第30章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢

1、,第三十章氨基酸的分解代谢,一、蛋白质的降解,（一）内源性蛋白质降解的特点1、有选择性2、细胞的营养状态,每天都有一定量的细胞内蛋白被降解：被异常修饰的非正常蛋白、突变蛋白需及时灭活的具调节活性的蛋白（如关键酶）当aa丰富时，蛋白降解加速食物蛋白供应充足或过量饥饿或糖尿病时无法获得充足的糖做燃料,细胞如何有选择地降解“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,（二）蛋白质降解的反应机制,泛肽：76个氨基酸的小肽,过期蛋白质,泛肽,复合体,溶酶体,蛋白质降解的泛肽途径,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATPAMP+PPi,E

2、3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶体,20S蛋白酶体,ATP,19S调节亚基,去折叠,水解,E1：泛肽活化酶E2：泛肽载体蛋白E3：泛肽-蛋白质连接酶,（ubiquitin）,蛋白质的生理功能,组织细胞重要的组成成分，维持组织、细胞的生长，更新和修补组织,参与多种重要的生理活动(如酶、激素),氧化供能（17.9KJ/g蛋白质）,可转化为糖和脂肪等,氨基酸为含氮化合物合成的提供氮源,（三）机体对外源蛋白质的需要及消化,*总氮平衡：摄入氮=排出氮即蛋白质分解与合成处于平衡，如成人,*正氮平衡：摄入氮排出氮即蛋白质合成量多于分解量，如儿童、孕妇,*负氮平衡：摄入氮排出氮即蛋白质分解量多于合成量，

3、如饥饿、消耗性疾病,食物摄入氮-(尿氮+粪氮),可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系,氮平衡,蛋白质的需要量,成人每日最低需要量:3050g/d,我国营养学会推荐的成人每日需要量:80g/d,取决于其含必需氨基酸种类及含量的多少,必需氨基酸：机体不能合成、必需从食物中摄取：赖、缬、异亮、苯丙、蛋、亮、色、苏氨酸,非必需氨基酸：体内可合成的氨基酸,半必需氨基酸：婴幼儿时期合成量不能满足需要组氨酸和精氨酸,蛋白质的营养价值,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,1、蛋白质的消化,内肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶（水解蛋白质内部肽键）,外肽

4、酶：氨基肽酶、羧基肽酶（从肽链两端开始水解肽键）,主要的酶类：,据水解肽键部位的不同分为两类：,外切酶氨肽酶,内切酶,限制性内切酶,外切酶羧肽酶,最终产物氨基酸,酶原的激活,水解,2、消化过程,（1）胃中消化,胃蛋白酶,胃蛋白酶,胰蛋白酶原,肠激酶,糜蛋白酶弹性蛋白酶羧基肽酶,（+）,酶原的激活,胰蛋白酶,水解,（2）小肠内消化（主要部位）,消化道内几种蛋白酶的专一性,GeneralMetabolismofAminoAcid,氨基酸代谢库(metabolicpool),食物蛋白质,消化吸收,组织蛋白质,分解,合成,合成,脱氨基作用,NH3,-酮酸,尿素,糖,氧化供能,酮体,脱羧基作用,CO2,

5、胺类,其他含氮化合物(purine,pyrimide),转变,氨基酸分解的三个步骤第一步:脱氨基第二步：氨与天冬氨酸的氮原子结合，成为尿素并排除第三步：氨基酸的碳骨架，转化为一般代谢中间体,二、氨基酸的分解代谢,二、氨基酸的分解代谢,氨基酸,酮酸1、氧化：CO2、H2O、ATP2、提供可转化为G（燃料）的3碳和4碳单位,NH4+1、再利用生成AA2、排泄：NH4+、尿素、尿酸,（一）脱氨基作用(DeaminationofAminoAcid),1、转氨基作用氨基转移酶(aminotransferase)转氨酶(transaminase),(Donoraminoacid),(Newaminoaci

6、d),(Newketoacid),(Accepterketoacid),(transaminase),（1）体内比较重要的转氨基反应：,谷丙转氨酶(glutamicpyruvictransaminase,GPT)谷草转氨酶(glutamicoxaloacetictransaminase,GOT),Glu,Pyruvate,-Ketoglutarate(-KG),Ala,GPT,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：肝组织受损破裂结合乙肝抗原等指标进一步确定原因,查肝功抽血化验转氨酶指数,（2）转氨基作用的机制,转氨基作用机制,（醛亚胺）,

7、分子重排,Schiffs碱异构体,(主要是肌肉),（3）葡萄糖-丙氨酸循环,各组织细胞,脱氨,NH3,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,谷氨酰胺,血液,肝脏,脱氨，转化为排泄形式,以Gln、Ala转运氨经济性高效（一举两得）,肌肉剧烈运动,丙酮酸,NH3,丙氨酸,糖异生,糖原,脱氨,酵解,蛋白质分解产能,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，但体内D-氨基酸少，辅基为FAD）,氨基酸氧化脱氨的主要酶：,2、（谷氨酸的）氧化脱氨基,L-谷氨酸脱氢酶,氨基酸+FAD+H2O-酮酸+NH3+FADH2,FADH2+O2FAD+H2O,D或L氨基

