第九章蛋白质的降解和氨基酸代谢

1、第九章,蛋白质的降解和氨基酸代谢,?,人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡,中。,?,成人每天约有,1%-2%,的体内蛋白质被降解。,食物的消化过程,3,、蛋白质降解的意义,?,基因突变、生物合成误差、自发诱变和疾,病等可导致反常蛋白产生,?,具有重要生理功能的酶蛋白，寿命短。,?,维持体内,AA,代谢库,?,防御机制组成部分,?,蛋白质前体的裂解加工,蛋白质的需要量,成人每日最低需要量,:,30,50g/d,我国营养学会推荐的,成人每日需要量,:,80g/d,?,真核细胞中存在两条不同的降解途径：,1.,不依赖,ATP,的降解途径：,?,在,溶酶体,内进行，主要降解外源性蛋白质、,膜蛋白

2、和长寿命的胞内蛋白质。（酸性系统）,2.,依赖,ATP,和,泛肽,的降解途径：,?,在,胞液,中进行，主要降解异,常蛋白质和短寿命的蛋白质。,需,ATP,和泛素参与。,?,泛肽,(ubiquitin),是一种小,分子蛋白质，普遍存在于真,核细胞中。,?,泛素化是指泛素分子在一系列特殊的酶作用下，,将细胞内的蛋白质分类，从中选出靶蛋白分子，,并对靶蛋白进行特异性修饰的过程,.,?,泛素化参与了细胞周期、增殖、凋亡、分化、转,移、,基因表达,、,转录调节,、信号传递、损伤修复、,炎症免疫等几乎一切,生命活动,的调控。,?,泛素化与肿瘤、心血管等疾病的发病密切相关。,因此，作为近年来生物化学研究的一

3、个重大成果，,它已然成为研究、开发新药物的新靶点。,泛素介导的蛋白质降解过程,蛋白质的泛素化,(ubiquitination),：,?,泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后,者活化。,蛋白质的泛素化过程,E,1,：泛素活化酶,E,2,：泛素携带蛋白,E,3,：泛素蛋白连接酶,蛋白酶体的降解：,?,泛素化的蛋白质与多种,蛋白质构成蛋白酶体,(proteasome),，使蛋白,质降解。,氨基酸代谢库的来源与去路,合成蛋白质和多肽,食物蛋白质消化吸收,脱氨基作用,组织细胞蛋白质分解,氨基酸代谢库,脱羧基作用,非必需氨基酸合成,转变为其他含氮物,第二节氨基酸的分解代谢,脱氨基作用,尿酸或尿囊素,

4、氨基酸,酮酸,NH4,+,1,、,氧化,：,CO,2,、,H,2,O,、,ATP,1,、,再利用生成,AA,2,、提供可转化为,G,（燃料）,2,、,排泄：,+,、尿素、尿酸,NH4,的,3,碳和,4,碳单位,一、氨基酸的分解代谢,（一）、氨基酸的脱氨基作用,1,、氧化脱氨基作用,谷氨酸脱氢酶,L-,谷氨酸脱氢酶,(L-glutamatdehydrogenase),：,?,是一种不需氧脱氢酶，以,NAD,+,或,NADP,+,为辅酶，,生成的,NADH,或,NADPH,可进入呼吸链经氧化磷,酸化产生,ATP,。,?,该酶活性高，分布广泛，因而作用较大；该,酶属于变构酶，其活性受,ATP,，,G

5、TP,的抑制，,受,ADP,，,GDP,的激活。,H,AA,氧化酶,R-C-COOH,+O,+H,O,R-C-COOH,+H,2,O,2,+NH,3,2,2,NH,2,O,L-,氨基酸氧化酶,（,L-amino acid oxidase),：,是一种需氧脱氢酶，以,FAD,或,FMN,为辅基，脱下的氢原子,交给,O,2,，生成,H,2,O,2,。,该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。,-,-,2,、转氨基作用,氨基酸,酮戊二酸,酮酸谷氨酸,转氨酶,谷丙转氨酶,?,转氨基作用,(transamination),可以在各种氨基,酸与,?,-,酮酸之间普遍进行。除,Lys,，,Pro

