蛋白质降解与氨基酸代谢.ppt

第十三章,蛋白质降解与氨基酸代谢,生物体内蛋白质存在不断的更新过程，体内蛋白质一方面分解为氨基酸；同时体内不断合成新的蛋白质 异养生物摄取的蛋白质类营养成分在生物体内逐渐消化，吸收。 蛋白质的代谢包括外源和内源蛋白质的降解及内源蛋白质的合成。本章只介绍降解。 作为蛋白质降解产物和合成前体物质的氨基酸的代谢包括氨基酸的分解和合成两方面。,第一节 概述,一、 蛋白质的消化，吸收，生理解毒作用 二、 蛋白质降解中的酶类,（一） 蛋白质的消化：即蛋白质的酶解。 1.内源蛋白质的降解 （1）. 内源蛋白质降解的特性 选择性降解 降解速度由蛋白质的个性决定的。 降解速度与营养状态及激素状态有关。 意义与功能: 以蛋白质的形式贮存养分，并在代谢需要时将之降解；排除不正常蛋白质；排除累积过多的酶和调节蛋白，细胞代谢井然有序。,一、蛋白质的消化、吸收、生理解毒作用,（2）.内源蛋白的降解机制,. 溶酶体无选择性的降解蛋白质 高尔基体产生的初级溶酶体与吞噬泡或自体吞噬泡结合成次级溶酶体,进一步消化降解形成小分子物质，将营养成分供细胞代谢用，多余残渣排出细胞外。 . 泛肽给选择降解的蛋白质加以标记 泛肽（泛素ubiquitin)与泛肽-活化酶偶连;泛肽形成泛肽-携带蛋白;泛肽与特定待降解蛋白质结合;泛肽连接的降解酶复合体将蛋白降解 。,可连接多个泛肽,2. 外源蛋白质的降解,动物利用食物蛋白质（即外源蛋白质）的氨基酸，但蛋白质不能直接进入细胞组织，必须在消化道中经蛋白水解酶水解成氨基酸才能通过肠膜进入组织，供合成蛋白质之用。动物的蛋白水解酶又称肽酶，其作用在于使肽键破坏。各种蛋白水解酶的作用部位不同。,（二）蛋白质的吸收,消化后的主要产物为AA，其次为二肽和三肽，然后被吸收. 高等动物：肠壁细胞吸收。是一种耗能需钠的主动转运过程。承担转运的是几类不同的AA载体，它们与AA和Na+形成复合体，转入细胞后释放AA和Na+ ， Na+由钠泵排出细胞，AA则留在细胞中，用来合成蛋白质;分解;同时体内也可以合成氨基酸。有四类AA载体：中性AA载体碱性AA载体酸性AA载体亚氨酸及甘氨酸载体 低等动物：吞噬作用。,（三）生理解毒作用,有益的物质可以重吸收利用，而有毒的物质大多随粪便排出，少量被吸收后，则需要经过生理解毒作用后变成，无毒物质排出体外。解毒作用发生在肝脏，解毒机制有氧化解毒和结合解毒两种： 1.氧化解毒,2.结合解毒,二.蛋白质降解中的酶类 消化道中的水解 ： 人和动物 胃、小肠的水解酶：,肽链内切酶,胃蛋白酶：水解芳香氨基酸(苯丙、酪),氨基形成的键,胰蛋白酶：水解碱性氨基酸(赖、精),羧基形成的肽键,胰凝乳蛋白酶：水解芳香氨基酸,羧基形成的肽键,肽链外切酶,氨肽酶：氨基端,羧肽酶：羧基端,二肽酶,水解一切二肽,产生自由氨基酸,小肽,三. 氮平衡,机体蛋白质摄入量和排出量的比例关系,用氮含量表示。 总氮平衡:氮的摄入量和排出量相等。 正氮平衡:氮的摄入量大于排出量。 负氮平衡:氮的摄入量小于排出量。,第二节 氨基酸的分解代谢,一. 氨基酸的脱氨基作用 二. 氨基酸的脱羧基作用 三. -酮酸代谢 四. 氨的代谢,氨基酸的分解过程,氨基酸,食物蛋白,胞内蛋白,胺,-酮酸,三羧酸循环,NH4+,尿素,氨基酸核苷酸生物胺,氨基酸的分解过程,一. 氨基酸的脱氨基作用,包括转氨基作用和脱氨基作用 1. 转氨基作用(氨基移换作用）:氨基酸和-酮酸之间转移,形成新的氨基酸和新的酮酸。,. 转氨酶：,动植物和微生物分布广泛,可存在线粒体和细胞溶胶。 大多数转氨酶需要-酮戊二酸作为氨基的受体,对两底物之一是专一的,另一底物无严格的专一性,酶的命名是根据催化活力最大的的氨基酸,50种以上转氨酶。