生物化学王镜岩第三蛋白质降解和氨基酸的分解代谢

生物化学王镜岩第三蛋白质降解和氨基酸的分解代谢第1页/共114页

学习目的与要求

通过本章的学习使学生掌握

1.蛋白质的营养作用

2.氨基酸分解代谢的一般方式

3.氨基酸分解产物在生物体的去路

4.三大物质的代谢关系第2页/共114页

蛋白质的营养作用1.氮平衡氮平衡:

摄入氮量与排出氮量的关系总氮平衡:

摄入氮量=排出氮量正氮平衡:

摄入氮量>

排出氮量负氮平衡:

摄入氮量<排出氮量

成人每天排出5克氮2.必需氨基酸提供必需氨基酸:Lys,Thr,Val,Leu,Ile,Met,Trp,Phe半必需氨基酸:Arg,His第3页/共114页

3.生物体的主要组成成分

动物生长发育、更新修补氧化供能，转化为其他重要含氮化合物4.参与和调节体内各种代谢活动

如血红蛋白运送酶、激素和氧气等第4页/共114页(一)体内蛋白质降解特性①选择性的降解非正常蛋白质②蛋白质降解速度与营养和激素状态有关蛋白质的降解第5页/共114页

①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；②具有重要生理功能的酶蛋白，寿命短；③维持体内AA代谢库；④防御机制组成部分；⑤蛋白质前体的裂解加工。1.体内蛋白质降解的意义第6页/共114页①排除不正常的蛋白质，避免积累带来的危害；②排除过多的酶和调节蛋白，使代谢正常进行。2.氨基酸-蛋白质-氨基酸的意义第7页/共114页动物消化道酶植物果实酶微生物细菌真菌放线菌酶制剂胃酶胰酶/胰凝乳蛋白酶肽酶/氨肽酶/羧肽酶內肽酶

外肽酶（二）蛋白质的酶促水解1.水解过程：(酸/碱/酶)protein胨肽AA2.酶促降解第8页/共114页3.蛋白质降解的泛肽途径溶酶体系统（酸性系统):

水解长寿命蛋白和外来蛋白泛肽系统（碱性系统）：水解短寿命蛋白和反常蛋白第9页/共114页蛋白质降解的泛肽途径E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶体20S蛋白酶体ATP19S调节亚基去折叠水解E1：泛肽激活酶E2：泛肽载体蛋白

E3：泛肽-蛋白质连接酶（ubiquitin）泛素

第10页/共114页(三)蛋白质的消化

食物蛋白胃，胃蛋白酶作用为小肽小肠，胰蛋白酶、糜蛋白酶作用为更小短肽，肠黏膜的二肽酶、氨肽酶和胰脏分泌的羧肽酶彻底水解为各种AA肠壁细胞肝脏血液组织、细胞。

第11页/共114页1.常见蛋白水解酶

酶

位点（或底物）

胰蛋白酶(Trypsin）Lys,Arg的羧基端胰凝乳(糜)蛋白酶Phe,TrpTyr的羧基端

(Chymotrypsin)胃蛋白酶(Pepsin)Phe,Trp,Tyr的氨基端氨肽酶(aminopeptidase)肽的氨基端羧肽酶(carboxypeptidase)肽的羧基端二肽酶(dipeptidase)二肽第12页/共114页2.人体吸收蛋白质的形式

过去认为，蛋白质在消化道酶促水解后，主要以氨基酸的形式吸收。近年的科学研究结果表明，人体吸收蛋白质的主要形式不是以氨基酸的形式吸收的，而是以多肽的形式吸收的，这是人体吸收蛋白质机制的重大突破。第13页/共114页

近30年的研究表明，蛋白质在人体消化中必须降解成小肽才能被人体吸收和利用。大部分水解成2～3个氨基酸残基组成的小肽，然后在小肠中以完整的形式被人体吸收，进入循环系统，被人体组织利用，或转换合成人体蛋白，发挥生理作用。第14页/共114页近10年来，科学家还发现，小分子活性多肽运转系统具有耗能低而不易饱和的特点。人体对肽中氨基酸残基组成的小肽的吸收速度大于对氨基酸的吸收速度。大量试验证明：这就是小肽与氨基酸的吸收机制的不同之处。研究表明小肽为底物时，肠腔刷状缘膜的氨肽酶活性增加，二肽酶和氨基酸载体的活性和数目有所增加。

