蛋白质的降解蛋白质的降解 和氨基酸代谢和氨基酸代谢1 1 机体对外源蛋白质的需要及其消化作用机体对外源蛋白质的需要及其消化作用vv 机体摄入的蛋白质量和排出量在正常情况下处机体摄入的蛋白质量和排出量在正常情况下处于平衡状态，称为于平衡状态，称为氮平衡氮平衡。vv高等动物摄入的蛋白质在消化道内消化后形成游高等动物摄入的蛋白质在消化道内消化后形成游离的氨基酸，吸收入血液，供给细胞合成自身蛋离的氨基酸，吸收入血液，供给细胞合成自身蛋白质的需要。白质的需要。vv氨基酸的分解代谢主要在肝脏进行。氨基酸的分解代谢主要在肝脏进行。蛋白质的酶解蛋白质的酶解vv蛋白质在哺乳动物消化道中降解为氨基酸经蛋白质在哺乳动物消化道中降解为氨基酸经过一系列的消化过程过一系列的消化过程 。vv蛋白质经各种酶的协同作用，最后全部转变蛋白质经各种酶的协同作用，最后全部转变为氨基酸。为氨基酸。蛋白质的消化蛋白质的消化：胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽，再：胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽，再在小肠中完全水解为氨基酸。在小肠中完全水解为氨基酸。vv胃蛋白酶胃蛋白酶：催化水解芳香族氨基酸（：催化水解芳香族氨基酸（Phe/Tyr/TrpPhe/Tyr/Trp）和）和蛋氨酸、亮氨酸。蛋氨酸、亮氨酸。vv胰蛋白酶胰蛋白酶：水解碱性氨基酸（：水解碱性氨基酸（Lys/ArgLys/Arg）羧基；）羧基；vv胰凝乳蛋白酶：胰凝乳蛋白酶：催化断裂芳香族氨基酸（催化断裂芳香族氨基酸（Phe/Tyr/TrpPhe/Tyr/Trp）vv弹性蛋白酶：弹性蛋白酶：水解脂肪族氨基酸（水解脂肪族氨基酸（Ala/Ser/ThrAla/Ser/Thr）等。）等。vv必需氨基酸与非必需氨基酸：体内不能合成必需氨基酸与非必需氨基酸：体内不能合成 ，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为必需必需 氨基酸氨基酸。反之，体内能够自行合成，不必由。反之，体内能够自行合成，不必由 食物供给的氨基酸就称为食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸非必需氨基酸。 vv必需氨基酸一共有八种：必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（赖氨酸（LysLys）、）、 色氨酸（色氨酸（TrpTrp）、苯丙氨酸（）、苯丙氨酸（PhePhe）、蛋氨酸）、蛋氨酸 （MetMet）、苏氨酸（）、苏氨酸（ThrThr）、亮氨酸（）、亮氨酸（LeuLeu） 、异亮氨酸（、异亮氨酸（IleIle）、缬氨酸（）、缬氨酸（ValVal）。）。vv精氨酸和组氨酸必需以必需氨基酸为原料来精氨酸和组氨酸必需以必需氨基酸为原料来 合成合成，故被称为，故被称为半必需氨基酸半必需氨基酸。 vv氨基酸的吸收氨基酸的吸收：主要在小肠进行，是一种主：主要在小肠进行，是一种主 动转运过程，需由特殊载体携带。动转运过程，需由特殊载体携带。在人和动物体内，氨基酸被小肠粘膜吸收后即通在人和动物体内，氨基酸被小肠粘膜吸收后即通 过粘膜的微血管进入血液运到肝脏及其他器官进行过粘膜的微血管进入血液运到肝脏及其他器官进行 代谢代谢有少量氨基酸由淋巴系统进入血液有少量氨基酸由淋巴系统进入血液抗菌素可抑制氨基酸的吸收。抗菌素可抑制氨基酸的吸收。蛋白质的分解v胃蛋白酶：由胃粘膜分泌，初分泌时无活性（胃蛋白 酶原），经胃中的HCl激活后即变为活性蛋白酶，v胰蛋白酶及凝乳蛋白酶v胰凝乳蛋白酶能分解胰蛋白酶所不能作用的肽键.肽酶v 氨肽酶：由十二指肠分泌，可使多肽链从自由氨基端开始水解。v 羧肽酶：由胰脏分泌进入小肠，可使多肽链从羧基端开始水解。v二肽酶：使二肽水解成氨基酸。氨基酸的分解氨基酸在代谢上的分类v生糖氨基酸: 降解为柠檬酸循环中间代谢物的氨基酸可以 进入糖异生途径生成葡萄糖，这样的氨基酸称之生糖氨基 酸；v生酮氨基酸: 那些形成乙酰CoA的氨基酸可以成为脂肪酸 或酮体的前体，因此这类氨基酸称之生酮氨基酸v生酮和生糖氨基酸:还有的氨基酸降解时既可生成柠檬酸 循环中间代谢物，又可生成乙酰CoA，这样的氨基酸称之 既生糖又生酮氨基酸v生酮氨基酸和生糖氨基酸的界限并不是非常严格的氨基酸失去氨基的作用称为脱氨基作用。