[王镜岩生物化学第三版笔记]第十章氨基酸代谢
第十章 氨基酸代谢 植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮,合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化 合物。 人和动物消化吸收动、植物蛋白质,得到氨基酸,合成蛋白质及含氮物质。 有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮,合成氨基酸。 第一节 蛋白质消化、降解及氮平衡 一、 蛋白质消化吸收 哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性蛋白酶。经上 述酶的作用,蛋白质水解成游离氨基酸,在小肠被吸收。 被吸收的氨基酸(与糖、脂一样)一般不能直接排出体外,需经历各种代谢途径。 肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽,吸收作用在小肠的近端较强,因此肽的吸收先于游离氨基酸。 二、 蛋白质的降解 人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有总体蛋白的1%~2%被降解、更新。 不同蛋白的半寿期差异很大, 人血浆蛋白质的t1/2约10天, 肝脏的t1/2约1~8天, 结缔组织蛋白的t1/2约180 天,许多关键性的调节酶的t1/2 均很短。 真核细胞中蛋白质的降解有两条途径: 一条是不依赖ATP的途径,在溶酶体中进行,主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。 另一条是依赖ATP和泛素的途径,在胞质中进行,主要降解异常蛋白和短寿命蛋白,此途径在不含溶酶 体的红细胞中尤为重要。 泛素是一种8.5KD(76a.a.残基)的小分子蛋白质,普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守,酵母与 人只相差3个a.a残基,它能与被降解的蛋白质共价结合,使后者活化,然后被蛋白酶降解。 三、 氨基酸代谢库 食物蛋白中,经消化而被吸收的氨基酸(外源性 a.a)与体内组织蛋白降解产生的氨基酸(内源性 a.a) 混在一起,分布于体内各处,参与代谢,称为氨基酸代谢库。 氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。 肌肉中a.a占代谢库的50%以上。 肝脏中a.a占代谢库的10%。 肾中a.a占代谢库的4%。 血浆中a.a占代谢库的1~6%。 1 肝、肾体积小,它们所含的a.a浓度很高,血浆a.a是体内各组织之间a.a转运的主要形式。 氨基酸代谢库 图 四、 氮平衡 食物中的含氮物质,绝大部分是蛋白质,非蛋白质的含氮物质含量很少,可以忽略不计。 氮平衡:机体摄入的氮量和排出量,在正常情况下处于平衡状态。即,摄入氮=排出氮。 氮正平衡:摄入氮>排出氮,部分摄入的氮用于合成体内蛋白质,儿童、孕妇。 氮负平衡:摄入氮<排出氮。饥锇、疾病。 第二节 氨基酸分解代谢 氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。 氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基,形成的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O,产生ATP ,也可以为 糖、脂肪酸的合成提供碳架。 一、 脱氨基作用 主要在肝脏中进行 (一) 氧化脱氨基 第一步,脱氢,生成亚胺。第二步,水解。 P219 反应式: 生成的H2O2有毒,在过氧化氢酶催化下,生成H2O+O2↑,解除对细胞的毒害。 1、 催化氧化脱氨基反应的酶(氨基酸氧化酶) (1)、 L—氨基酸氧化酶 有两类辅酶,E—FMN E—FAD(人和动物) 对下列a.a不起作用: Gly、β-羟氨酸(Ser、 Thr ) 、二羧a.a( Glu 、 Asp ) 、二氨a.a (Lys、 Arg ) 真核生物中,真正起作用的不是L-a.a氧化酶,而是谷氨酸脱氢酶。 (2)、 D-氨基酸氧化酶 E-FAD 有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶,可催化D-a.a脱氨。 2 (3)、 Gly氧化酶 E-FAD 使Gly脱氨生成乙醛酸。 (4)、 D-Asp氧化酶 E-FAD E-FAD 兔肾中有D-Asp氧化酶,D-Asp脱氨,生成草酰乙酸。 (5)、 L-Glu脱氢酶 E-NAD+ E-NADP+ P220 反应式: 真核细胞的Glu脱氢酶,大部分存在于线粒体基质中,是一种不需O2的脱氢酶。 此酶是能使 a.a 直接脱去氨基的活力最强的酶,是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都 有。 ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。 ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。 因此当ATP、GTP 不足时,Glu 的氧化脱氨会加速进行,有利于a.a 分解供能(动物体内有10%的能量 来自a.a氧化) 。 (二) 非氧化脱氨基作用(大多数在微生物的中进行) P 221 ①还原脱氨基(严格无氧条件下) 图 ②水解脱氨基 图 ③脱水脱氨基 图 ④脱巯基脱氨基 ⑤氧化-还原脱氨基 两个氨基酸互相发生氧化还原反应,生成有机酸、酮酸、氨。 ⑥脱酰胺基作用 谷胺酰胺酶:谷胺酰胺 + H2O → 谷氨酸 + NH3 天冬酰胺酶:天冬酰胺 + H2O → 天冬氨酸 + NH3 谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中 3 (三) 转氨基作用 转氨作用是a.a脱氨的重要方式,除Gly、Lys、Thr、Pro外,a.a都能参与转氨基作用。 转氨基作用由转氨酶催化,辅酶是维生素B6(磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺) 。转氨酶在真核细胞的胞质、 线粒体中都存在。 转氨基作用:是α-氨基酸和α-酮酸之间氨基转移作用,结果是原来的a.a生成相应的酮酸,而原来的酮 酸生成相应的氨基酸。 P223 结构式: 不同的转氨酶催化不同的转氨反应。 大多数转氨酶,优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体,生成 Glu。如丙氨酸转氨酶,可生成 Glu,叫谷 丙转氨酶(GPT) 。肝细胞受损后,血中此酶含量大增,活性高。肝细胞正常,血中此酶含量很低。 动物组织中,Asp 转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高,Asp 是合成尿素时氮的供体,通过转氨 作用解决氨的去向。 转氨作用机制 P224 图16-2 此图只画出转氨反应的一半。 (四) 联合脱氨基 单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基,单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要,因为只有 Glu 脱氢酶活力最高,其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。 机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。 1、 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用 氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上,生成相应的α-酮酸和 Glu,然后在 L-Glu 脱氨酶催化下,脱氨 基生成α-酮戊二酸,并释放出氨。 P225 图16-3 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用 2、 通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用 P 225结构式:次黄嘌呤核苷一磷酸(IMP) 、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸 P226 图16-4通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用 骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主 4 二、 脱羧作用 生物体内大部分a.a可进行脱羧作用,生成相应的一级胺。 a.a脱羧酶专一性很强,每一种a.a都有一种脱羧酶,辅酶都是磷酸吡哆醛。 a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中,有些产物具有重要生理功能,如脑组织中L-Glu脱羧生成 r-氨基丁酸,是重要的神经介质。His脱羧生成组胺(又称组织胺) ,有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺, 有升高血压的作用。 但大多数胺类对动物有毒,体内有胺氧化酶,能将胺氧化为醛和氨。 三、 氨的去向 氨对生物机体有毒,特别是高等动物的脑对氨极敏感,血中 1%的氨会引起中枢神经中毒,因此,脱去 的氨必须排出体外。 氨中毒的机