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1、第十四章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢 高等动物体内的氨基酸，不只是构成蛋白质的基本组分，也是许多其他重要生物分子的前体，如激素、嘌呤、嘧啶、卟啉，有些维生素等。第一节 机体对外源蛋白质的需要及其消化作用 构成细胞主要组成分的蛋白质，在生物体内总是不断地进行新陈代谢。高等动物需要不断从外界摄取蛋白质以维持组织细胞生长、更新和修复的需要。,机体摄入的蛋白质量和排出量在正常情况下处于平衡状态称为氮平衡。处于生长、发育或疾患恢复的机体，其摄入的氮量大于排出的氮量。反之，当摄入的氮量小于排出的氮量时称为负平衡。蛋白质除用于供给细胞生长、更新和修复外，也可用于提供能量。蛋白质氧化提供的能量只占机体需要量
2、的1015。外源蛋白质进入体内，总是先经过水解作用变为小分子的氨基酸，然后才被吸收。氨基酸的分解代谢主要在肝脏进行。,同位素示踪法表明，一个体重70公斤(千克)的人，吃一般膳食，每天可有400克蛋白质发生变化。其中约有14进行氧化降解或转变为葡萄糖，并由外源蛋白质加以补充；其余34在体内进行再循环。机体每天由尿中以含氮化合物排出的氨基氮约为620克，甚至在未进食蛋白质时也是如此。每天排泄5克氮相当于丢失30克内源蛋白质。,蛋白质在哺乳动物消化道中降解为氨基酸经过一系列的消化过程。食物进入胃后，使胃细胞分泌胃蛋白酶原。胃液的酸性(PH1.52.5)可促使球状蛋白变性和松散、胃蛋白酶原经自身催化作
3、用，脱下自N端42个氨基酸肽段转变为活性胃蛋白酶。蛋白质在胃中消化后，连同胃液进入小肠。,在胃液的酸性刺激下，小肠分泌肠促胰液肽进入血液，刺激胰腺分泌碳酸进入小肠中和胃酸。再分泌胰蛋白酶、糜蛋自酶、弹性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等。这些酶也以酶原形式分泌，随后被激活而发挥作用。经胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶作用后的蛋白质，已变成短链的肽和部分游离氨基酸。短肽又经羧肽酶和氨肽酶的作用，分别从肽段的C端和N端水解下氨基酸残基。蛋白质经过上述消化道内各种酶的协同作用，最后全部转变为游离氨基酸。,氨基酸在细胞内的代谢有多种途径。一种是经生物合成形成蛋白质一种是进行分解代谢。氨基酸的分解一般总是
4、先脱去氨基，形成的碳骨架酮酸可进行氧化，形成二氧化碳和水，产生ATP，也可转化为糖和脂肪。,多数细菌，体内氨基酸的分解不占主要位置，而以氨基酸的合成为主。有些细菌又以氨基酸作为唯一碳源，这类细菌则以氨基酸的分解为主。高等植物随着机体的不断增长而不断需要氨基酸，因此合成过程胜于分解过程。,第二节 氨基酸的脱氨基作用 氨基酸失去氨基的作用称为脱氨基作用，是机体氨基酸分解代谢的第一个步骤。脱氨基作用有氧化脱氨基和非氧化脱氨基作用两类。氧化脱氨基作用普遍存在于动植物中。动物的脱氨基作用主要在肝脏中进行。非氧化脱氨基作用见于微生物中，但并不普遍。一、氧化脱氨基作用 氧化脱氨基作用一般过程，可用下列反应表
