第 30章 蛋白质降解和氨基酸的 分解代谢
(Protein degradation and amino acids
catabolism)
一、蛋白质的降解
二、氨基酸的分解代谢
三、尿素的形成
四、氨基酸碳骨架的氧化途径
五、生糖氨基酸和生酮氨基酸
六、由氨基酸衍生的其他重要物质
七、氨基酸代谢缺陷症
一、蛋白质的降解
机体对外源蛋白质
的消化吸收
高等动物摄入的蛋白质在消化道内被胃蛋
白酶, 胰蛋白酶, 胰凝乳蛋白酶, 弹性蛋白酶,
羧肽酶, 氨肽酶等降解, 全部转变成氨基酸,
被小肠吸收 。
细胞内蛋白质的降解
细 胞 内 的 蛋白 质 是 处 于 不断 地 周 转
（ turnover） 的 。 一些异常的蛋白质, 不需
要的蛋白质需要清除 。 对一种特定的蛋白质
来说, 它在细胞中的含量取决于合成和降解
的速率 。 通过对一些代谢途径的关键酶的合
成和降解, 控制酶的含量, 也是控制代谢途
径运行的一个重要措施 。
细胞内蛋白质降解的机构
蛋白质降解是限制在细胞内的特定区域的,
一种是称为蛋白酶体的大分子结构, 另一种是
具有单层膜的溶酶体 （ 细胞器 ） 。
溶酶体中含有约 50种水解酶, 它与吞噬泡
及细胞内产生的一些自噬泡融合, 然后将摄取
的各种蛋白质全部降解, 对被降解的蛋白质没
有选择性 。
被降解的蛋白质在进入蛋白酶体降解之前,
需要被泛肽标记 。
泛肽
泛肽 （ ubiquitin） 又名 遍在蛋白质, 泛素, 它是
一个由 76个氨基酸残基组成的小蛋白质 。 它通过其 C
端 Gly的羧基与被降解的蛋白质的氨基共价结合, 通
常结合在 Lys的 ε氨基上, 这是一个需要消耗 ATP的反
应 。 这样给被降解的蛋白质作了一个标记, 随后将
靶蛋白质引入蛋白酶体中降解 。
可有多个 泛肽连接到靶蛋白上, 形成多泛肽链,
后面的每一个泛肽的 C端羧基连接到前一个泛肽的
Lys48的 ε氨基上 。
泛
肽
与
靶
蛋
白
的
连
接
E1:泛肽活化酶
E2:泛肽载体蛋白
E3:泛肽蛋白质连接酶
泛肽
泛肽蛋白质连接酶
E3在识别和选择被降解蛋白质的过程中起着
重要的作用 。 E3是通过备选蛋白质 N端氨基酸的
性质来选择靶蛋白质的, 以 Met,Ser,Ala,Thr、
Val,Gly或 Cys为 N末端的蛋白质对泛肽介导的降
解途径有抗性, 而以 Arg,Lys,His,Phe,Tyr、
Trp,Leu,Asn,Gln,Asp或 Glu为 N末端的蛋
白质的半寿期只有 2～ 30分钟 。
泛肽蛋白质连接酶
E3有 3个不同蛋白底物结合位点：类型 Ⅰ 结
合碱性氨基酸末端的蛋白质, 如 Arg,Lys或 His；
类型 Ⅱ 结合具有大疏水基团 N末端氨基酸的蛋白
质, 如 Phe,Tyr,Trp或 Leu；类型 Ⅲ 结合其他 N
末端氨基酸的蛋白质 。
以酸性氨基酸为 N末端的蛋白质的降解需要
tRNA参与, 将 Arg-tRNA的 Arg转移到酸性蛋白
质的 N末端, 使之转变成碱性 N末端, 然后与泛肽
连接 。
Arg-tRNA将蛋白质的酸性氨基酸
N末端转变成碱性氨基酸 N末端
被泛肽介导降解蛋白质的特点
大多数具有敏感 N末端氨基酸残基的蛋白质
不是正常的细胞内蛋白质, 而很可能是分泌性蛋
白质, 这些蛋白质通过信号肽酶的作用暴露出敏
感的 N末端氨基酸残基 。 也许 N末端识别系统的
功能就是识别和清除任何入侵的异质蛋白质或分
泌性蛋白质 。
其他触发泛肽连接和蛋白酶体降解的蛋白质
含有 PEST序列, PEST序列是一个富含 Pro,Glu、
Ser和 Thr残基的高度保守的短序列 。