,催化L-氨基酸反应,且反应都是可逆的. 动物组织中占优势的转氨酶为谷丙转氨酶和谷草转氨酶。 辅酶为磷酸吡哆醛。,. 转氨基的作用机理,. 常见转氨基形式,氧化脱氨作用将氨基酸氧化为-酮酸和NH3。 L-氨基酸氧化酶：需氧，辅基为FAD或FMN；分布不普遍，活性低。 D-氨基酸氧化酶：需氧，辅基为FAD或FMN；少，但分布广，对L型无作用。 专一性氨基酸氧化酶:L-甘氨酸氧化酶,D-天冬氨酸氧化酶。 最主要的为谷氨酸脱氢酶。,2. 氧化脱氨基作用,唯一已知在某些组织中以NAD+和NADP+作为辅酶的氧化还原酶;使氨基酸直接脱去NH3活性最强的酶;动物肝脏含量高;变构酶。,谷氨酸脱氢酶:,转氨作用只有氨基的转移而没有氨基的真正脱落,氧化脱氨能直接脱氨,但只有Glu脱氢酶活性最高,仅靠它脱氨是不够的.联合脱氨是主要的脱氨方式:转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联进行。先转氨基再氧化脱氢生成氨和-酮戊二酸，后者再回去重新接受氨基。,3. 联合脱氨基作用,（）转氨酶和谷氨酸脱氢酶联合脱氨方式,某些组织（骨骼肌、心肌）中的L-谷氨酸脱氢酶活性低，前述联合脱氨作用的活性也低，所以在这些组织中有另一种方式联合脱氨： 次黄嘌呤核苷酸与天冬氨酸作用形成中间产物腺苷酸代琥珀酸，后者在裂合酶作用下，分裂成腺嘌呤核苷酸和延胡索酸，腺嘌呤核苷酸水解后即产生游离氨基酸和次黄嘌呤核苷酸。,（）嘌呤核苷酸循环的 联合脱氨基方式,（）嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基方式,谷草转氨酶,多发生在微生物体，有以下几种形式: 直接脱氨基作用 脱水脱氨基作用 脱硫氢基脱氨基作用 水解脱氨基作用 还原脱氨基作用,4. 非氧化脱氨形式,（1）直接脱氨基作用,脱氨基后，AA生成不饱和脂肪酸：,（2）脱水脱氨基作用,Ser、Thr的脱氨基的一种方式：,（3）脱硫氢基脱氨基作用,L-Cys的脱氨基作用：,（4）水解脱氨基作用,某些微生物的作用，有2种情况：,a,AA在水解酶的作用下：,b,（5）还原脱氨基作用,严格无氧条件下：,（6）氧化-还原脱氨基作用,2个AA互相发生氧化还原反应，一个AA为供氢体，另一个AA为受氢体，有NAD参加，NAD起传递氢的作用：,5. 脱酰胺基作用,二、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。催化反应的脱羧酶专一性很高。除组氨酸脱羧酶无需辅酶，其余均以磷酸吡哆醛为辅酶，绝大多数胺类对生物有毒，有的有生理作用。,三、-酮酸代谢,-酮酸有三条代谢途径： （一）合成氨基酸,是生成非必需AA的途径之一，例如：,（二）氧化成CO2和水,脊椎动物体内的20种氨基酸的碳骨架，由20种不同的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5种产物进入 TCA 循环，最后氧化为二氧化碳和水。 5种产物：乙酰-CoA, -酮戊二酸,琥珀酰CoA,延胡索酸，草酰乙酸。,（三）转变为脂肪和糖,所有非必需AA都是生糖AA，这些AA在动物体内能转变成葡萄糖，所产生的葡萄糖可以继续合成糖原。AA之所以能转变为糖，这是因为AA的代谢产物有的与糖代谢直接相关，当然也可以转变成脂肪，所以说糖、脂肪、蛋白三大代谢紧密相关，互相沟通。能转变成糖的AA称为生糖氨基酸，还有生酮氨基酸（亮氨酸）、生糖兼生酮氨基酸（少数）。,氨基酸与糖、脂肪代谢的关系,TAC,四. 氨的代谢,氨既是废物又是氮源。所以或者排泄，或者储存与转化。动物主要作为废物排出。