氨基酸分解代谢

第30、31章、氨基酸代谢（下册P299和p340）

本章的重点：1、掌握脱氨基的多种方式。2、掌握转氨基作用的概念。掌握体内最重要的转氨酶（GPT、GOT）的名称、催化的反应并了解它们在临床诊断上的主要应用。掌握转氨酶的辅酶的名称、与VitB6的关系并了解其作用机制。3、熟悉L-谷氨酸脱氢酶（GLDH）催化的反应。4、掌握“一般联合脱氨基作用”的概念、进行部位及反应过程。熟悉“嘌呤核苷酸循环”的进行部位并了解其大致反应过程。

本章的主要内容：

细胞总是不断地从氨基酸合成蛋白质，又把蛋白质降解为氨基酸，由此可排除不正常蛋白质，排除积累过多的酶和“调节蛋白”，使细胞代谢得以正常进行。对正常蛋白质细胞也要进行有选择的降解。蛋白质降解为氨基酸后氨基酸会继续进行分解代谢。

§3.1 氨基酸分解代谢（P303）：

氨基酸的分解代谢总是先脱去氨基。脱氨基的方式，不同生物不完全相同。氧化脱氨基作用普遍存在于动植物中，非氧化脱氨基作用主要见于微生物。陆生脊椎动物将脱下的氨基合成尿素，脱氨后的氨基酸碳骨架进行氧化分解，形成能进入柠檬酸循环的化合物，最后氧化成CO2和H2 O。

(一)氨基酸的脱氨基作用：

绝大多数氨基酸脱氨基出自转氨基作用，氨基酸与α-酮戊二酸在氨基转移酶作用下发生氨基酸脱氨同时生成Glu（也有的转到草酰乙酸上生成Asp）。

（1）氨基转移反应分两步进行：

1.氨基酸先将氨基转移到酶分子的辅酶磷酸吡哆醛（PLP）上，自身形成α-酮酸，PLP 则形成磷酸吡哆胺（PMP）。

2．PMP的氨基转移到α-酮戊二酸（或草酰乙酸）上，生成Glu（或Asp），PLP恢复。详细机制可见P305 图30-3。

（2）转氨酶：

已发现有50种以上的转氨酶，大多数需要α-酮戊二酸为氨基受体。

1.丙氨酸转氨酶（ALT），又称谷丙转氨酶（G..P.T），主要存在于肝细胞浆中，用于诊断肝病。

2.天冬氨酸转氨酶（AST），又称谷草转氨酶（G..O.T），在心、肝中含量丰富，可用于测定心肌梗死，肝病。

人体转氨酶以ALT和AST活力最高。

（二）氧化脱氨基作用

在氧化脱氨基作用中以谷氨酸脱氢酶活性最高，该酶以NAD(P)+为辅酶，使Glu经氧化作用，脱2H，再水解脱去氨基，生成α-酮戊二酸，如P306 图30-4所示。

谷氨酸脱氢酶由6个相同的亚基构成，分子量为33万，是变构调节酶，被GTP和A TP 抑制，被ADP激活。活性受底物及产物浓度左右。

（三）联合脱氨基作用

氨基酸脱氨基重要方式是联合脱氨基作用。

（1）氨基酸的α-氨基借助转氨作用转移到α-酮戊二酸的分子上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后Glu在谷氨酸脱氢酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，同时释放出氨（P307图30-5）。

此过程在肌体中广泛存在。

（2）嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用：次黄嘌呤核苷酸与Asp作用形成中间产物腺苷酸琥珀酸，后者在裂合酶作用下分解成腺嘌呤核苷酸和延胡索酸，腺嘌呤核苷酸水解生成游离氨基酸和次黄嘌呤核苷酸（P307图30-6）。

此过程在骨骼肌、心肌、肝脏及脑中存在。

（四）氨基酸的脱羧基作用

在脱羧酶催化下生成相应的一级胺，产物常有重要生理作用。

Glu →r-氨基丁酸，神经递质，抑制神经。

His →组氨，降血压，刺激胃液分泌。

Tyr →酪氨，升高血压。

（五）氨的命运

氨对生物机体有毒，脑对氨极为敏感，血液中含1%的氨就可引起中枢神经系统中毒。因此生物体必须排泄氨。

水生动物直接排氨，大多数陆生动物排尿素，鸟类和陆生爬行动物排尿酸（结构式见P309）。

[氨的转运]：

（1）主要通过Glu，反应如下：

谷氨酸合成酶

Glu + NH4+ + A TP Glu + ADP + P i + H+

Glu为中性物质，易透过细胞膜，由血液到肝脏，在肝细胞中在谷氨酰胺酶作用下分解成Glu和NH3。Glu是体内氨的一种运输、储存形式，也是氨的暂时解毒方式。（2）在肌肉中可通过葡萄糖—丙氨酸循环，通过Ala则更经济。肌肉在活动时消耗糖产生能量时会产生大量丙酮酸，同时产生氨。两者都需要运送到肝脏中进一步转化，而先将两者转化成Ala再转运到肝脏十分经济。在肝脏中Ala与α-酮戊二酸反应生成丙酮酸和Glu，丙酮酸经葡糖异生生成葡萄糖，经血液到肌肉中，再供产生能量使用，由此形成循环。

