蛋白质的降解和氨基酸代谢

关于蛋白质的降解和氨基酸代谢一、蛋白质的水解水解胞外酶氨基酸

吸收入作为氮源和能源进行代谢。蛋白质不能储备。外源蛋白质第2页,共51页，2024年2月25日，星期天细胞内能有选择的降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能？内源过期蛋白质水解氨基酸？泛肽识别并在溶酶体中水解第3页,共51页，2024年2月25日，星期天泛肽过期蛋白质泛肽复合体溶酶体氨基酸泛肽第4页,共51页，2024年2月25日，星期天提问：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？NH3+—

NH3+—COO-—COO-—外切酶—氨肽酶随机内切酶特定氨基酸间限制性内切酶外切酶—羧肽酶最终产物—氨基酸第5页,共51页，2024年2月25日，星期天氨基酸代谢库：食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解的氨基酸（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。生酮氨基酸生糖氨基酸第6页,共51页，2024年2月25日，星期天氨基酸？分解NH3、尿素、尿酸CO2、H2O、ATP合成其他合成？四大物质、激素等二、氨基酸的共同反应第7页,共51页，2024年2月25日，星期天脱氨酶NH3？OO

α酮酸（一）脱氨基作用定义：氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用。脱氨基作用是氨基酸分解代谢最主要的反应。氨基酸脱氨基的主要方式：转氨基（氨基转移）作用氧化脱氨基作用联合脱氨基作用

第8页,共51页，2024年2月25日，星期天L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）1.氧化脱氨作用脱氨酶——脱氢氧化酶酶——L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶酶2H+H+亚氨基酸不稳定H2O+H+水解加氧脱氢NH4+α-酮酸本应是L-氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该酶分布不普遍，活力低（pH=7)，作用小。！？提问：那种酶作用最重要？2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。第9页,共51页，2024年2月25日，星期天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。在动物体内仅分布于肝﹑肾，且活性不高，因此作用不大。

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。是别构酶，别构抑制剂：ATP﹑GTP、DADH；别构激活剂：ADP﹑GDP+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）第10页,共51页，2024年2月25日，星期天有毒！L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2ONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-酮戊二酸谷氨酸氧化脱氨第11页,共51页，2024年2月25日，星期天若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累α酮戊二酸大量转化NADPH大量消耗三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。三羧酸循环丙酮酸α酮戊二酸氨中毒原理L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2ONADH+H++NH4+

α-谷氨酸

α-酮戊二酸第12页,共51页，2024年2月25日，星期天还原脱氨基、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）2、非氧化脱氨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第13页,共51页，2024年2月25日，星期天由解氨酶催化

CH2-CHNH2-COOH(OH)CH=CH-COOH(OH)+NH3L-苯丙氨酸

(酪氨酸)反式肉桂酸(反式香豆酸)单宁等次生物辅酶QPAL第14页,共51页，2024年2月25日，星期天3.谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨？脱氨H2ONH3谷氨酰胺谷氨酸天冬酰胺与之类似。NH3何处去呢？谷氨酰胺酶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。第15页,共51页，2024年2月25日，星期天4.

转氨基作用特点：a.可逆，受平衡影响

b.氨基大多转给了α-酮戊二酸（产物谷氨酸）转氨酶α-氨基酸

α-酮酸

α-氨基酸α-酮酸逆过程交换三羧酸循环丙酮酸α酮戊二酸提问：为什么多转给α-酮戊二酸？答案：来源有保证，谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生α-酮戊二酸。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。第16页,共51页，2024年2月25日，星期天

转氨酶(transaminase)/氨基转移酶(aminotransferase)

催化氨基转移的酶，广泛存在于各组织中，以心肝脑肾含量较高。重要的转氨酶有：

1）.2）.谷丙转氨酶（glutamicpyruvictransaminase,GPT）〔或丙氨酶氨基转移酶（alanineaminotransferase,ALT）〕谷草转氨酶（glutamicoxaloacetictransaminase,GOT）〔或天冬氨酸氨基转移酶（aspartateaminotransferase,AST）〕第17页,共51页，2024年2月25日，星期天

