食品生物化学第9章蛋白质降解和氨基酸分解代谢

食品生物化学第9章蛋白质降解和氨基酸分解代谢第一节蛋白质的降解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。（1）不依赖ATP的溶酶体途径，在溶酶体内进行，没有选择性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。（蛋白酶的最适pH偏低，5左右）（2）依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白（调节蛋白），此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要（选择性降解）。需ATP和泛素参与。真核细胞中蛋白质的降解途径泛素是一种8.5KD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，酵母与人只相差3个aa残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。蛋白质是否被泛素结合而选择性降解与该蛋白N端的AA有关，泛素化的蛋白质在ATP参与下被蛋白酶水解。2004年6日瑞典皇家科学院宣布，2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。

（二）蛋白质水解酶（1）肽链内切酶：形成各种短肽（2）肽链外切酶羧肽酶氨肽酶二肽酶（三）蛋白质酶促降解

需内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用蛋白质多肽AA合成新蛋白质消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）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(metabolicpool)。氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收

组织蛋白质分解

体内合成氨基酸

(非必需氨基酸)氨基酸代谢概况

α-酮酸

脱氨基作用

酮体氧化供能糖胺类脱羧基作用氨

尿素代谢转变其它含氮化合物

(嘌呤、嘧啶等)合成

第二节氨基酸的分解与转化一、脱氨基作用

氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用氨基酸主要通过五种方式脱氨基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

（一）氧化脱氨基作用定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。R-CH-COOHNH2

2H

R-C-COOH+NH3

OH2OR-C-COOHNH

酶AA氧化酶的种类

L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。

D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。

L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH--+NAD(P)++H2O谷氨酸脱氢酶CH2-COOHC=O-CH2COOH--体内（正）体外（反）还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。（在微生物中个别AA进行,但不普遍）L-丝氨酸CH2COO-C-NH3+=-CH3COO-C=NH2+--COOHCH2OHNH2-C-H--COOHCH3C=O--丝氨酸脱水酶+NH3丙酮酸-H2O+H2Oα-氨基丙烯酸亚氨基丙酸（二）非氧化脱氨例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA)CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO---+H2OCH2-COO-CH2-CHNH3+COO---+NH3谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO---+H2O天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO---+NH3

上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。（三）氨基酸的脱酰胺作用指α-AA和酮酸之间氨基的转移作用，α-AA的α-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。R’-CH-COOHR”-C-COOH

NH2

OR’-C-COOHR”-CH-COOH

O

NH2转氨酶（四）转氨基作用转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。（五）联合脱氨基（动物组织主要采取的方式）转氨酶氨基酸-酮酸L-谷氨酸脱氢酶NH3

+NADH+H+H2O+NAD+

-酮戊二酸谷氨酸

由于转氨基作用不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基作用与氧化脱氨基作用联合在一起才能迅速脱氨，这种作用就称为联合脱氨作用。

单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基。a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联类型大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。因为生成的谷氨酸可在谷氨酸脱氢酶的催化下氧化脱氨，使α-酮戊二酸再生。转氨酶与L-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

(骨骼肌\心脏\肝脏\脑组织中)α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸因为这些组织中的谷氨酸脱氢酶活性较低。氧化脱氨非氧化脱氨氨基酸的脱酰胺作用转氨基作用联合脱氨基（两种类型）脱氨基作用小结

二、脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛

由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。在脱羧酶催化下，氨基酸脱羧产生CO2和有机胺（一级胺）的过程称为脱羧基作用。

脱羧酶氨基酸脱羧酶催化氨基酸脱羧的专一性很高，一般是一种氨基酸脱羧酶只对一种L-型氨基酸起作用。氨基酸脱羧酶中，除组氨酸脱羧酶不需要辅酶外，各种脱羧酶都以磷酸吡哆醛为辅酶。谷AAγ-氨基丁酸+CO2天冬AAβ-丙AA+CO2赖AA尸胺+CO2鸟AA腐胺+CO2

胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸。

氨的去路：排氨生物：NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类）以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）重新利用合成AA：合成酰胺（高等植物中）嘧啶环的合成（细菌）生成铵盐三、氨基酸分解产物的代谢体内氨的主要代谢去路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(ornithinecycle)的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在于胞液和线粒体中。尿素的生成

（1）氨基甲酰磷酸的合成此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（carbamoylphosphatesynthetase-Ⅰ,CPS-Ⅰ）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。1、尿素循环（鸟氨酸循环）NH3

+CO2

H2O+2ATP2ADP+Pi氨基甲酰磷酸合成酶ⅠAGA，Mg2+NH2O~PO32-CO氨基甲酰磷酸在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithinecarbamoyltrans-ferase,OCT）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。NH2O~PO32-CO(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+H3PO4+氨基甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶（2）瓜氨酸的合成转运至胞液的瓜氨酸在精氨琥珀酸合成酶(argininosuccinatesynthetase)催化下，消耗能量合成精氨酸代琥珀酸。（3）精氨酸代琥珀酸的合成CO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨琥珀酸合成酶ATPAMP+PPi+H2OCH2-CHCOOHCOOHH2NCH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+瓜氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸限速酶在胞液中由精氨琥珀酸裂解酶(arginino-succinatelyase）——精氨酸催化，将精氨琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。

（4）精氨琥珀酸的裂解精氨琥珀酸裂解酶CH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀酸CHCHCOOHCOOH+CNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸延胡索酸在胞液中由精氨酸酶催化，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。（5）精氨酸的水解(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸-NH2H2N-OC+鸟氨酸尿素精氨酸酶H2O

1、合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行；

2、合成一分子尿素需消耗4分子ATP；

3、精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；

4、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。

尿素合成的特点总反应和过程NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O

NH2-CO-NH2+

2ADP+2Pi+

AMP+PPi+延胡索酸是动物细胞排NH3+CO2的方式氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2++H2O2ADP+Pi基质线粒体胞液NH2-C-NH2O尿素PiNH3-酮戊二酸尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。

-酮戊二酸尿素循环(1)形成一分子尿素消耗4个高能磷酸键(2)两个氨基分别来自游离氨和Asp,一个CO2来自TCA循环.（三）AA碳骨架的去路（AA脱氨基的意义）AA分解产生5种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解。五种产物为：乙酰CoA、草酰乙酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸再合成氨基酸转变成糖和脂肪转为酮体生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的氨基酸，按糖代谢途径进行代谢。生酮氨基酸：凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA（可转化为乙酰乙酸、-丁酸）的氨基酸，按脂肪代谢途径进行代谢。既属生酮氨基酸，又属生糖氨基酸的有：苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸。氨基酸碳骨架进入TCA

a、含义在代谢过程中，某些化合物可以分解生成一个碳原子的基团，这种一个碳原子的基团就称为一碳单位。例如，丝氨酸变为甘氨酸时，其分子中减少了一个碳单位，这一个碳单位由四氢叶酸（FH4）分子携带着，后者又可参加某些化合物的合成，如嘌呤的生物合成。凡是属于这种有关一个碳原子的转移和代谢的过程，统称为一碳单位代谢。四、AA与其它含氮化合物的关系b、一碳单位的来源:

亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（HC=O-），羟甲基（-CH2OH