生化第十四章蛋白質(zhì)降解和氨基酸的分解代謝.ppt

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1、第十四章 蛋白質(zhì)降解和氨基酸的分解代謝 高等動(dòng)物體內(nèi)的氨基酸，不只是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本組分，也是許多其他重要生物分子的前體，如激素、嘌呤、嘧啶、卟啉，有些維生素等。 第一節(jié) 機(jī)體對外源蛋白質(zhì)的需要及其消化作用 構(gòu)成細(xì)胞主要組成分的蛋白質(zhì)，在生物體內(nèi)總是不斷地進(jìn)行新陳代謝。 高等動(dòng)物需要不斷從外界攝取蛋白質(zhì)以維持組織細(xì)胞生長、更新和修復(fù)的需要。,機(jī)體攝入的蛋白質(zhì)量和排出量在正常情況下處于平衡狀態(tài)稱為氮平衡。 處于生長、發(fā)育或疾患恢復(fù)的機(jī)體，其攝入的氮量大于排出的氮量。反之，當(dāng)攝入的氮量小于排出的氮量時(shí)稱為負(fù)平衡。 蛋白質(zhì)除用于供給細(xì)胞生長、更新和修復(fù)外，也可用于提供能量。蛋白質(zhì)氧化

2、提供的能量只占機(jī)體需要量的1015。 外源蛋白質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)，總是先經(jīng)過水解作用變?yōu)樾》肿拥陌被幔缓蟛疟晃铡? 氨基酸的分解代謝主要在肝臟進(jìn)行。,同位素示蹤法表明，一個(gè)體重70公斤(千克)的人，吃一般膳食，每天可有400克蛋白質(zhì)發(fā)生變化。 其中約有14進(jìn)行氧化降解或轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，并由外源蛋白質(zhì)加以補(bǔ)充；其余34在體內(nèi)進(jìn)行再循環(huán)。 機(jī)體每天由尿中以含氮化合物排出的氨基氮約為620克，甚至在未進(jìn)食蛋白質(zhì)時(shí)也是如此。 每天排泄5克氮相當(dāng)于丟失30克內(nèi)源蛋白質(zhì)。,蛋白質(zhì)在哺乳動(dòng)物消化道中降解為氨基酸經(jīng)過一系列的消化過程。 食物進(jìn)入胃后，使胃細(xì)胞分泌胃蛋白酶原。胃液的酸性(PH1.52.5

3、)可促使球狀蛋白變性和松散、胃蛋白酶原經(jīng)自身催化作用，脫下自N端42個(gè)氨基酸肽段轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚晕傅鞍酌浮? 蛋白質(zhì)在胃中消化后，連同胃液進(jìn)入小腸。,在胃液的酸性刺激下，小腸分泌腸促胰液肽進(jìn)入血液，刺激胰腺分泌碳酸進(jìn)入小腸中和胃酸。 再分泌胰蛋白酶、糜蛋自酶、彈性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等。這些酶也以酶原形式分泌，隨后被激活而發(fā)揮作用。 經(jīng)胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶作用后的蛋白質(zhì)，已變成短鏈的肽和部分游離氨基酸。 短肽又經(jīng)羧肽酶和氨肽酶的作用，分別從肽段的C端和N端水解下氨基酸殘基。 蛋白質(zhì)經(jīng)過上述消化道內(nèi)各種酶的協(xié)同作用，最后全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x氨基酸。,氨基酸在細(xì)胞內(nèi)的代謝有多種途

4、徑。 一種是經(jīng)生物合成形成蛋白質(zhì) 一種是進(jìn)行分解代謝。氨基酸的分解一般總是先脫去氨基，形成的碳骨架酮酸可進(jìn)行氧化，形成二氧化碳和水，產(chǎn)生ATP，也可轉(zhuǎn)化為糖和脂肪。,多數(shù)細(xì)菌，體內(nèi)氨基酸的分解不占主要位置，而以氨基酸的合成為主。 有些細(xì)菌又以氨基酸作為唯一碳源，這類細(xì)菌則以氨基酸的分解為主。 高等植物隨著機(jī)體的不斷增長而不斷需要氨基酸，因此合成過程勝于分解過程。,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用 氨基酸失去氨基的作用稱為脫氨基作用，是機(jī)體氨基酸分解代謝的第一個(gè)步驟。 脫氨基作用有氧化脫氨基和非氧化脫氨基作用兩類。氧化脫氨基作用普遍存在于動(dòng)植物中。動(dòng)物的脫氨基作用主要在肝臟中進(jìn)行。非氧

5、化脫氨基作用見于微生物中，但并不普遍。 一、氧化脫氨基作用 氧化脫氨基作用一般過程，可用下列反應(yīng)表示：,上式表明氧化脫氨基作用的產(chǎn)物是酮酸和氨。每消耗1分子氧產(chǎn)生2分子酮酸和2分子氨。 上面的反應(yīng)實(shí)際上包括脫氫與水解兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)。脫氫反應(yīng)是酶促反應(yīng)，它的產(chǎn)物是亞氨基酸，在水溶液中極不穩(wěn)定，易于分解，所以自發(fā)地分解為酮酸和氨。,氨基酸的脫氨基作用如果由不需氧脫氫酶催化，則脫出的氫不以分子氧為直接受體，而以輔酶作為受體，然后經(jīng)細(xì)胞色素體系與氧結(jié)合成水。,氧化脫氨基作用,重要的酶: L-谷氨酸脫氫酶,COOH CH2 CH2 H-C-NH2 COOH,,,,,,,COOH CH2 CH

