12章蛋白质的降解和氨基酸的代谢

1、生生 物物 化化 学学第十二章第十二章 蛋白质的降解和氨基酸代谢蛋白质的降解和氨基酸代谢12.1 蛋白质的降解蛋白质的降解 1 1、外源蛋白质的酶水解（消化）、外源蛋白质的酶水解（消化） 由大分子转变为小分子，便于吸收由大分子转变为小分子，便于吸收主要在胃、小肠进行。主要在胃、小肠进行。1）胃内消化：）胃内消化：胃蛋白酶（胃蛋白酶（pepsin)作用作用: 胃蛋白酶原胃蛋白酶原胃酸胃酸( h+) 胃蛋白酶胃蛋白酶 低低ph自身激活作用自身激活作用 蛋白质蛋白质 小分子肽小分子肽肠道肠道胃蛋白酶作用于：最适胃蛋白酶作用于：最适ph2，断裂点两侧均为疏水性，断裂点两侧均为疏水性aa胃蛋白酶胃蛋白酶

2、 2）小肠消化：）小肠消化：a. a. 肽链内切酶：肽链内切酶：水解水解pro内部肽键内部肽键 胰蛋白酶：胰蛋白酶：lys、arg羧基端肽键羧基端肽键(碱性）碱性） ； 胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶（糜蛋白酶）：（糜蛋白酶）：phe、tyr、trp肽肽键；键； (芳香族）芳香族）b.b.肽链外切酶：肽链外切酶： 羧肽酶：羧肽酶：从从c端水解；端水解； 氨肽酶：氨肽酶：从从n端水解端水解c. c. 二肽酶：二肽酶：水解一切二肽水解一切二肽几种蛋白酶原的激活几种蛋白酶原的激活肠粘膜细胞肠粘膜细胞胆汁酸胆汁酸肠激酶肠激酶自我催化自我催化胰蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶糜蛋白酶原糜蛋白酶原糜蛋白酶糜蛋

3、白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶原弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶原羧肽酶原羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶肽肽小肽小肽羧肽酶、氨肽酶羧肽酶、氨肽酶小肽小肽氨基酸氨基酸至此：至此：球蛋白几乎完全分解；纤维蛋白、角蛋白部分水解球蛋白几乎完全分解；纤维蛋白、角蛋白部分水解二肽酶二肽酶二肽二肽氨基酸氨基酸2、内源（细胞内）蛋白质的降解、内源（细胞内）蛋白质的降解 内源蛋白质降解的必要性：内源蛋白质降解的必要性： 排除不正常的蛋白质（防止其累积对于细胞的毒害）；排除不正常的蛋白质（防止其累积对于细胞的毒害）； 排除累积过多的酶和调节蛋白（调节细胞内代谢）；排除累积过多的酶和

4、调节蛋白（调节细胞内代谢）； 以蛋白质的形式贮存养分，需要时将其降解。以蛋白质的形式贮存养分，需要时将其降解。 半衰期：半衰期：蛋白质降解至浓度一半所需的时间蛋白质降解至浓度一半所需的时间 特定组织中不同酶特定组织中不同酶/蛋白质的半衰期变化相当大蛋白质的半衰期变化相当大（如降解（如降解最迅速的酶都位于重要的代谢调控位点最迅速的酶都位于重要的代谢调控位点p421） 细胞中蛋白质降解的速率还同细胞中蛋白质降解的速率还同其营养状况和激素水平有关其营养状况和激素水平有关组织组织蛋白质降解途径蛋白质降解途径 有很多种，有很多种，真核细胞了解较清楚的主要有两类：真核细胞了解较清楚的主要有两类： 1、溶酶

5、体、溶酶体的蛋白质降解途径的蛋白质降解途径（半衰期长的蛋白质（半衰期长的蛋白质） 具有单层膜被的细胞器，约有具有单层膜被的细胞器，约有50种水解酶种水解酶酸性水解酶酸性水解酶（最适（最适ph 5） 少量泄漏少量泄漏到胞质中不会引起细胞损伤（胞质中到胞质中不会引起细胞损伤（胞质中ph为为7.0） 营养充足时，无选择地降解营养充足时，无选择地降解通过胞吞作用摄取的蛋白质通过胞吞作用摄取的蛋白质（蛋白质大分子变为溶酶体的内容物（蛋白质大分子变为溶酶体的内容物降解）降解） 饥饿状态饥饿状态细胞中（长期进食后活化）细胞中（长期进食后活化）选择性途径选择性途径：在某些：在某些组织中会引入和降解含有组织中会