5、示：,上式表明氧化脱氨基作用的产物是酮酸和氨。每消耗1分子氧产生2分子酮酸和2分子氨。上面的反应实际上包括脱氢与水解两个化学反应。脱氢反应是酶促反应，它的产物是亚氨基酸，在水溶液中极不稳定，易于分解，所以自发地分解为酮酸和氨。,氨基酸的脱氨基作用如果由不需氧脱氢酶催化，则脱出的氢不以分子氧为直接受体，而以辅酶作为受体，然后经细胞色素体系与氧结合成水。,氧化脱氨基作用,重要的酶:L-谷氨酸脱氢酶,COOH CH2 CH2 H-C-NH2 COOH,COOH CH2 CH2 C=NH COOH,COOH CH2 CH2 C=O COOH,NAD+NADH H2O NH3,L-谷氨酸脱氢酶,谷氨酸
6、亚谷氨酸-酮戊二酸,反应可逆,水解,1、分布广 2、活性最高 3、特异性强 4、是一种变构酶：GTP、ATP是变构抑制剂；GDP、ADP是变构激活剂。,L-谷氨酸脱氢酶的特点:,二、氨基酸的非氧化脱氨基作用 非氧化脱氨基作用大多在微生物中进行。非氧化脱氨基的方式有以下几种。(一)还原脱氨基作用：在严格无氧的条件下，某些含有氢化酶的微生物，能用还原脱氨基方式使氨基酸脱去氨基，反应式如下所示：,(二)水解脱氨基作用：氨基酸在水解酶的作用，产生羟酸和氨。,(三)脱水脱氨基作用：L丝氨酸和L苏氨酸的脱氨基是利用脱水方式完成的。催化该反应的酶以磷酸吡哆醛为辅酶。,(四)脱硫氢基脱氨基作用：L半胱氨酸的脱
7、氨作用是由脱硫氢基酶催化的。,(五)氧化还原脱氨基作用：两个氨基酸互相发生氧化还原反应，分别形成有机酸、酮酸和氨。以上的反应中，一个氨基酸是氢的供体，另一个氨基酸是氢的受体。,三、氨基酸的脱酰胺基作用 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，分别发生脱酰胺基作用而形成相应的氨基酸。谷氨酰胺和天冬酰胺酶广泛存在于微生物和动、植物细胞中，有相当高的专一性。,第三节 氨基酸的转氨基作用一、转氨基作用的一般概念 转氨基作用是氨基酸和酮酸之间氨基的转移作用：氨基酸的氨基借助酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。例如L谷氨酸的氨基在酶
8、的催化下转移到丙酮酸上，谷氨酸变成了酮戊二酸，而丙酮酸则变成丙氨酸。,同样，天冬氨酸的氨基转移到酮戊二酸的酮基上，结果天冬氨酸转变为草酰乙酸，酮戊二酸则转变为谷氨酸。转氨作用是氨基酸脱去氨基的一种重要方式。转氨基作用可以在氨基酸与酮酸之间普遍进行。不同氨基酸和酮戊二酸的转氨作用在氨基酸的分解代谢中占有重要地位。,CH3H-C-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：谷丙转氨酶,GPT,COOH CH2H-C-NH2 COOH,COOH（CH2）2 C=O
9、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：谷草转氨酶,重要的酶:1.GPT(谷丙转氨酶)2.GOT(谷草转氨酶)分布于细胞内，正常血清含量甚少。某种原因造成细胞膜通透性增高或组织坏死、细胞破裂时，大量氨基转移酶释放入血，血清氨基转移酶升高。,正常人组织中GPT和GOT的活性(单位/每克湿组织),二、转氨酶 催化转氨基反应的酶称为转氨酶、或称氨基移换酶。催化氨基酸转氨基的酶种类很多，在动、植物、微生物中分布很广，在动物的心、脑、肾以及肝细胞中含量都很高。大多数转氨酶需要酮戊二酸作为氨基的受