6、2 C=NH COOH,,,,,,,COOH CH2 CH2 C=O COOH,,,,,,NAD+ NADH H2O NH3,,,,,L-谷氨酸脫氫酶,谷氨酸 亞谷氨酸 -酮戊二酸,反應(yīng)可逆,水解,1、分布廣 2、活性最高 3、特異性強(qiáng) 4、是一種變構(gòu)酶： GTP、ATP是變構(gòu)抑制劑； GDP、ADP是變構(gòu)激活劑。,L-谷氨酸脫氫酶的特點(diǎn):,,二、氨基酸的非氧化脫氨基作用 非氧化脫氨基作用大多在微生物中進(jìn)行。非氧化脫氨基的方式有以下幾種。 (一)還原脫氨基作用：在嚴(yán)格無氧的條件下，某些含有氫化酶的微生物，能用還原脫氨基方式使氨基酸脫去氨基

7、，反應(yīng)式如下所示：,(二)水解脫氨基作用：氨基酸在水解酶的作用，產(chǎn)生羥酸和氨。,(三)脫水脫氨基作用：L絲氨酸和L蘇氨酸的脫氨基是利用脫水方式完成的。催化該反應(yīng)的酶以磷酸吡哆醛為輔酶。,(四)脫硫氫基脫氨基作用：L半胱氨酸的脫氨作用是由脫硫氫基酶催化的。,(五)氧化還原脫氨基作用：兩個(gè)氨基酸互相發(fā)生氧化還原反應(yīng)，分別形成有機(jī)酸、酮酸和氨。 以上的反應(yīng)中，一個(gè)氨基酸是氫的供體，另一個(gè)氨基酸是氫的受體。,三、氨基酸的脫酰胺基作用 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，分別發(fā)生脫酰胺基作用而形成相應(yīng)的氨基酸。 谷氨酰胺和天冬酰胺酶廣泛存在于微生物和動(dòng)、植物細(xì)胞中，有相

8、當(dāng)高的專一性。,第三節(jié) 氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用 一、轉(zhuǎn)氨基作用的一般概念 轉(zhuǎn)氨基作用是氨基酸和酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用：氨基酸的氨基借助酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來的氨基酸生成相應(yīng)的酮酸，而原來的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸。 例如L谷氨酸的氨基在酶的催化下轉(zhuǎn)移到丙酮酸上，谷氨酸變成了酮戊二酸，而丙酮酸則變成丙氨酸。,同樣，天冬氨酸的氨基轉(zhuǎn)移到酮戊二酸的酮基上，結(jié)果天冬氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜幔於釀t轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼帷? 轉(zhuǎn)氨作用是氨基酸脫去氨基的一種重要方式。轉(zhuǎn)氨基作用可以在氨基酸與酮酸之間普遍進(jìn)行。 不同氨基酸和酮戊二酸的轉(zhuǎn)氨作用在氨基酸的分解代謝中占有重要地位。,CH3 H-C

9、-NH2 COOH,COOH （CH2）2 C=O COOH,,,,,,CH3 C=O COOH,,,COOH （CH2）2 HC-NH2 COOH,,,,+,+,丙氨酸 -酮戊二酸 丙酮酸 谷氨酸,GPT：谷丙轉(zhuǎn)氨酶,,,,GPT,COOH CH2 H-C-NH2 COOH,,,,,COOH （CH2）2 C=O COOH,,,,+,,,,,GOT,COOH CH2 C=O COOH,,,,,,COOH （CH2）2 HC-NH2 COOH,,,,天冬氨酸 -酮戊二酸 草酰乙酸 谷氨酸,GOT：谷草轉(zhuǎn)氨酶,重要的酶: 1. GPT(谷丙轉(zhuǎn)氨酶)

10、 2. GOT(谷草轉(zhuǎn)氨酶) 分布于細(xì)胞內(nèi)，正常血清含量甚少。 某種原因造成細(xì)胞膜通透性增高或組織壞死、細(xì)胞破裂時(shí)，大量氨基轉(zhuǎn)移酶釋放入血，血清氨基 轉(zhuǎn)移酶升高。,正常人組織中GPT和GOT的活性 (單位/每克濕組織),,,,,,二、轉(zhuǎn)氨酶 催化轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)的酶稱為轉(zhuǎn)氨酶、或稱氨基移換酶。催化氨基酸轉(zhuǎn)氨基的酶種類很多，在動(dòng)、植物、微生物中分布很廣，在動(dòng)物的心、腦、腎以及肝細(xì)胞中含量都很高。 大多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶需要酮戊二酸作為氨基的受體，因此它們對兩個(gè)底物中的一個(gè)底物，即酮戊二酸(或谷氨酸)是專一的，而對另外一個(gè)底物則無嚴(yán)格的專一性，雖然某種酶對某種氨基酸有較高的活力，但對其他氨基酸也有