8、酸氧化酶,L-Glu氧化脱氨基作用,L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamatedehydrogenase）分布：Liver，Kidney，Brain不需氧脱氢酶，辅酶：NAD+orNADP+()：GTP、ATP()：GDP、ADP,+NH3,-酮戊二酸,L-谷氨酸氧化脱氨基作用,（三）脱酰胺基作用,（四）非氧化脱氨基反应,主要在微生物中进行1、还原脱氨基,2、脱水脱氨基,3、裂解脱氨基,转氨基作用转氨酶种类多、分布广、活性高但氨基酸没有真正脱掉氨基氧化脱氨基作用氨基酸氧化酶只有Glu脱氢酶分布广、活性高，但肌肉缺乏不是体内主要的脱氨基方式,最佳脱氨基的方式是？联合脱氨基=转氨基+氧化脱氨基转氨酶

9、与Glu脱氢酶的联合脱氨基肝、脑、肾嘌呤核苷酸循环肌肉、脑、肾,（五）联合脱氨基作用,-KG,谷氨酸,转氨酶,谷氨酸脱氢酶,肌肉、肝、脑、肾中的嘌呤核苷酸循环,腺苷酸琥珀酸,草酰乙酸,嘌呤核苷酸循环,NH3,天冬氨酸,次黄嘌呤核苷酸,H2O,NH3,H2O,苹果酸,谷-草转氨酶,反应物,嘌呤核苷酸循环（purinenucleotidecycle）,（六）氨基酸的脱羧基作用,1、直接脱羧基,PLP,2、羟化脱羧基,Putrefaction（腐败）ofProtein,胺类(amines)的生成组胺、氨基丁酸等生理活性物质氨(ammonia)的生成其它有害物质的生成苯酚、吲哚、硫化氢等,L-谷氨酸脱

10、氢酶,NAD+H2O,NADH+H+NH4+,-谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸氧化脱氨,(七)氨的转运与排泄,血氨过高可引起中枢神经系统中毒！,1、体内氨的来源AminoAcid脱氨基(Deamination)肠道细菌的腐败作用与尿素(Urea)的分解,肾小管上皮分泌Gln的分解,若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累,酮戊二酸大量转化NADPH大量消耗TCA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,2、氨中毒的可能机制,3、氨的转运,Gln合成酶,谷氨酰磷酸,Gln合成酶,以中性Gln形式转运,肝脏,(主要是肌肉),（3）葡萄糖

11、-丙氨酸循环,各组织细胞,脱氨,NH3,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,谷氨酰胺,血液,肝脏,脱氨，转化为排泄形式,以Gln、Ala转运氨经济性高效（一举两得）,肌肉剧烈运动,丙酮酸,NH3,丙氨酸,糖异生,糖原,脱氨,酵解,蛋白质分解产能,4、氨的排泄,水生生物直接扩散脱氨（NH3）,哺乳、两栖动物排尿素,各种生物根据安全、价廉的原则排氨,直接排氨，不消耗能量；排氨形式越复杂、越耗能,体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。,鸟类、爬虫排尿酸,均来自转氨,不溶于水毒性很小需更多能量,水循环太

12、慢，保留水分同时不中毒，付出高能量代价。,高等植物，以Gln/Asn形式储存氨，不排氨。,1932年HansKrebs提出尿素循环(ureacycle)鸟氨酸循环(ornithinecycle),5、尿素(urea)的生成,UreaBiosynthesis-1,氨基甲酰磷酸(Carbamoylphosphate),CPS-,AGA,（1）氨基甲酰磷酸的合成：氨甲酰磷酸合成酶(carbamoylphophatesynthetase,CPS-),(N-acetylglutamaticacid,AGA),反应部位：线粒体,蛋白质降解转氨反应Glu浓度AGA,最终促进CPS活性,UreaBiosynt

13、hesis-2,（2）瓜氨酸的合成,(Carbamoylphosphate),(Ornithine),(Citrulline),UreaBiosynthesis-3,（3）精氨酸的合成（胞质）,(Citrulline),(Asp),(Argininosuccinate),(Argininosuccinate),(Arginine),(Fumarate),UreaBiosynthesis-4,（4）精氨酸水解生成尿素,(Arginine),(Urea),(Ornithine),尿素生成的要点亚细胞定位：线粒体与细胞质限速酶：氨甲酰磷酸合成酶耗能过程：4ATP/ureaN与C来源：氨基酸脱氨和CO

14、2尿素合成的调节食物蛋白质的影响CPS-的调节尿素合成酶系的调节,尿素循环,部位肝脏细胞,氨基酸,（外来的或自身的）,-酮戊二酸（转氨作用）,谷氨酸,谷氨酸,酮戊二酸,NH4+,CO2,2ADP+Pi+H+,2ATP,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,氨甲酰磷酸,Pi,瓜氨酸,转氨基氨,精氨琥珀酸,ATP,AMP+PPi,延胡索酸,鸟氨酸,精氨酸,H2O,尿素,消耗4ATP能量,三、氨基酸碳骨架的氧化途径,碳骨架的氧化,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,氧化供能或转变成糖类及脂类,生糖氨基酸：甘、丝、丙等多种氨基酸,生酮氨基酸：亮、赖、苯丙、色、酪,生酮兼生糖氨基酸：苯丙