第三章 氨基酸分解代谢 下册P299 30章 细胞总是不断地从氨基酸合成蛋白质，又把蛋白质降解为氨基酸，由此可排除不正常蛋白质，排除积累过多的酶和“调节蛋白”，使细胞代谢得以正常进行。对正常蛋白质细胞也要进行有选择的降解。蛋白质降解为氨基酸后氨基酸会继续进行分解代谢。 §3.1 氨基酸分解代谢（P303）： 氨基酸的分解代谢总是先脱去氨基。脱氨基的方式，不同生物不完全相同。氧化脱氨基作用普遍存在于动植物中，非氧化脱氨基作用主要见于微生物。陆生脊椎动物将脱下的氨基合成尿素，脱氨后的氨基酸碳骨架进行氧化分解，形成能进入柠檬酸循环的化合物，最后氧化成CO2和H2 O。 氨基酸的脱氨基作用： 绝大多数氨基酸脱氨基出自转氨基作用，氨基酸与α-酮戊二酸在氨基转移酶作用下发生氨基酸脱氨同时生成Glu（也有的转到草酰乙酸上生成Asp）。 （1） 氨基转移反应分两步进行： 氨基酸先将氨基转移到酶分子的辅酶磷酸吡哆醛（PLP）上，自身形成α-酮酸，PLP则形成磷酸吡哆胺（PMP）。 2．PMP的氨基转移到α-酮戊二酸（或草酰乙酸）上，生成Glu（或Asp），PLP恢复。 详细机制可见P305 图30-3。 （2）转氨酶： 已发现有50种以上的转氨酶，大多数需要α-酮戊二酸为氨基受体。 丙氨酸转氨酶（ALT），又称谷丙转氨酶（G..P.T），主要存在于肝细胞浆中，用于诊断肝病。 天冬氨酸转氨酶（AST），又称谷草转氨酶（G..O.T），在心、肝中含量丰富，可用于测定心肌梗死，肝病。 人体转氨酶以ALT和AST活力最高。 （二）氧化脱氨基作用 在氧化脱氨基作用中以谷氨酸脱氢酶活性最高，该酶以NAD(P)+为辅酶，使Glu经氧化作用，脱2H，再水解脱去氨基，生成α-酮戊二酸，如P306 图30-4所示。 谷氨酸脱氢酶由6个相同的亚基构成，分子量为33万，是变构调节酶，被GTP和ATP抑制，被ADP激活。活性受底物及产物浓度左右。 （三）联合脱氨基作用 氨基酸脱氨基重要方式是联合脱氨基作用。 氨基酸的α-氨基借助转氨作用转移到α-酮戊二酸的分子上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后Glu在谷氨酸脱氢酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，同时释放出氨（P307图30-5）。 此过程在肌体中广泛存在。 嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用：次黄嘌呤核苷酸与Asp作用形成中间产物腺苷酸琥珀酸，后者在裂合酶作用下分解成腺嘌呤核苷酸和延胡索酸，腺嘌呤核苷酸水解生成游离氨基酸和次黄嘌呤核苷酸（P307图30-6）。 此过程在骨骼肌、心肌、肝脏及脑中存在。 （四）氨基酸的脱羧基作用 在脱羧酶催化下生成相应的一级胺，产物常有重要生理作用。 Glu → r-氨基丁酸，神经递质，抑制神经。 His → 组氨，降血压，刺激胃液分泌。 Tyr → 酪氨，升高血压。 （五）氨的命运 氨对生物机体有毒，脑对氨极为敏感，血液中含1%的氨就可引起中枢神经系统中毒。因此生物体必须排泄氨。 水生动物直接排氨，大多数陆生动物排尿素，鸟类和陆生爬行动物排尿酸（结构式见P309）。 [氨的转运]： 主要通过Glu，反应如下： 谷氨酸合成酶 Glu + NH4+ + ATP Glu + ADP + Pi + H+ Glu为中性物质，易透过细胞膜，由血液到肝脏，在肝细胞中在谷氨酰胺酶作用下分解成Glu和NH3。