蛋白质降解与氨基酸代谢.ppt

第11章 蛋白质的降解与氨 基 酸 代 谢,蛋白质的降解 氨基酸的分解代谢 氨基酸的合成代谢 本章总结,主要内容,11.1、蛋白质的酶促降解,蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示,蛋白质的半寿期(half-life),一、细胞内蛋白质的降解,1、溶酶体组织蛋白酶降解途径 2、依赖于ATP的泛素降解途径,真核生物中蛋白质的降解有两条途径,1、溶酶体组织蛋白酶降解途径,由单层膜包围的，内含多种酸性水解酶类的细胞器，不依赖ATP 清除无用蛋白质、核酸等生物大分子及衰老、损伤和死亡的细胞 营养充足时，非选择性降解 饥饿状态下，有选择性降解 多水解半寿期较长的蛋白质,2、依赖于ATP的泛素降解途径,泛素（ubiquitin） 是由76个AA（8.5kD）组成的、高度保守的小分子蛋白 广泛存在于真核生物中，故称泛素 一级结构高度保守 作为无用蛋白质降解的标签,泛素介导的蛋白质降解过程,泛素化(ubiquitination) ATP存在下，泛素与需降解的蛋白质共价连接，形成泛素化的蛋白质，即蛋白被激活。 蛋白降解： 蛋白一旦被泛素化，就很容易被蛋白酶体(proteasome)识别并降解，但泛素不被降解，可以重复参加反应 主要降解半寿期较短的蛋白质,外源蛋白质的消化与吸收,蛋白质消化的生理意义,由大分子转变为小分子，便于吸收。 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。,11.2、外源蛋白质的酶促降解,(一)消化过程,1.胃中的消化作用,胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。,胃蛋白酶原,胃蛋白酶,(pepsinogen),(pepsin),激活,胃壁细胞和主细胞,盐酸,2.小肠中的消化- 小肠是蛋白质消化的主要部位,胰酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶及羧肽酶）是消化蛋白质的主要酶， 最适pH为7.0左右， 包括内肽酶和外肽酶。,胰酶及其作用,消化道内的物质透过粘膜进入血液或淋巴的过程称为吸收。 食物蛋白质消化后形成的游离氨基酸和小肽通过肠粘膜的上皮细胞吸收后，其小肽多在肠细胞中被水解，氨基酸则通过门静脉被输送到肝。,（二）吸收过程,肝脏是氨基酸进行各种代谢变化的 重要器官,氨基酸代谢概况,11.2.1、氨基酸的脱氨基作用,1、氧化脱氨基作用 2、转氨基作用 3、联合脱氨基作用 4、非氧化脱氨基作用 5、脱酰胺基作用,11.2 氨基酸的分解代谢,氨基酸的脱氨基作用是氨基酸分解代谢的主要途径,（一）氧化脱氨基作用,-氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的-酮酸，消耗氧，产生氨的过程称为氧化脱氨基作用。,氨基酸氧化脱氨的主要酶,L-氨基酸氧化酶 （L-amino acid oxidase) D-氨基酸氧化酶 （D-amino acid oxidase) L-谷氨酸脱氢酶 （L-glutamate dehydrogenase),L-氨基酸氧化酶：是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。pH为10左右，生理条件下活性低，在各组织器官中分布有限，因此作用不大。,D-氨基酸氧化酶：是一种需氧脱氢酶，以FAD为辅基，活性强，分布广，但体内D-氨基酸数量少，故作用也不大。,氨基酸氧化脱氨的主要酶,该反应分两步进行： 第一步脱氢生成-氨基酸亚氨基酸； 第二步是加水脱氨，直接水解生成-酮酸及氨,L-谷氨酸脱氢酶,不需氧，活性强，分布于肝、肾及脑组织 辅酶为NAD+或NADP+ 专一性强，只作用于谷氨酸，催化可逆反应 别构酶，ATP、GTP、NADH是别构抑制剂，ADP、GDP是别构激活剂 动植物、微生物中普遍存在。 最适pH在中性附近,特点,反应过程,（二）转氨基作用(transamination),在转氨酶(transaminase)的作用下，一种氨基酸的-氨基转移到-酮酸的酮基上，从而生成相应的一分子-酮酸和一分子-氨基酸，这种作用称转氨基作用，也叫氨基移换反应,1、定义,2、反应式,特点：没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基酸的比例。 大多数氨基酸可参与转氨基作用，但甘氨酸、苏氨酸、赖氨酸、脯氨酸除外。,（1）谷氨酸丙酮酸转氨酶（谷丙转氨酶） GPT：glutamic pyruvic transaminase 又称丙氨酸氨基转移酶 ALT：alanine transaminase（ALT） 催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。 丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸,3、体内两种重要的转氨酶,GPT,谷氨酸草酰乙酸转氨酶（谷草转氨酶） GOT：glutamic oxaloacetate transaminase 又叫天冬氨酸氨基转移酶（AST） AST：aspartate transaminase 。 