6、,外，均,可参加转氨基作用。,?,各种转氨酶,(transaminase),均以,磷酸吡哆醛,(,胺,),为辅酶。,NH,2,O,转氨酶,R,-C-,COOH R”,-CH-COOH,O,NH,2,R,-CH-,COOH R”,-C-COOH,转氨基作用机制,转氨酶,重要的转氨酶,丙氨酸氨基转移酶,（,alanine transaminase,ALT,），又称为,谷丙转氨酶（,GPT,）,：,?,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。,?,ALT,在肝中活性较高，在,肝的疾病,时，可引,起血清中,ALT,活性明显升高。,丙氨酸,+,?,-,酮戊二酸,ALT,丙

7、酮酸,+,谷氨酸,天冬氨酸氨基转移酶,（,aspartate,transaminase,AST,），又称为,谷草转氨酶,（,GOT,）,：,?,AST,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。,?,AST,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。,AST,天冬氨酸,+,?,-,酮戊二酸,草酰乙酸,+,谷氨酸,3,、联合脱氨基作用,?,转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而,使氨基酸脱去氨基并氧化为,?,-,酮酸,(,?,-ketoacid),的过程，称为,联合脱氨基作用,。,?,联合脱氨基作用可在,肝、肾,等大多数组织细胞,中进行，是体

8、内主要的脱氨基的方式。,联合脱氨基作用,嘌呤核苷酸循环,?,嘌呤核苷酸循环,（,purine nucleotide cycle,PNC,）是存在于,骨骼肌,和,心肌,中的一种特殊的,联,合脱氨基作用,方式。,?,在骨骼肌和心肌中，由于,谷氨酸脱氢酶,的活性,较低，而,腺苷酸脱氨酶,(adenylate deaminase),的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。,?,腺苷酸脱氨酶,(adenylate deaminase),可催化,AMP,脱氨基，,此反应与转氨基反应联系，即构成嘌呤核苷酸循环,(PNC),的脱氨基作用。,N,NH,2,N,N,N,R- P,OH,腺苷酸脱氨酶,+H,2,O,N,

9、N,N,N,R- P,+ NH,3,腺嘌呤核苷酸,（,AMP,）,次黄嘌呤核苷酸,（,IMP,）,嘌呤核苷酸循环,次黄嘌呤核苷酸,氨基酸,?,-,酮戊二酸,天冬氨酸,IMP,腺苷酸代,琥珀酸,NH,3,腺苷酸脱,氢酶,?,-,酮酸,谷氨酸,草酰乙酸,AMP,H,2,O,延胡索酸,苹果酸,腺嘌呤核苷酸,（二）、氨基酸的脱羧基作用,二、氨在血中的转运,（一）丙氨酸,-,葡萄糖循环,?,肌肉中的氨基酸将氨基转给,丙酮酸,生成,丙氨酸,，,后者经血液循环转运至肝再脱氨基，生成的,丙,酮酸,异生为,葡萄糖,后再经血液循环转运至肌肉,重新分解产生,丙酮酸,，这一循环反应过程就称,为,丙氨酸,-,葡萄糖循环

10、,(alanine-glucose,cycle),。,丙氨酸,-,葡萄糖循环,肝,liver,G,血液,blood,G,骨骼肌,muscle,G,pyruvate,NH,3,analine,pyruvate,NH,3,analine,analine,（二）谷氨酰胺的运氨作用,?,肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌，氨在,谷氨酰,胺合成酶（,glutamine synthetase),的催化下，,合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血,液循环转运到肝，再由,谷氨酰胺酶,将其分解，,产生的氨即可用于合成尿素。,?,因此，,谷氨酰胺,(glutamine),对氨具有,运输,、,贮存,和,解毒,作用。,谷

11、氨酰胺的运氨作用,肝外组织细胞,ATP,+,NH,3,ADP + Pi,glutamine synthetase,glutamic acid,glutaminase,glutamine,血液,NH,3,肝细胞,H,2,O,（三）、氨的命运,氨基酸,胞液,鸟,氨,酸,循,环,O,NH2-C-NH2,尿素,鸟氨酸,H,2,O,精氨酸,谷氨酸,谷氨酸,2ATP+CO,2,+NH,3,+H,2,O,鸟氨酸,2ADP+Pi,氨甲酰磷酸,延胡索酸,精氨琥珀酸,AMP+PPi,ATP,瓜氨酸,?,-,酮戊二酸,氨基酸,天冬氨酸,草酰乙酸,谷氨酸,瓜氨酸,线,粒,体,基质,尿素的生成,?,体内氨的主要代谢去路