6、引入和降解含有lys-phe-glu-arg-gln五肽或密五肽或密切相关序列的胞内蛋白质切相关序列的胞内蛋白质2、泛素介导的蛋白质降解途径、泛素介导的蛋白质降解途径 泛素：泛素：76个个aa残基组成的小分子碱性蛋白质，又称泛肽残基组成的小分子碱性蛋白质，又称泛肽 该途径该途径依赖依赖atp，需要泛素，需要泛素（多为半衰期短的蛋白质）（多为半衰期短的蛋白质） 通过通过泛肽泛肽以以共价键相联共价键相联而给被选定降解的而给被选定降解的蛋白质加以标记蛋白质加以标记 泛素化的蛋白质泛素化的蛋白质由由蛋白酶体蛋白酶体（很大的多蛋白质复合物，含（很大的多蛋白质复合物，含有多种酶，能识别泛素，将被选定的蛋白

7、质降解为多个小有多种酶，能识别泛素，将被选定的蛋白质降解为多个小肽，泛素释放重复参加反应）肽，泛素释放重复参加反应）降解降解12.3 氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢 主代谢路径：主代谢路径：脱氨脱氨，产生，产生酮酸酮酸和和氨氨 12.3.1 氨基酸在分解代谢上的分类氨基酸在分解代谢上的分类 酮酸能够在体内转变成糖的氨基酸为酮酸能够在体内转变成糖的氨基酸为生糖氨基酸生糖氨基酸（多数，（多数，能能生成丙酮酸、生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡羧酸或草酰乙酸酮戊二酸、琥珀酸、延胡羧酸或草酰乙酸） 转变为酮体的氨基酸称转变为酮体的氨基酸称生酮氨基酸生酮氨基酸（能生成乙酰乙酸或乙酰（能生成乙酰乙酸或

8、乙酰coa） 既能转变为糖又能转变为酮体的氨基酸称既能转变为糖又能转变为酮体的氨基酸称生糖兼生酮生糖兼生酮氨基酸氨基酸12.3.2 氨基酸的共同分解反应氨基酸的共同分解反应 1、脱氨基作用：、脱氨基作用： 氧化性脱氨氧化性脱氨 脱酰胺基作用脱酰胺基作用 转氨基脱氨转氨基脱氨 联合脱氨联合脱氨aspartate天冬氨酸天冬氨酸glutamate谷谷氨酸氨酸酸性氨基酸酸性氨基酸asparagine天冬酰胺天冬酰胺glutamine谷氨酰胺谷氨酰胺酸性氨基酸酰胺酸性氨基酸酰胺1）氧化脱氨）氧化脱氨 -氨基酸氨基酸 + nadp+ （ nad+或或fad）+h2o - -酮酸酮酸+ nadph（nad

9、h或或fadh2）+nh3 + h+ 氨基酸氧化酶（或脱氢酶）其中活性最强的为氨基酸氧化酶（或脱氢酶）其中活性最强的为谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶广泛分布在广泛分布在肝细胞（或肾）肝细胞（或肾）中，以中，以nad+或或nadp+为辅酶，可直接脱氨为辅酶，可直接脱氨2）脱酰氨基作用）脱酰氨基作用 asnasn和和glngln的脱酰胺基的脱酰胺基 酰胺酶催化酰胺酶催化的水解脱酰胺作用的水解脱酰胺作用asn + h2o asp + nh3h2o+nh3谷氨酸谷氨酸conh2ch2ch2chnh2cooh谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶coohch2ch2chnh2cooh3