11、一定作用。 酶的命名是根據(jù)其催化活力最大的氨基酸命名，當(dāng)今已發(fā)現(xiàn)至少有50種以上的轉(zhuǎn)氨酶。 動(dòng)物和高等植物的轉(zhuǎn)氨酶一般只催化L氨基酸和酮酸的轉(zhuǎn)氨作用。某些細(xì)菌，例如枯草桿菌的轉(zhuǎn)氨酶能催化D和L兩種氨基酸的轉(zhuǎn)氨作用。,轉(zhuǎn)氨酶催化的反應(yīng)都是可逆的，它們的平衡常數(shù)為1.0左右，也表明催化的反應(yīng)可向左、右兩個(gè)方向進(jìn)行。 但是在生物體內(nèi)，與轉(zhuǎn)氨作用相偶聯(lián)的反應(yīng)是氨基酸的氧化分解作用，例如谷氨酸的氧化脫氨基作用，這種偶聯(lián)反應(yīng)可以促使氨基酸的轉(zhuǎn)氨作用向一個(gè)方向進(jìn)行。 真核細(xì)胞的線粒體和胞液中都可進(jìn)行轉(zhuǎn)氨作用。在細(xì)胞不同部位的轉(zhuǎn)氨酶，雖然功能相同，但結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并不相同。 在線粒體內(nèi)和線粒體外

12、的豬心細(xì)胞天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶，其氨基酸組成和等電點(diǎn)都不相同，但兩種轉(zhuǎn)氨酶的分子量都是9000，都含有兩個(gè)大小相同的亞基。,三、轉(zhuǎn)氨酶的輔基及其作用機(jī)制 迄今所發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)氨酶都是以磷酸吡哆醛作為輔基。其催化機(jī)理也相同。磷酸吡哆醛與酶蛋白是以牢固的共價(jià)鍵形式結(jié)合的。 當(dāng)加入氨基酸底物時(shí)，底物代替酶分子賴氨酸的氨基與輔酶磷酸吡哆醛相連，而形成底物磷酸吡哆醛亞胺。當(dāng)磷酸吡哆醛與底物氫基酸反應(yīng)時(shí)，也發(fā)生電子轉(zhuǎn)移作用。,第四節(jié) 聯(lián)合脫氨基作用 氨基酸的轉(zhuǎn)氨作用雖然在生物體內(nèi)普遍存在，但是單靠轉(zhuǎn)氨作用并不能最終脫掉氨基，單靠氧化脫氨作用也不能滿足機(jī)體脫氨基的需要。因只有谷氨酸脫氫酶活力最高，其余的L氨基酸

13、氧化酶活力都低。機(jī)體借助聯(lián)合脫氨基作用即可迅速地使各種不同的氨基酸脫掉氨基。 當(dāng)前聯(lián)合脫氨基作用有兩個(gè)內(nèi)容：其一是指氨基酸的氨基先借助轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)移到酮戊二酸的分子上，生成相應(yīng)的酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸在L谷氨酸脫氫酶的催化下，脫氨基生成酮戊二酸同時(shí)釋放出氨。,其二是嘌呤核苷酸循環(huán)的聯(lián)合脫氨基作用，這一過程包括的內(nèi)容是：次黃嘌呤核苷一磷酸與天冬氨酸作用形成中間產(chǎn)物腺苷酸代琥珀酸，后者在裂合酶的作用下，分裂成腺嘌呤核苷一磷酸和延胡索酸，腺嘌呤核苷一磷酸(腺苷酸)水解后即產(chǎn)生游離氨和次黃嘌呤核苷一磷酸。,天冬氨酸：主要來源于谷氨酸，由草酰乙酸與谷氨酸轉(zhuǎn)氨而來，催化此反應(yīng)的酶為谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶

14、，簡稱谷草轉(zhuǎn)氨酶。從氨基酸開始的聯(lián)合脫氨反應(yīng)可概括如圖 ：,以谷氨酸脫氫酶為中心的聯(lián)合脫氨基作用，雖然在機(jī)體內(nèi)廣泛存在，但并不是所有組織細(xì)胞的主要脫氨方式，骨骼肌、心肌、肝臟以及腦的脫氨方式可能都是以嘌呤核苷酸循環(huán)為主，實(shí)驗(yàn)證明腦組織中的氨有50%是經(jīng)嘌呤核苷酸循環(huán)產(chǎn)生的。,第五節(jié) 氨基酸的脫羧基作用 機(jī)體內(nèi)部分氨基酸可進(jìn)行脫羧基作用而生成相應(yīng)的一級胺。催化脫羧反應(yīng)的酶稱為脫羧酶，這類酶的輔酶為磷酸吡哆醛，其所催化的反應(yīng)如下：,氨基酸脫羧酶的專一性很高，一般是一種氨基酸一種脫羧酶，而且只對L型氨基酸起作用。在脫羧酶中只有組氨酸脫羧酶不需要輔酶。,氨基酸的脫羧反應(yīng)普遍存在于微生物、高等動(dòng)、植物

