第11章 蛋白质和氨基酸代谢

3 联合脱氨基作用
氨基酸的转氨作用并不能最终使氨基脱掉。同时，氧 化脱氨作用也不能满足机体脱氨基的需要。因此一 般认为 L-氨基酸在体内不是直接氧化脱氨，而是先 与-酮戊二酸经转氨作用变为相应的 -酮酸和谷氨 酸，谷氨酸可再通过2种方式氧化脱氨。
A.转氨偶联氧化脱氨 B.转氨偶联嘌呤核苷酸循环脱氨
第11章 蛋白质和氨基酸的分解代谢
第一节、蛋白质的作用
一、蛋白质的生理功能
1、维持组织细胞的生长，更新和修补
2、氧化供能（5.6Kcal/g 蛋白质） 3、氨基酸为含氮化合物的合成提供氮源
二、氮平衡
1 氮平衡 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
*总氮平衡：摄入氮=排出氮 即蛋白质分解与合成处于平衡，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
在转氨酶的催化下， α-氨基酸的氨基
转移到α-酮酸的酮基碳原子上，结果原来
的α-氨基酸生成相应的α-酮酸，而原来
的α-酮酸则形成了相应的α-氨基酸，这 种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。
转氨基作用
R1-CH-COONH+3
α -氨基酸1
|
R2-C-COO|| O
α-酮酸2
R1
-C-COO|| O
A、转氨偶联氧化脱氨
α -氨基酸 α-酮戊二酸
NH3+NADH
转氨酶
L-谷氨酸脱氢酶
H20+NAD+
α-酮酸 L-谷氨酸
L- 谷氨酸脱氢酶在动物组织如肝、肾等脏器中含量 丰富，活力很强。
但在心肌、骨肌和脑组织中该酶含量甚少，相反， 在这些组织中腺苷酸脱氨酶、腺苷琥珀酸合成酶 和腺苷酸琥珀酸裂解酶的含量及活性都很高。因 此认为在这些组织中的脱氨基过程主要是嘌呤核 苷酸循环的联合脱氨基作用。 实验证明，在脑组织中有50％的氨是经过腺嘌呤核 苷酸循环产生的。
产生它的自身组织。酶原分泌至肠腔可转变
成有活性的蛋白酶。
肠激酶是一种蛋白质水解酶，它首先从胰蛋白 酶原的氨基端水解掉一个6肽，生成有活性的 胰蛋白酶，然后胰蛋白酶可迅速地将胰液中 其它酶原激活。 蛋白质在各种蛋白水解酶联合作用下，被水解 为氨基酸及一些寡肽，然后才能被吸收入体 内。
肠粘膜细胞
胆汁酸 肠激酶 胰蛋白酶原
肽及少量氨基酸。
（2）小肠内消化（主要部位）
酶原的激活 胰蛋白酶原
肠激酶
胰蛋白酶
（ +）
糜蛋白酶
弹性蛋白酶
过程
羧肽酶 内肽酶
蛋白质
肽
外肽酶
氨基酸
在小肠内，食物蛋白由胰液（含有胰蛋白酶、 胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶 A 和 B ）
和小肠中的肠激酶、氨肽酶和二肽酶进一步
消化。
消化腺蛋白酶类都以酶原形式存在，以免破坏
谷氨酰胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酰 胺酶的作用下分别发生脱酰胺基作用而形成 相应的氨基酸。
• 谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶广泛存在于微生 物和动植物细胞中，具有很高的专一性。 在花生种子发芽期，可观察到脱酰胺反应。
• 以上几种脱氨基作用中，联合脱氨基作用 是体内脱氨基的主要方式。这个过程是可 逆的，因此也是体内合成氨基酸的重要途 径。
②脱水脱氨基作用
丝氨酸和苏氨酸在脱水酶的催化下脱水生成亚氨基 酸，然后自发水解脱氨，催化该反应的酶以磷酸 吡哆醛为辅酶。
③还原脱氨基作用 在无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物能 利用还原脱氨基方式使氨基酸脱去氨基。
④水解脱氨（水解酶）：
3苏氨酸——丁酸＋2丙酸+NH3+CO2
5 脱酰胺基作用
二、 脱羧基作用
1 直接脱羧作用
氨基酸在脱羧酶作用下，进行脱羧反应生成 CO2和胺
类化合物。所生成的胺类很多都具有活跃的生理作
用。 氨基酸脱羧酶广泛存在于动植物和微生物体内，以磷 酸吡哆醛作为辅酶。
促进细胞增殖
几种生物胺的生成及生理效应
①谷氨酸脱羧生成-氨基丁酸（GABA）：
对中枢神经系统具有抑制作用，作镇静剂
