氨基酸分解代谢

1、第十一章第十一章 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解和氨基酸的分解与转化和氨基酸的分解与转化基本要求：基本要求： （1 1）掌握氨基酸的脱氨基、脱羧基作用具体过程、）掌握氨基酸的脱氨基、脱羧基作用具体过程、鸟氨酸循环鸟氨酸循环（2 2）理解必须氨基酸、氨基酸的脱氨基、脱羧基作）理解必须氨基酸、氨基酸的脱氨基、脱羧基作用的相关概念用的相关概念（3 3）了解泛肽途径、氨基酸的衍生物）了解泛肽途径、氨基酸的衍生物教学重点及难点：教学重点及难点：（1 1）氨基酸的脱氨基、脱羧基作用具体过程）氨基酸的脱氨基、脱羧基作用具体过程（2 2）鸟氨酸循环）鸟氨酸循环 本章主要内容本章主要内容蛋白质的酶促降解蛋白质

2、的酶促降解氨基酸的分解与转化氨基酸的分解与转化一、蛋白质的酶促降解一、蛋白质的酶促降解 机体必须不断地拆除衰老和受损的组织细机体必须不断地拆除衰老和受损的组织细胞，构建新的组织和细胞。在生物体内，胞，构建新的组织和细胞。在生物体内，蛋白质处于不断降解和不断合成的动态平蛋白质处于不断降解和不断合成的动态平衡中。衡中。 蛋白质周转蛋白质周转：已有蛋白质的降解和降解产：已有蛋白质的降解和降解产物氨基酸用以合成新的蛋白质。物氨基酸用以合成新的蛋白质。 蛋白质的降解是指蛋白质在酶的作用下，蛋白质的降解是指蛋白质在酶的作用下，使肽键水解生成使肽键水解生成AA的过程。的过程。1. 1. 蛋白水解酶蛋白水解酶

3、1.1 1.1 肽链内切酶和外切酶肽链内切酶和外切酶消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶1.2 1.2 蛋白酶按其活性部位的结构特征分为四类：蛋白酶按其活性部位的结构特征分为四类：SerSer蛋白酶类蛋白酶类(EC3.4.2.1)(EC3.4.2.1)活性部位含有活性部位含有SerSer残基，残基，受二丙基氟磷酸受二丙基氟磷酸(DIFP)(DIFP)的强烈抑制。胰蛋白酶、的强烈抑制。胰蛋白酶、胰凝乳、蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草杆菌蛋

4、白酶胰凝乳、蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶等均属此类。等均属此类。CysCys蛋白酶蛋白酶(EC3.4.2.2)(EC3.4.2.2)活性部位含有活性部位含有CysCys残基残基, , 对于碘乙酸、对对于碘乙酸、对- -羟基汞苯甲酸等抑制剂十分敏羟基汞苯甲酸等抑制剂十分敏感。植物蛋白酶和组织蛋白酶大多属于此类。感。植物蛋白酶和组织蛋白酶大多属于此类。AspAsp蛋白酶蛋白酶(EC3.4.2.3)(EC3.4.2.3)活性中心含有两个活性中心含有两个AspAsp残残基基, ,最适最适pHpH一般为一般为2 24 4。抑胃肽。抑胃肽(pepstatin)(pepstatin)专一专一地抑制这类

5、酸性蛋白酶。胃蛋白酶、凝乳酶均属地抑制这类酸性蛋白酶。胃蛋白酶、凝乳酶均属此类。此类。金属蛋白酶金属蛋白酶(EC3.4.2.4)(EC3.4.2.4)含有含有ZnZn2+2+、MgMg2+2+等金属离等金属离子，受金属螯合剂如子，受金属螯合剂如EDTAEDTA等的抑制。嗜热菌蛋白等的抑制。嗜热菌蛋白酶、信号肽酶以及氨肽酶、羧肽酶等属于这一类。酶、信号肽酶以及氨肽酶、羧肽酶等属于这一类。2.2.蛋白消化吸收蛋白消化吸收3.3.细胞内蛋白质降解细胞内蛋白质降解3.1 3.1 蛋白降解对细胞生长发育和适应内外环境有重蛋白降解对细胞生长发育和适应内外环境有重要功能：要功能：反常蛋白清除；反常蛋白清除；