15、組織中。動(dòng)物的肝、腎、腦中都發(fā)現(xiàn)有氨基酸脫羧酶，腦組織中富有L谷氨酸脫羧酶，能使L谷氨酸脫羧形成氨基丁酸。 氨基酸脫羧后形成的胺，有許多具有重要的生理作用。 如上述的氨基丁酸是重要的神經(jīng)介質(zhì)。 組氨酸脫羧形成的組胺又稱組織胺，有降低血壓的作用，又是胃液分泌的刺激劑。 酪氨酸脫羧形成的酪胺有升高血壓的作用。 絕大多數(shù)胺類是對動(dòng)物有毒的。但體內(nèi)有胺氧化酶，能將胺氧化為醛和氨。醛可進(jìn)一步氧化成脂肪酸，氨可合成尿素等，又可形成新的氨基酸。,第六節(jié) 氨基氮的排泄 氨基酸經(jīng)過前述的氧化脫氨基作用、脫酰胺基作用或經(jīng)嘌呤核苷酸循環(huán)等途徑將氨基氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘薄? 氨對生物機(jī)體是有毒物質(zhì)，特別是高等動(dòng)物的腦

16、對氨極為敏感，血液中1%的氨就可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)中毒，因此氨的排泄是生物機(jī)體維持正常生命活動(dòng)所必需的。 人類氨中毒的癥狀表現(xiàn)為語言紊亂、視力模糊，機(jī)體發(fā)生一種特有的震顫，甚至昏迷或死亡。氨對中樞神經(jīng)系統(tǒng)危害的機(jī)理目前尚未完全闡明。己知腦線粒體可將氨與酮戊二酸作用形成谷氨酸：,此反應(yīng)一方面大量消耗了酮戊二酸，從而破壞了三羧酸循環(huán)的正常進(jìn)行，另一方面，對NADP的大量消耗，嚴(yán)重地影響需要還原力(NADP十)反應(yīng)的正常進(jìn)行。,有些微生物可將游離氨用于形成細(xì)胞的其他含氮物質(zhì)。當(dāng)以某種氨基酸作為氮源時(shí)，從氨基酸上脫下的氨，除一部分用于進(jìn)行生物合成外，多余的氨即排到周圍環(huán)境中。 某些水生的或海洋動(dòng)

17、物，如原生動(dòng)物和線蟲以及魚類、水生兩棲類等，都以氨的形式將氨基氮排出體外。這些動(dòng)物稱為排氨動(dòng)物。 陸生動(dòng)物將脫下的氨轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?。鳥類和陸生的爬蟲類，因體內(nèi)水分有限，它們的排氨方式是形成固體尿酸的懸浮液排出體外。因此鳥類和爬蟲類又稱為排尿酸動(dòng)物。 有些兩棲類處于中間位置，幼蟲為排氨動(dòng)物如蝌蚪，變態(tài)時(shí)肝臟產(chǎn)生出必要的酶，成蛙后，即排泄尿素。,一、氨的轉(zhuǎn)運(yùn) 氨的轉(zhuǎn)運(yùn)主要是通過谷氨酰胺，多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)有谷氨酰胺合成酶，催化谷氨酸與氨結(jié)合而形成谷氨酰胺。,在該反應(yīng)中形成中間產(chǎn)物谷氨酰5磷酸，它是一種與酶結(jié)合的高能中間物，是谷氨酸第5位的羧基磷酸化的結(jié)果，提供磷酸基團(tuán)的是ATP。谷氨酰5磷酸的磷酯

18、鍵是活潑部位，很容易脫下磷酸基團(tuán)而與氨結(jié)合形成谷氨酰胺。,谷氨酰胺是中性無毒物質(zhì)，容易透過細(xì)胞膜，是氨的主要運(yùn)輸形式；而谷氨酸帶有負(fù)電荷，則不能透過細(xì)胞膜。 谷氨酰胺由血液運(yùn)送到肝臟，肝細(xì)胞的谷氨酰胺酶又將其分解為谷氨酸和氨。,肌肉可利用丙氨酸將氨運(yùn)送到肝臟。這一運(yùn)送過程稱為葡萄糖丙氨酸循環(huán)，在此循環(huán)中，氨先轉(zhuǎn)化為谷氨酸的氨基： 谷氨酸又與丙酮酸進(jìn)行轉(zhuǎn)氨形成丙氨酸：,丙氨酸在P近于7的條件下是中性不帶電荷的化合物，通過血液運(yùn)送到肝臟，再與酮戊二酸轉(zhuǎn)氨又變?yōu)楸岷凸劝彼帷? 在肌肉中，所需的丙酮酸由糖酵解提供，在肝臟中，多余的丙酮酸又可通過糖異生作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖。 生物體利用丙