氨基酸失去氨基的作用称为脱氨基作用。氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用 非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用 氨基转换作用氨基转换作用 联合脱氨作用联合脱氨作用氨基酸的共同分解反应氨基酸的共同分解反应氨基酸的脱氨基作用氧化脱氨氧化脱氨非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用 1 1、 还原脱氨基作用还原脱氨基作用2 2、水解脱氨基作用、水解脱氨基作用 3 3、脱水脱氨基作用、脱水脱氨基作用 以磷酸吡哆醛为辅酶以磷酸吡哆醛为辅酶4 4、脱巯基脱氨基作用、脱巯基脱氨基作用 5 5、氧化、氧化- -还原脱氨基作用还原脱氨基作用 氨基酸的脱酰胺基作用氨基酸的脱酰胺基作用 氨基酸的转氨基作用氨基酸的转氨基作用 转氨基作用的一般概念转氨基作用的一般概念转氨基作用转氨基作用是是-氨基酸和酮酸之间氨基酸和酮酸之间 胺基的转移作用；胺基的转移作用；-氨基酸的氨基酸的-氨基借氨基借 助酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结助酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结 果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来 的酮酸则形成相应的氨基酸。的酮酸则形成相应的氨基酸。 例：说明：转氨作用是氨基酸脱去氨基的一种重要方式。构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、 脯氨酸及羟脯氨酸外，都能以不同程度参加转氨作 用。 转氨酶v催化氨基反应的酶称为转氨酶，或称氨基转 换酶。v它们对两个底物中的一个底物，即-酮戊二 酸（或谷氨酸）是专一的，而对另外一个底 物则无严格的转移性。v参与氨基转换的-酮酸主要是 -酮戊二酸 、其次为草酰乙酸。动物和高等植物的转氨酶一般只催化L-氨基酸和 -酮酸的转氨作用。转氨酶催化的反应都是可逆的。真核细胞的线粒体和胞液中都可进行转氨作用。 在细胞不同部位的转氨酶，虽然功能相同，但结 构和性质并不相同。哺乳动物细胞中氨基酸氨基的集合作用是在胞液 中进行的。联合脱氨基作用氨基酸的-氨基先借助转氨作用转移到-酮戊二酸的分子上，生成相应的-酮酸和 谷氨酸，然后谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶的催化 下，脱氨基生成-酮戊二酸同时释放出氨。机体内部分氨基酸可进行脱羧基作用而 生成相应的一级胺。v 催化脱羧反应的酶称为脱羧酶。辅酶为 磷酸吡哆醛 。氨基酸的脱羧基作用说明：v氨基酸脱羧酶的专一性很高。v在脱羧酶中只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。v氨基酸的脱羧反应普遍存在于微生物、高等 动、植物组织中。v氨基酸脱羧后形成的胺，有许多重要的生理 作用。v绝大多数胺类是对动物有毒的。体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨 。氨的代谢出路在肝脏转变为尿素；合成氨基酸；合成其他含氮物；合成天冬酰胺和谷氨酰胺；直接排出。 氨的代谢去路 水生动物，一般将氨直接排山体外；两栖类，将氨变为尿素再排出；鸟类及爬行动物(如龟)则将氨转变为尿酸 排出；陆栖高等动物，在肝中合成尿素，氨基酸 ，铵盐，谷氨酰胺，天冬酰胺。v氨在血液循环中的转运，需以无毒的形式进 行，将氨转运至肝脏或肾脏进行代谢。 利用谷氨酰胺进行转化。vv氨的转运谷氨酰胺是中性无毒物质，容易透过细胞膜 ，是氨的主要运输形式v谷氨酰胺由血液运送到肝脏后：2、 通过葡萄糖丙氨酸循环转运丙氨酸通过血液运至肝脏：丙氨酸-葡萄糖循环：肌肉中的氨基酸将氨 基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环 转运至肝脏再脱氨基，生成的丙酮酸经糖异 生转变为葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉 重新分解产生丙酮酸，这一循环过程就称为 丙氨酸-葡萄糖循环。 