第七章-蛋白质分解及氨基酸代谢.ppt

1、第七章蛋白质分解及氨基酸代谢,李春洋 温州医学院生物化学教研室,第一节蛋白质的消化、吸收与腐败,一、蛋白质的消化,蛋白质的消化是指在多种蛋白酶及肽酶的协同作用下，蛋白质在胃及肠道内水解为氨基酸或小肽后再被吸收的过程。,碱性氨基酸,芳香族氨基酸,脂肪族氨基酸,二、氨基酸的吸收与转运,蛋白质的消化产物主要是游离氨基酸及一些小肽（主要是二肽和三肽），可被小肠粘膜所吸收（在小肠粘膜中被肽酶水解为游离氨基酸）。 遗传学、转运实验和分子克隆研究证明：氨基酸主要通过小肠粘膜的刷状缘上的转运蛋白转运吸收。目前已证实的氨基酸转运蛋白至少有7种。,氨基酸,谷胱甘肽, -谷氨酰转移酶,半胱氨酰甘氨酸,-谷氨酰氨基酸

2、, -谷氨酰环化转移酶,5-氧脯氨酸,氨基酸, 5-氧脯氨酸酶,ATP,谷氨酸,ADP+Pi, 二肽酶,甘氨酸,半胱氨酸,ATP, -谷氨酰半胱氨酸合成酶,ADP+Pi,-谷氨酰半胱氨酸, 谷胱甘肽合成酶,ATP,谷胱甘肽,ADP+Pi,（二）-谷氨酰基循环,三、蛋白质的肠内腐败作用,肠道细菌的腐败作用是指未被消化的食物蛋白质及未被吸收的氨基酸和小肽在肠道细菌（主要是大肠杆菌）的作用下产生一系列产物的过程。 腐败作用是细菌本身的代谢过程，以无氧分解为主。 腐败产物中有些是有一定营养价值的，如维生素及脂肪酸等；而大多数腐败产物对人体有害，如胺类、氨、吲哚、硫化氢、酚类等。,（一）胺的生成,蛋白质

3、,氨基酸,胺类,组氨酸,组胺,赖氨酸,尸胺,色氨酸,色胺,酪氨酸,酪胺,CO2,氨基酸脱羧酶,苯丙氨酸,苯乙胺,酪氨酸,酪胺,苯乙醇胺,羟酪胺,（二）酚类的生成,（三）吲哚及甲基吲哚的生成,硫醇 + CH3 + H2S,（四）硫化氢的产生,（五）氨的生成,肠 菌,H2O,脲酶,第二节蛋白质的降解,一、蛋白质合成与降解的平衡 二、蛋白质的生物半衰期,三、蛋白质降解的酶类和途径,（一）溶酶体途径 体内蛋白降解的溶酶体途径无需ATP的参与，故称为非ATP依赖性蛋白降解途径。 溶酶体是一种具有单层膜结构的细胞器，含有50多种水解酶，称为组织蛋白酶（最适pH偏酸性）。 通过这一途径降解的主要是一些膜结合

4、蛋白、胞内长半衰期蛋白质及细胞外蛋白质。,（二）蛋白酶体途径,ATP-依赖的蛋白质降解机制既需要ATP，也需要泛素。 泛素是一种小分子蛋白质，普遍存在于所有真核细胞内，是许多细胞内蛋白质降解的标志。 参与此降解途径的蛋白水解酶的最适pH为7.8，称碱性蛋白酶类； 通过此途径降解的为异常蛋白质、损伤的蛋白质和细胞内短半衰期的蛋白质。,HS-E1,E1：泛素活化酶,ATP,AMP+PPi,HS-E2,E2：泛素携带蛋白,HS-E1,蛋白质,E3,E3：泛素蛋白连接酶,HS-E2,E4,E4：泛素-连接降解酶,氨基酸,第三节氨基酸的一般代谢,在细胞内液、细胞外液及血液中，外源性氨基酸和内源性氨基酸这

