生物化学笔记第十四章_蛋白质代谢--王镜岩《生物化学》第三版笔记(完美打印版).doc

第十四章 蛋白质代谢 第一节 概述一、主要途径1. 蛋白质代谢以氨基酸为核心，细胞内外液中所有游离氨基酸称为游离氨基酸库，其含量不足氨基酸总量的1％，却可反映机体氮代谢的概况食物中的蛋白都要降解为氨基酸才能被机体利用，体内蛋白也要先分解为氨基酸才能继续氧化分解或转化2. 游离氨基酸可合成自身蛋白，可氧化分解放出能量，可转化为糖类或脂类，也可合成其他生物活性物质合成蛋白是主要用途，约占75％，而蛋白质提供的能量约占人体所需总能量的10－15％蛋白质的代谢平衡称氮平衡，一般每天排出5克氮，相当于30克蛋白质3. 氨基酸通过特殊代谢可合成体内重要的含氮化合物，如神经递质、嘌呤、嘧啶、磷脂、卟啉、辅酶等磷脂的合成需S-腺苷甲硫氨酸，氨基酸脱羧产生的胺类常有特殊作用，如5－羟色胺是神经递质，缺少则易发生抑郁、自杀；组胺与过敏反应有密切联系二、消化 外源蛋白有抗原性，需降解为氨基酸才能被吸收利用只有婴儿可直接吸收乳汁中的抗体可分为以下两步：1. 胃中的消化：胃分泌的盐酸可使蛋白变性，容易消化，还可激活胃蛋白酶，保持其最适pH，并能杀菌胃蛋白酶可自催化激活，分解蛋白产生蛋白胨胃的消化作用很重要，但不是必须的，胃全切除的人仍可消化蛋白。

2. 肠是消化的主要场所肠分泌的碳酸氢根可中和胃酸，为胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等提供合适环境肠激酶激活胰蛋白酶，再激活其他酶，所以胰蛋白酶起核心作用，胰液中有抑制其活性的小肽，防止在细胞中或导管中过早激活外源蛋白在肠道分解为氨基酸和小肽，经特异的氨基酸、小肽转运系统进入肠上皮细胞，小肽再被氨肽酶、羧肽酶和二肽酶彻底水解，进入血液所以饭后门静脉中只有氨基酸三、内源蛋白的降解1. 内源蛋白降解速度不同，一般代谢中关键酶半衰期短，如多胺合成的限速酶－鸟氨酸脱羧酶半衰期只有11分钟，而血浆蛋白约为10天，胶原为1000天体重70千克的成人每天约有400克蛋白更新，进入游离氨基酸库2. 内源蛋白主要在溶酶体降解，少量随消化液进入消化道降解，某些细胞器也有蛋白酶活性内源蛋白是选择性降解，半衰期与其组成和结构有关有人认为N－末端组成对半衰期有重要影响（N-末端规则），也有人提出半衰期短的蛋白都含有一个富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸的区域（PEST区域）如研究清楚，就可能得到稳定的蛋白质产品四、氨基酸的吸收 食用蛋白质后15分钟就有氨基酸进入血液，30到50分钟达到最大氨基酸的吸收与葡萄糖类似，有以下方式：1. 需要载体的主动转运，需要钠，消耗离子梯度的势能。