19、氨酸作為從肌肉到肝臟運(yùn)送氨的載體，是機(jī)體在維持生命活動(dòng)中遵循經(jīng)濟(jì)原則的一種表現(xiàn)。 肌肉在緊張活動(dòng)中既產(chǎn)生大量的氨，又產(chǎn)生大量的丙酮酸，兩者都需要運(yùn)送到肝臟進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。將丙酮酸與氨轉(zhuǎn)化為丙氨酸，收到一舉兩得的功效。,二、氨的排泄 (一)排氨動(dòng)物由氨基酸氨基形成的氨，經(jīng)谷氫酰胺形式運(yùn)送到排泄部位，例如魚類的鰓，經(jīng)谷氨酰胺酶分解，游離的氨即借助擴(kuò)散作用排出體外。 (二)尿素的形成尿素循環(huán)：排尿素動(dòng)物合成尿素是在肝臟中進(jìn)行的，是由一個(gè)循環(huán)機(jī)制完成的，這一循環(huán)稱為尿素循環(huán)。 1尿素循環(huán)的發(fā)現(xiàn)： 尿素循環(huán)是最早發(fā)現(xiàn)的代謝循環(huán)，比三羧酸循環(huán)還早發(fā)現(xiàn)5年。 1932年Hans AKrebs和他的學(xué)生Ku

20、rt Henseleit觀察到，當(dāng)往懸浮有肝臟切片的緩沖液中加入鳥氨酸、瓜氨酸或精氨酸中的任何一種時(shí)，都可促使肝臟切片顯著加快尿素的合成，而其他任何氨基酸或含氮化合物都不能起到上述三種氨基酸的促進(jìn)作用。較早人們就已經(jīng)知道精氨酸可以由精氨酸酶水解為鳥氨酸和尿素。,Krebs和Henseleit研究了前述三種氨基酸的結(jié)構(gòu)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)它們彼此的相關(guān)結(jié)構(gòu)，提出鳥氨酸是瓜氨酸的前體，瓜氨酸是精氨酸的前體，他們的相互關(guān)系如下：,在以上實(shí)驗(yàn)和分析的基礎(chǔ)上，Krebs提出了尿素循環(huán)的設(shè)想。在此循環(huán)中，鳥氨酸所起的作用類似草酰乙酸在三羧酸循環(huán)中的作用，一分子鳥氨酸和一分子氨及二氧化碳結(jié)合形成瓜氨酸。瓜氨酸與另一分

21、子氨結(jié)合形成精氨酸。精氨酸水解形成尿素和鳥氨酸完成一次循環(huán)，他們提出的尿素循環(huán)表示加圖。,2尿素的形成過程當(dāng)今公認(rèn)的尿素循環(huán)步驟 在Krebs和Henseleit提出尿素循環(huán)的基礎(chǔ)上，又經(jīng)不斷地深入、補(bǔ)充，發(fā)展為當(dāng)今的尿素循環(huán)，如圖所示。,(1)肝細(xì)胞液中由大量氨基酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用與酮戊二酸形成的谷氨酸，透過線粒體膜進(jìn)入線粒體基質(zhì)，由谷氨酸脫氫酶將氨基脫下形成游離氨。形成的氨立刻與三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的二氧化碳和2分子ATP反應(yīng)，形成氨甲酰磷酸：,催化此反應(yīng)的酶稱為氨甲酰磷酸合酶I。 該酶屬于調(diào)節(jié)酶，需要N乙酰谷氨酸作為正調(diào)節(jié)劑。氨甲酰磷酸是高能化合物，可作為氨甲酰基的供給者，氨甲酰磷酸合酶I存在于

22、線粒體中；而氨甲酰磷酸合酶存在于胞液中，后者的作用也和前者不同，它是在核苷酸生物合成中起作用的酶。,(2)尿素循環(huán)的第二個(gè)步驟是鳥氨酸接受由氨甲酰磷酸提供的氨甲?；纬晒习彼?。催化這一反應(yīng)的酶稱為鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，該酶存在于線粒體中，需要Mg2+離子參與作用。,(3)瓜氨酸形成后即離開線粒體進(jìn)入細(xì)胞液。 瓜氨酸在胞液中，由精氨琥珀酸合酶催化，與天冬氨酸結(jié)合形成精氨琥珀酸。該酶需要ATP提供能量及Mg2+參與作用。,(4)精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶催化下分解為精氨酸及延胡索酸。在這一反應(yīng)中天冬氨酸的氨基已經(jīng)轉(zhuǎn)移而成為精氨酸的組分。天冬氨酸的碳骨架形成延胡索酸。,該反應(yīng)形成的延胡索酸是三羧酸循環(huán)

23、中的成員，可進(jìn)一步形成蘋果酸再進(jìn)一步氧化為草酰乙酸。,(5)精氨酸在精氨酸酶催化下，水解為鳥氨酸和尿素。,精氨酸酶分子量120 000，由四個(gè)亞基組成，每個(gè)亞基都與Mn2+離子牢固相連。該酶只在排尿素動(dòng)物中大量存在。如此完成一次循環(huán)。全部反應(yīng)可表示如下：,總結(jié)上述過程可看到，形成一分子尿素可清除兩分子氨基氮及一分子二氧化碳。 尿素是中性無毒物質(zhì)，因此形成尿素不僅可以解除氨的毒性，還可減少體內(nèi)二氧化碳溶于血液所產(chǎn)生的酸性。 尿素的形成需消耗能量，形成一分子尿素需消耗4個(gè)高能磷酸鍵水解釋放的自由能。,尿素形成過程的前兩個(gè)步驟：氨甲酰磷酸的合成及由鳥氨酸形成瓜氨酸是在肝細(xì)胞的線粒體中完成的.

