蛋白质分解及氨基酸代谢

1、第 十二 章蛋白质降解和氨基酸代谢一细胞的构建成份： 肌体的生长 组织蛋白质的更新 创伤的修复蛋白质的三大生理功能？二功能执行者 酶的催化作用 激素的信息传递 抗体的免疫性 转化成其他活性物质 调节蛋白、胺类、神经递质、嘌呤、嘧啶等三能源： 17 .19 kJ/克蛋白质 次要作用第一节 蛋白质的分解Digestion, Absorption and Putrefaction of Proteins一、 蛋白质的酶水解（消化）生理意义大分子转变为小分子，便于吸收。消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。 蛋白质 多肽（主） 寡肽（主） 二肽 AA AA AA AA AA 胃 小肠 肠黏膜细胞

2、（一）胃中的消化作用胃蛋白酶的最适pH为1.52.5，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。 胃蛋白酶原胃蛋白酶 + 多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen) (pepsin) （二）小肠中的消化 主要部位1. 胰酶及其作用胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。肽内切酶-水解肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等。肽外切酶-自肽链末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧肽酶(A、B)、氨肽酶。肠液中酶原在肠激酶作用下激活保护胰组织免受蛋白酶的自身消化作用。保证酶在其特定部位和环境发挥催化作用。酶原还可视为酶的贮存形式。酶原激活的意义胰糜蛋

3、白酶原弹性蛋白酶羧基肽酶原胰蛋白酶原肠激酶胰糜蛋白酶弹性蛋白酶原羧基肽酶胰蛋白酶氨基肽酶内肽酶羧基肽酶氨基酸 +氨基酸二肽酶2. 小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用主要是寡肽酶，如氨基肽酶及二肽酶等。蛋白水解酶的专一性 酶 专 一 性胃蛋白酶 R3=色、苯丙、丙、酪、甲硫、亮 R4=任何氨基酸胰蛋白酶 R3=精、赖 R4=任何氨基酸胰凝乳蛋白酶 R3=苯丙、酪、色 R4=任何氨基酸弹性蛋白酶 R3=脂肪族氨基酸 R4=任何氨基酸氨基肽酶 R1=任何氨基酸 R2=除脯氨酸外羧基肽酶A R5=任何氨基酸 R6=除精、赖、脯氨酸外羧基肽酶B R5=任何氨基酸 R6=精、赖H2N-CH-C-NH-CH-N

4、H-CH-C-NH-CH-NH-CH-C-NH-CH-COOHOOOR1R2R3R4R5R6氨基肽酶 内肽酶 羧基肽酶二、 细胞内蛋白质的降解蛋白质的周转：人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。 成人每天总体蛋白的12%被降解、更新。周转的速度用半寿期表示 不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白t1/2约10 d，肝脏蛋白t1/2约18 d，结缔组织蛋白t1/2约180 d，许多关键性调节酶的t1/2 均很短。蛋白质降解具有选择性：（1）异常蛋白、（2）正常调节蛋白和酶意义：（1）清除异常蛋白； （2）细胞对代谢进行调控的一种方式 选择性降解的特点：（1）重要代谢调控位点的酶或调节蛋白

5、，降解速度快（短寿蛋白）（2）“ 持家蛋白”降解速度慢（长寿蛋白）（3）蛋白质降解速度受细胞营养及激素状态的调节，营养缺乏，周转速度加快。 N末端规划(一)真核生物中组织蛋白降解有两条途径 不依赖ATP无选择性(饥饿时例外)，利用溶酶体中的组织蛋白酶主要降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命细胞内蛋白2. 依赖泛素的降解过程细胞质中进行1. 溶酶体内降解过程依赖ATP降解异常蛋白和短寿命蛋白不存在溶酶体的红细胞中尤为重要泛素76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守 泛素化 泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活。 蛋白酶体对泛素化蛋白质的降解泛素介导的蛋