哺乳动物细胞中氨基的集合作用是在细胞质中。起催化作用的酶是细胞质中的天冬氨酸转氨酶，该酶催化的转氨产物是谷氨酸。谷氨酸进入线粒体，谷氨酸或直接脱氨，或在天冬氨酸转氨酶作用下将α-氨基转移给草酰乙酸又形成天冬氨酸。在线粒体内，天冬氨酸是尿素形成时氨基的直接供给者，又可形成腺苷酸代琥珀酸。第18页,共51页，2024年2月25日，星期天提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液。（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？转氨基本质上没有真正脱氨。第19页,共51页，2024年2月25日，星期天葡萄糖-丙氨酸循环，氨运入肝脏

肌肉中的氨基转移酶，可把丙酮酸作为它的

-酮酸的载体。在它们的作用下，产物为丙氨酸，丙氨酸被释放到血液，经血液循环进入肝脏，在肝脏中经转氨作用又产生丙酮酸，通过葡萄糖异生途径形成葡萄糖，葡萄糖通过血液循环回到肌肉中，通过糖酵解作用降解为丙酮酸。称为葡萄糖-丙氨酸循环第20页,共51页，2024年2月25日，星期天产物反应物5.联合脱氨————转氨与氧化脱氨的联合谷氨酸L-谷氨酸脱氢酶α-酮戊二酸转氨酶NH4+α-氨基酸NAD++H2Oα-酮酸NH32H由于两种酶活性强，分布广，动物体内大部分氨基酸联合脱氨。骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要以嘌呤核苷酸脱氨基为主。NADH+H+由于转氨并不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基和氧化脱氨联合在一起才能迅速脱氨。(1)转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用第21页,共51页，2024年2月25日，星期天第22页,共51页，2024年2月25日，星期天产物腺苷酸琥珀酸草酰乙酸嘌呤核苷酸联合脱氨基谷氨酸α-酮戊二酸转氨酶α-氨基酸α-酮酸NH3NH3天冬氨酸次黄苷酸H2ONH3H2ONAD+NADH+H+腺苷酸延胡索酸苹果酸谷-草转氨酶H2O反应物(2)嘌呤核苷酸循环（肌肉中的联合脱氨基方式）第23页,共51页，2024年2月25日，星期天第24页,共51页，2024年2月25日，星期天(二)脱羧基作用

AA胺类化合物脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）R1COOHH-C-NH2--HR2O=C--+AA胺类化合物脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）磷酸吡哆醛R1COOHH-C-N=C---H-R2醛亚胺+H2OR1HH-C-N=C---H-R2CO2H2OHR2O=C--+R1HH-C-NH2--专一性强第25页,共51页，2024年2月25日，星期天谷AAγ-氨基丁酸+CO2天冬AAβ-丙AA+CO2赖AA尸胺+CO2鸟AA腐胺+CO2丝氨酸乙醇胺胆碱卵磷脂色氨酸吲哚丙酮酸吲哚乙醛吲哚乙酸

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。RCH2NH2+O2+H2ORCHO+H2O2+NH3RCHO+1/2O2RCOOHCO2+H2OAA尿素第26页,共51页，2024年2月25日，星期天

1.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（核酸代谢）(三)NH3的代谢去路第27页,共51页，2024年2月25日，星期天2.氨的转运（向动物肝脏的运输）以Gln的形式（氨的主要运输形式）：

NH4++Glu+ATPGln+ADP+Pi+H+Gln+H2OGlu+NH4+以Ala转运（葡萄糖-丙氨酸转运：肌肉）

NH4++

-酮戊二酸+NADPH+H+Glu+NADP++H2OGlu+丙酮酸

-酮戊二酸+AlaAla+

-酮戊二酸Glu+丙酮酸Gln合成酶Gln酶Glu脱氢酶丙酮酸转氨酶丙酮酸转氨酶在肌肉在肝脏尿素循环尿素循环第28页,共51页，2024年2月25日，星期天3.尿素的形成——尿素循环（鸟氨酸循环）部位——肝脏细胞氨基酸（外来的或自身的）α-酮戊二酸（转氨作用）谷氨酸谷氨酸α酮戊二酸NH4+CO22ADP+Pi+H+2ATPPi鸟氨酸瓜氨酸氨甲酰磷酸Pi瓜氨酸转氨基—氨精氨琥珀酸ATPAMP+PPi延胡索酸鸟氨酸精氨酸H2O尿素消耗4ATP能量第29页,共51页，2024年2月25日，星期天