第15页/共114页3.多肽吸收机制的十大特点：①不需消化，直接吸收；②吸收快速；③吸收时，多肽体不会被破坏；④多肽具有100%被人体吸收的特点；⑤多肽具有主动吸收的特点；第16页/共114页多肽吸收机制的十大特点：⑥多肽具有优先被人体吸收的特点；⑦人体对多肽的吸收不需耗费能量和增加消化道、特别是胃肠功能负担的特点；⑧多肽在人体表现出载体作用；⑨多肽可在人体起运输工具的作用；⑩多肽被人体吸收后，可在人体中起信使作用。第17页/共114页4.氨基酸的吸收蛋白质经水解成为aa后，肠粘膜细胞膜上具有运输氨基酸的载体蛋白，能与氨基酸和Na+形成三联体，转入细胞膜内。①.中性氨基酸载体

此类载体可转运芳香，脂肪，含硫，组氨酸，谷氨酸胺和天冬酰胺，最快的一类转运载体，其吸收率为:Met>Ile>Val>Phe>Trp>Thr第18页/共114页②.碱性氨基酸载体此类载体可转运Lys,Arg，转运速率为中性氨基酸转运速率的10%。③.酸性氨基酸载体此类载体可转运Asp,Glu,转运速率与碱性氨基酸载体差不多。④.亚氨基酸及甘氨酸载体此类载体可转运Pro,Hyp,Gly，转运速率最低。第19页/共114页急性胰腺炎（Acutepancteatitis）

胰液分泌到肠内的分泌途径障碍，蛋白水解酶酶原预先成熟转变为催化的活性形式，这些活性水解酶在胰腺细胞内攻击自身组织，损伤器官，严重时可致命。严重者死亡率为20%，有并发症者可达50%。急性胰腺炎是多种病因导致胰酶在胰腺内被激活后引起胰腺组织自身消化、水肿、出血甚至坏死的炎症反应。

第20页/共114页食物蛋白过敏人体在正常情况下，对食物蛋白分解的蛋白胨容易消化而不被或很少吸入血液，但如果一次食量过多（过食猪肉和海鲜），同时精神激动和大量饮酒时，蛋白胨可以通过肠粘膜吸收入血而致病，出现皮肤充血发红、风团，伴头痛、乏力。这种显现也叫蛋白胨性荨麻疹。

第21页/共114页氨基酸分解代谢（一）氨基酸代谢概况（三）氨基酸的脱羧基作用（二）氨基酸的脱氨基作用（四）氨基酸分解产物的转化第22页/共114页血液中的氨基酸食物消化吸收组织蛋白分解非蛋白物转化合成组织蛋白氧化分解转变为糖和脂肪合成其他含氮物氨基酸的来源与去路第23页/共114页氨基酸代谢图第24页/共114页氨基酸分解的共同途径（一）氨基酸代谢概况第25页/共114页氨基酸的分解代谢部位：肝脏氨基酸的功能

合成蛋白质；能量代谢；含氮化合物的前体分解步骤脱氨作用氨与天冬氨酸的氮原子结合，生成尿素氨基酸的碳骨架转化为代谢中间体第26页/共114页氨基酸代谢概况食物蛋白质氨基酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物TCA鸟氨酸循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤SO42

-（次生物质代谢）CO2胺第27页/共114页

脱氨作用是氨基酸失去氨基的作用。氨基酸的脱氨基作用由氨基酸氧化酶催化。包括：氧化脱氨：动、植物中普遍存在；非氧化脱氨：微生物中，不普遍。

动物的脱氨主要发生在肝脏中。（二）氨基酸的脱氨基作用第28页/共114页

（二）氨基酸的脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用1、氧化脱氨基作用

2、转氨基作用3、联合脱氨基作用第29页/共114页1氧化脱氨基作用

氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的α-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。

大部分的氧化脱氨基作用发生于谷氨酸的氧化脱氨基作用（此反应中-酮戊二酸具有接受脱下的氨基的优势），在谷氨酸脱氢酶作用下产生氨。第30页/共114页第31页/共114页氧化脱氨基作用主要有以下两种类型：

