第09章蛋白质的降解与氨基酸代谢15

第九章 蛋白质的降解与氨基酸代谢第一节 蛋白质的酶促降解一、蛋白酶（肽链内切酶） 作用于肽链内部的肽键。 e.g. 胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶、弹性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶。二、肽酶（肽链外切酶） 又称肽链端解酶，只作用于多肽链末端，依次将 AA一个一个、或两个两个地从肽链水解下来。 1、二肽酶：专门水解二肽。 2、氨肽酶：专一作用于氨基末端的肽键。 3、羧肽酶：专一作用于羧基末端的肽键。第二节 氨基酸的降解与转化 第九章 蛋白质的降解与氨基酸代谢外源性蛋白内源性蛋白氨基酸代谢概况 一、脱氨基作用 1. 氧化脱氨基作用 （主要方式） 指 AA在酶作用下先脱去两个 H形成亚氨基酸，亚氨基酸再自动与水反应生成 a-酮酸和氨（ NH4+） 的过程。 L-氨基酸氧化酶 ：辅基为 FMN， 最适 pH为 10； D-氨基酸氧化酶 ：辅基为 FAD， 分布广活性强； 谷氨酸脱氢酶 （ GDH）： 普遍存在于动植物和微生物体内，无需氧气，活性和专一性都很强，且只对 L-谷氨酸起催化作用。* 此酶是一个结构很复杂的别构酶。 ATP、 GTP、 NADH可抑制其活性； ADP、 GDP及某些 AA可激活其活性。因此当 ATP、 GTP不足时， Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于 AA分解供能。2. 转氨基作用 指 -AA和 -酮酸间由转氨酶催化的氨基转移反应 。 转氨作用是肝外组织中 AA脱氨的重要方式，除 Gly、Lys、 Thr、 Pro外，其它 AA都能参与转氨基作用。 体内转氨酶种类繁多，其辅酶均为 磷酸吡哆醛 ； 大多数转氨酶优先利用 -酮戊二酸作为氨基受体 。 在大多数动物组织细胞中， 谷草转氨酶 的含量最高，活性最大；且 Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。*正常情况下血清中转氨酶活性很低，但在心脏和肝脏中则很高；当心脏或肝脏受损时，大量的转氨酶流入血清，会引起血清中转氨酶活性升高，可依据这一变化来诊断肝炎。 3. 联合脱氨基作用 指 AA不直接氧化脱氨，而是先与 -酮戊二酸通过转氨作用生成相应的 -酮酸和谷氨酸，谷氨酸再氧化脱氨的过程。 单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠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低。 谷氨酸脱氢酶 联合脱氨基作用 ：合成非必需 AA的主要途径；也是肝、肾等组织的主要脱氨途径。u嘌呤核苷酸循环 联合脱氨基作用 ： 4. 非氧化脱氨基作用 直接 脱氨基作用 ；（ 氨解酶催化 Phe、 Tyr） 还原 脱氨基作用 ； 水解 脱氨基作用 ； 脱水 脱氨基作用 ； 脱巯基 脱氨基作用 ； 氧化还原 脱氨基作用 ；5. 脱酰氨作用二、脱羧基作用 体内部分 L-AA可在脱羧酶作用下，脱羧生成相应的一级胺。生物体内广泛存在脱羧酶，其辅酶为磷酸吡哆醛，但是 His脱羧酶无需要辅基（生成组胺）。脱羧酶的专一性很高，一般一种 AA对应一种脱羧酶。 直接脱羧基作用：u氧化脱羧基作用： *多巴进一步氧化可生成聚合物黑素。人体皮肤的表皮基底层及毛囊中存在黑素细胞，能将酪氨酸转变为黑素，使皮肤和毛发呈现黑色。*帕金森病人因中枢神经递质多巴胺的减少表现出颤抖等症状。三、氨基酸降解产物去路 1. NH3的去路 再生为氨基酸 ：组织细胞中碳水化合物代谢旺盛时，氨可与碳水化合物生成的 -酮酸发生氨基化反应重新生成氨基酸。虽然通过脱氨基作用产生的氨再用来合成 AA时并不能增加 AA的数量，但却能改变 AA的种类 。 生成酰胺 ：生成 Gln和 Asn是生物体贮藏和运输氨的主要形式，也是解除氨毒害的最主要途径。