10、体，因此它们对两个底物中的一个底物，即酮戊二酸(或谷氨酸)是专一的，而对另外一个底物则无严格的专一性，虽然某种酶对某种氨基酸有较高的活力，但对其他氨基酸也有一定作用。酶的命名是根据其催化活力最大的氨基酸命名，当今已发现至少有50种以上的转氨酶。动物和高等植物的转氨酶一般只催化L氨基酸和酮酸的转氨作用。某些细菌，例如枯草杆菌的转氨酶能催化D和L两种氨基酸的转氨作用。,转氨酶催化的反应都是可逆的，它们的平衡常数为1.0左右，也表明催化的反应可向左、右两个方向进行。但是在生物体内，与转氨作用相偶联的反应是氨基酸的氧化分解作用，例如谷氨酸的氧化脱氨基作用，这种偶联反应可以促使氨基酸的转氨作用向一个方向
11、进行。真核细胞的线粒体和胞液中都可进行转氨作用。在细胞不同部位的转氨酶，虽然功能相同，但结构和性质并不相同。在线粒体内和线粒体外的猪心细胞天冬氨酸转氨酶，其氨基酸组成和等电点都不相同，但两种转氨酶的分子量都是9000，都含有两个大小相同的亚基。,三、转氨酶的辅基及其作用机制 迄今所发现的转氨酶都是以磷酸吡哆醛作为辅基。其催化机理也相同。磷酸吡哆醛与酶蛋白是以牢固的共价键形式结合的。当加入氨基酸底物时，底物代替酶分子赖氨酸的氨基与辅酶磷酸吡哆醛相连，而形成底物磷酸吡哆醛亚胺。当磷酸吡哆醛与底物氢基酸反应时，也发生电子转移作用。,第四节 联合脱氨基作用 氨基酸的转氨作用虽然在生物体内普遍存在，但是
12、单靠转氨作用并不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨作用也不能满足机体脱氨基的需要。因只有谷氨酸脱氢酶活力最高，其余的L氨基酸氧化酶活力都低。机体借助联合脱氨基作用即可迅速地使各种不同的氨基酸脱掉氨基。当前联合脱氨基作用有两个内容：其一是指氨基酸的氨基先借助转氨作用转移到酮戊二酸的分子上，生成相应的酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸在L谷氨酸脱氢酶的催化下，脱氨基生成酮戊二酸同时释放出氨。,其二是嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用，这一过程包括的内容是：次黄嘌呤核苷一磷酸与天冬氨酸作用形成中间产物腺苷酸代琥珀酸，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)水解后即产生游离氨和次
13、黄嘌呤核苷一磷酸。,天冬氨酸：主要来源于谷氨酸，由草酰乙酸与谷氨酸转氨而来，催化此反应的酶为谷氨酸草酰乙酸转氨酶，简称谷草转氨酶。从氨基酸开始的联合脱氨反应可概括如图：,以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用，虽然在机体内广泛存在，但并不是所有组织细胞的主要脱氨方式，骨骼肌、心肌、肝脏以及脑的脱氨方式可能都是以嘌呤核苷酸循环为主，实验证明脑组织中的氨有50%是经嘌呤核苷酸循环产生的。,第五节 氨基酸的脱羧基作用 机体内部分氨基酸可进行脱羧基作用而生成相应的一级胺。催化脱羧反应的酶称为脱羧酶，这类酶的辅酶为磷酸吡哆醛，其所催化的反应如下：,氨基酸脱羧酶的专一性很高，一般是一种氨基酸一种脱羧酶，而且