蛋白酶体
蛋白酶体是一个大的寡聚体结构, 有一个中空
的腔 。 古细菌 Thermoplasma acidophilum的蛋白酶
体为 20S,700kD的桶状结构, 由两种不同的亚基 α
和 β组成, 它们缔合成 α7β7β7α7四个堆积的环 。 这个
桶有 15nm高, 直径 11nm,中间有一个可分为 3个区
域的空腔, 蛋白质降解就发生在这个腔中 。 两端的
α7环解折叠被降解的蛋白质, 并将其送入中央的腔
内, 而 β亚基具有蛋白裂解活性 。 蛋白酶体降解蛋白
质的产物为 7～ 9个氨基酸残基的寡肽 。
古细菌 T,acidophilum 20S
蛋白酶体的结构
顶面观 侧面观 纵剖面观
真核细胞中的蛋白酶体
真核细胞含有两种蛋白酶体,20S和 26S蛋白酶
体 。 26S蛋白酶体 （ 1700kD） 是一个 45nm长的结构,
是在 20S蛋白酶体的两端各加上 1个 19S的帽结构或
称 PA700（ Proteasome activator-700kD）, 这种帽
结构至少由 15个不同的亚基组成, 其中许多有 ATP
酶活性 。 与古细菌 20S蛋白酶体不同, 真核细胞的
蛋白酶体含有 7 个不同的 α亚基及 7 个不同的 β亚基 。
泛
肽
－
蛋
白
酶
体
降
解
途
径
ubiquitin
26S proteasome 19S caps
二、氨基酸分解代谢
氨基酸是合成蛋白质和肽类物质的基本成分,
可以氧化释放出能量, 还可以转变成各种其他含
氮物质 。
氨基酸的分解一般有三步,
1.脱氨基；
2.脱下的氨基排出体外, 或转变成尿素或尿酸排
出体外；
3.氨基酸脱氨后的碳骨架进入糖代谢途径彻底氧
化 。
碳骨架也可以进入其他代谢途径用于合成其
他物质 。
（一）氨基酸的转氨作用
×× 转氨酶
谷草转氨酶
α -酮酸 1 氨基酸 2 氨基酸 1 α -酮酸 2
转氨反应机制
转氨酶以磷酸吡哆醛为辅基, 从氨基酸上
脱下的氨基先结合在磷酸吡哆醛上, 氨基酸转
变成 α －酮酸, 然后氨基转到另一个 α 酮酸的
α 碳上, 产生新的氨基酸 。 结合氨的反应是脱
氨反应的逆反应 。 转氨反应机制详见 P305图
30-3。
转氨酶 （ aminotransferase)
催化转氨反应的酶很多, 大多数转氨酶以 α
－酮戊二酸为氨基受体, 而对氨基供体无严格要
求 。
动物和高等植物的转氨酶一般 只催化 L-氨基
酸的转氨, 某些细菌中也有可以催化 D-和 L-两种
构型氨基酸转氨的转氨酶 。
葡萄糖－丙氨酸循环
在肌肉中有一组转氨酶, 可把肌肉中糖酵解
产生的丙酮酸当作氨基的受体 。 形成的丙氨酸进
入血液, 运输到肝脏, 在肝脏中再次转氨产生丙
酮酸, 丙酮酸可进入糖异生途径产生葡萄糖, 再
回到肌肉中 。
通过葡萄糖－丙氨酸循环, 将肌肉中的氨运
输到了肝脏中 。 肝脏中的氨可转变成尿素, 从尿
液中排出 。
（二）谷氨酸氧化脱氨作用
转氨作用产生了大量的谷氨酸, 谷氨酸
可以在 谷氨酸脱氢酶的作用下发生氧化脱氨 。
谷氨酸脱氢酶由 6个亚基组成, 存在于细胞溶
胶中, 它受 GTP和 ATP的别构抑制, 受 ADP
的别构激活 。 该酶既可以用 NAD+也可以用
NADP + 作为氧化剂 。
谷氨酸的氧化脱氨反应
谷氨酸
α -亚氨基戊二酸
α -酮戊二酸
（三）其他氧化脱氨作用
L－氨基酸氧化酶和 D－氨基酸氧化酶以
FAD为辅基, 催化 L－及 D－氨基酸的氧化脱
氨反应 。 产生的 FADH2又被 O2氧化 。
氨基酸 + FAD + H2O →α －酮酸 + NH3 + FADH2
