课件：东北师范大学生物化学十氨基酸代谢.ppt

第十章 蛋白质的降解和氨基酸代谢,蛋白质的酶促降解,本章内容：,氨基酸的分解代谢,氨基酸合成代谢,排除那些不正常的蛋白质，它们一旦积累，将对细胞有害,蛋白质有自己的存活时间，短到几分钟，长到几周。,通过排除积累过多的酶和调节蛋白使细胞代谢的井然有序得以维持,细胞总是不断的从氨基酸合成蛋白质，又把蛋白质降解为氨基酸,蛋白质的不断更新具有非常重要的意义,一 蛋白质的酶促降解,（二）内源蛋白质的降解,（一）外源蛋白质的降解,（一）外源蛋白质的降解（细胞外途径）,1 蛋白质的消化,2 氨基酸的吸收 需要载体、耗能、有的还需要钠,将细胞外的氨基酸转入细胞内,（二）内源蛋白质的降解,1 溶酶体的蛋白质降解途径,溶酶体内pH为5 在营养充足的细胞中，蛋白质的降解无选择性,饥饿细胞中，进行选择性降解提供必须的营养，具组织特异性（如发生在肝、肾，而不发生在脑、睾丸）,许多正常和病理过程中均伴有溶酶体的增加,（二）内源蛋白质的降解,1 溶酶体的蛋白质降解途径,2 泛肽介导的蛋白质降解途径,ATP依赖的蛋白质水解体系，需要泛肽、能量,发现：未成熟的红细胞可选择性的降解非正常的蛋白质,2004年诺贝尔化学奖,泛肽：76个氨基酸组成的蛋白质单体，广泛存在，序列高度保守（人和酵母只有3个氨基酸不同）,氨基酸代谢的基本情况,苯 蛋 苏 缬 亮 赖 色 异,氨基酸代谢的基本情况,必需氨基酸,苯 蛋 苏 缬 亮 赖 色 异,机体没有专一的器官贮存氨基酸,蛋白质的酶促降解,本章内容：,氨基酸的分解代谢,氨基酸合成代谢,二 氨基酸的分解代谢,大部分氨基酸在肝脏中进行分解代谢,二 氨基酸的分解代谢,（一）脱氨基作用,氧化脱氨,转氨基作用,联合脱氨（主要方式）,非氧化脱氨,二 氨基酸的分解代谢,（一）脱氨基作用,氧化脱氨,转氨基作用,联合脱氨（主要方式）,非氧化脱氨,二 氨基酸的分解代谢,（一）脱氨基作用,1. 氧化脱氨基作用,NH2CHRCOOH,氨基酸氧化酶,NH=CRCOOH + 2H（脱氢）,NH=CRCOOH + H2O,RCOCOOH + NH3（脱氨）,2H + O2,H2O2,2H2O2,2H2O + O2,L-氨基酸氧化酶,D-氨基酸氧化酶,L-谷氨酸脱氢酶,分布不广泛，最适pH为10，在生理条件下活力低,辅酶为FMN或FAD,只催化L-氨基酸氧化脱氨,分布广泛，生理条件下活力高,辅酶为FAD,只催化D-氨基酸氧化脱氨,L-谷氨酸脱氢酶,L-谷氨酸脱氢酶 （主要催化谷氨酸的合成）,分布分布广泛，生理条件下活力高,L-谷氨酸脱氢酶 的特点,别构酶,其辅酶为NADH或NADPH,只催化L-谷氨基酸氧化脱氨,2. 转氨基作用（除Lys、Thr、Gly、Pro）,转氨酶,2. 转氨基作用（除Lys、Thr、Gly、Pro）,转氨酶,谷丙转氨酶（肝脏活力强）,谷草转氨酶（心脏活力强）,转氨酶的辅酶-磷酸吡哆醛,磷酸吡哆醛,磷酸吡哆醇,磷酸吡哆胺,转氨酶的辅酶-磷酸吡哆醛,磷酸吡哆醛,磷酸吡哆醇,磷酸吡哆胺,转氨酶广泛存在动植物和微生物,转氨作用 的特点,辅酶为磷酸磷酸吡哆醛,甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸和脯氨酸不参加转氨基作用,反应是可逆的,3. 