已发现6种载体，运载不同侧链种类的氨基酸2. 基团转运，需要谷胱甘肽，每转运一个氨基酸消耗3个ATP，而用载体转运只需三分之一个此途径为备用的旁路，一般无用第二节 脱氨和脱羧 氨基酸失去氨基称为脱氨，是机体氨基酸分解代谢的第一步绝大多数氨基酸先脱氨生成a－酮酸，再氧化或转化为其他物质有氧化脱氨和非氧化脱氨两类，前者普遍存在，后者存在于某些微生物一、氧化脱氨（一）过程：氨基酸在氨基酸氧化酶催化下脱氢生成亚氨基酸，再水解生成酮酸和氨脱下的氢由黄素蛋白传递给氧，生成过氧化氢，再分解为水和氧总反应如下：2氨基酸+O2=2酮酸+2NH3过氧化氢也可氧化酮酸生成脂肪酸和二氧化碳二）有关酶1. L-氨基酸氧化酶：可催化多数氨基酸，但甘氨酸、侧链含羟基、羧基、氨基的氨基酸无效，需专门的酶以FAD或FMN为辅基，人的酶以FMN为辅基2. D-氨基酸氧化酶：存在于肝、肾，以FAD为辅基3. 氧化专一氨基酸的酶：如甘氨酸氧化酶、D-天冬氨酸氧化酶、L-谷氨酸脱氢酶等后者重要，分布广泛，活力高，受别构调节，能量不足时激活，加快氧化以NAD或NADP为辅酶，不需氧，通过呼吸链再生在体外可用于合成味精二、非氧化脱氨1. 还原脱氨：严格无氧时氢化酶催化生成羧酸和氨。

2. 水解脱氨：水解酶催化，生成a－羟酸和氨3. 脱水脱氨：丝氨酸和苏氨酸在脱水酶催化下生成烯，重排成亚氨基酸，自发水解生成酮酸和氨脱水酶以磷酸吡哆醛为辅基4. 脱巯基脱氨：半胱氨酸在脱硫氢基酶催化下脱去硫化氢，重排、水解，生成丙酮酸和氨5. 氧化－还原脱氨：两个氨基酸一个氧化，一个还原，脱去两个氨，生成酮酸和脂肪酸三、脱酰胺作用谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶可催化脱酰胺，生成相应的氨基酸此酶分布广泛，专一性强四、转氨基作用1. 定义：指a－氨基酸和酮酸之间氨基的转移作用氨基酸的a－氨基转移到酮酸的酮基上，生成酮酸，原来的酮酸形成相应的氨基酸转氨作用普遍存在，除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸和脯氨酸外都参与转氨，对其分解及合成有重要作用2. 转氨酶：种类很多，多需要谷氨酸，对另一个氨基酸要求不严，以活力最大的命名其反应是可逆的，由浓度控制都含磷酸吡哆醛，乒乓机制吡哆醛还参与脱羧、脱水、脱硫化氢及消旋等反应五、联合脱氨指脱氨与转氨联合，是氨基酸降解的主要方式，有两种方式：1. 氨基酸先转氨生成谷氨酸，再由谷氨酸脱氢酶脱去氨基普遍存在2. 腺苷酸循环：氨基转给谷氨酸，再生成天冬氨酸，与次黄嘌呤核苷一磷酸生成腺苷酸代琥珀酸，再裂解成腺苷酸和延胡索酸。

腺苷酸水解成次黄嘌呤核苷酸，放出氨；延胡索酸水化、氧化再生草酰乙酸此途径主要存在于肌肉和脑，其腺苷酸脱氨酶活性较高肝脏谷氨酸脱氢酶活力高，但90％转化为天冬氨酸六、脱羧少数氨基酸先脱羧生成一级胺此反应由脱羧酶催化，含磷酸吡哆醛，专一性强，每种酶只催化一种L-氨基酸此酶在各种组织中普遍存在，生成的胺有重要生理作用，如脑中谷氨酸脱羧生成的g－氨基丁酸是神经递质第三节 氮的排泄 氨对机体有毒，特别是对脑血液中1％的氨即可使神经中毒水生动物可直接排氨，陆生动物排溶解度较小的尿素，卵生动物排不溶的尿酸一、氨的转运（一）谷氨酰胺合成酶将氨与谷氨酸合成谷氨酰胺，消耗一个ATP谷氨酰胺中性无毒，容易通过细胞膜，进入血液运到肝脏后被谷氨酰胺酶分解，放出氨二）肌肉通过葡萄糖-丙氨酸循环转运氨氨经谷氨酸转给丙氨酸，运到肝后再转氨生成谷氨酸丙酮酸异生为葡萄糖返回肌肉这样肌肉活动产生的丙酮酸和氨都得到处理，一举两得二、尿素的生成1. 粒体中氨甲酰磷酸合成酶I将氨和CO2合成氨甲酰磷酸，消耗2个ATPN-乙酰谷氨酸是此酶的正调节物酶II在细胞质，与核苷酸的合成有关2. 氨甲酰磷酸与鸟氨酸形成瓜氨酸和磷酸，由鸟氨酸转氨甲酰酶催化，需镁离子。