FADH2 + O2 → FAD + H 2O2
（四）联合脱氨作用
（ transdeamination)
天冬氨酸 次黄嘌呤核苷酸
腺苷酸代琥珀酸
腺苷酸 次黄嘌呤核苷酸
腺苷酸代琥珀酸 腺苷酸 延胡索酸
裂解酶
联合脱氨作用
（五）氨基酸的脱羧基作用
机体内部分氨基酸可进行脱羧反应, 生成相应
的 一 级 胺 。 催 化 脱 羧 反 应 的 酶 称 为 脱 羧 酶
（ decarboxylase）, 这类酶的辅基为磷酸吡哆醛 。
氨基酸 磷酸吡哆醛 醛亚胺
一级胺 磷酸吡哆醛
（六）氨的命运
氨对生物机体是有毒物质, 特别是高等动物的
脑对氨极为敏感, 血液中 1%的氨就可引起中枢神经
系统中毒, 因此氨的排泄是生物体维持正常生命活
动所必需的 。
1.排氨动物：某些水生或海洋动物, 如原生动物和
线虫以及鱼类, 水生两栖类等 。
2.排尿酸动物：鸟类和陆生的爬行动物 。
3.排尿素动物：绝大多数陆生动物 。
氨、尿素及尿酸的结构
氨 尿素
尿酸
氨的转运
氨的转运主要是通过谷氨酰胺的形式 。 多数
动 物 细 胞 中 有 谷 氨 酰 胺 合 成 酶 （ glutamine
synthetase）, 它催化氨和谷氨酸反应生成谷氨酰
胺, 同时消耗 1个 ATP。
NH4+ + 谷氨酸 + ATP —————— →
谷氨酰胺 + ADP + Pi + H +
谷氨酰胺合成酶
谷氨酰胺由血液运送到肝脏, 肝细胞的谷氨
酰胺酶又将其分解为谷氨酸和氨 。
谷氨酰胺的合成
酶
酶
谷氨酰 -5-磷酸
三、尿素的形成
氨是通过尿素循环合成尿素的 。 尿素循环是由
发现柠檬酸循环的 Krebs和他的学生 Kurt Henseleitfa
发现的, 并且比发现柠檬酸循环还早 5年 。
Krebs和他的学生观察到, 往悬浮有肝脏切片的
缓冲液中加入鸟氨酸, 瓜氨酸或精氨酸中的任何一
种时, 都可以促使肝脏切片显著加快尿素的合成,
而其他任何氨基酸或含氮化合物都没有这个作用 。
他们研究了这 3氨基酸的结构关系, 提出了尿素循环
途径 。
Krebs和 Henseleit最早
提出的尿素循环
尿素循环全图
1.氨甲酰磷
酸合成酶 Ⅰ
2.鸟氨酸转
氨甲酰酶
3.精氨琥珀
酸合成酶
4.精氨琥
珀酸酶
5.精氨酸酶
尿素循环与柠檬酸循环的联系
尿素循环的调节
氨甲酰磷酸合成酶 Ⅰ 存在于线粒体中, 它被
N- 乙酰谷氨酸别构激活 。 N-乙酰谷氨酸是由 N-
乙酰谷氨酸合酶催化谷氨酸和乙酰 CoA合成的 。
当氨基酸降解加速时, 谷氨酸浓度升高, N-
乙酰谷氨酸也增高, 激活了氨甲酰磷酸合成酶 Ⅰ,
从而使尿素循环速度加快 。
当遗传性尿素循环中某些酶不足时, 除精氨
酸酶外, 都不会因此发生尿素的重大减量, 但会
产生, 高氨血症, 。 产生智力迟钝, 嗜睡等症状 。
四、氨基酸碳骨架的氧化途径
（一）形成乙酰 CoA的途径
1.经丙酮酸到乙酰 CoA的途径
经此途径降解的氨基酸有,
丙氨酸
丝氨酸
甘氨酸
半胱氨酸
苏氨酸
Thr→ Gly→ Ser
苏氨酸醛缩酶
丝氨酸羟甲基转移酶
甘氨酸
苏氨酸
丝氨酸
Ser,Cys,Ala→ 乙酰 CoA
半胱氨酸 丙氨酸 丝氨酸
丝氨酸脱水酶
乙酰 CoA
加氧
转氨
脱硫
甘氨酸的主要分解代谢途径
H3N - CH2 - COO－ + THF + NAD+ —— →
N 5,N 10 -甲烯 THF + CO 2 + NH 4+ + NADH + H +
苏氨酸的其他分解代谢途径
苏氨酸脱水酶
苏氨酸脱氢酶
（一）形成乙酰 CoA的途径
2.经乙酰乙酰 CoA到乙酰 CoA的途径
