生物化学第九章蛋白质的降解与氨基酸代谢

生物化学第九章蛋白质的降解与氨基酸代谢第一页，共62页。一、蛋白质的消化蛋白质消化的生理意义由大分子转变为小分子，便于吸收。

protein眎胨肽AA消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。第二页，共62页。蛋白质的消化吸收第三页，共62页。二、降解酶

动物的蛋白水解酶，又称肽酶，其作用在于使肽键破坏。肽酶有肽链内切酶（endopeptidase）、肽链外切酶（exopeptidase）和二肽酶3类。这些肽酶对不同氨基酸形成的肽键有专一性：第四页，共62页。

胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶A和羧肽酶B、氨肽酶等（这些酶以酶原的形式分泌）协同作用，最后生成游离氨基酸。下面是几种酶的专一性。（虚线箭头表示酶作用的键）第五页，共62页。第二节氨基酸的分解代谢MetabolismofAminoAcids第六页，共62页。

氨基酸（aminoacids)是蛋白质(protein)的基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。

个别分解代谢→特殊侧链的分解代谢氨基酸的分解代谢脱羧基作用→CO2+胺一般分解代谢→脱氨基作用→NH3+α-酮酸

第七页，共62页。一、氨基酸的脱氨基作用定义：指氨基酸在酶的作用下脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。主要在肝、肾中进行脱氨基方式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

转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联第八页，共62页。㈠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

酶第九页，共62页。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ATPGTPNADH变构抑制ADPGDP变构激活CH2-COOHC=O-CH2COOH--谷氨酸脱氢酶：体内（正）体外（反）第十页，共62页。（二）转氨基作用(transamination)1.定义：在转氨酶的作用下，某一氨基酸脱去α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-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，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。第十一页，共62页。体内较为重要的转氨酶有：⑴丙氨酸氨基转移酶（alaninetrans-aminase,ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。

ALT丙氨酸+α-酮戊二酸丙酮酸+谷氨酸

3.转氨酶第十二页，共62页。⑵天冬氨酸氨基转移酶（aspartatetransaminase,AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。

AST天冬氨酸+α-酮戊二酸草酰乙酸+谷氨酸

第十三页，共62页。第十四页，共62页。4.转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸

磷酸吡哆醛α-酮酸

磷酸吡哆胺谷氨酸α-酮戊二酸转氨酶第十五页，共62页。第十六页，共62页。转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。通过此种方式并未产生游离的氨。5.转氨基作用的生理意义第十七页，共62页。（三）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α-氨基生成α-酮酸的过程。联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。2.类型①转氨基偶联氧化脱氨基作用1.

定义②转氨基偶联嘌呤核苷酸循环第十八页，共62页。①转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸

谷氨酸

α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+转氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶

此种方式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。第十九页，共62页。②转氨基偶联嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle,PNC）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α-酮戊二酸氨基酸

谷氨酸α-酮酸转氨酶1草酰乙酸天冬氨酸转氨酶

2此种方式主要在肌肉组织进行。腺苷酸脱氢酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)第二十页，共62页。第二十一页，共62页。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（四）非氧化脱氨例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA)第二十二页，共62页。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。（五）氨基酸的脱酰胺作用第二十三页，共62页。二、氨基酸分解产物的去向

α-酮酸的代谢去路（C架的去路）

NH3的去路第二十四页，共62页。氨基酸碳架的分解

1.进入TCA循环

丙甘丝苏色半丙酮——丙酮酸二谷精组脯酮酸——α-酮戊二酸二天草乙酸——草酰乙酸甲硫异亮缬苏琥珀——琥珀酸苯丙酪延胡——延胡索酸苏酪亮异乙酰CoA苯酪色

亮赖酮体——乙酰乙酰CoA生糖氨基酸生糖兼生酮氨基酸生酮氨基酸第二十五页，共62页。琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸甘氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸蛋氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸酮体亮氨酸赖氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸脯氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系TCA第二十六页，共62页。2.再合成为氨基酸谷氨酸＋丙酮酸α-酮戊二酸＋丙氨酸谷氨酸＋草酰乙酸α-酮戊二酸＋天冬氨酸氨基酸碳架的分解

第二十七页，共62页。3.转变为糖和脂肪

当体内不需要将α-酮酸再合成氨基酸，并且体内的能量供给充足时，α-酮酸可以转变为糖或脂肪。例如，用氨基酸饲养患人工糖尿病的狗，大多数氨基酸可使尿中的葡萄糖的含量增加，少数几种可使葡萄糖及酮体的含量同时增加。在体内可以转变为糖的氨基酸称为生糖氨基酸，按糖代谢途径进行代谢；能转变为酮体的氨基酸称为生酮氨基酸。

氨基酸碳架的分解

第二十八页，共62页。第二十九页，共62页。甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸类别氨基酸生糖氨基酸生酮氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、类别氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、类别氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸类别氨基酸亮氨酸、赖氨酸生糖兼生酮氨基酸异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸氨基酸生糖及生酮性质的分类第三十页，共62页。