14、只对L型氨基酸起作用。在脱羧酶中只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。,氨基酸的脱羧反应普遍存在于微生物、高等动、植物组织中。动物的肝、肾、脑中都发现有氨基酸脱羧酶，脑组织中富有L谷氨酸脱羧酶，能使L谷氨酸脱羧形成氨基丁酸。氨基酸脱羧后形成的胺，有许多具有重要的生理作用。如上述的氨基丁酸是重要的神经介质。组氨酸脱羧形成的组胺又称组织胺，有降低血压的作用，又是胃液分泌的刺激剂。酪氨酸脱羧形成的酪胺有升高血压的作用。绝大多数胺类是对动物有毒的。但体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。醛可进一步氧化成脂肪酸，氨可合成尿素等，又可形成新的氨基酸。,第六节 氨基氮的排泄 氨基酸经过前述的氧化脱氨基作用、脱酰胺基作用
15、或经嘌呤核苷酸循环等途径将氨基氮转变为氨。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机体维持正常生命活动所必需的。人类氨中毒的症状表现为语言紊乱、视力模糊，机体发生一种特有的震颤，甚至昏迷或死亡。氨对中枢神经系统危害的机理目前尚未完全阐明。己知脑线粒体可将氨与酮戊二酸作用形成谷氨酸：,此反应一方面大量消耗了酮戊二酸，从而破坏了三羧酸循环的正常进行，另一方面，对NADP的大量消耗，严重地影响需要还原力(NADP十)反应的正常进行。,有些微生物可将游离氨用于形成细胞的其他含氮物质。当以某种氨基酸作为氮源时，从氨基酸上脱下的氨，
16、除一部分用于进行生物合成外，多余的氨即排到周围环境中。某些水生的或海洋动物，如原生动物和线虫以及鱼类、水生两栖类等，都以氨的形式将氨基氮排出体外。这些动物称为排氨动物。陆生动物将脱下的氨转变为尿素。鸟类和陆生的爬虫类，因体内水分有限，它们的排氨方式是形成固体尿酸的悬浮液排出体外。因此鸟类和爬虫类又称为排尿酸动物。有些两栖类处于中间位置，幼虫为排氨动物如蝌蚪，变态时肝脏产生出必要的酶，成蛙后，即排泄尿素。,一、氨的转运 氨的转运主要是通过谷氨酰胺，多数动物细胞内有谷氨酰胺合成酶，催化谷氨酸与氨结合而形成谷氨酰胺。,在该反应中形成中间产物谷氨酰5磷酸，它是一种与酶结合的高能中间物，是谷氨酸第5位的
17、羧基磷酸化的结果，提供磷酸基团的是ATP。谷氨酰5磷酸的磷酯键是活泼部位，很容易脱下磷酸基团而与氨结合形成谷氨酰胺。,谷氨酰胺是中性无毒物质，容易透过细胞膜，是氨的主要运输形式；而谷氨酸带有负电荷，则不能透过细胞膜。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。,肌肉可利用丙氨酸将氨运送到肝脏。这一运送过程称为葡萄糖丙氨酸循环，在此循环中，氨先转化为谷氨酸的氨基：谷氨酸又与丙酮酸进行转氨形成丙氨酸：,丙氨酸在P近于7的条件下是中性不带电荷的化合物，通过血液运送到肝脏，再与酮戊二酸转氨又变为丙酮酸和谷氨酸。在肌肉中，所需的丙酮酸由糖酵解提供，在肝脏中，多余的丙酮酸又可通过糖
18、异生作用转化为葡萄糖。生物体利用丙氨酸作为从肌肉到肝脏运送氨的载体，是机体在维持生命活动中遵循经济原则的一种表现。肌肉在紧张活动中既产生大量的氨，又产生大量的丙酮酸，两者都需要运送到肝脏进一步转化。将丙酮酸与氨转化为丙氨酸，收到一举两得的功效。,二、氨的排泄(一)排氨动物由氨基酸氨基形成的氨，经谷氢酰胺形式运送到排泄部位，例如鱼类的鳃，经谷氨酰胺酶分解，游离的氨即借助扩散作用排出体外。(二)尿素的形成尿素循环：排尿素动物合成尿素是在肝脏中进行的，是由一个循环机制完成的，这一循环称为尿素循环。1尿素循环的发现：尿素循环是最早发现的代谢循环，比三羧酸循环还早发现5年。1932年Hans AKreb