6、白质降解过程泛素化过程泛素活化酶泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPi泛素COS E1泛素携带蛋白HS-E2HS-E1泛素COS E2泛素COS E1泛素蛋白连接酶被降解蛋白质HS-E2泛素COS E2泛素CNH 被降解蛋白质OE3（二）氨基酸代谢库食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库。第二节氨基酸的一般代谢General Metabolism of Amino Acids氨基酸中间代谢概况氨基酸在代谢上的分类生糖氨基酸-能转化成TAC循环中间产物的氨基酸生酮（酮体）氨基酸-能转化成乙酰

7、乙酸和乙酰CoA的氨基酸特殊分解代谢 特殊侧链的分解代谢一般分解代谢一、氨基酸的一般分解代谢CO2 胺脱羧基作用 脱氨基作用 NH3-酮酸一般在下列3种代谢状况下，氨基酸才氧化降解：细胞的蛋白质进行正常的合成和降解时，蛋白质合成并不需要蛋白质降解释放出的某些氨基酸，这些氨基酸会进行氧化分解。食品富含蛋白质，消化产生的氨基酸超过了蛋白质合成的需要，由于氨基酸不能在体内储存，过量的氨基酸在体内被氧化降解。机体处于饥饿状态或未控制的糖尿病状态时，机体不能利用或不能合适地利用糖作为能源，细胞的蛋白质被用做重要的能源。（一） 氨基酸的脱氨基作用氨基酸脱去氨基生成相应-酮酸的过程。转氨基和氧化脱氨基偶联转

8、氨基和嘌呤核苷酸循环偶联氧化脱氨基非氧化脱氨基脱酰胺作用转氨基作用联合脱氨基氨基酸氧化酶 2H-酮酸+ H2O+ NH3氨基酸1 氧化脱氨基作用亚氨基酸氨基酸氧化脱氨的主要酶（三种）：* L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏，辅基为FMN）* D-氨基酸氧化酶（活性强，分布广，但体内 D-氨基酸少，辅基为FAD）* 专一性氨基酸脱氢酶 L-谷氨酸氧化脱氨基作用活性高, 分布广（肝、脑、肾）, 作用大专一性强，催化反应可逆辅酶为 NAD+ 或NADP+该氧化功能途径的效率受能荷调节，GTP、ATP抑制剂， GDP、ADP激活剂催化酶：L-谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸NH3-酮戊二酸NAD(P)+N

9、AD(P)H+H+H2O（1）还原脱氨-氢化酶 RCHNH2COOH + 2H RCH2COOH + NH3（2）水化脱氨-水解酶 RCHNH2COOH + HOH RCHOHCOOH + NH3（3）脱水脱氨-脱水酶（位有-OH，如Thr） RCHOHCHNH2COOH RCH2COCOOH + NH32 非氧化脱氨基作用3 脱酰胺作用-水解2NHCH2NH2CHCOOHC=OCH2CHCOOHCOOHNH2+ NH3H2O4. 转氨基作用（1）定义在转氨酶作用下，某一氨基酸去掉-氨基生成相应的-酮酸，而另一种-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。(2) 反应式大多数氨基酸可参与转氨基作用

10、，赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。 （3） 转氨酶体内存在多种转氨酶，以L-谷氨酸与酮酸的转氨酶最为重要。如：谷丙转氨酶（GPT）和谷草转氨酶（GOT） 谷草转氨酶 谷氨酸+草酰乙酸 酮戊二酸+天冬氨酸 谷丙转氨酶 谷氨酸+丙酮酸 酮戊二酸 +丙氨酸 （3） 转氨酶 正常人各组织GOT和GPT活性(单位/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指标之一（脏器受损后，酶释放到血清中） （4） 转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛（PLP, VB6）! 氨基酸 磷酸吡哆醛 -酮酸 磷酸吡哆胺 谷氨酸 -酮戊二酸 转氨酶目 录反应可逆未产生游离氨!体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，机体