5、两种不同来源的氨基酸混合，共同构成机体的氨基酸代谢库。 氨基酸在体内的分布不均匀，其分解代谢过程主要在肝脏中进行，骨骼肌则是支链氨基酸分解的主要场所。 体内氨基酸的主要功能是合成蛋白质和多肽，也可以通过一定途径转变为其他的含氮物质。,氨基酸代谢库中氨基酸的来源与去路,组织蛋白质,合成氨基酸,NH3,-酮酸,胺类+CO2,某些含氮化合物,组织蛋白质,食物蛋白质,一、氨基酸的脱氨基作用,（一）氧化脱氨基作用 1.氨基酸氧化酶 L-氨基酸氧化酶（辅酶为FMN）分布局限（仅限于肝和肾）、活性低、作用小。 D-氨基酸氧化酶（辅酶为FAD）在体内无作用底物，其生理意义不明，可能与降解来自肠菌的D-氨基酸有

6、关。,2. L-谷氨酸脱氢酶,L-谷氨酸脱氢酶为不需氧脱氢酶，分布广（除肌肉外）、活性强、代谢上十分重要。 L-谷氨酸脱氢酶是唯一既能利用NAD+又能利用NADP+接受还原当量的酶。,（二）转氨基作用,转氨酶催化的反应是可逆的，平衡常数接近1.0，因此转氨基作用也是体内合成非必需氨基酸的重要途径。,1. 转氨酶,2. 转氨基作用的意义,转氨基作用可使剩余的氨基酸移去氨基得以降解，又可使不足的非必需氨基酸得以补充，有助于调节体内非必需氨基酸的种类和数量。 转氨基作用只是氨基的转移，并没有自由氨的生成。 由于转氨酶所催化的反应是可逆的，因而转氨基作用是氨基酸分解、合成及转变过程中的重要反应。,（三

7、）联合脱氨基作用,1. 转氨基与 L-氧化脱氨基的偶联,NH3+NADH+H+,NAD+H2O,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,2. 嘌呤核苷酸循环,氨基酸,-酮酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,天冬氨酸,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,腺苷酸代琥珀酸,IMP,AMP,NH3,H2O,（四）其他脱氨基方式,天冬氨酸在天冬氨酸酶的催化作用下直接脱氨基生成延胡索酸； 半胱氨酸在脱硫化氢酶的催化下脱硫化氢再脱氨基生成丙酮酸； 丝氨酸在脱水酶的催化下脱氨基生成丙酮酸； 苏氨酸在苏氨酸脱水酶的催化下脱氨基生成-酮丁酸等。,二、氨的代谢,（一）氨的来源 组织器官中氨基酸的脱氨基作用 肾泌氨 肠道产氨,二、氨的转运,1.

8、谷氨酰胺的运氨作用 谷氨酰胺主要是从脑和肌肉等组织运送氨到肝和肾脏。 谷氨酰胺被认为既是氨的解毒产物，也是氨的贮存和运输形式。,NH3+ATP,ADP+Pi,H2O,NH3,2. 丙氨酸-葡萄糖循环,（三）尿素的生成,在人体，尿素是氨代谢的最终产物，无毒性，水溶性强，可由肾脏排出。 组织产生的氨运至肝，与肠道吸收的氨一起合成尿素而解毒。正常人体8090%的氨以尿素的形式排出。 尿素主要在肝中合成，其他器官如肾及脑等虽也能合成，但其含量极少。,1932年Hans Krebs等根据一系列实验，首先提出了尿素的鸟氨酸循环（尿素循环）。 由实验分析提出：鸟氨酸与 氨及CO2结合生成瓜氨酸，瓜 氨酸再结

9、合一分子氨生成精 氨酸，精氨酸水解生成尿素 及鸟氨酸。,1. 鸟氨酸循环-尿素的合成过程,（1）氨甲酰磷酸的合成,CO2 + NH3 + H2O,氨基甲酰磷酸合成酶（CPS-） （N-乙酰谷氨酸，Mg2+）,2ATP,2ADP,（2）瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨基甲酰 转移酶（OCT）,H3PO4,+,（3）精氨酸的合成,精氨酸代琥珀酸 合成酶（ASS）,AMP+PPi,ATP,H2O,精氨酸代琥珀酸 裂解酶（ASL）,（4）尿素的合成,精氨酸酶,H2O,尿素分子中的两个氮原子，其一来自氨，另一个来自天冬氨酸的氨基，而天冬氨酸又可以从草酰乙酸与其他氨基酸经转氨基作用生成。因此尿素分子中的两个氮都直接