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2

L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H氨基酸脱氢酶（不需氧）氨基酸氧化酶（需氧）第32页/共114页氧化脱氨

由氨基酸氧化酶催化，酶是一种黄素蛋白1．L-aaoxidase，分布不广、活力低，一类以FAD为辅基、另一类以FMN为辅基（人和动物）。对Gly;L-Ser,L-Thr;L-Glu,L-Asp;Lys,Arg,Ornithine无作用。2．D-aaoxidase，以FAD为辅基，分布广，但作用不大。3．氧化专一aa的酶。第33页/共114页L-谷氨酸脱氢酶

（L-GluDehydrogenase：L-GludHE）L-Glu+NAD(P)+-ketoglutarate+NH3+NAD(P)H+H+

味精生产发酵菌的L-GludHE活力非常高，利用糖代谢的中间产物-ketoglutarate发酵生产味精，NADPH来自于异柠檬酸脱氢。

第34页/共114页L-GludHE第35页/共114页L-GludHE的反应及调节第36页/共114页2.转氨基作用（Transamination）

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2转氨酶

在转氨酶（Transaminase）的催化下，α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的α-氨基酸生成相应的α-酮酸，而原来的α-酮酸则形成了相应的α-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。第37页/共114页谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)酶均以磷酸吡哆醛为辅基。Lys,Arg,Thr,Pro不能通过转氨酶转氨。GPT主要存在于肝脏GOT存在于心脏及其它的组织第38页/共114页谷氨酰胺的生成和利用+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺α-酮戊二酸谷氨酸第39页/共114页转氨基作用——葡萄糖-丙氨酸循环与常规的转氨作用相反，存在肌肉氨基转移酶。把丙酮酸作为-酮酸底物，产物为丙氨酸，产物进入血液，运送到肝脏，在肝脏经转氨基作用，产生丙酮酸，进行糖异生，葡萄糖回到肌肉中，以酵解的方法产生丙酮酸，即葡萄糖-丙氨酸循环。第40页/共114页葡

萄

糖

-

丙

氨

酸

循

环第41页/共114页3联合脱氨基作用（UnitedDeamination）

（1）概念转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式。

氨基酸脱氨通过转氨作用和L-谷氨酸脱氢酶催化的Glu氧化脱氨作用联合完成。弥补氨基酸氧化酶分布少、活力低的缺陷。广泛存在，但并不是所有组织细胞的主要脱氨方式。第42页/共114页（2）类型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第43页/共114页通过转氨和脱氢酶联合脱氨

（UnitedDeamination)除心肌和骨骼肌外的器官内的主要脱氨方式尿素

第44页/共114页转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联

转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸第45页/共114页通过核苷酸联合脱氨作用

（UnitedDeamination）

嘌呤核苷酸循环的联合脱氨作用，次黄嘌呤核苷一磷酸(IMP)与Asp形成腺苷酸代琥珀酸(adenylosuccinate)，再经裂合酶分解AMP和延胡索酸，AMP水解产生游离NH3和IMP。骨骼肌、心肌、肝脏及脑中主要的脱氨方式。第46页/共114页转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联

AMPIMPAMP代琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸AspGlua-酮戊二酸a-酮酸氨基酸GOT合成酶裂解酶H2ONH3NAD+NADH+H+NH3第47页/共114页通过腺苷酸联合脱氨第48页/共114页脱酰胺作用第49页/共114页非氧化脱氨基作用（自学）

（1）直接脱氨基作用（2）还原脱氨基作用（3）水解脱氨基作用（4）脱水脱氨基作用（5）氧化还原脱氨基作用第50页/共114页2.脱水脱氨：（动物及微生物）

3.脱硫化氢脱氨（动物及微生物）

ASP

延胡索酸+NH3

COOHCHNH2CH2OH

COOHCNH2CH2

COOHC=NH2CH3

COOHC=OCH3NH3+脱水酶H2OH2O

COOHCHNH2CH2SH+

COOHCNH2CH2

COOHC=NH2CH3

COOHC=OCH3NH3脱硫酶H2SH2O1.直接脱氨（微生物）第51页/共114页4.水解脱氨（微生物）

COOHCHNH2HOCHCH3

COOHCH2CH3

COOHCH2CH2CH3NH3CO2H2O+++5.还原脱氨（微生物）

COOHCHNH2R

COOHCH2R+NH32H第52页/共114页(三)、氨基酸的脱羧基作用1、概念

氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。

脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。作用专一性很高，一般一种氨基酸只有一种脱羧酶，且只对L-型氨基酸起作用，只有His脱羧酶不需要辅酶。第53页/共114页

3、生理意义：

生理效应。如:γ--氨基丁酸—中枢神经抑制,神经系统的能量来源,组胺—降低血压,扩张血管,5-羟色胺--血管收缩,血压升高.