• 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：肝组织受损破裂（发炎）
• 再结合乙肝抗原等指标进一步确定原因
重要的转氨酶
谷丙转氨酶（GPT） 谷氨酸 + 丙酮酸 GPT -酮戊二酸
+ 丙氨酸
临床意义：急性肝炎患者血清GPT升高 ? 谷草转氨酶(GOT) 谷氨酸 + 草酰乙酸 GOT -酮戊二酸 +天冬氨酸
氨基酸氧化脱氨的主要酶：
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） L-谷氨酸脱氢酶
氧化酶存在于动物肝、肾和某些细菌、真菌 中，以FAD或FMN为辅基，在有氧条件下催 化氨基酸氧化脱氨生成相应酮酸和H2O2。
R-CH-COO- 氨基酸氧化酶（FAD、FMN）R-C-COO-+NH3 | || + NH 3 O H2O+O2 H2O2 α-酮酸 α -氨基酸
转氨基作用特点及意义
特点：
* 只有氨基的转移，没有氨的生成
* 催化的反应可逆
* 其辅酶都是磷酸吡哆醛
生理意义： 是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联 系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。 接受氨基的主要酮酸有： 丙酮酸 -酮戊二酸 草酰乙酸
磷酸吡哆醛传递氨基的机理是通过接受氨基酸 分子中的氨基而变成磷酸吡哆胺，同时氨基 酸变成 - 酮酸。磷酸吡哆胺再将其氨基转移 给另一分子 - 酮酸生成另一种氨基酸，本身 又变成磷酸吡哆醛。
L-谷氨酸脱氢酶
L-谷氨酸+ H2O
-酮戊二 酸+ NH3
NAD（P）+
NAD（P）H
• L-谷氨酸脱氢脱氨产生的α-酮戊二酸可以进 入TCA循环氧化降解产生能量；而糖代谢 中产生的的α-酮戊二酸在该酶的作用下也可 以生成L-谷氨酸。因此，L-谷氨酸脱氢酶是 联系糖代谢与氮代谢的一个重要因素。
2、转氨作用
体内的氨基酸主要是L-氨基酸，因此氨基酸 氧化酶在脱氨作用中不起主要作用。
脱氢酶中最重要的是 L- 谷氨酸脱氢酶 ，以 NAD 或 NADP 为辅酶，广泛存在于动植及微生物体线粒 体基质内，专一性很强，只作用于 L- 谷氨酸。不 需氧。 从肝脏中分离的谷氨酸脱氢酶为六聚体，是别构酶， 相对分子质量 330kD 。此酶是氨基酸分解的限速 酶。
几种酶原的活化
胰蛋白酶
糜蛋白酶原 弹性蛋白酶原 羧肽酶原
糜蛋白酶 弹性蛋白酶 羧肽酶
二、氨基酸的吸收p350
1 主要部位：小肠 2 吸收机制 A 氨基酸运载蛋白：主动转运，耗能 中性氨基酸运载蛋白： 碱性氨基酸运载蛋白：Lys、Arg 酸性氨基酸运载蛋白：Glu、Asp 亚氨基酸运载蛋白：Pro、Hpr、Gly
R2-CH-COO| NH+3
α-酮酸1
转氨酶
α-氨基酸2
转氨酶广泛存在于生物体内。已经发现的转氨 酶至少有50多种。用15N标记的氨基酸证明， 除甘氨酸、赖氨酸和苏氨酸外，其余的 - 氨 基酸都可参加转氨基作用，其中以谷丙转氨 酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)最重要。
查肝功抽血化验转氨酶指数
2、蛋白质的需要量
成人每日最低需要量: 30～50g/d 我国营养学会推荐的
成人每日需要量: 80g/d
三、蛋白质的营养价值
——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
1、主要的酶类：
据水解肽键部位的不同分为两类：
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：氨肽酶、羧肽酶 （从肽链两端开始水解肽键）
肽链内切酶又称蛋白酶(proteinase)，水解肽 链内部的肽键，对参与形成肽键的氨基酸残 基有一定的专一性，如胰蛋白酶、凝血酶作 用于精氨酸或赖氨酸的羧基形成的肽键； 胰凝乳蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶水解芳香氨基 酸的羧基形成的肽键；胃蛋白酶优先水解芳 香氨基酸的氨基形成的肽键；而脯氨酰蛋白 酶只能作用于脯氨酸的羧基形成的肽键。
临床意义：心肌梗患者血清GOT升高 ?