11、合成非必需氨基酸的重要途径。（5）转氨基作用的生理意义5. 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-氨基生成-酮酸的过程。（2） 类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用（1）定义 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 转氨基偶联氧化脱氨基作用 H2O+NAD+转氨酶 氨基酸 谷氨酸 -酮酸 -酮戊二酸 NH3 +NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶 既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环-主要在肌肉组织进行苹果酸 腺苷酸代琥珀酸次黄嘌呤 核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶-酮戊 二酸氨基酸谷氨酸-酮酸 转氨酶 1草酰乙酸天冬氨

12、酸转氨酶 2腺苷酸脱氢酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP) （二） 氨基酸脱羧基作用脱羧酶专一性强除组氨酸脱羧酶外，其余都需PLP辅基氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+ CO2磷酸吡哆醛少数产物胺有生理活性大多数有毒，被氧化为醛、酸1. 组胺L-组氨酸组胺组氨酸脱羧酶CO2组胺是强烈的血管舒张剂增加毛细血管通透性还可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。2. -氨基丁酸(GABA) L-谷氨酸GABACO2L- 谷氨酸脱酶GABA是抑制性神经递质对中枢神经有抑制作用。3. 牛磺酸牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分。 L-半胱氨酸磺酸丙氨酸牛磺酸磺酸丙氨酸脱羧酶CO24. 5-羟色胺 ( 5-HT)色

13、氨酸5-羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶5-羟色氨酸脱羧酶CO25-HT在脑内作为神经递质起抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。（三）氨的代谢氨是机体正常代谢产物，具毒性。体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。1. 血氨的来源与去路（1） 血氨的来源 氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源, 胺类的分解也可以产生氨 RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶 肠道吸收的氨氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨 肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺 谷氨酰胺谷氨酸 + NH3谷氨酰胺酶（2） 血氨的去路 在肝内合成尿素，这是最主要的去路 合成非必需氨基酸及其它含氮化

14、合物 合成谷氨酰胺 谷氨酸 + NH3谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi 肾小管泌氨分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。2. 氨的转运（1） 丙氨酸-葡萄糖循环反应过程生理意义 肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。 肝为肌肉提供葡萄糖。丙氨酸葡萄糖 肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸-酮戊 二酸丙酮酸糖酵解途径肌肉丙氨酸血液丙氨酸葡萄糖-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素 尿素循环糖异生肝丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖目 录（2） 谷氨酰胺的运氨作用 反应过程谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进

15、行解毒。生理意义谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。 3. 尿素的生成（1） 生成部位主要在肝细胞的线粒体及胞液中。（2） 生成过程鸟氨酸循环(orinithine cycle)又称尿素循环(urea cycle) 循环 氨基甲酰磷酸的合成-线粒体中 CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO-PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸由氨基甲酰磷酸合成酶（ CPS- ）催化反应消耗2分子ATPN-乙酰谷氨酸（AGA）为激活剂 瓜氨酸的合成-线粒体中氨基甲酰磷酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（OC

16、T）催化OCT常与CPS-构成复合体。生成后进入胞液 精氨酸的合成-胞液中进行 精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸 精氨酸水解生成尿素-胞液中进行尿素鸟氨酸精氨酸鸟氨酸循环2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鸟氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸苹果酸-酮戊 二酸谷氨酸-酮酸精氨酸代 琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP + PPi鸟氨酸尿素线粒体胞 液目 录耗能的解毒过程（3） 尿素生成的调节 食物蛋白质的影响高蛋白膳食 合成低蛋白膳食 合成 CPS-的调节：

17、AGA、Arg为激活剂 尿素生成酶系的调节：正常成人肝尿素合成酶的相对活性4.5163.01.03.3149.0酶相对活性氨基甲酰磷酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶4. 高氨血症和氨中毒血氨浓度升高称高氨血症 常见于肝功能严重损伤时 尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒。TCA 脑供能不足 脑内 -酮戊二酸氨中毒的可能机制-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3（四）-酮酸的代谢1. 经氨基化生成非必需氨基酸2. 转变成糖及脂类3. 氧化供能琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