生物合成的前体。如:β-丙氨酸,色胺

4、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）直接脱羧胺羟化脱羧羟胺

2、类型:第54页/共114页氨基酸的脱羧作用如:谷氨酸γ--氨基丁酸+CO2

组氨酸组胺+CO2

色氨酸5-羟色胺+CO2第55页/共114页氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶专一性很高，一种氨基酸对应一种脱羧酶，仅对L-氨基酸发生作用。只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。第56页/共114页脱羧作用第57页/共114页胺的分解代谢多数胺类物质有毒体内有胺氧化酶胺胺氧化酶醛氨脂肪酸尿素氨基酸第58页/共114页（四）氨基酸分解产物的转化1、氨的代谢转变2、氨基酸碳骨架的代谢途径第59页/共114页1氨的代谢转变（1）重新生成氨基酸（2）谷氨酰胺的生成（3）尿素的生成——尿素循环（4）合成其他含N物质第60页/共114页谷氨酸的重新生成L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H第61页/共114页

主要是通过Gln，多数动物细胞有Gln合成酶，催化NH3+Glu+ATPGln+ADP+Pi。Gln运送到肝脏，谷氨酰胺酶（glutaminase）催化其裂解，释放NH4+。

氨的转运第62页/共114页氨的命运——氨的转运谷氨酸谷氨酰-5-磷酸谷氨酰胺ATPADPNH4+Pi+H+E:谷氨酰胺合成酶第63页/共114页氨的命运氨基酸通过脱氨基作用后将氨基氮转化为氨，而氨对生物机体是有毒物质，必需排泄出。氨的排泄有三种：（I）直接以氨的形式排泄，如水生或海洋动物；（II）将氨转化为尿素排泄，如大部分动物均如此；（III）将氨转化为固体的尿酸排泄，如鸟类和陆生的爬虫类。氨在生物体内的运输形式通常是谷氨酰胺，因为它对生物机体是无毒的。第64页/共114页氨的排泄1.

排氨，氨经Gln运送到排泄部位（如鱼鳃），Gln酶裂解出游离氨借助扩散运动排出体外，鱼类,原生动物,水生动物。2.排尿素—尿素（鸟氨酸）循环，人类、哺乳动物。第65页/共114页氨的排泄3.排尿酸，爬虫类和鸟类以尿酸作为氨的主要排泄形式（灵长类、鸟类和陆生爬虫类嘌呤代谢的产物也是尿酸）。4.自然界还有许多其他排氨方式，蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄方式；许多鱼类以氧化三甲胺排氮；高等植物则以Gln和Asn的形式把氨基氮储存于体内。第66页/共114页尿素的生成a、概念

在排尿动物体内由NH3合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环。尿素循环部分发生在线粒体，部分发生在细胞溶胶。第67页/共114页鸟氨酸循环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+NH3+H2O2ADP+Pi基质线粒体胞液NH2-C-NH2O尿素第68页/共114页氨甲酰磷酸的合成第69页/共114页氨

甲

基

磷

酸

合

成

酶

催

化

的

反

应CO2羰基磷酸氨基甲酸酯氨甲酰磷酸第70页/共114页瓜氨酸的合成第71页/共114页精氨琥珀酸的合成第72页/共114页精氨酸的生成第73页/共114页精氨酸裂解生成尿素第74页/共114页尿素循环与三羧酸循环延胡索酸天冬氨酸苹果酸草酰乙酸第75页/共114页肝昏迷（Hepaticcoma）肝脏病变不能解除AA代谢产生的氨的毒性，一般通过在脑中与Glu形成Gln实现解毒，Glu用于解毒，须消耗TCA的中间产物-酮戊二酸而导致TCA中间产物的流失，阻滞TCA的进行，影响脑中能量代谢，造成昏迷－肝昏迷。第76页/共114页氨基酸碳骨架的代谢途径