v在肌肉中，丙酮酸由糖酵解提供。v在肝脏中，多余的丙酮酸又可通过葡糖异生 作用转化为葡萄糖。 v将丙酮酸与氨转化为丙氨酸，收到一举两得 的功效。返回尿素的生物合成 （鸟氨酸循环） p431v延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸。v草酰乙酸同乙酰CoA缩合成柠檬酸，也可经转氨作用产生天冬氨酸，或成经糖原异生作用转变为葡萄糖。v延胡索酸是鸟氨酸循环与TCA循环的连接物。肝细胞液的谷氨酸，透过线粒体膜进入线粒体基质，由谷氨酸脱氢酶将氨基脱下形成游离氨。形成瓜氨酸。瓜氨酸形成后即离开线粒体进入细胞液 。 精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶催化下分解为 精氨酸及延胡索酸。 精氨酸在精氨酸酶催化下，水解为鸟氨酸和 尿素。总反应：说明：v形成一分子尿素可清除两分子氨基氮及一分 子二氧化碳。v尿素循环的优越性：解除氨的毒性，减少血 液的酸性v形成一分子尿素需消耗4个高能磷酸键水解释 放的自由能。v尿素形成过程在机体的不同器官，组织及细 胞内的职能分工有利于生物体的自身保护。尿酸的形成排尿酸动物如陆生爬虫类和鸟类，以尿酸作为氨基酸基排泄的主要形式。说明：尿素、氨、尿酸并不是自然氨基排泄的仅有形式蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄形式。许多鱼类以氧化三甲胺作为排氮形式。高等植物则将氨基氮以谷氨酰胺和天冬酰胺形式贮存于体内。 20氨基酸的氧化分解途径各异，但它们都集中形成5种产物而进入三羧酸循环，最后氧化为CO2和水 。氨基酸碳骨架的氧化途径返回构成蛋白质的20种氨基酸通过转变为乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸以及草酰乙酸五种物质而进入三羧酸循环。经生成乙酰CoA的途径1、经丙酮酸到乙酰CoA的途径2、经乙酰乙酰CoA到乙酰CoA的途径 -酮戊二酸途径 形成琥珀酰CoA的途径 延胡索酸途径v 有苯丙氨酸和酪氨酸。草酰乙酸途径v 天冬酰胺和天冬氨酸可转变为草酰乙酸而进入三羧酸循环。由氨基酸衍生的其他重要物质氨基酸与一碳单位 一碳单位概念J一碳单位就是指含有一个碳原子的基团，体 内一碳单位有多种形式。常见的一碳单位有 甲基（-CH3）、亚甲基或甲烯基（-CH2-）、 次甲基或甲炔基（=CH-）、甲酰基（-CHO） 、亚氨甲基（-CH=NH）、羟甲基（-CH2OH） 等 J在物质代谢过程中常遇到一碳单位的转移， 这类反应需要一碳单位转移酶参加，这一类 酶的辅酶为四氢叶酸。携带甲基的部位是在N5,N10位。各种不同形式的一碳单位四氢叶酸： 常见的一碳单位四氢叶酸衍生物N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHO FH4）；N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NH FH4）；N5,N10-亚甲基四氢叶酸 （N5,N10-CH2-FH4）；N5,N10-次甲基四氢叶酸 （N5,N10=CH-FH4）；N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3 FH4）。一碳单位的产生如：甘氨酸的分解反应产生N5,N10,-CH2,-FH4。丝氨酸的降解也产生N5,N10,-CH2,-FH4。组氨酸降解为谷氨酸也产生一碳单位。 说明：说明：苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸和色氨酸代谢降 解后可生成N10-甲酰四氢叶酸，苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸和组氨酸代谢降 解后可生成N5,N10-次甲基四氢叶酸，丝氨酸代谢降解后可生成N5,N10-亚甲基四 氢叶酸，后者可用于胸腺嘧啶甲基的合成 。