排出方式有多种，人类以及其他哺乳动物则以尿的形式排出，也可以参加Gln和Gsn的合成储存或形成其他含氮化合物，但以尿素形式排出为主。,（一）氨的来源,主要有三个来源： 1.氨基酸脱氨基作用和胺分解产生； 2.肠道吸收（肠道细菌作用产生的）； 3.肾小管上皮细胞分泌：主要来自谷氨酰胺的分解产生的NH3与H+结合成NH4+，以铵盐的形式排出体外。,（二）生物体用来合成其他含氮化合物,生物体可以将氨用来合成其他含氮化合物,如:核酸;被重新合成含氮有机物；参与氨基酸的合成等。 如：谷氨酸脱氢酶作用下生成谷氨酸 NH4+-酮戊二酸+ NADPH +H+ 谷氨酸+NADP+H2O 高等植物:将氨以Gln,Asn形式贮存。 谷氨酰胺合成酶催化下将谷氨酸转化为谷氨酰胺,动植物中氨在组织或细胞间的转运方式。,（1）谷氨酰胺形式运输 运输到需要部位,排泄部位,如鳃,肝脏形成尿素或尿酸。 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，而谷氨酸带负电荷不能透过细胞膜，谷氨酰胺由血液运送到肝脏，肝细胞的谷氨酰胺酶将其分解为谷氨酸和氨。谷氨酰胺也可以提供酰胺。 谷氨酰胺既是氨的解毒产物，又是氨的储存及运输形式。,（三） 氨的转运,氨形成谷氨酰胺后运输：,从肌肉到肝脏,或植物组织间转运。 谷氨酸与丙酮酸在谷丙转氨酶催化下,形成丙氨酸和酮戊二酸,丙氨酸经血液循环运送到肝脏,再经谷丙转氨酶形成谷氨酸和丙酮酸,运输氨和组织中产生的丙酮酸经糖异生途径生成葡萄糖，葡萄糖再经血液运至肌肉，再发生转氨，形成一个环式途径。,（2）葡萄糖-丙氨酸循环转运氨,以丙氨酸的形式转运（肌肉组织）,氨对生物体是有毒害性的物质,特别是高等动物的脑对氨极为敏感,因此有机体必须将多余的氨排出体外。 排氨:某些水生动物以氨的形式排出体外。 排尿酸:鸟类,爬行类,以尿酸的形式排出体外。 排尿素:绝大多数陆生脊椎动物将氨转变为尿素。,（四） 氨的排泄,尿素生成机制鸟氨酸循环,1.瓜氨酸的生成 （1）氨甲酰磷酸合成酶 真核生物中两类氨甲酰磷酸合成酶 线粒体氨甲酰磷酸合成酶I:氨作为氮供体，参与尿素的合成。 N-乙酰谷氨酸为别构激活剂。 细胞溶胶氨甲酰磷酸合成酶II:以谷氨酰胺作为氮供体,参与嘧啶碱基的合成。,（2）鸟氨酸氨基甲酰转移酶,2.精氨酸的合成,（1）精氨酸代琥珀酸合成酶,（2）精氨酸代琥珀酸裂解酶,3.精氨酸的水解,鸟氨酸循环,鸟氨酸转氨甲酰酶： 氨甲酸磷酸的氨甲酰基转移到鸟氨酸上形成瓜氨酸。 精氨琥珀酸合成酶： 瓜氨酸的脲基与天冬氨酸的氨基进行缩合成精氨酸代琥珀酸。,催化的反应机理:,精氨琥珀酸裂解酶： 精氨酸代琥珀酸裂解精氨酸和延胡索酸，精氨酸成为尿素的直接前体。 精氨酸酶 ： 催化精氨酸产生尿素及再生成鸟氨酸。 尿素循环的总结： ATP消耗；反应部位;尿素氮原子来源;延胡索酸的联系。,第三节 氨基酸的合成代谢,生物体合成氨基酸可分为3类： 一.由-酮酸经还原性氨基化作用生成 二.-酮酸经氨基转移作用可产生氨基酸 三.由氨基酸的相互转化,一.由-酮酸经还原性氨基化作用生成,-酮酸与NH3作用生成亚氨基酸，亚氨基酸被还原即成-氨基酸，实际上就是氨基酸氧化脱氨的可逆反应。 酮酸的来源： 由氨基酸脱氨及脂肪分解代谢而来。 NH3的来源： 利用生物固氮作用合成氨； 由硝酸盐、亚硝酸盐还原成氨； 由含氮有机物质分解而来。,二.-酮酸经氨基转移作用可产生氨基酸,Asp、Glu最易与-酮酸起氨基转移，合成新氨基酸，但Thr、Lys不参加转氨作用。 以上2种-氨基酸的合成方式，-酮酸都占主要地位。 -酮酸的来源：可由氨基酸脱氨及由糖、脂肪代谢分解而成，但氨基酸所提供的-酮酸并不重要，因为靠它们来合成氨基