人体10-15%的能量来自于氨基酸的氧化分解，氨基酸的碳架以5种产物形式进入TCA（分别为丙酮酸或乙酰-CoA,-酮戊二酸,琥珀酰-CoA,延胡索酸

,草酰乙酸

）彻底氧化为H2O和CO2、还可以糖元异生或生酮。

第77页/共114页氨基酸碳骨架的代谢途径（1）再氨基化生成氨基酸（2）转变成糖或脂肪生糖氨基酸和生酮氨基酸（3）氧化成CO2和H2O第78页/共114页氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸磷酸烯醇式酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸异亮氨酸亮氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸葡萄糖柠檬酸第79页/共114页形成乙酰CoA的途径氨基酸丙酮酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰CoA（1）（2）第80页/共114页A

A

分

解

为

乙

酰

辅

酶

A丙氨酸甘氨酸丝氨酸苏氨酸半胱氨酸色氨酸第81页/共114页AA转变为Py氨基丙酮第82页/共114页苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸延胡索酸乙酰辅酶A

亮氨酸赖氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA到乙酰CoA（2）-酮己二酸第83页/共114页AA变为-酮戊二酸第84页/共114页AA变为琥珀酰CoA甲基丙二酰CoA丙酰CoA琥珀酰CoA第85页/共114页延胡索酸途径苯丙氨酸酪氨酸草酰乙酸途径天冬氨酸天冬酰胺第86页/共114页氨基酸碳骨架的降解小结20种主要氨基酸形成7种分子

丙酮酸

乙酰辅酶A

乙酰乙酰辅酶A

琥珀酰辅酶A

延胡索酸草酰乙酸

-酮戊二酸第87页/共114页氨基酸分解分类生糖氨基酸（GlycogenicAA）分解产物为糖代谢的中间物，如Py,Oxaloacetate,-Ketoglutaricacid,Fumarate等。15AAs。生酮氨基酸（KetogenicAA）分解产物为AcetylCoA,或Acetoacetate。Leu。生糖生酮氨基酸，Ile,Lys,Phe,Tyr。第88页/共114页草酰乙酸磷酸烯醇式酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸异亮氨酸亮氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸葡萄糖柠檬酸第89页/共114页生

酮

生

糖

氨

基

酸第90页/共114页

氨基酸衍生的重要物质氨基酸与一碳单位氨基酸与生物活性物质第91页/共114页一

碳

单

位

某些氨基酸在代谢过程中产生含一个碳原子的基团，经过转移参与生物合成反应，这种含一个碳原子的基团被称为一碳单位[C1Unit或OneCarbonUnit]。一碳单位生成和转移的代谢为一碳代谢。第92页/共114页一碳单位类别生物体的一碳单位有：甲基[-CH3，methyl]、甲烯基[-CH2，methylene]、甲炔基[-CH=，methenyl]、甲酰基[-CHO，formyl]、亚氨甲基[-CH=NH，formimino]等。第93页/共114页许多氨基酸都可作为一碳单位的来源。一碳单位不仅与氨基酸代谢密切，也与嘌呤和嘧啶的生物合成及S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的生物合成相关。SAM是许多生物合成的甲基来源。第94页/共114页一碳转移反应中重要的酶辅助因子第95页/共114页一碳单位的转移主要靠四氢叶酸（THF），一碳单位与THF的N5,N10以共价键相连。N5,N10-亚甲基THFTHF丝氨酸羟甲基转移酶第96页/共114页四氢叶酸第97页/共114页四

氢

叶

酸

的

活

性

部

位第98页/共114页一碳基团的

来源与转变S-腺苷蛋氨酸N5-CH2-FH4N5N10-

CH2-FH4N5，N10=CH-FH4

N10-CHO-FH4N5，

N10-CH2-FH4还原酶N5，

N10-CH2-FH4脱氢酶环水化酶

丝氨酸

组氨酸甘氨酸参与

甲基化反应为胸腺嘧啶合成提供甲基参与嘌呤合成FH4FH4FH4

HCOOHH2ONAD+NDAH+H+NAD