6、便于调控；便于调控；维持体内维持体内AAAA代谢库；代谢库；防御机制的组成部分；防御机制的组成部分；蛋白质前体的裂解加工。蛋白质前体的裂解加工。 细胞质内最重要的蛋白质降解系统细胞质内最重要的蛋白质降解系统 溶酶体系统包括多种在酸性溶酶体系统包括多种在酸性pHpH下活化的小分子下活化的小分子量蛋白酶，因此又称为酸性系统，主要水解量蛋白酶，因此又称为酸性系统，主要水解长长寿命蛋白质和外来蛋白寿命蛋白质和外来蛋白。 泛肽系统在泛肽系统在pH=7.2pH=7.2的胞液中起作用，称为碱性的胞液中起作用，称为碱性系统，主要水解系统，主要水解短寿命蛋白和反常蛋白短寿命蛋白和反常蛋白。溶酶体系统溶酶体系统泛

7、肽系统泛肽系统蛋白质降解的泛肽途径（ubiquitin）E E1 1：泛素活化酶：泛素活化酶E E2 2：泛素携带蛋白：泛素携带蛋白E E3 3：泛素蛋白连接酶：泛素蛋白连接酶泛素泛素C CO O- -O O+ +HS-EHS-E1 1ATPATPAMP+PPiAMP+PPi泛素泛素C CO OS S E E1 1HS-EHS-E2 2HS-EHS-E1 1泛素泛素C CO OS ES E2 2泛素泛素C CO OS ES E1 1被降解被降解蛋白质蛋白质HS-EHS-E2 2泛素泛素C CO OS ES E2 2泛素泛素C CNH NH 被降解蛋白质被降解蛋白质O OE E3 3泛素化过程泛

8、素化过程二、氨基酸的分解与转化二、氨基酸的分解与转化1. 1. 脱氨基作用脱氨基作用1.1 1.1 氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用a.a. 催化脱氨基酶有脱氢酶和氧化酶，脱氢酶中最重催化脱氨基酶有脱氢酶和氧化酶，脱氢酶中最重要的是要的是谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶，以，以NADNAD或或NADPNADP为辅酶，催化为辅酶，催化GluGlu氧化脱氨，生成氧化脱氨，生成 - -酮戊二酸。酮戊二酸。氧化酶存在于动物肝、肾和某些细菌、真菌中，氧化酶存在于动物肝、肾和某些细菌、真菌中，以以FADFAD或或FMNFMN为辅基，在有氧条件下催化为辅基，在有氧条件下催化AAAA氧化氧化脱氨生成相应酮酸和脱氨生成相应

9、酮酸和H H2 2O O2 2. L-AA. L-AA氧化酶最适氧化酶最适pHpH为为1010。(次要作用次要作用) -氨基酸氨基酸 氨基酸氧化酶（氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO-+NH3 O|H2O+O2H2O2转氨基作用是转氨基作用是 - -氨基酸和氨基酸和 - -酮酸之间的氨基转移反应。酮酸之间的氨基转移反应。转氨酶转氨酶广泛存在广泛存在于生物体内。已经发现的转氨酶至少有于生物体内。已经发现的转氨酶至少有5050多种。多种。1.2 1.2 转氨基作用转氨基作用 -氨基酸氨基酸1 R1-CH-COO- NH+3 |-酮酸酮酸1 R

10、1-C-COO- O| R2-C-COO- O|-酮酸酮酸2 R2-CH-COO- NH+3 |-氨基酸氨基酸2转氨酶转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）（辅酶：磷酸吡哆醛） 维生素维生素B B6 6又称抗皮炎维生素又称抗皮炎维生素, , 是一类吡啶衍生物，包括吡哆醇是一类吡啶衍生物，包括吡哆醇, , 吡哆醛吡哆醛, , 吡哆胺。体内均以磷酸酯形式存在。吡哆胺。体内均以磷酸酯形式存在。 参加代谢作用主要是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，是氨基酸参加代谢作用主要是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，是氨基酸转氨转氨基、脱羧和消旋作用基、脱羧和消旋作用的辅酶。的辅酶。7.5 7.5 维生素维生素B6B6和磷酸吡哆醛和磷酸吡哆醛

11、 在反应中在反应中, ,磷酸吡哆醛的醛基与底物磷酸吡哆醛的醛基与底物 - -aaaa的氨基结合成的氨基结合成醛亚胺中间复合物醛亚胺中间复合物, , 醛亚胺再根据不同酶蛋白的特性使醛亚胺再根据不同酶蛋白的特性使AAAA发生转氨，脱羧或消旋等作用。发生转氨，脱羧或消旋等作用。 通过转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联进行的脱氨基通过转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联进行的脱氨基作用，称为联合脱氨基作用。作用，称为联合脱氨基作用。 类型类型1.3 1.3 联合脱氨基作用联合脱氨基作用转氨酶与转氨酶与L-L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相

