氮平衡与蛋白质降解

氨基酸代谢库以游离氨基酸总量计算：
肌肉中氨基酸占代谢库的50％以上 肝脏－－10％ 肾脏－－4％ 血浆－－1～6％
蛋白质的酶解和氨基酸的吸收
动物的蛋白水解酶，又称肽酶，其作用在于使肽键破坏。肽酶有肽 链内切酶（endopeptid ase）、肽链外切酶（exopeptidase）和二肽酶3类。 这些肽酶对不同氨基酸形成的肽键有专一性：
尿素循环的第一步反应由氨甲酰磷酸合成酶催化， 该酶是调控尿素循环的关键酶，其别构效应剂是N-乙酰 谷氨酸。
N-乙酰谷氨酸是在N-乙酰谷氨酸合酶的催化下， 由谷氨酸和乙酰-CoA合成的，体内氨的浓度增高时， 谷氨酸的浓度会增高，引起N-乙酰谷氨酸合成的增加， N-乙酰谷氨酸激活氨甲酰磷酸合成酶，使尿素循环加速。
2.合成尿素（尿素循环）
排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环。 1932年Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、 瓜氨酸、Arg中的任何一种，都可促使尿素的合成。
尿素循环途径（鸟氨酸循环）：
尿素循环途径（鸟氨酸循环）：
尿素循环途径（鸟氨酸循环）：
尿素循环途径（鸟氨酸循环）：
除了Lys、Arg、Pro外任何氨基酸的氨基形成 的肽键 Lys、Arg的氨基形成的肽键
在人和动物体内，氨基酸被小肠粘膜吸收后即通过粘膜的微 血管进入血液运到肝脏及其他器官进行代谢，也有少量氨基酸 由淋巴系统进入血液。抗菌素可抑制氨基酸的吸收。
胃壁上的胃腺腺
胰脏的外分泌细胞
小肠绒毛
蛋白质的降解
人和动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡，成 人每天有1%～2%的蛋白被降解、更新。
吸收到体内的氨基酸可部分地在机体（可以是细胞、组织或个体）中累 积起来形成氨基酸代谢库供必要时动用。
氨基酸代谢去路
（1）经生物合成形成蛋白质； （2）进行分解代谢：先脱去氨基，形成的碳骨架 ——α-酮戊二酸 进入糖代谢途径，彻底氧化或转变为糖和脂肪； （3）以酰胺形式储存起来，或转变为其他含氮物质。
四、氨基酸碳骨架的氧化途径
20种氨基酸有三种去路：
A、氨基化生成氨基酸； B、氧化成CO2和水（TCA） C、生糖、生脂
20种氨基酸的碳架可 转化成7种化合物：
１、丙酮酸 ２、乙酰CoA ３、乙酰乙酰CoA ４、α-酮戊二酸 ５、琥珀酰CoA ６、延胡索酸 ７、草酰乙酸
它们最后集中为5种进入TCA：乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰 CoA、延胡索酸、草酰乙酸
（3）Ser 脱水、脱由氨丝生氨成丙酸酮生酸成（丙丝酮氨酸酸脱的水机酶制）
（4）Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸 → 乙酰CoA
5
（5）Cys 转氨生成β-巯基丙酮酸，脱巯基生成丙酮酸
2. 生成乙酰乙酰CoA的途径（5种氨基酸）
3. 生成α-酮戊二酸的途径（5种氨基酸）
尿素循环
柠檬酸循环的天 冬氨酸-精氨酸-
琥珀酸支路柠檬ຫໍສະໝຸດ 循环氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。氨基酸 分解代谢一般是先脱去氨基，生成的碳架进入三羧 酸循环，产生其它中间产物和能量，碳架还可用于 合成糖和脂肪酸。
氨基酸的分解有三步：
第一步：脱氨（脱氨基），这里脱下的氨基或转化为氨，或 转化为天冬氨酸或谷氨酸的氨基。
2、丙氨酸转运（葡萄糖-丙氨酸循环）
肌肉可利用Ala将氨运 至肝脏，这一过程称GlcAla循环。在肌肉中糖酵解 产生丙酮酸，在肝中丙酮酸 又可生成Glc。
肌肉运动产生大量的氨 和丙酮酸，两者都要运回肝 脏，而以Ala的形式运送， 一举两得。
氨的释放
1.直接释放
排氨动物将氨以Gln形式运至释放部位，经 Gln酶分解，直 接释放NH3。游离的NH3借助扩散作用直接排除体外。
胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶A和羧肽酶B、 氨肽酶等（这些酶以酶原的形式分泌）协同作用，最后生 成游离氨基酸。下面是几种酶的专一性。（虚线箭头表示 酶作用的键）
蛋白水解酶作用的专一性
蛋白酶 胃蛋白酶
胰蛋白酶 糜蛋白酶 弹性蛋白酶 氨基肽酶 羧基肽酶A
羧基肽酶B
专一性 Ala、Leu、Phe、Trp、Met、Tyr的羧基形成 的肽键 Lys、Arg的羧基形成的肽键 Phe、Tyr、Trp的羧基形成的肽键 脂肪族氨基酸的羧基形成的肽键 除了Pro外任何氨基酸的氨基形成的肽键
（3）合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合酶）
（4）精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）
（5） 精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素 尿素生成后，由血液运到肾脏随尿排除。
尿素循环总反应： NH4+ + CO2 + 3ATP + Asp + 2H2O →
尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + 延胡索酸
由转氨酶催化，辅酶是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，转氨酶 在真核细胞的胞质、线粒体中都有。