尿素循环的详细步骤

1.氨基甲酰磷酸的合成（线粒体）

2.瓜氨酸的合成（线粒体）

3.精氨琥珀酸的合成（细胞质）

4.精氨酸的合成（细胞质）

5.精氨酸水解生成尿素（细胞质）

第30页,共51页，2024年2月25日，星期天1.氨甲酰磷酸的合成（线粒体）线粒体中的氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）：变构酶，变构激活剂：N-乙酰谷氨酸（AGA），用氨做氮的供体，参与尿素的合成。细胞质内还有另外一类氨甲酰磷酸合成酶，即氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（CPS-Ⅱ），用谷氨酸做氮的供给体，参与嘧啶生物合成。HCO3-+第31页,共51页，2024年2月25日，星期天CO2

＋NH3

＋H2O＋2ATP氨甲酰磷酸＋2ADP＋Pi精氨酸AGA乙酰CoA＋谷氨酸AGA合成酶CPS-Ⅰ（+）（+）第32页,共51页，2024年2月25日，星期天2.瓜氨酸的合成（线粒体）第33页,共51页，2024年2月25日，星期天3、4.精氨琥珀酸和精氨酸的合成（细胞质）第34页,共51页，2024年2月25日，星期天5.精氨酸水解生成尿素（细胞质）第35页,共51页，2024年2月25日，星期天

尿素的两个氨基，一个来源于氨，另一个来源于天冬氨酸；一个碳原子来源于HCO3-，共消耗4个高能磷酸键，是一个需能过程，但谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸反应生成1分子NADH；延胡索酸经草酰乙酸转化为天冬氨酸也形成1分子NADH。两个NADH再氧化，可产生5个ATP。总反应第36页,共51页，2024年2月25日，星期天尿素合成的调节

1.食物蛋白质的影响：高蛋白饮食→尿素合成速度↑

2.CPS-Ⅰ的调节：精氨酸↑→尿素合成速度↑

N-乙酰谷氨酸激活该酶

3.尿素合成酶系的调节精氨酸代琥珀酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶（肝细胞再生时，活性↓）

第37页,共51页，2024年2月25日，星期天高血氨症正常血氨浓度﹤0.6μmol/L

血氨浓度↑高血氨症常见原因：肝功能严重损害尿素合成的酶缺陷

第38页,共51页，2024年2月25日，星期天鸟类、爬虫排尿酸均来自转氨不溶于水，毒性很小，合成需要更多的能量。提问：为什么这类生物如此排氨？水循环太慢，保留水分同时不中毒得付出高能量代价。高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。第39页,共51页，2024年2月25日，星期天生酮氨基酸(只能转化为脂肪）（四）α-酮酸的转化(1)合成氨基酸（合成代谢占优势时）(2)进入三羧酸循环彻底氧化分解!(3)转化为糖及脂肪除亮氨酸、赖氨酸外的氨基酸可由？转化为糖。糖异生第40页,共51页，2024年2月25日，星期天碳骨架的氧化（肝脏中）异柠檬酸柠檬酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环乙酰CoAα-酮戊二酸琥珀酰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丙酮酸精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸谷氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬酰胺谷氨酰胺第41页,共51页，2024年2月25日，星期天四、氨基酸的生物合成概论对动物来说：必需氨基酸—动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得才能维持正常生长发育。苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。非必需氨基酸——凡是动物体内能合成的氨基酸。对植物来说：能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根来合成氨基酸。对微生物来说：不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。第42页,共51页，2024年2月25日，星期天柠檬酸循环糖酵解戊糖磷酸途径氨基酸分解途径氨基酸合成的碳架来源：氨基酸合成的氨基来源：起始于无机氮，即无机氮先转变为氨气，再转变为含氮有机化合物。第43页,共51页，2024年2月25日，星期天氨基酸的分族柠檬酸循环α-酮戊二酸草酰乙酸谷氨酸天冬氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酰胺天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸赖氨酸（天冬氨酸族）（谷氨酸族）第44页,共51页，2024年2月25日，星期天糖酵解丙酮酸丝氨酸半胱氨酸甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸甘油-3-磷酸（丝氨酸族）（丙酮酸族）第45页,共51页，2024年2月25日，星期天糖酵解苯丙氨酸色氨酸酪氨酸组氨酸磷酸烯醇式丙酮酸赤藓糖-4-磷酸戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径核糖-5-磷酸（芳香族氨基酸）第46页,共51页，2024年2月25日，星期天无机界有机界N2NH3NO3-氨基酸核苷酸叶绿素蛋白质DNA、RNA多糖脂类无机