24、 而后三個(gè)步驟：形成精氨琥珀酸、精氨酸以及產(chǎn)生尿素都是在胞液中完成的。尿素形成后由血液帶入腎臟隨尿排出體外。 尿素形成過程在機(jī)體的不同器官、組織以及細(xì)胞內(nèi)的職能分工有利于生物體的自身保護(hù)；氨基酸的脫氨形成氨甲酰磷酸等步驟在線粒體中進(jìn)行可防止過量的游離氨積累于血液中而引起神經(jīng)中毒。 應(yīng)提起注意的是，尿素也是多數(shù)魚類、兩棲類嘌呤代謝的產(chǎn)物。嘌呤類化合物如何形成尿素將在核酸代謝中詳述。,3尿素循環(huán)有關(guān)酶的遺傳缺欠癥： 在人類已發(fā)現(xiàn)有缺乏尿素循環(huán)中某種酶的遺傳缺陷癥，部分缺乏某種酶，引起高血氨癥，智力遲鈍，神經(jīng)發(fā)育停滯等癥狀。 如果將膳食中的蛋白質(zhì)改為必需氨基酸的相應(yīng)酮酸，即可得到

25、治療。酮酸可利用體內(nèi)形成的氨合成所需的氨基酸。 若完全缺乏某一種酶，會(huì)使尿素合成不可能進(jìn)行。這種缺欠因引起氨中毒，出生后很快即死去。,(三)尿酸的形成 排尿酸動(dòng)物如陸生爬蟲類和鳥類，以尿酸作為氨基酸氨基排泄的主要形式。 尿酸也是靈長類、鳥類和陸生爬蟲類嘌呤代謝的最終產(chǎn)物。由氨形成尿酸的途徑是相當(dāng)復(fù)雜，將在核酸代謝中詳述。 尿酸的形成過程需消耗相當(dāng)?shù)哪芰?，因此排尿酸?dòng)物是用高的代價(jià)以換得體內(nèi)水分的保留。,尿酸的結(jié)構(gòu)如下式。它以內(nèi)酰胺和內(nèi)酰亞胺和完全解離三種形式存在，因其可完全解離而得名尿酸。尿酸和Na+、K+離子形成的鹽只比尿酸的溶解度稍大，都是不易溶物質(zhì)。尿酸中的氮原子都來源于

26、氨基酸的氨基。 還應(yīng)指出的是尿素、氨、尿酸并不是自然界氨基氮排泄的僅有形式，蜘蛛以鳥嘌呤作為氨基氮的排泄形式。許多魚類以氧化三甲胺作為排氮形式。高等植物則將氨基氮以谷氨酰胺和天冬酰胺形式貯存于體內(nèi)。,第七節(jié) 氨基酸碳骨架的氧化途徑 脊椎動(dòng)物體內(nèi)的20種氨基酸，由20種不同的多酶體系進(jìn)行氧化分解。雖然氨基酸的氧化分解途徑各異，但它們都集中形成的5種產(chǎn)物而進(jìn)入三羧酸循環(huán)，最后氧化為CO2和水。 1、丙氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、賴氨酸及色氨酸共10種氨基酸分解后形成乙酰CoA。 2、精氨酸、組氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸及谷氨酸共5種氨基酸形成酮戊二酸。

27、3、異亮氨酸、蛋氨酸及纈氨酸共3種氨基酸變?yōu)殓牾oA。 4、苯丙氨酸，酪氨酸形成延胡索酸。 5、天冬氨酸、天冬酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜帷?因此構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸通過轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA、酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸以及草酰乙酸五種物質(zhì)而進(jìn)入三羧酸循環(huán)。 此外，苯丙氨酸和酪氨酸碳骨架的一部分也以乙酰CoA的形式進(jìn)入三羧酸循環(huán)。 當(dāng)氨基酸脫羧形成胺類后，即失去了進(jìn)入三羧酸循環(huán)的可能性。,氨基酸的分解途徑并不是其合成途徑的逆轉(zhuǎn)，雖然在分解和合成途徑之間也有共同的步驟。 氨基酸分解代謝過程中有許多中間產(chǎn)物具有其他生物功能，特別是用作組成細(xì)胞其他成分的前體。 脊椎動(dòng)物分解代謝主要是在

28、肝臟中進(jìn)行，腎中也比較活躍。肌肉中氨基酸的分解是很少的。,一、形成乙酰輔酶A的途徑 乙酰CoA是進(jìn)入三羧酸循環(huán)的主要入口物質(zhì)，通過形成乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)的氨基酸又有二條路徑，一條是由氨基酸先轉(zhuǎn)變?yōu)楸嵩傩纬梢阴oA。第二條是經(jīng)過乙酰乙酰CoA再形成乙酰CoA。 (一)經(jīng)丙酮酸到乙酰CoA的途徑氨基酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸岬穆窂健?1丙氨酸： 2甘氨酸：,3絲氨酸：,4蘇氨酸：,5半胱氨酸：可通過幾條途徑形成丙酮酸： （1）轉(zhuǎn)氨 （2）氧化 （3）加水分解：某些細(xì)菌可發(fā)生下列反應(yīng)。,第八節(jié) 生糖氨基酸和生酮氨基酸 有些氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、賴氨酸、色氨酸，在分解過程中轉(zhuǎn)變