12、是用于合成无毒的尿素,(urea),。,?,合成尿素的,主要器官,是,肝,，但在肾及脑中也可,少量合成。,?,尿素合成是经称为,鸟氨酸循环,(ornithine,cycle),的反应过程来完成的。,尿素生成的鸟氨酸循环,1,氨基甲酰磷酸的合成：,?,在,线粒体,中进行。,?,由,氨基甲酰磷酸合成酶,（,carbamoyl,phosphate synthetase -, ,CPS-,）催化，,需,N-,乙酰谷氨酸,（,AGA,）作为变构激活剂。,?,反应不可逆。,氨基甲酰磷酸的合成,NH,2,氨基甲酰磷酸合成酶,NH,3,+ CO,2,C,O,AGA,，,Mg,2+,O,PO,3,2-,氨基甲酰

13、磷酸,H,2,O+ 2ATP,2ADP + Pi,2,瓜氨酸的合成：,?,在,线粒体,内进行。,?,反应由,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,（,ornithine,carbamoyl trans-ferase,OCT,）催化，将,氨甲酰基转移到鸟氨酸的,?,-,氨基上，生成,瓜,氨酸,。,瓜氨酸的合成,NH,2,NH,2,NH,2,C,O,+,(CH,2,),3,H,2,N-,CH,COOH,鸟氨酸氨基,甲酰转移酶,C,O,NH,(CH,2,),3,H,2,N-,CH,COOH,瓜氨酸,+ H,3,PO,4,O,PO,3,2-,氨基甲酰磷酸,鸟氨酸,3,精氨酸代琥珀酸的合成：,?,在,胞液,中进行。,?

14、,瓜氨酸在,精氨酸代琥珀酸合成酶,(arginino-,succinate synthetase),催化下，消耗,ATP,合,成,精氨酸代琥珀酸,。,?,精氨酸代琥珀酸合成酶,是尿素合成的,限速,酶,。,精氨酸代琥珀酸的合成,NH,2,C,O,NH,(CH,2,),3,H,2,N-,CH,+,COOH,ATP,AMP + PPi,+ H,2,O,精氨酸代琥珀,酸合成酶,NH,2,COOH,C,N,- CH,CH,2,NH,(CH,2,),3,COOH,精氨酸代琥珀酸,H,2,N,- CH,CH,2,COOH,天冬氨酸,COOH,H,2,N-,CH,COOH,瓜氨酸,4,精氨酸代琥珀酸的裂解：,

15、?,在,胞液,中进行。,?,反应由,精氨酸代琥珀酸裂解酶,(arginino-,succinate lyase),催化，将精氨酸代琥珀酸,裂解生成,精氨酸,和,延胡索酸,。,精氨酸代琥珀酸的裂解,NH,2,COOH,精氨酸代琥,珀酸裂解酶,NH,2,C,NH,NH,+,C,N,- CH,CH,2,NH,(CH,2,),3,H,2,N-,CH,COOH,精氨酸代琥珀酸,COOH,CH,CH,COOH,COOH,(CH,2,),3,H,2,N-,CH,COOH,精氨酸,延胡索酸,5,精氨酸的水解：,?,在,胞液,中进行。,?,反应由,精氨酸酶,催化，精氨酸水解生成,尿,素,(urea),和,鸟氨酸,(ornithine),。鸟氨酸可,再转运入线粒体继续进行循环反应。,精氨酸的水解,NH,2,C,NH,NH,(CH,2,),3,H,2,N-,CH,H,2,O,精氨酸酶,NH,2,(CH,2,),3,H,2,N-,CH,O,+,H,2,N,-,C,-,NH,2,COOH,鸟氨酸,尿素,COOH,精氨酸,尿素合成的鸟氨酸循环,2ATP+CO,2,+NH,3,+H,2,O,胞液,H,2,O,延胡索酸,尿素,鸟氨酸,鸟氨酸,2ADP+Pi,精氨酸,氨基甲酰磷