3. 瓜氨酸出线粒体，进入细胞质，与天冬氨酸生成精氨琥珀酸精氨琥珀酸合成酶需镁离子，消耗1个ATP的两个高能键4. 精氨琥珀酸裂解酶催化其裂解，生成精氨酸和延胡索酸5. 精氨酸酶催化水解生成鸟氨酸和尿素6. 总反应为：NH4++CO2+3ATP+Asp+2H2O=尿素+延胡索酸+2ADP+2Pi+AMP+Ppi共除去2分子氨和1分子CO2，消耗4个高能键前两步粒体中进行，可避免氨进入血液引起神经中毒此途径称为尿素循环或鸟氨酸循环，缺乏有关酶会中毒死亡三、其他途径 爬虫和鸟排泄不溶的尿酸，可保持水，但耗能高具体见核酸代谢此外，蜘蛛排鸟嘌呤，某些鱼排氧化三甲胺，高等植物合成谷氨酰胺和天冬酰胺，储存体内第四节 碳架氧化 20种氨基酸分别以5种物质进入三羧酸循环：丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸和色氨酸生成乙酰辅酶A，精氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和谷氨酸生成a-酮戊二酸，甲硫氨酸、异亮氨酸、缬氨酸生成琥珀酰辅酶A；苯丙氨酸和酪氨酸还生成延胡索酸；天冬氨酸和天冬酰胺生成草酰乙酸分解主要在肝和肾进行，某些中间物可转化为糖、酮体及生物活性物质，见下节。

氨基酸脱羧形成胺后不能进入三羧酸循环一、乙酰辅酶A途径（一）由丙酮酸生成乙酰辅酶A 1. 丙氨酸：由谷丙转氨酶转氨生成丙酮酸 2. 丝氨酸：脱水脱氨生成丙酮酸，由丝氨酸脱水酶催化，含磷酸吡哆醛 3. 甘氨酸：可接受羟甲基，转变成丝氨酸由丝氨酸转羟甲基酶催化，以磷酸吡哆醛为辅基，甲烯基四氢叶酸为供体，需锰此途径主要作为丝氨酸的合成途径，甘氨酸的分解主要是作为一碳单位供体，由甘氨酸裂解酶裂解生成甲烯基四氢叶酸和二氧化碳及氨，次要途径是氧化脱氨生成乙醛酸，再氧化成甲酸或草酸甘氨酸与谷胱甘肽、肌酸、胆碱、嘌呤、卟啉的合成都有关系 4. 苏氨酸：由苏氨酸醛缩酶裂解成甘氨酸和乙醛，乙醛可氧化成乙酸再生成乙酰辅酶A也可脱水生成a-酮丁酸，或脱去脱羧形成氨基丙酮 5. 半胱氨酸：可转氨生成b-巯基丙酮酸，再由转硫酶脱去硫化氢生成丙酮酸也可先氧化成半胱氨酸亚磺酸，再转氨、脱去亚硫酸形成丙酮酸产生的硫化氢要氧化成亚硫酸，再氧化成硫酸，由尿排出二）由乙酰乙酰辅酶A生成乙酰辅酶A 1. 苯丙氨酸：由苯丙氨酸-4-单加氧酶催化生成酪氨酸，消耗一个NADPH 2. 酪氨酸：先转氨生成4-羟苯丙酮酸，再氧化、脱羧、开环，裂解成延胡索酸和乙酰乙酸。