催化天冬氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。 天冬氨酸 + -酮戊二酸 草酰乙酸 + 谷氨酸,GOT,正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织),血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预测的指标之一。,4、转氨基作用的机制,转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛,特点：,生理意义：,接受氨基的主要酮酸有：,* 只有氨基的转移，没有氨的生成,* 催化的反应可逆,* 其辅酶都是磷酸吡哆醛,是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。,丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸,5、转氨基作用特点及意义,（三）联合脱氨基作用,1、定义 是转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式。,此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在肝、肾、骨骼肌、心肌和脑组织中进行,2、脱氨基类型 （1）转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联 （2）转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,H2O+NAD+,NH3+NADH+H+,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,-氨基酸,-酮酸,-酮戊二酸,谷氨酸,草酰乙酸,天冬氨酸,腺苷琥珀酸,苹果酸,延胡索酸,腺苷酸,次黄苷酸,NH3,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,极少数氨基酸采用非氧化脱氨基作用，如Ser、His等，主要在微生物体内进行，动物体不普遍,（四）非氧化脱氨基作用,包括五种类型 还原脱氨基 脱水脱氨基 脱硫化氢脱氨基 直接脱氨基 水解脱氨基,1、 还原脱氨基作用,2、脱水脱氨基作用,另外，苏氨酸可以在苏氨酸脱水酶作用下，进行脱氨形成相应的酮酸，这两个酶都是以磷酸吡哆醛为辅酶,3、脱硫化氢脱氨基作用,4、水解脱氨基作用,天冬氨酸,5.直接脱氨基：,天冬氨酸酶,延胡索酸,氨,+,（五）氨基酸的脱酰胺基作用,（五）氨基酸的脱酰胺基作用,AA在脱羧酶作用下，脱去羧基生成CO2和一级胺,+ CO2,+ CO2,Glu,Asp,-氨基丁酸,-丙氨酸,11.2.2、氨基酸的脱羧基作用,氨基酸脱羧酶专一性很强，每一种氨基酸都有一种脱羧酶，除组氨酸脱羧酶外，辅酶都是磷酸吡哆醛。,氨基酸脱羧的生理意义,氨基酸脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中。但不是氨基酸代谢的主要途径,如脑组织中L-Glu脱羧生成-氨基丁酸，是重要的神经介质。 His脱羧生成组胺（又称组织胺），可使血管舒张，降低血压的作用。 Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。,生成的胺类很多具有重要生理功能,氨是机体正常代谢产物，具有毒性。 正常人血氨浓度很低，一般不超过 0.6mol/L。,11.2.3、氨的代谢去路,排泄：体内的氨主要在肝内合成尿素而随尿液排出。 贮存：以酰胺的形式贮存 合成：重新合成新的氨基酸和其他含氮物,动物体中氨基酸脱下去的氨有三条去路,（一）氨的排泄方式,水生动物：脱下的氨随水直接排泄 鸟类及生活在干燥环境的爬虫类：以尿酸形式排泄 人及哺乳动物：以尿素形式排泄,1、以谷氨酰胺形式的转运,反应过程,在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。,（二）氨的转运,（二）氨的转运,2、以丙氨酸形式的转运：,*转运1分子Ala相当于运转1分子氨和1分子丙酮酸进入肝脏，既去除NH3，又避免了丙酮酸或乳酸在肌肉中堆积，这就是葡萄糖-丙氨酸在肌肉和肝脏间循环的意义。,丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle),葡萄糖丙氨酸循环,丙氨酸通过血液运至肝脏：,Glu,丙酮酸,糖异生,葡萄糖,血液循环,肌肉,谷氨酸脱氢酶,-酮戊二酸 +,NH3,肝脏,合成尿素,丙氨酸,谷氨酸,（三）尿素的生成机制和鸟氨酸循环,1、生成部位：主要在肝细胞的线粒体及胞液中。,2、定义：是尿素生成的过程，由于它是一条环状途径，所以称尿素循环(urea cycle) 。由于途径中循环出现鸟氨酸，故称为鸟氨酸循环(orinithine cycle)，也称Krebs-Henseleit循环。