Glu是体内氨的一种运输、储存形式，也是氨的暂时解毒方式。 在肌肉中可通过葡萄糖—丙氨酸循环，通过Ala则更经济。肌肉在活动时消耗糖产生能量时会产生大量丙酮酸，同时产生氨。两者都需要运送到肝脏中进一步转化，而先将两者转化成Ala再转运到肝脏十分经济。在肝脏中Ala与α-酮戊二酸反应生成丙酮酸和Glu，丙酮酸经葡糖异生生成葡萄糖，经血液到肌肉中，再供产生能量使用，由此形成循环。 §3.2 尿素的形成 尿素中的两个NH2，一个由Glu联合脱氨产生，另一个NH2来自Asp。羰基来自CO2，由柠檬酸循环产生。 尿素在形成过程中是以鸟氨酸为载体形成尿素循环。在尿素循环中，一分子鸟氨酸和一分子氨及CO2结合形成瓜氨酸，瓜氨酸与另一分子氨形成精氨酸，Arg水解形成尿素和鸟氨酸，完成一次循环。尿素循环包括有5步酶反应，2步发生线粒体内，3步发生在细胞溶胶中，如P311 图30-9所示。 氨甲酰磷酸合成（第一个氮原子获取）： 氨甲酰磷酸合成酶 2ATP + HCO3 -+ NH+4 + H2O H2NCOOPO32- α-酮戊二酸 （氨甲酰磷酸） Glu + 2ADP + Pi 反应中消耗2分子ATP 瓜氨酸生成： 鸟氨酸转氨甲酰基酶 H2NCOOPO32- + 鸟氨酸 瓜氨酸 + Pi 瓜氨酸离开线粒体中，进入细胞溶胶，反应生成精氨琥珀酸（尿素中第二氮原子获取）。 COO- NH2+ NH3+ 精氨琥珀酸合成酶 ∣ ‖ ∣ 瓜氨酸 + Asp + ATP -OOCCH2CHNH-C-NH-(CH2)3CHCOO- (精氨琥珀酸) + AMP + PPi 精氨酸形成： CHCOOH 精氨琥珀酸裂解酶 ‖ 精氨琥珀酸 Arg + HOOCCH（延胡索酸） 生成的延胡索酸为柠檬酸循环中间产物，将尿素循环和柠檬酸循环联系起来。 尿素形成： 精氨酸酶 Arg + H2O 鸟氨酸 + 尿素 鸟氨酸进入下一循环。 总反应耗能，使用3个ADP，生成2个ADP，1个AMP。总的消耗4个高能键，但在Glu脱氢生成NH3时，产生一分子NADH，可放能。 尿素循环若出现问题，会发生“高血氨症”，使人智力迟钝，神经发育停滞，以至死亡。 §3.3 氨基酸碳骨架的代谢 P314 20种氨基酸碳骨架，由20种不同的多酶体系进行氧化分解，最后集中形成5种产物进入柠檬酸循环。这5种产物均为TCA的中间体。 柠檬酸循环（又称三羧酸循环，TCA）是糖、脂肪、蛋白三大物质代谢的共同通路，自乙酰辅酶A起，经柠檬酸等几个三羧酸，最终氧化成CO2和水，20种氨基酸碳骨架氧化分解形成的5种产物： ① 乙酰辅酶A（包括丙酮酸，乙酰乙酰辅酶A），涉及的氨基酸为Ala、Thr、Gly、Ser、Cys、Phe、Tyr、Leu、Lys和Trp等十种，简称C3族。 ② α-酮戊二酸，涉及的氨基酸为Arg、His、Gln、Pro和Glu等五种，简称C5族。 ③ 琥珀酰辅酶A，涉及的氨基酸为Ile、Met和Val等三种。 ④ 延胡索酸，涉及的氨基酸为Phe和Tyr，它们除可生成乙酰辅酶A外还可代谢成延胡索酸。 ⑤ 草酰乙酸，涉及氨基酸为Asp和Asn，可简称C4族。祥见P315 图30-13，氨基酸碳骨架进入TCA途径。 从图中可看出： C3族：A、T、G、S、C五种氨基酸经丙酮酸而形成乙酰辅酶A；F、Y、L、K、W五种氨基酸经乙酰乙酰辅酶A再形成乙酰辅酶A。 C5族：R、H、Q、P四种氨基酸通过E转变成α-酮戊二酸。 