经此途径降解的氨基酸有,
苯丙氨酸
酪氨酸
亮氨酸
赖氨酸
色氨酸
Lys,Trp,Phe,Tyr,Leu经
乙酰乙酰 CoA到乙酰 CoA
色氨酸
苯丙氨酸
亮氨酸
赖氨酸
酪氨酸
乙酰 CoA
乙酰乙酰 CoA
延胡索酸
go
单加氧酶
（二） α -酮戊二酸途径
经此途径降解的氨基酸有,
精氨酸
组氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺
谷氨酸
Arg,His,Pro,Gln,Glu →
α －酮戊二酸
脯氨酸 精氨酸
谷氨酰胺 组氨酸
谷氨酸
α －酮戊二酸
（三）形成琥珀酰 CoA的途径
经此途径降解的氨基酸有,
甲硫氨酸
异亮氨酸
缬氨酸
Met,Ile,Val → 琥珀酰 CoA
异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸
琥珀酰 CoA
（四）形成延胡索酸途径
back
经此途径降解的氨基酸有,
苯丙氨酸
酪氨酸
（五）形成草酰乙酸途径
经此途径降解的氨基酸有,
天冬氨酸
天冬酰胺
Asp,Asn → 草酰乙酸
天冬酰胺
天冬氨酸
草酰乙酸
五、生糖氨基酸和生酮氨基酸
凡能 形成丙酮酸, α－酮戊二酸, 琥珀酸和草酰
乙酸的氨基酸称为生糖氨基酸 （ glucogenic amino
acids） 。 （ Arg,His,Pro,Gln,Glu,Met,Ile、
Val,Asp,Asn ）
在分解过程中转变成乙酰乙酰 CoA的氨基酸称为
生酮氨基酸 （ ketogenic amino acids）, 因为乙酰乙
酰 CoA可以转变为 酮体 。 （ Lys,Trp,Phe,Tyr、
Leu ）
苯丙氨酸和酪氨酸既可生成酮体又可生成糖, 称
为生酮和生糖氨基酸 。 （ Phe,Tyr）
经丙酮生成乙酰 CoA的氨基酸也是既可生酮也可
生糖 。 （ Ala,Gly,Ser,Thr,Cys）
六、由氨基酸衍生的
其他重要物质
见 P332表 30-2
七、氨基酸代谢缺陷症
见 P336表 30-3
苯丙酮尿症
苯丙酮尿症是一种先天性的苯丙氨酸代谢的
缺陷, 它有严重的影响 。 患苯丙酮尿症的人不经
治疗几乎总是在智力发育上严重迟滞 。 这些病人
的脑重量低于正常, 他们的神经鞘化不完全, 而
且他们的反射过分活跃 。 未经治疗的苯丙酮尿症
患者的估计寿命很短, 一半在二十岁以前死亡,
四分之三在三十岁数以前死亡 。
苯丙酮尿症的病因
苯丙酮尿症是由于没有或缺少苯丙氨酸羟化
酶而引起的, 或者更少见是由于缺少四氢生物喋
呤辅助因子而引起的 。 苯丙氨酸不能转变成酪氨
酸 。 因而所有体液中均积累苯丙氨酸 。 在正常人
体内微不足道的一些苯丙氨酸的变化在苯丙酮尿
症患者体内变得很突出 。 这些变化中最明显的是
苯丙氨酸发生转氨作用形成苯丙酮酸 。
苯丙酮尿症患者的治疗 Ⅰ
苯丙酮尿症患者初生时看起来是正常的, 但
若不经治疗, 到一周岁以前就会有严重的缺陷 。
苯丙酮尿症的疗法就是低苯丙氨酸饮食 。 其目的
是只提供刚好满足生长和代谢所需要的苯丙氨酸 。
将原来苯丙氨酸含量低的蛋白质, 如奶中的酪蛋
白进行水解, 并用吸附法除去苯丙氨酸 。
苯丙酮尿症患者的治疗 Ⅱ
必须在出生后不久就开始用低苯丙氨酸的饮
食一防止对脑的不可逆的损害 。 在一项研究中,
出生后数周内就治疗的苯丙酮尿症患者的平均智
商为 93,而在一岁时开始治疗的患者平均智商为
53。
通过大规模的普查发现, 出现 苯丙酮尿的频
率大约是 0.5/万新生儿 。 这种病是常染色体隐性
遗传的 。
苯
丙
酮
尿
