔基体分泌形成，含有
多种水解酶原。 次级溶酶体——正在进行或完成消化作用的
3）饥饿时蛋白质降解释放氨基酸。
这些氨基酸并不直接氧化供能，而是转 变成为葡萄糖或酮体。
葡萄糖满足饥饿时机体对葡萄糖的需要， 酮体也可进入能量代谢。
3.氨基酸代谢转换而产生多种物质
氨基酸可通过代谢转变而产生多种物质含 氮化合物，包括神经递质、核苷酸、激素及 其他多种含氮生理活性物质。
产生一些重要的化学基团，具有重要调节 功能，或者用于非营养物质的（转化）代谢。
亚氨基酸载体
β-氨基酸载体
二肽载体
三肽载体
除此之外，小肠黏膜循环进行。
需由γ-谷氨酰基转移酶催化，该酶为限速酶。 利用GSH，合成γ-谷氨酰氨基酸进行转运。消
耗的GSH可重新再合成。转移1分子氨基酸需 消耗3分子ATP
小肽吸收
转运体系将小肽转运进入肠黏膜细胞 • 吸收部位：小肠近端 • 转运体系：二肽或三肽转运体系 • 吸收机制：耗能的主动吸收过程, 不同二肽吸收有竟争作用
消化泡，内含水解酶和相应底物。 残体 ——后溶酶体，已失去酶活性，仅留未
消化的残渣。
2．异常和短寿蛋白质由蛋白酶体通过 需要ATP的泛素途径降解
依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白
泛素(ubiquitin)
76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守
泛素介导的蛋白质降解过程
第九章
氨基酸代谢
Metabolism of Amino Acids
第一节
氨基酸的代谢概况
Overview of Metabolism of Amino Acids
一、氮平衡状态反映氨基酸摄入与消耗的状态
氮平衡(nitrogen balance) 氨基酸的摄入和消耗的状态
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）
（二）氨基酸在体内主要功能
1.大部分氨基酸用于蛋白质生物合成
食物蛋白质消化、吸收的氨基酸 组织蛋白质降解所产生的氨基酸
蛋白质的合成
2.氨基酸的碳骨架可进入能量代谢
1）代谢库中的氨基酸过多，食物蛋白质中某些 氨基酸超过机体合成蛋白质的需要时，这些氨 基酸就会进入分解代谢，彻底氧化，产生能量。
2）机体每日产生的能量约有18％来自氨基酸的 氧化分解。
二、体内蛋白质降解生成氨基酸 （一）体内蛋白质被不断地转换更新
蛋白质转换(protein turnover) 指体内蛋白质的不断降解与合成的动态平衡。
蛋白质半寿期(half life) 蛋白质降低其原浓度一半所需要的
时间，用t1/2表示。
（二）体内蛋白质在不同因素的控制下被降解 1．功能蛋白质功能调控的机制之一是降解蛋白质
氨基酸衍生的重要含氮物
氨基酸
衍生的化合物
生理功能
天冬氨酸、谷氨酰氨、甘氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 甘氨酸、精氨酸、甲硫氨酸 色氨酸 苯丙氨酸、酪氨酸 酪氨酸 谷氨酸 甲硫氨酸、鸟氨酸 半胱氨酸
嘌呤碱 嘧啶碱 卟啉化合物 肌酸、磷酸肌酸 5-羟色胺、尼克酸 儿茶酚胺、甲状腺素 黑色素 γ-氨基丁酸 精胺、亚精胺 牛磺酸
3. 饥饿状态引起蛋白质降解 在机体处于饥饿状态时，机体也会降解一部 分蛋白质，释放出氨基酸。
这些氨基酸并不直接氧化供能，而是转变成 为葡萄糖或酮体。
氨基酸分解代谢的中间产物通过糖异生途径 转变成葡萄糖，对维持血糖水平具有重要意义。
（三）真核细胞内有两条主要的蛋白质的 降解途径