• 谷草转氨酶（GOT）以心脏中活力最大，其次为 肝脏；谷丙转氨酶（GPT）则以肝脏中活力最大， 当细胞损伤时，GPT或GOT释放到血液内，于是 血液内酶活力明显地增加。 • 在临床上测定血液中转氨酶活力可作为诊断的指 标。如测定GPT活力可诊断肝功能的正常与否， 急性肝炎患者血清中GPT活力可明显地高于正常 人；而测定谷草转氨酶（GOT）活力则有助于对 心脏病变的诊断，心肌梗塞时血清中谷草转氨酶 活性显示上升。
第二节 蛋白质的消化吸收
胞外酶
水解
氨基酸 吸收入
外源蛋白质 蛋白质不能储备
作为氮源和能源进行代谢
一、蛋白质的消化
动物要不断地从食物中摄取蛋白质并将之消 化吸收，即在酶的作用下，使肽键水解生 成氨基酸而被细胞利用，使体内原有蛋白 质不断更新。 • 消化主要在胃和肠中进行。 植物在生长和种子萌发时，部分蛋白质也需 水解成氨基酸才能被利用或转变为其它物 质。
②组氨酸的脱羧基生成组胺：是一种强烈的血管
舒张剂，有降低血压的作用，也是胃液分泌的刺激剂
氨基酸的氧化脱氨作用
（特点：有氨生成）
R CH NH 2 COOH
氨基酸氧化酶 R – 2H
C
COOH
氨基酸
脱下来的氢最终交给氧生成H2O2
NH 亚氨基酸
+ H2O
自发水解
R2 C
COOH
O -酮酸
+ NH3
• 氨基酸氧化酶有两类：
L-氨基酸氧化酶最适pH为10，在体内生理条件下， 活性很低； D-氨基酸氧化酶虽然分布较广，但对 L-氨基酸不起 作用。
肽链外切酶包括氨肽酶和羧肽酶，分别从氨基
端和羧基端逐一地将肽链水解成氨基酸。
羧肽酶A优先作用于以中性氨基酸为羧基端的
肽键；羧肽酶B则水解以碱性氨基酸为羧基
端的肽键。
2、消化过程
（1）胃中消化
酶原的激活 H+
胃蛋白酶原 过程
蛋白质
胃蛋白酶
胃蛋白酶
多肽（主）
胃腺分泌的胃蛋白酶原受胃酸和自身激活作 用，切去氨基端 42 个氨基酸残基活化为胃 蛋白酶。 胃蛋白酶最适 pH 为 1.5 ～ 2.5 ，主要水解色氨 酸、苯丙氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、亮氨酸 等氨基酸残基的氨基组成的肽键，生成多
B.转氨偶联嘌呤核苷酸循环脱氨
转氨酶
谷草转氨酶
裂解酶
4 非氧化脱氨基作用
微生物中主要进行非氧化脱氨基作用，方式 有4种。 • ① 直接脱氨基作用：生成不饱和脂肪酸 • 天冬氨酸——延胡索酸+NH3
天冬氨酸酶
苯丙氨酸解氨酶可催化苯丙氨酸和 酪氨酸发生脱氨。
生成的肉桂酸和香豆酸可进一步转变成木质 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和单宁等植物次生物质。当植物组织照 光后，苯丙氨酸解氨酶水平显著增加。
B
-谷氨酰基循环：通过谷胱甘肽转运(图12-1)
三、氨基酸的转化
食物蛋白质
消化吸收
组织蛋白质
合成
分解 转变
氨基酸代谢库
脱羧基作用 (metabolic pool)
合成 脱氨基作用
其他含氮化合物 (嘌呤、嘧啶、卟啉)
胺类
CO2
NH3
α- 酮酸
尿素
糖
氧化供能
酮体
四、蛋白质的腐败作用 p351
在人体内的食物蛋白消化过程中，有一小部分 蛋白质不被消化，也有一小部分消化产物不被吸收。 这些物质进入大肠后，肠道细菌对这部分蛋白质及其 消化产物所起的作用，称为腐败作用。 实际上，腐败作用是细菌本身的代谢过程,以无 氧分解为主。产物包括：胺类、氨及其他有害物质 (如苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氢等)。
※第三节 氨基酸的分解代谢
• 氨基酸的脱氨基作用 • 氨基酸的脱羧基作用
一、氨基酸的脱氨基作用
• • • • • 氧化脱氨作用 转氨作用 联合脱氨作用 非氧化脱氨作用 脱酰胺基作用
1、氧化脱氨基作用
• 氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应酮 酸、氨，伴随脱氢的生物化学过程称作氧 化脱氨基作用。
• 催化脱氨基的酶有脱氢酶和氧化酶
腐败作用的大多数产物对人体有害，但也可 产生少量脂肪酸及维生素等可被机体利用 的物质.
五、生理解毒作用
• 糖和脂肪的代谢产物大多没毒，但蛋白质和氨基 酸的腐败产物多半有毒。 • 蛋白质的生理解毒：在肝内由系列酶的参与下， 发生一系列的生物化学反应，解除有毒物质的毒 性的过程。 • 1、氧化解毒（酶促氧化）： • 尸胺——CO2+NH3+H2O • 2、结合解毒：苯甲酸＋甘氨酸→马尿酸 • 吲哚＋ 吲哚酚→尿兰母