19、s和他的学生Kurt Henseleit观察到，当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不能起到上述三种氨基酸的促进作用。较早人们就已经知道精氨酸可以由精氨酸酶水解为鸟氨酸和尿素。,Krebs和Henseleit研究了前述三种氨基酸的结构关系，发现它们彼此的相关结构，提出鸟氨酸是瓜氨酸的前体，瓜氨酸是精氨酸的前体，他们的相互关系如下：,在以上实验和分析的基础上，Krebs提出了尿素循环的设想。在此循环中，鸟氨酸所起的作用类似草酰乙酸在三羧酸循环中的作用，一分子鸟氨酸和一分子氨及二氧化碳结合形成瓜氨酸
20、。瓜氨酸与另一分子氨结合形成精氨酸。精氨酸水解形成尿素和鸟氨酸完成一次循环，他们提出的尿素循环表示加图。,2尿素的形成过程当今公认的尿素循环步骤 在Krebs和Henseleit提出尿素循环的基础上，又经不断地深入、补充，发展为当今的尿素循环，如图所示。,(1)肝细胞液中由大量氨基酸经转氨作用与酮戊二酸形成的谷氨酸，透过线粒体膜进入线粒体基质，由谷氨酸脱氢酶将氨基脱下形成游离氨。形成的氨立刻与三羧酸循环产生的二氧化碳和2分子ATP反应，形成氨甲酰磷酸：,催化此反应的酶称为氨甲酰磷酸合酶I。该酶属于调节酶，需要N乙酰谷氨酸作为正调节剂。氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供给者，氨甲酰磷酸合
21、酶I存在于线粒体中；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)尿素循环的第二个步骤是鸟氨酸接受由氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基形成瓜氨酸。催化这一反应的酶称为鸟氨酸转氨甲酰酶，该酶存在于线粒体中，需要Mg2+离子参与作用。,(3)瓜氨酸形成后即离开线粒体进入细胞液。瓜氨酸在胞液中，由精氨琥珀酸合酶催化，与天冬氨酸结合形成精氨琥珀酸。该酶需要ATP提供能量及Mg2+参与作用。,(4)精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶催化下分解为精氨酸及延胡索酸。在这一反应中天冬氨酸的氨基已经转移而成为精氨酸的组分。天冬氨酸的碳骨架形成延胡索酸。,该反应形成的延胡索酸是三
22、羧酸循环中的成员，可进一步形成苹果酸再进一步氧化为草酰乙酸。,(5)精氨酸在精氨酸酶催化下，水解为鸟氨酸和尿素。,精氨酸酶分子量120 000，由四个亚基组成，每个亚基都与Mn2+离子牢固相连。该酶只在排尿素动物中大量存在。如此完成一次循环。全部反应可表示如下：,总结上述过程可看到，形成一分子尿素可清除两分子氨基氮及一分子二氧化碳。尿素是中性无毒物质，因此形成尿素不仅可以解除氨的毒性，还可减少体内二氧化碳溶于血液所产生的酸性。尿素的形成需消耗能量，形成一分子尿素需消耗4个高能磷酸键水解释放的自由能。,尿素形成过程的前两个步骤：氨甲酰磷酸的合成及由鸟氨酸形成瓜氨酸是在肝细胞的线粒体中完成的.而后
23、三个步骤：形成精氨琥珀酸、精氨酸以及产生尿素都是在胞液中完成的。尿素形成后由血液带入肾脏随尿排出体外。尿素形成过程在机体的不同器官、组织以及细胞内的职能分工有利于生物体的自身保护；氨基酸的脱氨形成氨甲酰磷酸等步骤在线粒体中进行可防止过量的游离氨积累于血液中而引起神经中毒。应提起注意的是，尿素也是多数鱼类、两栖类嘌呤代谢的产物。嘌呤类化合物如何形成尿素将在核酸代谢中详述。,3尿素循环有关酶的遗传缺欠症：在人类已发现有缺乏尿素循环中某种酶的遗传缺陷症，部分缺乏某种酶，引起高血氨症，智力迟钝，神经发育停滞等症状。如果将膳食中的蛋白质改为必需氨基酸的相应酮酸，即可得到治疗。酮酸可利用体内形成的氨合成所