另一方面还可作为蛋白质合成的原料。 生成铵盐 ：有些植物组织中含有大量有机酸，如柠檬酸、异柠檬酸、苹果酸、酒石酸和草酰乙酸等，氨可以和之结合生成铵盐，以保持细胞内正常的 pH。 生成其它含氮物质 ：如嘧啶类化合物 。 生成尿素 （ 鸟氨酸循环 ， urea cycle） ：哺乳动物体内大部分氨在肝脏中转变为尿素，再经由尿液排出体外鸟氨酸转氨甲酰酶谷氨酸脱氢酶氨甲酰磷酸合酶 I精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸裂解酶精氨酸裂酶血氨的转运（肝外 肝脏） 谷氨酰胺的运氨作用 ： Gln无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式 。n 丙氨酸 -葡萄糖循环 ： 肌肉中糖酵解提供丙酮酸；肝中，丙酮酸又可生成 Glc。 肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏进一步转化，而以 Ala的形式运送，一举两得。 丙氨酸 -葡萄糖循环2. -酮酸（ C架）的去路 再生为氨基酸 ：脱氨基的逆反应 。 进入 TCA： 彻底氧化为 CO2和 H2O， 产生能量。 转变为糖和脂肪 ：大多数 AA在体内可转变为糖，称为生糖 AA； 生糖氨基酸可降解为 -酮戊二酸、琥珀酰 CoA、草酰乙酸、丙酮酸等糖代谢中间物。另一些 AA则在体内能转变为酮体，称为 生酮氨基酸 ，如 Leu、 Lys等。既能生成糖又能生成酮体的 AA称为 生糖兼生酮 AA， 如 Phe 、 Tyr等。3. 胺的去路 胺类氧化 ：在胺氧化酶催化下生成醛，再氧化为 FA， 最终生成 CO2和 H2O 。 转变为其它含氮物质 ： 如 Ser脱羧后生成乙醇胺再转变为胆碱。H2N-CH2-CH2-OH(CH3)3N+-CH2-CH2-OHCholamine Choline第三节 氨和氨基酸的生物合成 第九章 蛋白质的降解与氨基酸代谢一、氮素循环 二、生物固氮 指大气中的 分子氮 在某些微生物体内固氮酶的作用下还原为 NH3， 然后再被植物吸收，用于合成氨基酸及其它含氮化合物的过程。 生物固氮反应在常温常压下进行，是氮素循环的重要环节，为氨的主要来源，每年自然界生物固氮总量达到2亿吨，远远超过工业固氮（ Fe作催化剂， 450 ，2030MPa） 。1. 固氮生物 自生型 ： 鱼腥藻、念珠藻（利用光能）；巴斯德梭菌、固氮菌（利用化学能） 共生型 ：根瘤菌、红萍 。2. 固氮的化学 固氮酶复合体 （两个组分均含有铁硫蛋白） 还原酶组分（铁蛋白）：二聚体，给另一组分提供强还原力的电子； 固氮酶组分（钼铁蛋白）： 22， 利用高能电子把 N 2还原为 NH4+。 固氮反应 固氮： N2 + 6H+ + 6e 2NH3 放氢： 2H3O+ + 2e H2 + 2H2O 固氮条件 充足的 ATP； 强还原剂（还原态铁氧蛋白）； 厌氧环境。 固氮酶的放氢反应：固氮酶能同时或单独催化 H+还原为 H2， 因此 H+是 N2的竞争性抑制剂。 可逆性氢酶的放氢反应：除去过剩的还原力，保证细胞正常生理活动；无需 ATP， 受 CO抑制。 单向性氢酶的放氢反应：需 ATP， 受 KCN抑制。三、硝酸还原作用n植物的根系可吸收土壤中的硝酸态氮和铵态氮，铵态氮可直接用于合成 AA， 但硝酸态氮必须还原成氨才能被植物利用。四、氨基酸的一般合成途径 1. 氨的同化生物固氮和硝酸还原生成无机态氨，氨很快又可转变成含氮有机化合物，这一过程称为氨的同化。 谷氨酸生成途径 谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶途径 ：主要途径 u谷氨酸脱氢酶途径 ：谷氨酸脱氨生成 a-酮戊二酸的逆过程。 氨甲酰磷酸生成途径2. 转氨基作用转氨酶催化可逆反应，即在 AA分解代谢和合成代谢中均起作用。谷氨酸是氨基的转换站，生物体内任一条途径合成的谷氨酸，经转氨基后可得到各种 AA。五、各种氨基酸的生物合成1. 丝氨酸族 3种： Ser、 Gl