10、） 转氨基脱氨转氨基脱氨 定义：定义：在在转氨酶转氨酶（transaminase）的作用下，）的作用下，某一氨基酸某一氨基酸的的-氨基转移至氨基转移至-酮酸酮酸（主要是（主要是-酮戊二酸、草酰乙酸、丙酮酸）酮戊二酸、草酰乙酸、丙酮酸）形形成成-酮酸对应的氨基酸酮酸对应的氨基酸（主要是主要是gluglu、aspasp或或alaala），），本身成为本身成为相相应的应的-酮酸酮酸 大多数氨基酸可参与转氨基作用大多数氨基酸可参与转氨基作用转氨基制转氨基制glu、asp或或ala转氨酶转氨酶 以以谷丙转氨酶谷丙转氨酶(gpt)和和谷草转氨酶谷草转氨酶(got)分布最广、活性分布最广、活性最大。临床以此

11、最大。临床以此判断肝功能判断肝功能是否正常。是否正常。转氨酶辅酶转氨酶辅酶 所有转氨酶所有转氨酶辅酶辅酶为磷酸吡哆醛为磷酸吡哆醛 并作为并作为脱羧作用脱羧作用、脱氨作用脱氨作用、消旋、消旋作用及作用及醇醛裂解醇醛裂解反应反应的辅酶。的辅酶。转氨基与氧化脱氨基讨论转氨基与氧化脱氨基讨论 转氨基转氨基转氨酶转氨酶 种类多、分布广、活性高种类多、分布广、活性高 但氨基酸并未真正脱掉氨基但氨基酸并未真正脱掉氨基不是体内主要的脱氨基方式不是体内主要的脱氨基方式 氧化脱氨基氧化脱氨基氨基酸脱氢酶氨基酸脱氢酶氧化酶氧化酶 只有只有谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶分布广、活性高分布广、活性高 其它氨基酸氧化酶：种类不

12、多、分布不广、活性不高其它氨基酸氧化酶：种类不多、分布不广、活性不高 也不是体内主要的脱氨基方式也不是体内主要的脱氨基方式 什麽是最佳的脱氨基方式？什麽是最佳的脱氨基方式？联合脱氨基联合脱氨基 = 转氨基转氨基 + 氧化脱氨基氧化脱氨基 转氨酶转氨酶与与谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶的联合脱氨的联合脱氨4）联合脱氨基作用）联合脱氨基作用 概念：概念：转氨基作用转氨基作用和和氧化脱氨基氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作作用联合进行的脱氨基作用方式用方式 必要性：必要性：机体借助联合脱氨基作用即可迅速地使各种不同机体借助联合脱氨基作用即可迅速地使各种不同的氨基酸脱掉氨基的氨基酸脱掉氨基转氨酶转氨酶与与l-

13、谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶作用相偶联作用相偶联 此种方式在此种方式在机体中广泛存在机体中广泛存在，是氨基酸脱氨基的主要方式，是氨基酸脱氨基的主要方式转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环-酮戊二酸酮戊二酸-氨基酸氨基酸-酮酸酮酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸谷草转氨谷草转氨酶酶苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸裂合酶裂合酶腺苷酸腺苷酸amp腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸腺苷酸代琥珀腺苷酸代琥珀酸合成酶酸合成酶腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶转氨酶转氨酶转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环主要发生在主要发生在肌肉、肝、脑肌肉、肝、脑等

14、组织。等组织。2、氨基酸的脱羧基作用、氨基酸的脱羧基作用1）概念：）概念：aa在在氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶作用下生成作用下生成co2和一个相应一级和一个相应一级胺类化合物的作用。胺类化合物的作用。 生物体中广泛存在，但不是氨基酸代生物体中广泛存在，但不是氨基酸代谢主要方式谢主要方式 2）酶：）酶：专一性强，专一性强，且只对且只对l-氨基酸氨基酸起起作用。作用。除除his脱羧酶不需辅脱羧酶不需辅酶外，余均以酶外，余均以吡哆吡哆醛磷酸醛磷酸为辅酶。为辅酶。个别氨基酸脱羧形成胺个别氨基酸脱羧形成胺生理活性物质生理活性物质 脱羧形成的胺有许多重要生理作用：脱羧形成的胺有许多重要生理作用：glu-氨基丁