24、需的氨基酸。若完全缺乏某一种酶，会使尿素合成不可能进行。这种缺欠因引起氨中毒，出生后很快即死去。,(三)尿酸的形成 排尿酸动物如陆生爬虫类和鸟类，以尿酸作为氨基酸氨基排泄的主要形式。尿酸也是灵长类、鸟类和陆生爬虫类嘌呤代谢的最终产物。由氨形成尿酸的途径是相当复杂，将在核酸代谢中详述。尿酸的形成过程需消耗相当的能量，因此排尿酸动物是用高的代价以换得体内水分的保留。,尿酸的结构如下式。它以内酰胺和内酰亚胺和完全解离三种形式存在，因其可完全解离而得名尿酸。尿酸和Na+、K+离子形成的盐只比尿酸的溶解度稍大，都是不易溶物质。尿酸中的氮原子都来源于氨基酸的氨基。还应指出的是尿素、氨、尿酸并不是自然界氨基
25、氮排泄的仅有形式，蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄形式。许多鱼类以氧化三甲胺作为排氮形式。高等植物则将氨基氮以谷氨酰胺和天冬酰胺形式贮存于体内。,第七节 氨基酸碳骨架的氧化途径 脊椎动物体内的20种氨基酸，由20种不同的多酶体系进行氧化分解。虽然氨基酸的氧化分解途径各异，但它们都集中形成的5种产物而进入三羧酸循环，最后氧化为CO2和水。1、丙氨酸、苏氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸及色氨酸共10种氨基酸分解后形成乙酰CoA。2、精氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸及谷氨酸共5种氨基酸形成酮戊二酸。3、异亮氨酸、蛋氨酸及缬氨酸共3种氨基酸变为琥珀酰CoA。4、苯丙氨酸，酪
26、氨酸形成延胡索酸。5、天冬氨酸、天冬酰胺转变为草酰乙酸。,因此构成蛋白质的20种氨基酸通过转变为乙酰CoA、酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸以及草酰乙酸五种物质而进入三羧酸循环。此外，苯丙氨酸和酪氨酸碳骨架的一部分也以乙酰CoA的形式进入三羧酸循环。当氨基酸脱羧形成胺类后，即失去了进入三羧酸循环的可能性。,氨基酸的分解途径并不是其合成途径的逆转，虽然在分解和合成途径之间也有共同的步骤。氨基酸分解代谢过程中有许多中间产物具有其他生物功能，特别是用作组成细胞其他成分的前体。脊椎动物分解代谢主要是在肝脏中进行，肾中也比较活跃。肌肉中氨基酸的分解是很少的。,一、形成乙酰辅酶A的途径 乙酰CoA是进入三
27、羧酸循环的主要入口物质，通过形成乙酰CoA进入三羧酸循环的氨基酸又有二条路径，一条是由氨基酸先转变为丙酮酸再形成乙酰CoA。第二条是经过乙酰乙酰CoA再形成乙酰CoA。(一)经丙酮酸到乙酰CoA的途径氨基酸转变为丙酮酸的路径。1丙氨酸：2甘氨酸：,3丝氨酸：,4苏氨酸：,5半胱氨酸：可通过几条途径形成丙酮酸：（1）转氨（2）氧化（3）加水分解：某些细菌可发生下列反应。,第八节 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、赖氨酸、色氨酸，在分解过程中转变为乙酰乙酰辅酶A，而乙酰乙酰辅酶A在动物的肝脏中可转变为乙酰乙酸和丁酸，因此这5种氨基酸称为生酮氨基酸。糖尿病人的肝脏所形成的