,由Hans Krebs 和Kurt Henseleit 1932年发现的第一条环状代谢途径,3、尿素循环过程,分三个阶段 第一阶段：鸟氨酸+CO2+NH3 瓜氨酸 第二阶段：瓜氨酸+NH3 精氨酸 第三阶段：精氨酸 尿素+ NH3,精氨酸酶,（1） 氨甲酰磷酸的合成,CO2 + NH3 + H2O + 2ATP,氨基甲酰磷酸合成酶 （N-乙酰谷氨酸，Mg2+）,C,O,H2N,O PO32-,+ 2ADP + Pi,氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行,第一阶段：由鸟氨酸合成瓜氨酸,反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。 N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),（2）瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨甲酰基转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,瓜氨酸生成后进入胞液。,（1）精氨琥珀酸的合成,反应在胞液中进行,第二阶段：由瓜氨酸合成精氨酸,精氨琥珀酸合成酶,H2O,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨琥珀酸,（2）精氨酸的生成,精氨琥珀 酸裂合酶,第三阶段：精氨酸水解产生尿素,尿素的生成：反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,H2O,精氨酸酶,鸟氨酸循环,氨基酸,谷氨酸,谷氨酸,氨甲酰磷酸,鸟氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨琥珀酸,鸟氨酸,精氨酸,延胡索酸,草酰乙酸,氨基酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,H2O,2ATP+CO2+NH3+H2O,2ADP+Pi,线粒体基质,胞液,尿素,1）主要器官：肝脏（肝细胞线粒体和胞浆）, CO2 2NH3（其中1分子来自于天冬氨酸） 3个ATP的4个高能磷酸键,4）总反应方程式：,2）原料：合成1分子尿素需：,2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O,4、尿素循环小结,3）限速酶：精氨琥珀酸合成酶,1、高蛋白质膳食或饥饿状态促进尿素合成 2、N-乙酰谷氨酸（AGA）激活 CPS-启动尿素合成 3、精氨酸可激活N-乙酰谷氨酸合酶，故可促进尿素合成,5、尿素循环的调节,6、尿素循环的生理意义,氨排泄的主要途径，也是解氨毒的主要途径,（四）以酰胺的形式贮存,动物：Gln是动物体内氨的主要贮存形式 植物：ASn是植物体中储存氨的主要形式,（五）重新合成氨基酸和其他含氮物,基本上是联合脱氨基的逆过程,如合成鸟苷酸及嘧啶类化合物,四、-酮酸的代谢去路,1、再合成氨基酸（非必需氨基酸）,2、转变成糖或脂肪,生糖氨基酸和生酮氨基酸,3、进入三羧酸循环氧化成CO2和H2O,氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径,草酰乙酸,磷酸烯醇式酸,-酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰胺,丙酮酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸,丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸,谷氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 组氨酸 脯氨酸,异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸,葡萄糖,柠檬酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,11.3.1、合成原料,11.3 氨基酸的生物合成,-NH2 酮酸（碳架）,氨基化,氨基酸的合成不是以CO2和NH3为原料合成的，而是起源于糖代谢（TCA、EMP、磷酸戊糖途径）的中间产物。,返回,氨基酸合成的碳骨架来源于糖分解,返回,二、氨基酸合成途径,五种类型 1、-酮戊二酸衍生类型：Glu, Gln, Pro, Arg 2、草酰乙酸衍生类型：Asp, Asn, Met, Thr, Lys 3、丙酮酸衍生类型：Ala, Val, Leu, Ile 4、3-磷酸甘油酸衍生类型：Ser, Gly, Cys 5、磷酸烯醇式丙酮酸和4-磷酸赤藓糖衍生类型：三种芳香族氨基酸，Tyr, Trp, Phe 特殊氨基酸：His，以5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）为前体合成,三、氨基酸和