联合脱氨基作用,（1）转氨酶和L谷氨酸脱氢酶联合催化,-酮戊二酸是一种氨基传递体,分布广泛，犹在肝、肾中含量丰富，但不是所有组织的主要脱氨方式,联合脱氨基作用 的特点,由L-谷氨酸脱氢酶和转氨酶联合催化,联合脱氨反应是可逆的,3. 联合脱氨基作用,（2）嘌呤核苷酸循环,骨骼肌和心肌等组织L-Glu脱氢酶含量低 但含有丰富的腺苷酸脱氨酶、腺苷酸琥珀酸合成酶、腺苷酸琥珀酸裂解酶,主要早骨骼肌、心肌等组织中进行,嘌呤核苷酸循环的特点,由腺苷酸脱氨酶催化,联合脱氨是不可逆反应,把氨基酸代谢与核苷酸代谢联系起来,4 非氧化脱氨基作用,脱水脱氨基,脱硫化氢脱氨基,直接脱氨基,5 脱酰氨基作用,动植物内氨的储运形式,（二）脱羧基作用,氨基酸脱羧酶的专一性很高,氨基酸脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛（组氨酸脱羧酶不需要辅酶）,脱羧基作用可生成有重要生理功能的胺,重要的神经递质,降压作用,重要的神经递质使血管收缩,（三）氨基酸分解产物的代谢,NH3,酮酸,CO2（由肺呼出）,胺（RCH2NH2）（在酶的作用下转变为其它物质,（三）氨基酸分解产物的代谢,氨中毒,血液中1%的氨即可引起中枢神经系统的中毒,症状,语言混乱、视力模糊、机体震颤、昏迷甚至死亡,高浓度的氨为什么会引起中毒现象？,氨的去路,1、合成非必需氨基酸,3、排泄,2、合成谷氨酰胺,合成尿素或尿酸,极少直接随尿液排出,（三）氨基酸分解产物的代谢,环境条件可以影响生物的物质代谢,高浓度的氨为什么会引起中毒现象？,（1）尿素的合成,1. 氨的代谢转变,氨基甲酰磷酸合成酶,一种在线粒体中参与尿素的合成,一种在细胞质中参与嘧啶的从头合成,肝脏是合成尿素的主要器官，肾脏是排出尿素的主要器官,尿素合成的特点：,主要在肝脏的线粒体和胞液中进行,一分子尿素需消耗4个 高能磷酸键,精氨琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶,尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸,葡萄糖-丙氨酸循环,（2）氨在血液中的运输,谷氨酰胺的运氨作用,脑和肌肉组织,主要在肝脏（合成尿素）、肾脏（以铵盐形式排除体外）,NH3,（2）氨在血液中的运输,2. -酮酸的代谢转变,（1）再合成氨基酸(非必需氨基酸）,（2）转变为糖或脂肪,（3）氧化成CO2和H2O,（1）再合成氨基酸,在动物体内辅酶为NAD+，在植物体内辅酶为NADP+ 非必需氨基酸由相应的-酮酸氨基化生成 八种必需氨基酸中，除赖氨酸和苏氨酸外其余六种亦可由相应的-酮酸加氨生成。但和必需氨基酸相对应的酮酸不能在体内合成，所以必需氨基酸依赖于食物供应。,（2）转变为糖或脂肪,生酮氨基酸,生糖氨基酸,生糖兼酮氨基酸,中间产物大多为丙酮酸、草酰乙酸 -酮戊二酸、琥珀酰辅酶A,中间产物大多为乙酰辅酶A、乙酰乙酸,（3）氧化成CO2和H2O,氨基酸碳骨架进入三羧酸循环途径,必需氨基酸、非必需氨基酸和生糖氨基酸、生酮氨基酸的关系,生酮氨基酸 Lys Leu,生酮兼生糖氨基酸 Tyr（酪），Phe（苯），Ile（异）, Trp（色）,生糖氨基酸：,非必需氨基酸（10）,半必需氨基酸：His Arg,必需氨基酸（8）：,Phe 、Met 、 Thr、 Val、 Leu、 Lys、Trp、Ile,三 氨基酸合成代谢,（一）氨基酸合成途径类型,许多氨基酸生物合成都与机体内的几个代谢途径相关，可以将氨基酸生物合成相关代谢途径的中间产物，看作氨基酸合成的起始物质,Gln - 酮戊二酸 Glu Pro 羟脯氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸 Arg,共同碳架：- 酮戊二酸（TCA）,Glu Gln Pro Arg,1. 