28、大量酮体，除来源于脂肪酸外，还来源于生酮氨基酸。凡能形成丙酮酸、酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸。因为这些物质都能导致生成葡萄糖、糖原。有的氨基酸如苯丙氨酸和酪氨酸，既可生成酮体又可生成糖，因此称为生酮和生糖氨基酸。还有些氨基酸如丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸，也可通过形成乙酰CoA后进而形成乙酰乙酸，因此生酮氨基酸和生糖氨基酸的界限并不是非常严格的。,第九节 由氨基酸衍生的其他重要物质一、氨基酸与一碳单位生物化学中将具有一个碳原子的基团称为“一碳单位”或“一碳基团”。生物体内的一碳单位有许多形式，例如：1亚氨甲基CHNH2甲酰基 CHO3羟甲基 CH2OH4亚甲基又称(甲叉基)C
29、H25次甲基(又称甲川基)CH 6甲基 CH3,许多氨基酸都可作为一碳单位来源，如甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸、组氨酸等。一碳单位不只与氨基酸代谢密切相关，还参与嘌呤和嘧啶的生物合成以及S腺苷甲硫氨酸的生物合成。它是生物体各种化合物甲基化的甲基来源。许多带有甲基的化合物在生物学上都有重要功能。如肾上腺素、肌酸、卵磷脂等。嘌呤和嘧啶又是合成核酸的重要成分。一碳单位的转移靠四氢叶酸，用符号型FH4表示，携带甲基的部位是在N5、N10位上。,氨基酸和一碳单位的关系可列举如下1甘氨酸脱氨基生成乙醛酸后，与FH4反应生成N5，N10次甲基FH4。2苏氨酸可分解为甘氨酸和乙醛，所以苏氨酸是通过甘氨酸形成一碳单位
30、。3丝氨酸分子上的碳原子可转移到FH4上，同时脱去一分子水，生成N5，N10亚甲基FH4。丝氨酸的碳原子转移后变为甘氨酸。所以丝氨酸既可直接与FH4作用形成一碳衍生物，又可通过甘氨酸途径形成N5，N10次甲基FH4。,4组氨酸在分解过程中形成亚氨甲酰谷氨酸，后者与FH4作用，将亚氨甲酰基转移到FH4上，形成亚氨甲酰FH4，再脱去氨后即形成N5，N10次甲基四氢叶酸。5甲硫氨酸活化为S腺苷甲硫氨酸即可提供甲基。高半胱氨酸又可自四氢叶酸接受甲基而形成甲硫氨酸。生物体内合成胆碱、肌酸、肾上腺素等所需的甲基都是由S腺苷甲硫氨酸提供。S腺苷甲硫氨酸是大约50种不同甲基受体的供给者。催化甲基转移的酶称为甲
31、基移换酶，脱甲基后的产物是S腺苷高半胱氨酸。虽然甲硫氨酸是甲基的供给者，但是，甲硫氨酸的甲基却只能由极少数反应提供，主要途径是从N5甲基四氢叶酸的甲基转移到高半胱氨酸上。一碳单位还可参与嘌呤和嘧啶合成。,二、氨基酸与生物活性物质 有些氨基酸在神经系统活动中起着重要作用，它们本身都属于生物活性物质，此外，生物体在生命活动中还需要由氨基酸合成许多其他生物分子来调节代谢及生命活动。这类生物分子，少量就能发挥明显的生物功能，因此称为生物活性物质。,下面列举几种生物分子的形成机制：(一)酪氨酸代谢与黑色素的形成：,(二)酪氨酸代谢和肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴及多巴胺的形成：肾上腺素和去甲肾上腺素最早发