症
女
孩
白化症女孩
(Protein degradation and amino acids
catabolism)
一、蛋白质的降解
二、氨基酸的分解代谢
三、尿素的形成
四、氨基酸碳骨架的氧化途径
五、生糖氨基酸和生酮氨基酸
六、由氨基酸衍生的其他重要物质
七、氨基酸代谢缺陷症
一、蛋白质的降解
机体对外源蛋白质
的消化吸收
高等动物摄入的蛋白质在消化道内被胃蛋
白酶, 胰蛋白酶, 胰凝乳蛋白酶, 弹性蛋白酶,
羧肽酶, 氨肽酶等降解, 全部转变成氨基酸,
被小肠吸收 。
细胞内蛋白质的降解
细 胞 内 的 蛋白 质 是 处 于 不断 地 周 转
（ turnover） 的 。 一些异常的蛋白质, 不需
要的蛋白质需要清除 。 对一种特定的蛋白质
来说, 它在细胞中的含量取决于合成和降解
的速率 。 通过对一些代谢途径的关键酶的合
成和降解, 控制酶的含量, 也是控制代谢途
径运行的一个重要措施 。
细胞内蛋白质降解的机构
蛋白质降解是限制在细胞内的特定区域的,
一种是称为蛋白酶体的大分子结构, 另一种是
具有单层膜的溶酶体 （ 细胞器 ） 。
溶酶体中含有约 50种水解酶, 它与吞噬泡
及细胞内产生的一些自噬泡融合, 然后将摄取
的各种蛋白质全部降解, 对被降解的蛋白质没
有选择性 。
被降解的蛋白质在进入蛋白酶体降解之前,
需要被泛肽标记 。
泛肽
泛肽 （ ubiquitin） 又名 遍在蛋白质, 泛素, 它是
一个由 76个氨基酸残基组成的小蛋白质 。 它通过其 C
端 Gly的羧基与被降解的蛋白质的氨基共价结合, 通
常结合在 Lys的 ε氨基上, 这是一个需要消耗 ATP的反
应 。 这样给被降解的蛋白质作了一个标记, 随后将
靶蛋白质引入蛋白酶体中降解 。
可有多个 泛肽连接到靶蛋白上, 形成多泛肽链,
后面的每一个泛肽的 C端羧基连接到前一个泛肽的
Lys48的 ε氨基上 。
泛
肽
与
靶
蛋
白
的
连
接
E1:泛肽活化酶
E2:泛肽载体蛋白
E3:泛肽蛋白质连接酶
泛肽
泛肽蛋白质连接酶
E3在识别和选择被降解蛋白质的过程中起着
重要的作用 。 E3是通过备选蛋白质 N端氨基酸的
性质来选择靶蛋白质的, 以 Met,Ser,Ala,Thr、
Val,Gly或 Cys为 N末端的蛋白质对泛肽介导的降
解途径有抗性, 而以 Arg,Lys,His,Phe,Tyr、
Trp,Leu,Asn,Gln,Asp或 Glu为 N末端的蛋
白质的半寿期只有 2～ 30分钟 。
泛肽蛋白质连接酶
E3有 3个不同蛋白底物结合位点：类型 Ⅰ 结
合碱性氨基酸末端的蛋白质, 如 Arg,Lys或 His；
类型 Ⅱ 结合具有大疏水基团 N末端氨基酸的蛋白
质, 如 Phe,Tyr,Trp或 Leu；类型 Ⅲ 结合其他 N
末端氨基酸的蛋白质 。
以酸性氨基酸为 N末端的蛋白质的降解需要
tRNA参与, 将 Arg-tRNA的 Arg转移到酸性蛋白
质的 N末端, 使之转变成碱性 N末端, 然后与泛肽
连接 。
Arg-tRNA将蛋白质的酸性氨基酸
N末端转变成碱性氨基酸 N末端
被泛肽介导降解蛋白质的特点
大多数具有敏感 N末端氨基酸残基的蛋白质
不是正常的细胞内蛋白质, 而很可能是分泌性蛋
白质, 这些蛋白质通过信号肽酶的作用暴露出敏
感的 N末端氨基酸残基 。 也许 N末端识别系统的
功能就是识别和清除任何入侵的异质蛋白质或分
泌性蛋白质 。
其他触发泛肽连接和蛋白酶体降解的蛋白质
含有 PEST序列, PEST序列是一个富含 Pro,Glu、
Ser和 Thr残基的高度保守的短序列 。
蛋白酶体