§3.2 尿素的形成

尿素中的两个NH2，一个由Glu联合脱氨产生，另一个NH2来自Asp。羰基来自CO2，由柠檬酸循环产生。

尿素在形成过程中是以鸟氨酸为载体形成尿素循环。在尿素循环中，一分子鸟氨酸和一分子氨及CO2结合形成瓜氨酸，瓜氨酸与另一分子氨形成精氨酸，Arg水解形成尿素和鸟氨酸，完成一次循环。尿素循环包括有5步酶反应，2步发生线粒体内，3步发生在细胞溶胶中，如P311 图30-9所示。

（1）氨甲酰磷酸合成（第一个氮原子获取）：

氨甲酰磷酸合成酶

2ATP + HCO3-+ NH+4 + H2O H2NCOOPO32-

-酮戊二酸（氨甲酰磷酸）

Glu

+ 2ADP + P i反应中消耗2分子ATP

（2）瓜氨酸生成：

鸟氨酸转氨甲酰基酶

H2NCOOPO32- + 鸟氨酸瓜氨酸+ Pi

（3）瓜氨酸离开线粒体中，进入细胞溶胶，反应生成精氨琥珀酸（尿素中第二氮原子获取）。COO- NH2+NH3+

精氨琥珀酸合成酶∣‖∣

瓜氨酸+ Asp + A TP -OOCCH2CHNH-C-NH-(CH2)3CHCOO-(精氨

琥珀酸) + AMP + PP i

（4）精氨酸形成：

CHCOOH

精氨琥珀酸裂解酶‖

精氨琥珀酸Arg + HOOCCH（延胡索酸）

生成的延胡索酸为柠檬酸循环中间产物，将尿素循环和柠檬酸循环联系起来。（5）尿素形成：

精氨酸酶

Arg + H2O 鸟氨酸+ 尿素

鸟氨酸进入下一循环。

总反应耗能，使用3个ADP，生成2个ADP，1个AMP。总的消耗4个高能键，但在Glu脱氢生成NH3时，产生一分子NADH，可放能。

尿素循环若出现问题，会发生“高血氨症”，使人智力迟钝，神经发育停滞，以至死亡。

§3.3 氨基酸碳骨架的代谢P314

20种氨基酸碳骨架，由20种不同的多酶体系进行氧化分解，最后集中形成5种产物进入柠檬酸循环。这5种产物均为TCA的中间体。

柠檬酸循环（又称三羧酸循环，TCA）是糖、脂肪、蛋白三大物质代谢的共同通路，自乙酰辅酶A起，经柠檬酸等几个三羧酸，最终氧化成CO2和水，20种氨基酸碳骨架氧化分解形成的5种产物：①乙酰辅酶A（包括丙酮酸，乙酰乙酰辅酶A），涉及的氨基酸为Ala、Thr、Gly、Ser、Cys、Phe、Tyr、Leu、Lys和Trp等十种，简称C3族。②α-酮戊二酸，涉及的氨基酸为Arg、His、Gln、Pro和Glu等五种，简称C5族。③琥珀酰辅酶A，涉及的氨基酸为Ile、Met和Val等三种。④延胡索酸，涉及的氨基酸为Phe和Tyr，它们除可生成乙酰辅酶A外还可代谢成延胡索酸。⑤草酰乙酸，涉及氨基酸为Asp和Asn，可简称C4族。祥见P315 图30-13，氨基酸碳骨架进入TCA途径。

从图中可看出：

（1）C3族：A、T、G、S、C五种氨基酸经丙酮酸而形成乙酰辅酶A；F、Y、L、K、W五种氨基酸经乙酰乙酰辅酶A再形成乙酰辅酶A。

（2）C5族：R、H、Q、P四种氨基酸通过E转变成α-酮戊二酸。

（3）I、M、V三种氨基酸经琥珀酰辅酶A进入TCA。

（4）F、Y还可以被氧化酶降解为延胡索酸进入TCA。

（5）C4族：D、N经草酰乙酸进入TCA。

§3.4 生糖氨基酸和生酮氨基酸：

生糖氨基酸：能增加尿中葡萄糖排出量，包括能生成丙酮酸，α-酮戊二酸、琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸。

生酮氨基酸：能增加尿中酮体排出量的氨基酸，包括在分解过程中转变成乙酰乙酰辅酶A的氨基酸（可进一步生成乙酰乙酸和β-羟丁酸）。

生酮生糖氨基酸：既可生成酮体又可生成糖，如Phe和Tyr。

生酮、生糖氨基酸界限并不十分严格，只Leu为纯粹生酮氨基酸。

糖尿病人尿中酮体除来源于脂肪酸外，还来源于生酮氨基酸。

§3.5 由氨基酸衍生的重要物质：