酮戊二酸衍生类型,Asn OAA Asp Lys Met Thr Ile,共同碳架：草酰乙酸（TCA）,Asp Asn Thr Met Ile Lys,2. 草酰乙酸衍生类型,3. 丙酮酸衍生类型,Ala 丙酮酸 Val -酮异戊酸 -酮异己酸 Leu,共同碳架：丙酮酸（EMP）,Ala Val Leu Ile, -酮-甲基戊酸,IIe,Gly 3-P-甘油酸 Ser Cys,共同碳架：3-P-甘油酸（EMP）,Ser Gly Cys,4. 甘油酸-3-磷酸衍生类型,5. 赤藓糖-4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型,4-P-赤藓糖 Trp 磷酸烯醇式丙酮酸 莽草酸分枝酸 Phe Tyr,合成芳香族氨基酸(莽草酸途径),His合成的碳架： 5P-核糖（HMP）ATP、 Glu、 Gln,6. 组氨酸生物合成,（二）一碳单位代谢,某些氨基酸在代谢过程中生成含有一个碳原子的基团,经过转移参与生物合成过程.含有一个碳原子的基团称为一碳单位,四氢叶酸,1 一碳单位的载体,S-腺苷同型半胱氨酸,四氢叶酸（活性部位是N5，N10）,1 一碳单位的载体,2 一碳单位的来源,3 一碳单位和含硫氨基酸的关系,S-腺苷蛋氨酸,甲基转移酶,蛋氨酸是体内重要的甲基供体,S-腺苷-蛋氨酸是其活化形式,S-腺苷蛋氨酸循环,肾上腺素、胆碱、肌酸、核酸,蛋氨酸的甲基只能由少数反应供给,甲硫氨酸的特点：,是必需氨基酸,S-腺苷甲硫氨酸是其活化形式，是体内最主要的甲基供体,4 一碳单位的作用,将氨基酸代谢与核苷酸代谢联系起来（见核苷酸代谢部分）,SAM提供甲基可参与体内多种物质合成，例如肾上腺素、胆碱、胆酸等。,儿茶酚胺的合成,（三）氨基酸与某些重要的生物活性物质,巴金森病(Parkinson),多巴胺、去肾上腺素、肾上腺素在中枢神经系统中起重要作用,（三）氨基酸与某些重要的生物活性物质,巴金森病(Parkinson),巴金森氏病基本上是一种退化性的神经系统疾病，多发生在老年人身上，一般发病在55岁左右，虽然最早的病例可出现在40岁左右的成年人，但毕竟不多(10%). 此种病在亚洲人及黑人较少，欧美白人较多，最有名的例子就是美国前总统Regan先生,巴金森氏病是由不明原因的脑神经系统退化所引起。另外所谓的巴金森氏症(Parkinsonism)则可由： 1.病毒感染破坏脑特定部份而引起 或 2.不当服用药物(尤其是阻断Dopamine多巴胺的药物)如：Phenothiazine, Reserpine, 以及治疗精神病的药物如：Haloperidol, thioridazine ,Valproate等,另胃药 Metoclopramide也可引起.,（三）氨基酸与某些重要的生物活性物质,巴金森病(Parkinson),巴金森氏病是所有运动中最常見的疾病之一，1817年由英国的詹姆士巴金森先生所发现并命名，患者有明显的肢体顫抖現象，肌肉关节僵硬、无力，行动会逐渐变得缓慢，脸部也会逐渐变得