蛋白酶体是一个大的寡聚体结构, 有一个中空
的腔 。 古细菌 Thermoplasma acidophilum的蛋白酶
体为 20S,700kD的桶状结构, 由两种不同的亚基 α
和 β组成, 它们缔合成 α7β7β7α7四个堆积的环 。 这个
桶有 15nm高, 直径 11nm,中间有一个可分为 3个区
域的空腔, 蛋白质降解就发生在这个腔中 。 两端的
α7环解折叠被降解的蛋白质, 并将其送入中央的腔
内, 而 β亚基具有蛋白裂解活性 。 蛋白酶体降解蛋白
质的产物为 7～ 9个氨基酸残基的寡肽 。
古细菌 T,acidophilum 20S
蛋白酶体的结构
顶面观 侧面观 纵剖面观
真核细胞中的蛋白酶体
真核细胞含有两种蛋白酶体,20S和 26S蛋白酶
体 。 26S蛋白酶体 （ 1700kD） 是一个 45nm长的结构,
是在 20S蛋白酶体的两端各加上 1个 19S的帽结构或
称 PA700（ Proteasome activator-700kD）, 这种帽
结构至少由 15个不同的亚基组成, 其中许多有 ATP
酶活性 。 与古细菌 20S蛋白酶体不同, 真核细胞的
蛋白酶体含有 7 个不同的 α亚基及 7 个不同的 β亚基 。
泛
肽
－
蛋
白
酶
体
降
解
途
径
ubiquitin
26S proteasome 19S caps
二、氨基酸分解代谢
氨基酸是合成蛋白质和肽类物质的基本成分,
可以氧化释放出能量, 还可以转变成各种其他含
氮物质 。
氨基酸的分解一般有三步,
1.脱氨基；
2.脱下的氨基排出体外, 或转变成尿素或尿酸排
出体外；
3.氨基酸脱氨后的碳骨架进入糖代谢途径彻底氧
化 。
碳骨架也可以进入其他代谢途径用于合成其
他物质 。
（一）氨基酸的转氨作用
×× 转氨酶
谷草转氨酶
α -酮酸 1 氨基酸 2 氨基酸 1 α -酮酸 2
转氨反应机制
转氨酶以磷酸吡哆醛为辅基, 从氨基酸上
脱下的氨基先结合在磷酸吡哆醛上, 氨基酸转
变成 α －酮酸, 然后氨基转到另一个 α 酮酸的
α 碳上, 产生新的氨基酸 。 结合氨的反应是脱
氨反应的逆反应 。 转氨反应机制详见 P305图
30-3。
转氨酶 （ aminotransferase)
催化转氨反应的酶很多, 大多数转氨酶以 α
－酮戊二酸为氨基受体, 而对氨基供体无严格要
求 。
动物和高等植物的转氨酶一般 只催化 L-氨基
酸的转氨, 某些细菌中也有可以催化 D-和 L-两种
构型氨基酸转氨的转氨酶 。
葡萄糖－丙氨酸循环
在肌肉中有一组转氨酶, 可把肌肉中糖酵解
产生的丙酮酸当作氨基的受体 。 形成的丙氨酸进
入血液, 运输到肝脏, 在肝脏中再次转氨产生丙
酮酸, 丙酮酸可进入糖异生途径产生葡萄糖, 再
回到肌肉中 。
通过葡萄糖－丙氨酸循环, 将肌肉中的氨运
输到了肝脏中 。 肝脏中的氨可转变成尿素, 从尿
液中排出 。
（二）谷氨酸氧化脱氨作用
转氨作用产生了大量的谷氨酸, 谷氨酸
可以在 谷氨酸脱氢酶的作用下发生氧化脱氨 。
谷氨酸脱氢酶由 6个亚基组成, 存在于细胞溶
胶中, 它受 GTP和 ATP的别构抑制, 受 ADP
的别构激活 。 该酶既可以用 NAD+也可以用
NADP + 作为氧化剂 。
谷氨酸的氧化脱氨反应
谷氨酸
α -亚氨基戊二酸
α -酮戊二酸
（三）其他氧化脱氨作用
L－氨基酸氧化酶和 D－氨基酸氧化酶以
FAD为辅基, 催化 L－及 D－氨基酸的氧化脱
氨反应 。 产生的 FADH2又被 O2氧化 。
氨基酸 + FAD + H2O →α －酮酸 + NH3 + FADH2