谷-丙转氨反应
3.联合脱氨基
转氨基作用不能最终脱掉氨基，而氧化脱氨基作用也 不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高， 其余L-氨基酸氧化酶的活力都较低。联合脱氨基作用可以 迅速脱去氨基。
以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用
尿素循环的其他酶由他们的底物控制，除精氨酸酶 外，其他酶的不足使底物增加，引起反应速度的增加， 因此，尿素的生成量不会有很大的降低，但底物浓度过 高，会使尿素循环逆行，血氨浓度增高，引起高血氨症。
高血氨症可能是α-酮戊二酸含量过低，影响了柠檬 酸循环，另外，谷氨酸被转化为谷氨酰胺，使其含量下 降，会影响神经传导(谷氨酸和γ-氨基丁酸是重要的神 经递质)。
第二步：氨与天冬氨酸的氮原子相结合，成为尿素并被排放。 第三步：氨基酸的碳骨架（由于脱氨基产生的α-酮酸）转化
为一般的代谢中间体。
一、脱氨基作用
氧化脱氨基 转氨基 联合脱氨基
1、氧化脱氨基
第一步：脱氢生成亚胺 第二步：水解
L-Glu脱氢酶 （ E-NAD+ 、 E-NADP+）
谷氨酸脱氢酶的氧化脱氨基作用
合成1分子尿素可清除2分子氨及1分子CO2 ，消耗4个高能磷酸键。
尿素循环总结
（1）形成1分子尿素可清除两分子氨基氮及1分子CO2 （2）形成1分子尿素需消耗4个高能磷酸键 （3）前两步骤在肝细胞的线粒体中完成，后三步都是在胞液中完成的。 （4）产生二个非蛋白质氨基酸：鸟氨酸、瓜氨酸
尿素循环的调节
Gly + N5.N10-甲烯基四氢叶酸
丝氨酸转羟甲基酶／Mn2+ L-Ser + 四氢叶酸
Gly与Ser互变灵活，是Ser生物合成的重要途径。Gly的分解代谢不是以形成 乙酰CoA为主要目的，Gly的重要作用是提供一碳单位。
Gly + FH4 + NAD+ → N5,N10-甲烯THF + CO2 + NH4+ + NADH
不同蛋白的半寿期（半存活期）差异很大，人血浆蛋白质 的t1/2约10天，肝脏的t1/2约1～8天，结缔组织蛋白的t1/2约 180天，许多关键性调节酶的t1/2 很短。
蛋白质的降解
真核细胞中蛋白质降解的两条途径：
不依赖ATP的途径： 溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。 依赖ATP和泛肽的途径
在肌肉中，谷氨酸和丙酮酸生成丙氨酸和α-酮戊二 酸，丙氨酸经血液运输到肝脏。在肝脏中，丙氨酸和α酮戊二酸又生成谷氨酸和丙酮酸，丙酮酸转化为葡萄糖， 谷氨酸氧化脱氨基，氨用于合成尿素。
2、转氨基作用
α-氨基酸和α-酮酸之间氨基转移，使原来的氨基酸生成 相应的酮酸，原来的酮酸生成相应的氨基酸。
转 氨 基 作 用 是 氨 基 酸 脱 氨 的 重 要 方 式 ， 除 Gly、Lys、 Thr、Pro外，氨基酸都能参与转氨基作用。
氮平衡 与蛋白质降解
氮平衡
●机体摄入蛋白质的量和排出量在正常情况下处于平衡状态。
氮的总平衡：摄入氮 = 排出氮
（反映正常成人的蛋白质代谢情况）
氮的正平衡：摄入氮＞排出氮
（反应儿童,孕妇及恢复期病人的代谢情况）
氮的负平衡：摄入氮＜排出氮
（反映饥饿或消耗性疾病患者）
氨基酸代谢库
食物蛋白被消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内 组织产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内 各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。
也是解除氨毒的重要途径。 （3）生成铵盐：氨可以和一些植物组织中的有机酸结合生成铵盐，
以保持细胞内正常的pH。 （4）排出体外
排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出 排尿酸动物：鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出
排尿动物：以尿素形式排出。
氨的转运
1、Gln转运
氨通常要与谷氨酸反应 生成谷氨酰胺(中性，无毒， 易通过细胞膜)，经血液运 输到肝脏。在肝脏经Gln酶 分解，再生成谷氨酸和氨， 氨用于合成尿素。
2、尿素循环的步骤
（1）氨甲酰磷酸的合成（氨甲酰磷酸合酶I ）
肝细胞质中的氨基酸经转氨作用，与α-酮戊二酸生成Glu，并进入线 粒体基质，经Glu脱氢酶催化脱下氨基，游离的氨（NH4+）与TCA产生的 CO2生成氨甲酰磷酸。
（2）合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）
线粒体内鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸， 瓜氨酸进入细胞质。
丙酮酸 乙酰CoA
乙酰乙酰CoA
草酰乙酸 延胡索酸
琥珀酰CoA
α-酮戊二酸
1、生成丙酮酸的途径（5种氨基酸）
Ala、Gly、Ser、Thr、Cys生成丙酮酸
（1）Ala 与α-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）
谷丙转氨酶
L-Ala + α-酮戊二酸
丙酮酸 + 谷氨酸
（2）Gly先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