第30章蛋白质降解和氨基酸的分解代谢

1、第第3030章章 蛋白质降解蛋白质降解和氨基酸的分解代谢和氨基酸的分解代谢 蛋白质的降解蛋白质的降解 氨基酸氨基酸的的分解代谢分解代谢 尿素尿素的的形成形成 氨基酸氨基酸碳骨架的氧碳骨架的氧化途径化途径 生糖氨基酸生糖氨基酸和生酮氨基酸和生酮氨基酸 氨基酸氨基酸的的衍生物衍生物 氨基酸代谢缺陷症氨基酸代谢缺陷症2体内氨基酸体内氨基酸代谢概况代谢概况3真核细胞中蛋白质降解的两条途径真核细胞中蛋白质降解的两条途径不依赖不依赖ATP的途径的途径，在，在溶酶体溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。蛋白。依赖依赖ATP和泛肽的途径和泛

2、肽的途径，在，在胞质胞质中进行，主要降解异常蛋白中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。重要。泛泛肽是一种肽是一种8.5KD的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，能与被降解的蛋白质共价结合，使后者一级结构高度保守，能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶活化，然后被蛋白酶降解。降解。蛋白质的降解蛋白质的降解4蛋白质的蛋白质的消化吸收消化吸收5蛋白水解酶作用示意图蛋白水解酶作用示意图氨基酸氨基酸二肽酶二肽酶氨基肽酶氨基肽酶内肽酶内肽酶氨基酸氨基酸

3、+CNH羧基肽酶羧基肽酶566氨基酸的氨基酸的分解代谢分解代谢 脱氨基作用脱氨基作用 脱羧基作用脱羧基作用 氨的代谢氨的代谢 碳骨架的去向碳骨架的去向7氨基酸的脱氨基作用氨基酸的脱氨基作用体内主要有体内主要有3种脱氨基方式种脱氨基方式1）转氨基作用：氨基转移酶）转氨基作用：氨基转移酶-氨基酸氨基酸 + -酮酸酮酸 -酮酸酮酸 + -氨基酸氨基酸2）氧化脱氨基作用：氨基酸氧化酶）氧化脱氨基作用：氨基酸氧化酶-氨基酸氨基酸 + NAD(P)+ + H2O -酮酸酮酸 + NAD(P)H+ + H+ + 氨氨3）联合脱氨基）联合脱氨基a. 转氨酶转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用：肝肾脑等器官与谷

4、氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用：肝肾脑等器官b. 嘌呤嘌呤核苷酸循环：核苷酸循环：肌肉肌肉8转转氨基作用：氨基作用：在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下， 某一氨基酸的某一氨基酸的 -氨基转氨基转移到另一种移到另一种 -酮酸的酮基酮酸的酮基 上，生成相应的氨基酸；原来的上，生成相应的氨基酸；原来的氨基酸则转变成氨基酸则转变成 -酮酸。酮酸。转转氨基作用氨基作用转转氨基作用由转氨酶催化完成氨基作用由转氨酶催化完成9谷丙转氨酶（谷丙转氨酶（glutamic pyruvic transaminase, GPT，又称又称ALT)谷草转氨酶（谷草转氨酶（glutamic oxaloacetic transmi

5、nase, GOT，又称又称AST）10转氨基作用的机制转氨基作用的机制 转氨酶的辅酶是转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛， 起传递起传递氨基氨基的的作用。作用。11 正常人各组织正常人各组织GOT及及GPT活性活性 (单位单位/克湿组织克湿组织) 血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。指标之一。组织组织GOTGPT 心心1560007100肝骼肌骨骼肌990004800肾肾9100019000组织组织GOTGPT 胰腺胰腺脾脾肺肺血清血清28000200014000120010000700201612L-谷

6、氨酸脱氢酶：肝、肾、脑组织广泛存在，是谷氨酸脱氢酶：肝、肾、脑组织广泛存在，是一种不需氧脱氢酶。一种不需氧脱氢酶。L-谷氨酸氧化脱氨基作用谷氨酸氧化脱氨基作用亚谷氨酸亚谷氨酸氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用13联合脱氨基作用联合脱氨基作用 两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨基生成氨基生成-酮酸的过程。酮酸的过程。类型类型 转氨基作用偶联氧化脱氨基作用转氨基作用偶联氧化脱氨基作用 转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环14*转氨基作用偶联谷氨酸氧化转氨基作用偶联谷氨酸氧化脱氨基的脱氨基的途径途径15malate苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸

7、代琥珀酸代琥珀酸次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸合成酶珀酸合成酶-ketoglutarate-酮戊二酸酮戊二酸AA Glu-ketoacids-酮酸酮酸 transaminaseoxaloacetate草酰乙酸草酰乙酸AspGOT腺苷酸腺苷酸脱氢酶脱氢酶 H2ONH3fumarate延胡索酸延胡索酸腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)转氨基偶联嘌呤核苷酸循环转氨基偶联嘌呤核苷酸循环muscle16氨基酸的脱羧基作用氨基酸的脱羧基作用由氨基酸脱羧酶催化，辅酶：磷酸吡多醛（组氨酸不需要由氨基酸脱羧酶催化，辅酶：磷酸吡多醛（组氨酸不需要此酶此酶）。胺过量将对机体造成伤

8、害，故产生的胺还要进行胺过量将对机体造成伤害，故产生的胺还要进行生物转化。生物转化。胺胺醛醛酸酸CO2+H2O17 -氨基氨基丁酸（丁酸（ -aminobutyric acid, GABA）功能：抑制性神经递质功能：抑制性神经递质18组胺（组胺（histamine） 功能功能：平滑肌收缩，毛细血管扩张，与过敏反应有关。：平滑肌收缩，毛细血管扩张，与过敏反应有关。还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。存在于肥大细胞存在于肥大细胞19儿茶酚胺（儿茶酚胺（Catecholamines）邻苯二酚邻苯二酚帕金森氏病帕金森氏病(Parkinson disease)患者多巴胺生成患者多

9、巴胺生成减少减少20血血氨氨的来源与去路的来源与去路氨的命运氨的命运21氨氨的转运的转运丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环谷氨酰胺的运氨作用谷氨酰胺的运氨作用氨在血液中主要氨在血液中主要以两种以两种形式运输：形式运输：22丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环肌肉中的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肌肉中的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝；肝；肝脏为肌肉提供了肝脏为肌肉提供了葡萄糖。葡萄糖。23谷氨酰胺谷氨酰胺的运氨作用的运氨作用主要从脑、肌肉等组织向肝、肾运氨主要从脑、肌肉等组织向肝、肾运氨脑中解氨毒的一种重要方式脑中解氨毒的一种重要方式是氨的运输形式，也是氨的贮存、利用形式是氨的运输形式，也是氨的贮存、

10、利用形式谷氨酸谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶+ H2O24氨氨的的排泄形式排泄形式氨氨(铵离子铵离子)大部分水生大部分水生脊椎动物。脊椎动物。释放释放NH4+到到水水环境。环境。尿素尿素大部分陆生脊大部分陆生脊椎动物，鲨鱼。椎动物，鲨鱼。通过尿液排泄通过尿液排泄尿素。尿素。尿酸尿酸鸟类和爬行类。鸟类和爬行类。氨基氨基N转化为嘌转化为嘌呤，嘌呤分解产呤，嘌呤分解产生生尿酸。尿酸。25主要器官：肝脏主要器官：肝脏反应部位：肝细胞线粒体及胞液反应部位：肝细胞线粒体及胞液 2NH3 + CO2 H2N-C-NH2 + H2OO尿素循

11、环尿素循环尿素的形成尿素的形成NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2Pi+ AMP +PPi+延胡索酸延胡索酸26 1932年年Hans A Krebs及其同事及其同事提出提出了了尿素尿素循环循环鸟氨酸循环鸟氨酸循环Krebs循环循环27鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸(ornithine) (citrulline)(arginine)氨甲酰基氨甲酰基脒基脒基28尿素循环尿素循环场所：肝细胞场所：肝细胞原料：原料：CO2，NH3产物：尿素产物：尿素1. 氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶I2. 鸟氨酸转氨甲酰酶鸟氨酸转氨甲酰酶3. 精氨

12、酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶4. 精氨酸代琥珀酸酶精氨酸代琥珀酸酶5. 精氨酸酶精氨酸酶29尿素循环和柠檬酸循环的关系尿素循环和柠檬酸循环的关系30*要点要点 部位：部位： 肝细胞线粒体、胞液肝细胞线粒体、胞液 原料：原料：NH3 、 CO2、 ATP、 天冬氨酸天冬氨酸 2个氮原子，个氮原子，1个来自氨，个来自氨，1个来自天冬氨酸个来自天冬氨酸 涉及的氨基酸及其衍生物：涉及的氨基酸及其衍生物： 6种种 鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、 精氨酸代琥珀酸、精氨酸代琥珀酸、N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶

13、、氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶I 耗能：耗能：3个个ATP；4个高能磷酸键个高能磷酸键 与与三羧酸循环的联系物质：延胡索酸三羧酸循环的联系物质：延胡索酸*意义意义 解除氨毒以保持血氨的低浓度水平解除氨毒以保持血氨的低浓度水平31高高血氨症：肝功能严重损伤，尿素合成障碍血氨症：肝功能严重损伤，尿素合成障碍氨氨中毒中毒：降降血氨的常用方法：给予谷氨酸、精氨酸；肠道抑菌药；血氨的常用方法：给予谷氨酸、精氨酸；肠道抑菌药；酸性盐水灌肠；限制蛋白质进食量。酸性盐水灌肠；限制蛋白质进食量。尿素循环受尿素循环受膳食蛋白质和两种限速酶活性的膳食蛋白质和两种限速酶活性的调节；调节；尿素合成障碍可引起高血氨症

14、与氨中毒。尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒。32TAC 脑供能不足脑供能不足-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺NH3NH3 脑内脑内-酮戊二酸酮戊二酸氨中毒的可能机制氨中毒的可能机制(脑脑)331 - 乙酰乙酰CoA途径途径2 - -酮戊二酸途径酮戊二酸途径3 - 琥珀酰琥珀酰CoA途径途径4 - 延胡索酸途径延胡索酸途径5 - 草酰乙酸途径草酰乙酸途径氨基酸碳骨架进入氨基酸碳骨架进入TCATCA循环氧循环氧化化34生糖氨基酸：生糖氨基酸：凡能分解产生凡能分解产生TCA循环中间产物的氨基酸循环中间产物的氨基酸 Gly、Ser、Val、His、Arg、Cys、Pro、Ala、Glu

15、、Gln、Asp、Asn生酮氨基酸：生酮氨基酸：凡能分解产生乙酰凡能分解产生乙酰CoA的氨基酸的氨基酸 Leu、Lys生糖兼生糖兼生酮氨基酸：生酮氨基酸：既能产生乙酰既能产生乙酰CoA又能产生又能产生TCA循环循环中间产物的氨基酸中间产物的氨基酸 Ile、Phe、Tyr、Trp、Thr生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸和生酮氨基酸35一一碳碳单位单位 定义：某些氨基酸在分解代谢过程中可以产生含有一定义：某些氨基酸在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原子的基团，称为一碳单位（个碳原子的基团，称为一碳单位（one carbon unit） 体内的一碳单位：甲基（体内的一碳单位：甲基（CH3）、甲烯基（

16、）、甲烯基（CH2）、）、甲炔基（甲炔基（CH=）、甲酰基（）、甲酰基（CHO）、亚胺甲基）、亚胺甲基（CH=NH） CO2不是一碳单位不是一碳单位 一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸结合一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸结合氨基酸的衍生物氨基酸的衍生物36NNNNH2NOHCH2NHCO谷氨酸谷氨酸1蝶呤啶蝶呤啶2345678109对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸四氢叶酸四氢叶酸*四氢叶酸是一碳单位的载体四氢叶酸是一碳单位的载体一碳单位通常结合在四氢叶酸分子的一碳单位通常结合在四氢叶酸分子的N5、N10上上一一碳单位与四氢叶酸碳单位与四氢叶酸HHHHH3738一碳单位主要来源于氨基酸代谢一碳单位主要

17、来源于氨基酸代谢丝氨酸丝氨酸 N5, N10CH2FH4甘氨酸甘氨酸 N5, N10CH2FH4组氨酸组氨酸 N5CH=NHFH4色氨酸色氨酸 N10CHOFH439一碳单位的互相转变一碳单位的互相转变N10CHOFH4N5, N10=CHFH4N5, N10CH2FH4N5CH3FH4N5CH=NHFH4H+H2ONADPH+H+NADP+NADH+H+NAD+NH3甲硫氨酸循环甲硫氨酸循环40一一碳单位的生理功能碳单位的生理功能合成嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的原料合成嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的原料。一碳单位代谢将氨基酸代谢与核苷酸代谢联系一碳单位代谢将氨基酸代谢与核苷酸代谢联系起来。起来。叶酸缺

18、乏，产生巨幼红细胞性贫血。叶酸缺乏，产生巨幼红细胞性贫血。41腺苷转移酶腺苷转移酶PPi+PiPPi+Pi+甲硫氨酸甲硫氨酸ATPS腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)*SAM中的甲基是高度活化的，称中的甲基是高度活化的，称活性甲基活性甲基，SAM称为活性甲硫氨酸称为活性甲硫氨酸。S腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)42 SAM提供甲基可参与体内多种物质合成。提供甲基可参与体内多种物质合成。 例如肌酸、肾上腺素、胆碱等。例如肌酸、肾上腺素、胆碱等。43甲硫氨酸甲硫氨酸循环循环 (methionine cycle)甲硫氨酸甲硫氨酸S-腺苷同型腺苷同型 半胱氨酸半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸同型半胱氨酸FH4N5CH3FH4N5CH3FH4 转甲基酶转甲基酶(VitB12)H2O腺苷腺苷RHATPPPi+