FADH2 + O2 → FAD + H 2O2
（四）联合脱氨作用
（ transdeamination)
天冬氨酸 次黄嘌呤核苷酸
腺苷酸代琥珀酸
腺苷酸 次黄嘌呤核苷酸
腺苷酸代琥珀酸 腺苷酸 延胡索酸
裂解酶
联合脱氨作用
（五）氨基酸的脱羧基作用
机体内部分氨基酸可进行脱羧反应, 生成相应
的 一 级 胺 。 催 化 脱 羧 反 应 的 酶 称 为 脱 羧 酶
（ decarboxylase）, 这类酶的辅基为磷酸吡哆醛 。
氨基酸 磷酸吡哆醛 醛亚胺
一级胺 磷酸吡哆醛
（六）氨的命运
氨对生物机体是有毒物质, 特别是高等动物的
脑对氨极为敏感, 血液中 1%的氨就可引起中枢神经
系统中毒, 因此氨的排泄是生物体维持正常生命活
动所必需的 。
1.排氨动物：某些水生或海洋动物, 如原生动物和
线虫以及鱼类, 水生两栖类等 。
2.排尿酸动物：鸟类和陆生的爬行动物 。
3.排尿素动物：绝大多数陆生动物 。
氨、尿素及尿酸的结构
氨 尿素
尿酸
氨的转运
氨的转运主要是通过谷氨酰胺的形式 。 多数
动 物 细 胞 中 有 谷 氨 酰 胺 合 成 酶 （ glutamine
synthetase）, 它催化氨和谷氨酸反应生成谷氨酰
胺, 同时消耗 1个 ATP。
NH4+ + 谷氨酸 + ATP —————— →
谷氨酰胺 + ADP + Pi + H +
谷氨酰胺合成酶
谷氨酰胺由血液运送到肝脏, 肝细胞的谷氨
酰胺酶又将其分解为谷氨酸和氨 。
谷氨酰胺的合成
酶
酶
谷氨酰 -5-磷酸
三、尿素的形成
氨是通过尿素循环合成尿素的 。 尿素循环是由
发现柠檬酸循环的 Krebs和他的学生 Kurt Henseleitfa
发现的, 并且比发现柠檬酸循环还早 5年 。
Krebs和他的学生观察到, 往悬浮有肝脏切片的
缓冲液中加入鸟氨酸, 瓜氨酸或精氨酸中的任何一
种时, 都可以促使肝脏切片显著加快尿素的合成,
而其他任何氨基酸或含氮化合物都没有这个作用 。
他们研究了这 3氨基酸的结构关系, 提出了尿素循环
途径 。
Krebs和 Henseleit最早
提出的尿素循环
尿素循环全图
1.氨甲酰磷
酸合成酶 Ⅰ
2.鸟氨酸转
氨甲酰酶
3.精氨琥珀
酸合成酶
4.精氨琥
珀酸酶
5.精氨酸酶
尿素循环与柠檬酸循环的联系
尿素循环的调节
氨甲酰磷酸合成酶 Ⅰ 存在于线粒体中, 它被
N- 乙酰谷氨酸别构激活 。 N-乙酰谷氨酸是由 N-
乙酰谷氨酸合酶催化谷氨酸和乙酰 CoA合成的 。
当氨基酸降解加速时, 谷氨酸浓度升高, N-
乙酰谷氨酸也增高, 激活了氨甲酰磷酸合成酶 Ⅰ,
从而使尿素循环速度加快 。
当遗传性尿素循环中某些酶不足时, 除精氨
酸酶外, 都不会因此发生尿素的重大减量, 但会
产生, 高氨血症, 。 产生智力迟钝, 嗜睡等症状 。
四、氨基酸碳骨架的氧化途径
（一）形成乙酰 CoA的途径
1.经丙酮酸到乙酰 CoA的途径
经此途径降解的氨基酸有,
丙氨酸
丝氨酸
甘氨酸
半胱氨酸
苏氨酸
Thr→ Gly→ Ser
苏氨酸醛缩酶
丝氨酸羟甲基转移酶
甘氨酸
苏氨酸
丝氨酸
Ser,Cys,Ala→ 乙酰 CoA
半胱氨酸 丙氨酸 丝氨酸
丝氨酸脱水酶
乙酰 CoA
加氧
转氨
脱硫
甘氨酸的主要分解代谢途径
H3N - CH2 - COO－ + THF + NAD+ —— →
N 5,N 10 -甲烯 THF + CO 2 + NH 4+ + NADH + H +
苏氨酸的其他分解代谢途径
苏氨酸脱水酶
苏氨酸脱氢酶
（一）形成乙酰 CoA的途径
2.经乙酰乙酰 CoA到乙酰 CoA的途径
经此途径降解的氨基酸有,