I、M、V三种氨基酸经琥珀酰辅酶A进入TCA。 F、Y还可以被氧化酶降解为延胡索酸进入TCA。 C4族：D、N经草酰乙酸进入TCA。 §3.4 生糖氨基酸和生酮氨基酸： 生糖氨基酸：能增加尿中葡萄糖排出量，包括能生成丙酮酸，α-酮戊二酸、琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸。 生酮氨基酸：能增加尿中酮体排出量的氨基酸，包括在分解过程中转变成乙酰乙酰辅酶A的氨基酸（可进一步生成乙酰乙酸和β-羟丁酸）。 生酮生糖氨基酸：既可生成酮体又可生成糖，如Phe和Tyr。 生酮、生糖氨基酸界限并不十分严格，只Leu为纯粹生酮氨基酸。 糖尿病人尿中酮体除来源于脂肪酸外，还来源于生酮氨基酸。 §3.5 由氨基酸衍生的重要物质： 氨基酸与一碳单位： 许多氨基酸都可作为一碳单位来源，如Gly、Thr、Ser和His等。一碳单位与氨基酸代谢、嘌呤和嘧啶生物合成以及S-腺苷甲硫氨酸（甲基提供者）生物合成有关。一碳单位转移靠四氢叶酸。 氨基酸与生物活性物质： 由氨基酸来源的生物活性物质如P332 表30-2所示。 （1）氨基酸代谢： 黑色素生成： Tyr在酪氨酸羟化酶作用下氧化生成二羟苯丙氨酸（多巴），再在酪氨酸催化下氧化成苯丙氨酸-3，4-醌（多巴醌），然后聚合成黑色素。反应见333 图30-34。 黑色素过多产生雀斑、老年斑，过少则为白癜风等白化病，用酪氨酸酶抑制剂可治疗黑色素过多，用激活剂可治疗白化病。 酪氨酸产生儿茶酚胺类物质： Tyr在酪氨酸羟化酶作用下氧化成多巴，在芳香族氨基酸脱羧酶作用下失羧生成二羟苯乙胺（多巴胺），然后在多巴胺-β-羟化酶作用下氧化生成1-（3，4-二羟苯基）-2-氨基乙醇（去甲肾上腺素或称正肾上腺素），最后在苯乙醇胺-N-转甲基酶作用下甲基化生成肾上腺素，化学名称1-（3，4-二羟苯基）-2-甲胺基乙醇。祥见P333 图30-35。 肾上腺素和去甲肾上腺素均为交感神经末梢的化学介质，使交感神经兴奋，对心脏、血管有生理作用，使血管收缩、血压急剧上升，为含氮激素。肾上腺素使血糖升高，促进蛋白、氨基酸和脂肪分解，使肌体应付意外情况。 拟肾上腺素：可代替肾上腺素的药。 麻黄碱（N-甲胺基-1-苯基丙醇），为苯丙胺（PPA）类化合物，还原失水为“冰毒”。麻黄碱生理功能与肾上腺素相似，但有副作用。 4. 抗肾上腺素：肾上腺素受体分为α-受体和β-受体。β-受体阻断剂：心得宁、心得安可抗心率失常，使心率减慢。 （2）色氨酸代谢产物： 色氨酸失羧得5-羟色胺。见P334 图30-36。 5-羟色胺（5-HT）是脊椎动物的一种神经递质，含量与神经兴奋和抑制状态有关，也是血管收缩素，可使心率增加，肠道、支气管收缩。5-HT拮抗药，可医治肠道运动亢进。 吲哚乙酸：为Trp脱氨、失羧氧化后产物。见P334，为植物生长激素。 松果体素：由5-HT乙酰化、甲基化而得。可促进老年人睡眠和调时差。 组氨酸代谢产物组胺： 由His脱羧而得，见P334，可使血管强烈舒张，作用血管平滑肌，抗组氨药（阻断组胺与受体结合），有镇静催眠作用。 牛黄酸： 氨基乙磺酸，为Cys氧化脱羧产物，是一种抑制性神经递质。 §3.6 氨基酸代谢缺陷症 氨基酸代谢中缺乏某一种酶，都可引起症患，为代谢缺陷症，是分子疾病。病因和DNA分子突变有关。已发现氨基酸代谢病30多种，如P336 表30-3所示。如苯丙酮尿症，缺少苯丙氧酸单加氧酶；尿黑酸症，缺乏尿黑酸氧化酶。