10、或间接来自多种氨基酸。,NH3 + CO2 + 天冬氨酸 + 3H2O + 3ATP,鸟氨酸循环过程,氨基甲酰磷酸,2ATP,N-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,-酮戊 二酸,谷氨酸,-酮酸,精氨酸代 琥珀酸,瓜氨酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,鸟氨酸,尿素,2ADP+Pi,2. 鸟氨酸循环的一氧化氮合酶支路,精氨酸除在精氨酸酶作用下，水解为尿素和鸟氨酸外，还可通过一氧化氮合酶作用，使精氨酸直接氧化为瓜氨酸。 NOS支路处理氨的数量 有限，生成的NO是 一种具有重要生 物活性的物质。,（三）尿素合成的调节,膳食蛋白质 AGA 鸟氨酸循环中酶系

11、,（四）氨的其他代谢去路,铵盐的生成与排泄 合成非必需氨基酸 参与核酸中嘧啶环的合成 高氨血症和氨中毒,三、-酮酸的代谢,（一）氨基化生成非必需氨基酸 （二）氧化供能 （三）转变为糖或脂类化合物 生糖氨基酸：体内能转变为糖的氨基酸，共有14种； 生酮氨基酸：能转变为酮体的氨基酸，如亮氨酸和赖氨酸； 生糖兼生酮氨基酸：既能转变为糖又能转变为酮体的氨基酸，如异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、苏氨酸和酪氨酸。,蛋白质,氨基酸,天冬氨酸,天冬酰胺,酪氨酸,苯丙氨酸,核酸,核苷酸,5-磷酸核糖,嘌呤、血红素,嘌呤,草酰乙酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,血红素,柠檬酸,谷氨酸,嘌呤,乙酰乙酰CoA,酮体,淀粉、糖原

12、,甘油,脂肪酸,脂肪,嘧啶,嘧啶,胆固醇,第四节个别氨基酸的代谢,一、氨基酸的脱羧基作用,氨基酸可以通过脱羧基作用生成相应的胺类； 催化脱羧基反应的酶称为脱羧酶，其辅酶是磷酸吡哆醛； 氨基酸脱羧酶的专一性很高，一般一种氨基酸对应一种脱羧酶，且只针对L-氨基酸起作用。,RCHO,RCOOH,CO2,O2 H2O,NH3 H2O2,1/2O2,（一）-氨基丁酸,-氨基丁酸（GABA）在脑中浓度较高，是一种抑制性神经递质； -氨基丁酸可与-酮二酸进行转氨基作用，再氧化生成琥珀酸进入三羧酸循环代谢。,谷氨酸脱羧酶,CO2,（二）组胺,组胺在体内分布广泛，乳腺、肺、肝、肌及胃黏膜等组织中含量较高，主要存

13、在于肥大细胞。 组胺具有强烈的血管扩张作用，毛细血管通透性增加，可诱发哮喘、荨麻疹等过敏反应，还具有促进平滑肌收缩及促进胃粘膜分泌胃蛋白酶与胃酸等作用。,CO2,（三）5-羟色胺,5-羟色胺（血清素）在脑的视丘下部、大脑皮层及神经细胞的突触小泡内含量很高，它是一种抑制性神经递质； 在外周组织，5-羟色胺是一种强血管收缩剂和平滑肌收缩刺激剂。 5-羟色胺经单胺氧化酶作用生成醛及5-羟吲哚乙酸等排出。,色氨酸羟化酶,5-羟色氨酸脱羧酶,CO2,（四）牛磺酸,牛磺酸是结合胆汁酸的组成成分，而胆汁酸在脂类的消化吸收、维持胆固醇在胆汁中的溶解状态等方面起重要作用。 现已发现脑组织中含有较多牛磺酸，这表明