(二)氨的代谢去路1、直接排出体外

海洋水生动物(鱼) 氨 爬行类、鸟类 尿酸 哺乳类 尿素 两栖动物：如青蛙，蝌蚪时排氨，变态成熟后排尿素。

(与其体内的酶变化有关)第三十一页，共62页。

(二)氨的代谢去路2、

生成酰胺指Gln、Asn。

(是体内氨的储存、运转方式，脑组织中氨的主要去路。)第三十二页，共62页。3、生成尿素1.生成部位

主要在肝细胞的线粒体及胞液中。2.生成过程尿素生成的过程由HansKrebs和KurtHenseleit1932年提出，称为鸟氨酸循环(orinithinecycle)，又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit循环。第三十三页，共62页。（1）氨甲酰磷酸的合成

CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO~

PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行第三十四页，共62页。反应由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoylphosphatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)催化。N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。N-乙酰谷氨酸(AGA)第三十五页，共62页。（2)瓜氨酸的合成鸟氨酸氨甲酰基转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。第三十六页，共62页。(3)精氨酸的合成反应在胞液中进行。

精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸第三十七页，共62页。精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸第三十八页，共62页。(4)精氨酸水解生成尿素反应在胞液中进行尿素鸟氨酸精氨酸H2O第三十九页，共62页。鸟氨酸循环2ADP+PiCO2+NH3+H2O氨甲酰磷酸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α-酮戊二酸谷氨酸α-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第四十页，共62页。3.反应小结原料：2分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3个ATP，4个高能磷酸键。第四十一页，共62页。

三、氨基酸脱羧基作用直接脱羧：

脱羧酶分布广、专一性强，每一个氨基酸都有自己对应的脱羧酶。除His外，均需辅酶：磷酸吡哆醛。生成相应的胺，进一步氧化为醛。氧化脱羧：

如丙酮酸脱氢酶系。或如酪氨酸酶使Tyr羟化，生成多巴(dopa)，进一步脱羧成为多巴胺(dopamine)。重要功能生物碱(inplants)或黑素blackskin&hair(inanimals)第四十二页，共62页。第三节氨基酸的生物合成第四十三页，共62页。一、材料来源（一）NH3来源1.植物：生物固氮

硝酸的还原作用

含N有机物分解（蛋白质、氨基酸、酰胺、嘌呤、嘧啶、尿素等）第四十四页，共62页。（1）

生物固氮在特定条件下，N2与其它物质发生化学反应形成含氮化合物的过程，它是微生物、藻类和与微生物共生的高等植物通过自身固氮酶复合物将分子氮转变成NH3的过程。第四十五页，共62页。（2）硝酸还原作用（2）硝酸还原酶(3)亚硝酸还原酶（1）硝酸还原作用的化学本质硝酸还原酶NO2-亚硝酸还原酶NH3AAPr其它含N化合物NO3-第四十六页，共62页。（3）

含氮有机物的分解

主要指蛋白质分解，少量的抗生素、维生素、核酸分解。第四十七页，共62页。一、材料来源（一）NH3来源2.动物：AA的脱氨基作用

嘌呤、嘧啶的分解也生成氨

从消化道吸收来的一些氨。第四十八页，共62页。一、材料来源（二）S的来源：硫酸的还原

细菌、藻类、高等植物能吸收SO42-在体内还原成H2S，用于含硫氨基酸的合成。动物中不存在。植物由外界吸收的硫酸盐先经活化，然后被还原。第四十九页，共62页。一、材料来源（二）S的来源：硫酸的还原1.硫酸离子的活化：第一步是硫酸离子在ATP硫酸化酶催化下与ATP反应，生成腺苷酰硫酸（APS）第二步，APS在相应的激酶催化下，在3—位形成磷酸酯，即磷酸腺苷酰硫酸第五十页，共62页。一、材料来源（二）S的来源：硫酸的还原2.还原

APS或PAPS的还原可以有不同的途径，在小球藻和高等植物内，APS将其磺酰基转移给一个含巯基的载体，再被铁氧还蛋白还原成载体—S—SH，即可用于合成半胱氨酸。第五十一页，共62页。一、材料来源（三）C架的来源

来源于糖酵解、三羧酸循环、PPP途径、光呼吸、乙醛酸循环等途径代谢中间产物。第五十二页，共62页。1.一碳基团的定义在代谢过程中，某些化合物可以分解产生具有一个碳原子的基团，称为“一碳基团”或“一碳单位”。2.种类甲基(methyl)-CH3亚甲基(methylene)-CH2-次甲基(methenyl)-CH=甲酰基(formyl)-CHO亚氨甲基(formimino)-CH=NH

第五十三页，共62页。3.四氢叶酸是一碳单位的载体FH4的生成FFH2FH4FH2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+第五十四页，共62页。4.FH4携带一碳单位的形式

（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）N5—CH3—FH4N5、N10—CH2—FH4N5、N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH4第五十五页，共62页。一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的分解代谢丝氨酸

FH4

—

N5,N10—CH2甘氨酸

FH4—N5,N10—CH=组氨酸

FH4—N5—CH=NH

色氨酸FH4—

N10—CHO一碳基团的来源和互变第五十六页，共62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-FH