苯丙氨酸
酪氨酸
亮氨酸
赖氨酸
色氨酸
Lys,Trp,Phe,Tyr,Leu经
乙酰乙酰 CoA到乙酰 CoA
色氨酸
苯丙氨酸
亮氨酸
赖氨酸
酪氨酸
乙酰 CoA
乙酰乙酰 CoA
延胡索酸
go
单加氧酶
（二） α -酮戊二酸途径
经此途径降解的氨基酸有,
精氨酸
组氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺
谷氨酸
Arg,His,Pro,Gln,Glu →
α －酮戊二酸
脯氨酸 精氨酸
谷氨酰胺 组氨酸
谷氨酸
α －酮戊二酸
（三）形成琥珀酰 CoA的途径
经此途径降解的氨基酸有,
甲硫氨酸
异亮氨酸
缬氨酸
Met,Ile,Val → 琥珀酰 CoA
异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸
琥珀酰 CoA
（四）形成延胡索酸途径
back
经此途径降解的氨基酸有,
苯丙氨酸
酪氨酸
（五）形成草酰乙酸途径
经此途径降解的氨基酸有,
天冬氨酸
天冬酰胺
Asp,Asn → 草酰乙酸
天冬酰胺
天冬氨酸
草酰乙酸
五、生糖氨基酸和生酮氨基酸
凡能 形成丙酮酸, α－酮戊二酸, 琥珀酸和草酰
乙酸的氨基酸称为生糖氨基酸 （ glucogenic amino
acids） 。 （ Arg,His,Pro,Gln,Glu,Met,Ile、
Val,Asp,Asn ）
在分解过程中转变成乙酰乙酰 CoA的氨基酸称为
生酮氨基酸 （ ketogenic amino acids）, 因为乙酰乙
酰 CoA可以转变为 酮体 。 （ Lys,Trp,Phe,Tyr、
Leu ）
苯丙氨酸和酪氨酸既可生成酮体又可生成糖, 称
为生酮和生糖氨基酸 。 （ Phe,Tyr）
经丙酮生成乙酰 CoA的氨基酸也是既可生酮也可
生糖 。 （ Ala,Gly,Ser,Thr,Cys）
六、由氨基酸衍生的
其他重要物质
见 P332表 30-2
七、氨基酸代谢缺陷症
见 P336表 30-3
苯丙酮尿症
苯丙酮尿症是一种先天性的苯丙氨酸代谢的
缺陷, 它有严重的影响 。 患苯丙酮尿症的人不经
治疗几乎总是在智力发育上严重迟滞 。 这些病人
的脑重量低于正常, 他们的神经鞘化不完全, 而
且他们的反射过分活跃 。 未经治疗的苯丙酮尿症
患者的估计寿命很短, 一半在二十岁以前死亡,
四分之三在三十岁数以前死亡 。
苯丙酮尿症的病因
苯丙酮尿症是由于没有或缺少苯丙氨酸羟化
酶而引起的, 或者更少见是由于缺少四氢生物喋
呤辅助因子而引起的 。 苯丙氨酸不能转变成酪氨
酸 。 因而所有体液中均积累苯丙氨酸 。 在正常人
体内微不足道的一些苯丙氨酸的变化在苯丙酮尿
症患者体内变得很突出 。 这些变化中最明显的是
苯丙氨酸发生转氨作用形成苯丙酮酸 。
苯丙酮尿症患者的治疗 Ⅰ
苯丙酮尿症患者初生时看起来是正常的, 但
若不经治疗, 到一周岁以前就会有严重的缺陷 。
苯丙酮尿症的疗法就是低苯丙氨酸饮食 。 其目的
是只提供刚好满足生长和代谢所需要的苯丙氨酸 。
将原来苯丙氨酸含量低的蛋白质, 如奶中的酪蛋
白进行水解, 并用吸附法除去苯丙氨酸 。
苯丙酮尿症患者的治疗 Ⅱ
必须在出生后不久就开始用低苯丙氨酸的饮
食一防止对脑的不可逆的损害 。 在一项研究中,
出生后数周内就治疗的苯丙酮尿症患者的平均智
商为 93,而在一岁时开始治疗的患者平均智商为
53。
通过大规模的普查发现, 出现 苯丙酮尿的频
率大约是 0.5/万新生儿 。 这种病是常染色体隐性
遗传的 。
苯
丙
酮
尿
症
女
孩
白化症女孩