延胡索酸进入三羧酸循环，乙酰乙酸由琥珀酰辅酶A活化生成乙酰乙酰辅酶A，硫解形成两个乙酰辅酶A 3. 亮氨酸：先转氨、脱羧生成异戊酰辅酶A，再脱氢、末端羧化、加水生成羟甲基戊二酰辅酶A(HMG CoA)，裂解成乙酰乙酸和乙酰辅酶A 4. 赖氨酸：先由两条途径生成L-a-氨基己二酸半醛，其一是与a-酮戊二酸缩合成酵母氨酸，再放出谷氨酸；其二是先脱去a氨基再环化、开环，将氨基转移到a位生成半醛后氧化成酸，转氨生成a-酮己二酸，脱羧生成戊二酰辅酶A，脱氢、脱羧形成巴豆酰辅酶A，最后水化、脱氢成乙酰乙酰辅酶A 5. 色氨酸：较复杂，先氧化，依次脱去甲醛、丙氨酸，最后形成a-酮己二酸，生成乙酰乙酰辅酶A其11个碳原子共生成一个乙酰乙酰辅酶A，一个，4个二氧化碳和一个甲酸二、a-酮戊二酸途径由精氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和谷氨酸5种1. 精氨酸：由精氨酸酶水解成鸟氨酸和尿素，再转氨生成谷氨酸g半醛，由脱氢酶氧化成谷氨酸，转氨或脱氨形成a-酮戊二酸2. 组氨酸：组氨酸分解酶脱去氨基形成尿刊酸，再水合、开环生成N-甲亚氨基谷氨酸，谷氨酸转甲亚氨酶催化转给四氢叶酸，形成谷氨酸3. 谷氨酰胺：可由谷氨酰胺酶水解；可将酰胺转给a-酮戊二酸，生成两个谷氨酸；也可转到a-酮戊二酸的g-羧基上，形成的g-酮谷酰胺酸可水解生成a-酮戊二酸。

4. 脯氨酸：先由脯氨酸氧化酶形成双键，再加水开环形成谷氨酸g半醛，用NAD氧化成谷氨酸三、琥珀酰辅酶A途径有甲硫氨酸、异亮氨酸和缬氨酸1. 甲硫氨酸：与ATP生成S-腺苷甲硫氨酸，转甲基后水解，生成高半胱氨酸，在胱硫醚-b-合成酶催化下与丝氨酸合成胱硫醚，胱硫醚-g-分解酶催化脱去半胱氨酸和氨基，生成a-酮丁酸，脱羧成丙酰辅酶A，丙酰辅酶A羧化酶催化生成D-甲基丙二酰辅酶A，消旋酶生成L-型，变位生成琥珀酰辅酶A2. 异亮氨酸：转氨，脱羧生成a-甲基丁酰辅酶A，经b-氧化生成乙酰辅酶A和丙酰辅酶A，最后生成琥珀酰辅酶A3. 缬氨酸：转氨，脱羧形成异丁酰辅酶A，脱氢、水化后再水解，生成b-羟异丁酸，脱氢生成甲基丙二酸半醛，氧化为甲基丙二酰辅酶A，再变位生成琥珀酰辅酶A四、延胡索酸途径苯丙氨酸和酪氨酸的部分碳链形成延胡索酸，另一部分为乙酰乙酸五、草酰乙酸途径天冬酰胺酶催化生成天冬氨酸，再转氨生成草酰乙酸，进入三羧酸循环天冬酰胺酶可控制白血病六、生糖氨基酸和生酮氨基酸生成乙酰乙酰辅酶A的苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸和色氨酸称为生酮氨基酸；其他氨基酸称为生糖。