32、现于肾上腺髓质，其生理功能除对心脏、血管有作用外，还发现它们与多巴、多巴胺这些由酪氨酸衍生来的系列物，都在神经系统中起重要作用。它们和神经活动、行为以及大脑皮层的醒觉和睡眠节律等都有关系。肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴及多巴胺等统称为儿茶酚胺类物质。,(三)色氨酸代谢与5羟色胺及吲哚乙酸：如前所述，5羟色胺是脊椎动物的一种神经递质，在神经系统中的含量与神经的兴奋和抑制状态有密切关系，也是一种血管收缩素。吲哚乙酸是一种植物生长激素。两者都是由色氨酸形成的。,(四)肌酸和磷酸肌酸的形成：肌酸存在于动物的肌肉、脑和血液。既可以游离形式存在，也可以磷酸化形式存在，后者称为磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸在贮存和
33、转移磷酸键能中起重要作用。参与肌酸合成的有三种氢基酸：精氨酸、甘氨酸和甲硫氨酸。,(五)组胺的形成 肺、肝、胃粘膜的柱细胞、肌肉、乳腺、神经组织都有组胺存在，它是一种强烈的血管舒张物质，浓度过高可引起虚脱。创伤性休克或炎症病变部位都有组胺释放。它还有刺激胃粘膜分泌胃蛋白酶和胃酸的作用。在神经组织中它是感觉神经的一种递质，和外周神经的感觉与传递有密切关系。组胺是组氨酸脱羧基的产物，它的形成如下式：,(六)腐胺、精胺、亚精胺(精脒)的形成 腐胺名称的起源是因为它发现于腐败的肉中。它是鸟氨酸脱羧的产物，鸟氨酸来源于精氨酸的水解。亚精胺和精胺名称的来源是因为它们发现于人的精液。这两种物质在法律上一直用
34、于鉴定犯罪事实，但它们的结构直至1926年才弄清。近20年来才了解到亚精胺、精胺和腐胺广泛存在于各种组织，而且可能具有重要的功能。它们总是与核酸并存，可能在转录和细胞分裂的调节中起作用。亚精胺和精胺的分子中，含有许多氨基，因此又统称多胺。,(七)谷氨酸和氨基丁酸：谷氨酸在动物脑中含量占全身各组织的首位。在脑和脊髓中是一种广泛存在的具有兴奋作用的神经介质。谷氨酸脱羧形成氨基丁酸，可增加突触后神经细胞膜对Na+离子的通适性，使神经膜超极化，从而提高动作电位的启动阈值，因此是脑组织中具有抑制作用的神经介质。氨基丁酸并非氨基酸中唯一的抑制性神经递质，甘氨酸、牛磺酸等也都是不同程度的抑制性神经递质。谷氨
35、酸也并非唯一的兴奋性神经递质，天冬氨酸也有类似的作用。(八)牛磺酸和半胱氨酸：牛磺酸来源于半胱氨酸氧化脱羧。,第十节 氨基酸代谢缺陷症 氨基酸代谢中缺乏某一种酶，都可能引起疾患，这种疾病称为代谢缺陷症。由于某种酶的缺乏，致使该酶的作用物在血中或尿中大量出现。这种代谢缺陷属于分子疾病。其病因和DNA分子突变有关，往往是先天性的，又称为先天性遗传代谢病。这类先天性代谢缺陷症，大部分发生在婴儿时期，常在幼年就导致死亡，发病的症状表现有智力迟钝、发育不良、周期性呕吐、沉睡、搐溺、共济失调、昏迷等。目前已发现的氨基酸代谢病已达30多种。,1、苯丙酮尿症：在苯丙氨酸代谢中由于缺乏苯丙氨酸4单加氧酶而引起的苯丙酮尿症。这种病在10000人中即可发现一人。当机体缺乏这种酶时，苯丙氨酸的正常代谢途径即改变为在正常情况下很少起作用的第二条途径，即苯丙氨酸与酮戊二酸转氨形成苯丙酮酸，聚集在血液中，最后由尿中排出体外，这是人们最早认识的一种代谢遗传缺陷症。患者若在儿童时期限制吃含有苯丙氨酸的饮食，可以防止发生智力迟钝。2、尿黑酸症：是酪氨酸代谢中缺乏尿黑酸氧化酶引起的。这种病人尿中含有尿黑酸，在碱性条件下暴露于氧气中即氧化并聚合成为类似黑色素的物质而使尿显黑色。因此称为尿黑酸症。这种病人的结缔组织有不正常的色素沉着。,