14、其对脑的功能也有影响，可能也是一种抑制性神经递质。,CO2,（五）多胺,多胺是指含有多个氨基的化合物。 精胺与精脒能促进核酸和蛋白的生物合成，其最重要的生理功能与细胞增殖及生长相关。 临床上试用测定病人血或尿中多胺水平来作为肿瘤辅助诊断及病情变化的生化指标。,L-鸟氨酸,腐 胺,SAM,脱羧基SAM,CO2,CO2,精 脒,甲硫腺苷,甲硫腺苷,精 胺,二、一碳单位的代谢,（一）一碳单位 一碳单位又称一碳基团，是指某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的有机基团。 一碳单位主要包括：甲基（-CH3）、甲烯基（-CH2-）、甲炔基（-CH=）、甲酰基（-CHO）、羟甲基（-CH2-OH）和

15、亚氨甲基（ HN=CH-）等。,（二）一碳单位的载体,一碳单位不能游离存在，四氢叶酸是一碳单位的载体。 一碳单位由氨基酸生成的同时即结合在FH4的N5和/或N10位。 一碳单位主要来自甘氨酸、丝氨酸、色氨酸、组氨酸等。,（三）一碳单位来源和互变, 由丝氨酸和甘氨酸生成, 由组氨酸生成,N5-亚氨甲基-FH4,NH3,N5,N10-甲炔-FH4, 由色氨酸代谢生成,犬尿氨酸,HCOOH,N10-甲酰-FH4,FH4,SAM,甲基化产物,（四）一碳单位的生理意义,一碳单位的主要功能是参与嘌呤和嘧啶的合成，在核酸生物合成中起重要作用； N5-甲基-THF通过甲硫氨酸代谢为体内多种活性物质的合成提供甲

16、基； 一碳单位代谢将氨基酸代谢与一些重要物质的生物合成联系起来。,三、含硫氨基酸的代谢,（一）甲硫氨酸代谢, 甲硫氨酸的转甲基作用与甲硫氨酸循环,甲硫氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,S-腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,ATP,Pi+PPi,RH,RCH3,H2O,腺苷,N5-CH3-FH4,FH4,腺苷转移酶,甲基转移酶 （VitB12 ）,甲基转移酶, 肌酸的合成,精氨酸 + 甘氨酸,鸟氨酸 + 胍乙酸,肌酸,肌酐,Pi,S-腺苷甲硫氨酸,S-腺苷同型半胱氨酸,H2O,（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢, 半胱氨酸与胱氨酸的互变,2. 半胱氨酸可转变成牛磺酸, 活性硫酸根代谢,ATP,PPi,AMP-SO

17、3,ATP,ADP,四、芳香族氨基酸的代谢,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,苯丙氨酸的羟化反应,O2,H2O,四氢生物喋呤,二氢生物喋呤,NADPH+H+,NADP+,苯丙氨酸羟化酶,苯丙氨酸与酪氨酸的代谢及其重要衍生物,苯丙氨酸,苯丙酮酸,酪氨酸,对羟苯丙酮酸,尿黑酸,乙酰乙酸,延胡索酸,肾上腺素,去甲肾上腺素,甲状腺素,多巴,多巴胺,多巴醌,二羟吲哚,吲哚醌,黑色素,（二）色氨酸的代谢,色氨酸,N-甲酰犬尿氨酸,犬尿氨酸,N10-甲酰-FH4,3-羟犬尿氨酸,3-羟邻氨苯甲酸,乙酰乙酸,丙氨酸,丙酮酸,甲酸,犬尿氨酸羟化酶,犬尿氨酸酶,尼克酸,加双氧酶,-酮乙酸,五、支链氨基酸的代谢,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,-酮酸,酰基CoA,琥珀酰CoA,-酮戊二酸,谷氨酸,转氨酶,CoA-SH,氧化脱羧基作用,化合物,生理