12、偶联转氨酶转氨酶-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨作用谷氨酸脱氢酶的联合脱氨作用转氨酶转氨酶- -嘌呤核苷酸循环联合脱氨作用嘌呤核苷酸循环联合脱氨作用还原脱氨基作用还原脱氨基作用 在无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物能利用还在无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物能利用还原脱氨基方式使原脱氨基方式使AAAA脱去氨基。脱去氨基。1.4 1.4 非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用脱水脱氨基作用脱水脱氨基作用 SerSer、ThrThr脱氨基也可经脱水方式完成，催化该反脱氨基也可经脱水方式完成，催化该反应的酶以磷酸吡哆醛为辅酶。应的酶以磷酸吡哆醛为辅酶。由解氨酶催化的脱氨基反应由解氨酶催化的脱氨基反应 PhePhe

13、解氨酶催化解氨酶催化Phe Phe 、TyrTyr发生脱氨，生成肉桂酸和发生脱氨，生成肉桂酸和 香豆酸进一步转变成木质素和单宁等植物次生物质。香豆酸进一步转变成木质素和单宁等植物次生物质。当植物组织照光后，当植物组织照光后，PhePhe解氨酶水平显著增加。解氨酶水平显著增加。1.5 1.5 脱酰胺基作用脱酰胺基作用2.2.脱羧基作用脱羧基作用 氨基酸脱掉羧基生成相应的胺类化合物的作用。氨基酸脱掉羧基生成相应的胺类化合物的作用。 类型：类型：直接脱羧直接脱羧 胺胺羟化脱羧羟化脱羧 羟胺羟胺 2.1 2.1 直接脱羧基作用直接脱羧基作用 氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的胺氨基酸在脱羧酶的作

14、用下脱掉羧基生成相应的胺类化合物的作用。类化合物的作用。 脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。2.2 2.2 羟化脱羧基作用羟化脱羧基作用3 3 氨基酸降解产物的去向氨基酸降解产物的去向3.1 3.1 氨的去路氨的去路 游离氨对动、植物机体是有毒害作用的，在正常游离氨对动、植物机体是有毒害作用的，在正常情况下细胞中游离氨浓度非常低。情况下细胞中游离氨浓度非常低。（1 1）重新生成氨基酸）重新生成氨基酸（2 2）谷氨酰胺和天冬酰胺的生成）谷氨酰胺和天冬酰胺的生成（3 3）生成铵盐）生成铵盐（4 4）尿素的生成）尿素的生成- -尿素循环（尿素循环（Urea CycleUrea Cy

15、cle）鸟氨酸循环鸟氨酸循环/ /尿素循环尿素循环 在排尿动物体内由在排尿动物体内由NH3NH3合成尿素是在肝脏中通合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环。素循环。Urea Cycle鸟氨酸氨甲酰基转移酶鸟氨酸氨甲酰基转移酶鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸氨甲酰基磷酸氨甲酰基磷酸氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶精氨基琥珀酸合成酶精氨基琥珀酸合成酶2 ATP瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸精氨基琥珀酸裂解酶精氨基琥珀酸裂解酶AspATPAMPPPi2 ADP延胡索酸延胡索酸精氨酸酶精氨酸酶H2O脲脲3 正常生理情况下，血氨处于较低水平。尿素

16、循环正常生理情况下，血氨处于较低水平。尿素循环是维持血氨低浓度的关键。当肝功能严重损伤时，尿是维持血氨低浓度的关键。当肝功能严重损伤时，尿素循环发生障碍，血氨浓度升高，称为高氨血症。素循环发生障碍，血氨浓度升高，称为高氨血症。TCA 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 植物体含有脲酶，尤其是在豆科植物种子中脲酶活性植物体含有脲酶，尤其是在豆科植物种子中脲酶活性较大，能专一地催化尿素水解并放出氨。较大，能专一地催化尿素水解并放出氨。氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮

17、戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨丙酮酸丙酮酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸苏氨酸苏氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸苏氨酸苏氨酸柠檬酸柠檬酸3.2 3.2 - -酮酸的去路酮酸的去路生糖氨基酸：可以降解为丙酮酸、草酰乙酸、生糖氨基酸：可以降解为丙酮酸、草酰乙酸、酮戊二酸、琥珀酰酮戊二酸、琥珀酰CoACoA和延胡索酸等糖代谢中间和延胡索酸等糖代谢中间产物的氨基酸。产物的氨基酸。生酮