29、為乙酰乙酰輔酶A，而乙酰乙酰輔酶A在動(dòng)物的肝臟中可轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴Ｒ宜岷投∷?，因此這5種氨基酸稱為生酮氨基酸。糖尿病人的肝臟所形成的大量酮體，除來源于脂肪酸外，還來源于生酮氨基酸。 凡能形成丙酮酸、酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸的氨基酸都稱為生糖氨基酸。因?yàn)檫@些物質(zhì)都能導(dǎo)致生成葡萄糖、糖原。 有的氨基酸如苯丙氨酸和酪氨酸，既可生成酮體又可生成糖，因此稱為生酮和生糖氨基酸。 還有些氨基酸如丙氨酸、絲氨酸、半胱氨酸，也可通過形成乙酰CoA后進(jìn)而形成乙酰乙酸，因此生酮氨基酸和生糖氨基酸的界限并不是非常嚴(yán)格的。,第九節(jié) 由氨基酸衍生的其他重要物質(zhì) 一、氨基酸與一碳單位 生物化學(xué)中將具有一個(gè)碳原子的基

30、團(tuán)稱為“一碳單位”或“一碳基團(tuán)”。 生物體內(nèi)的一碳單位有許多形式，例如： 1亞氨甲基CHNH 2甲?；?CHO 3羥甲基 CH2OH 4亞甲基又稱(甲叉基) CH2 5次甲基(又稱甲川基) CH 6甲基 CH3,許多氨基酸都可作為一碳單位來源，如甘氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、組氨酸等。 一碳單位不只與氨基酸代謝密切相關(guān)，還參與嘌呤和嘧啶的生物合成以及S腺苷甲硫氨酸的生物合成。它是生物體各種化合物甲基化的甲基來源。 許多帶有甲基的化合物在生物學(xué)上都有重要功能。如腎上腺素、肌酸、卵磷脂等。嘌呤和嘧啶又是合成核酸的重要成分。 一碳單位的轉(zhuǎn)移靠四氫葉酸，用符號型FH4表示，攜帶甲基的部位是在N5

31、、N10位上。,氨基酸和一碳單位的關(guān)系可列舉如下 1甘氨酸脫氨基生成乙醛酸后，與FH4反應(yīng)生成N5，N10次甲基FH4。 2蘇氨酸可分解為甘氨酸和乙醛，所以蘇氨酸是通過甘氨酸形成一碳單位。 3絲氨酸分子上的碳原子可轉(zhuǎn)移到FH4上，同時(shí)脫去一分子水，生成N5，N10亞甲基FH4。絲氨酸的碳原子轉(zhuǎn)移后變?yōu)楦拾彼帷Ｋ越z氨酸既可直接與FH4作用形成一碳衍生物，又可通過甘氨酸途徑形成N5，N10次甲基FH4。,4組氨酸在分解過程中形成亞氨甲酰谷氨酸，后者與FH4作用，將亞氨甲酰基轉(zhuǎn)移到FH4上，形成亞氨甲酰FH4，再脫去氨后即形成N5，N10次甲基四氫葉酸。 5甲硫氨酸活化為S腺苷甲硫氨酸即可提供

32、甲基。高半胱氨酸又可自四氫葉酸接受甲基而形成甲硫氨酸。 生物體內(nèi)合成膽堿、肌酸、腎上腺素等所需的甲基都是由S腺苷甲硫氨酸提供。S腺苷甲硫氨酸是大約50種不同甲基受體的供給者。催化甲基轉(zhuǎn)移的酶稱為甲基移換酶，脫甲基后的產(chǎn)物是S腺苷高半胱氨酸。雖然甲硫氨酸是甲基的供給者，但是，甲硫氨酸的甲基卻只能由極少數(shù)反應(yīng)提供，主要途徑是從N5甲基四氫葉酸的甲基轉(zhuǎn)移到高半胱氨酸上。 一碳單位還可參與嘌呤和嘧啶合成。,二、氨基酸與生物活性物質(zhì) 有些氨基酸在神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)中起著重要作用，它們本身都屬于生物活性物質(zhì)，此外，生物體在生命活動(dòng)中還需要由氨基酸合成許多其他生物分子來調(diào)節(jié)代謝及生命活動(dòng)。這類生物分子，少

33、量就能發(fā)揮明顯的生物功能，因此稱為生物活性物質(zhì)。,下面列舉幾種生物分子的形成機(jī)制： (一)酪氨酸代謝與黑色素的形成：,(二)酪氨酸代謝和腎上腺素、去甲腎上腺素、多巴及多巴胺的形成：腎上腺素和去甲腎上腺素最早發(fā)現(xiàn)于腎上腺髓質(zhì)，其生理功能除對心臟、血管有作用外，還發(fā)現(xiàn)它們與多巴、多巴胺這些由酪氨酸衍生來的系列物，都在神經(jīng)系統(tǒng)中起重要作用。它們和神經(jīng)活動(dòng)、行為以及大腦皮層的醒覺和睡眠節(jié)律等都有關(guān)系。 腎上腺素、去甲腎上腺素、多巴及多巴胺等統(tǒng)稱為兒茶酚胺類物質(zhì)。,(三)色氨酸代謝與5羥色胺及吲哚乙酸： 如前所述，5羥色胺是脊椎動(dòng)物的一種神經(jīng)遞質(zhì)，在神經(jīng)系統(tǒng)中的含量與神經(jīng)的興奮和抑制狀態(tài)有密切關(guān)系

34、，也是一種血管收縮素。 吲哚乙酸是一種植物生長激素。兩者都是由色氨酸形成的。,(四)肌酸和磷酸肌酸的形成： 肌酸存在于動(dòng)物的肌肉、腦和血液。既可以游離形式存在，也可以磷酸化形式存在，后者稱為磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸在貯存和轉(zhuǎn)移磷酸鍵能中起重要作用。參與肌酸合成的有三種氫基酸：精氨酸、甘氨酸和甲硫氨酸。,(五)組胺的形成 肺、肝、胃粘膜的柱細(xì)胞、肌肉、乳腺、神經(jīng)組織都有組胺存在，它是一種強(qiáng)烈的血管舒張物質(zhì)，濃度過高可引起虛脫。創(chuàng)傷性休克或炎癥病變部位都有組胺釋放。它還有刺激胃粘膜分泌胃蛋白酶和胃酸的作用。在神經(jīng)組織中它是感覺神經(jīng)的一種遞質(zhì)，和外周神經(jīng)的感覺與傳遞有密切關(guān)系。 組胺是組

35、氨酸脫羧基的產(chǎn)物，它的形成如下式：,(六)腐胺、精胺、亞精胺(精脒)的形成 腐胺名稱的起源是因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)于腐敗的肉中。它是鳥氨酸脫羧的產(chǎn)物，鳥氨酸來源于精氨酸的水解。 亞精胺和精胺名稱的來源是因?yàn)樗鼈儼l(fā)現(xiàn)于人的精液。這兩種物質(zhì)在法律上一直用于鑒定犯罪事實(shí)，但它們的結(jié)構(gòu)直至1926年才弄清。近20年來才了解到亞精胺、精胺和腐胺廣泛存在于各種組織，而且可能具有重要的功能。它們總是與核酸并存，可能在轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞分裂的調(diào)節(jié)中起作用。 亞精胺和精胺的分子中，含有許多氨基，因此又統(tǒng)稱多胺。,(七)谷氨酸和氨基丁酸： 谷氨酸在動(dòng)物腦中含量占全身各組織的首位。在腦和脊髓中是一種廣泛存在的具有興奮作用的

36、神經(jīng)介質(zhì)。谷氨酸脫羧形成氨基丁酸，可增加突觸后神經(jīng)細(xì)胞膜對Na+離子的通適性，使神經(jīng)膜超極化，從而提高動(dòng)作電位的啟動(dòng)閾值，因此是腦組織中具有抑制作用的神經(jīng)介質(zhì)。 氨基丁酸并非氨基酸中唯一的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，甘氨酸、?；撬岬纫捕际遣煌潭鹊囊种菩陨窠?jīng)遞質(zhì)。谷氨酸也并非唯一的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，天冬氨酸也有類似的作用。 (八)?；撬岷桶腚装彼幔号；撬醽碓从诎腚装彼嵫趸擊取?第十節(jié) 氨基酸代謝缺陷癥 氨基酸代謝中缺乏某一種酶，都可能引起疾患，這種疾病稱為代謝缺陷癥。由于某種酶的缺乏，致使該酶的作用物在血中或尿中大量出現(xiàn)。這種代謝缺陷屬于分子疾病。其病因和DNA分子突變有關(guān)，往往是先天性的，又稱為先天

37、性遺傳代謝病。這類先天性代謝缺陷癥，大部分發(fā)生在嬰兒時(shí)期，常在幼年就導(dǎo)致死亡，發(fā)病的癥狀表現(xiàn)有智力遲鈍、發(fā)育不良、周期性嘔吐、沉睡、搐溺、共濟(jì)失調(diào)、昏迷等。目前已發(fā)現(xiàn)的氨基酸代謝病已達(dá)30多種。,1、苯丙酮尿癥： 在苯丙氨酸代謝中由于缺乏苯丙氨酸4單加氧酶而引起的苯丙酮尿癥。 這種病在10000人中即可發(fā)現(xiàn)一人。當(dāng)機(jī)體缺乏這種酶時(shí)，苯丙氨酸的正常代謝途徑即改變?yōu)樵谡Ｇ闆r下很少起作用的第二條途徑，即苯丙氨酸與酮戊二酸轉(zhuǎn)氨形成苯丙酮酸，聚集在血液中，最后由尿中排出體外，這是人們最早認(rèn)識(shí)的一種代謝遺傳缺陷癥。 患者若在兒童時(shí)期限制吃含有苯丙氨酸的飲食，可以防止發(fā)生智力遲鈍。 2、尿黑酸癥： 是酪氨酸代謝中缺乏尿黑酸氧化酶引起的。這種病人尿中含有尿黑酸，在堿性條件下暴露于氧氣中即氧化并聚合成為類似黑色素的物質(zhì)而使尿顯黑色。因此稱為尿黑酸癥。這種病人的結(jié)締組織有不正常的色素沉著。,