15、酸：氨基丁酸：重要的神经介质，抑制神经中枢；重要的神经介质，抑制神经中枢； his 组胺：组胺：有降压、刺激胃液分泌的作用有降压、刺激胃液分泌的作用tyr 酪胺：酪胺：有升压作用有升压作用trp5-羟色胺：羟色胺：升高血压升高血压12.3.3 氨的代谢去路氨的代谢去路 氨对生物机体是有毒物质（血液中氨对生物机体是有毒物质（血液中1%氨可引起中枢神经氨可引起中枢神经系统中毒）系统中毒）氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需哺乳等陆栖高等动物哺乳等陆栖高等动物肝脏合成肝脏合成尿素尿素排出排出conh2nh2？体内水循环较慢，体内水循环较慢，nh3浓度较浓度较高

16、，需消耗能量使其高，需消耗能量使其转运转运到到肝肝脏脏后转化为后转化为低毒的尿素低毒的尿素形式形式鸟类及爬行动物将氨转变为鸟类及爬行动物将氨转变为尿酸尿酸排出排出体内含水少，形成固体体内含水少，形成固体尿酸的悬浮液排出体外尿酸的悬浮液排出体外水生生物直接扩散脱氨水生生物直接扩散脱氨（nh3）？体内水循环迅速，体内水循环迅速，nh3浓度低，浓度低，扩散流失快，毒性小扩散流失快，毒性小（一）（一）氨的转运氨的转运 谷氨酰胺：谷氨酰胺：氨的氨的解毒解毒产物、贮存产物、贮存形式和形式和主主要运输要运输形式形式 中性无毒，易透过细中性无毒，易透过细胞膜，由血液运到胞膜，由血液运到肝肝或或肾肾分解分解或或

17、以铵盐以铵盐形式排出形式排出 氨对机体有毒氨对机体有毒在血液中的运输形式：在血液中的运输形式：谷氨酰胺和丙氨酸谷氨酰胺和丙氨酸1、谷氨酰胺运输、谷氨酰胺运输nh3（一）（一）氨的转运氨的转运2、葡萄糖葡萄糖-丙氨酸循环丙氨酸循环 肌肉中，可通过葡萄糖肌肉中，可通过葡萄糖-丙氨酸循环转运氨，将氨从肌肉组丙氨酸循环转运氨，将氨从肌肉组织运送到肝织运送到肝意义：意义：使肌肉的氨以无毒丙氨酸形式使肌肉的氨以无毒丙氨酸形式（体液条件下中性不带电荷，通体液条件下中性不带电荷，通过血液过血液）运输到肝运输到肝（二）氨的排泄（二）氨的排泄尿素的生物合成尿素的生物合成 合成部位：合成部位：肝脏肝脏 合成机理：合

18、成机理：鸟氨酸循环鸟氨酸循环 尿素生成的过程称为尿素生成的过程称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环，又称，又称尿素循环尿素循环（urea urea cyclecycle）1、氨甲酰磷酸的合成、氨甲酰磷酸的合成 由由氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶催化，反应催化，反应消耗消耗2分子分子atp+2、瓜氨酸的合成、瓜氨酸的合成 由由鸟氨酸氨甲酰基转移酶鸟氨酸氨甲酰基转移酶催化催化鸟氨酸氨甲酰基转移酶鸟氨酸氨甲酰基转移酶3、精氨酸的合成、精氨酸的合成精氨基琥珀酸合成酶精氨基琥珀酸合成酶催化催化需需atpamp提供能量提供能量天冬氨酸的氨基天冬氨酸的氨基已经已经转移成为精氨酸组分转移成为精氨酸组分天冬氨酸的碳骨架天

19、冬氨酸的碳骨架形形成延胡索酸成延胡索酸 h精氨基琥珀酸合成精氨基琥珀酸合成酶酶精氨基琥珀酸精氨基琥珀酸2精氨基琥珀酸裂解精氨基琥珀酸裂解酶酶4、精氨酸水解形成尿素、精氨酸水解形成尿素+h2o精氨酸酶精氨酸酶2鸟氨酸循环鸟氨酸循环苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸胞液胞液精氨基精氨基琥珀酸琥珀酸nh3 + co2 + h2o + 天冬氨酸天冬氨酸尿素尿素 + 延胡索酸延胡索酸3atp2adp+2pi+amp+2pi鸟氨酸循环小结鸟氨酸循环小结nh3+co2+3atp+天冬氨酸天冬氨酸+2h2o nh2-co-nh2 + 2adp +2pi+ amp +2pi+延胡索酸延胡索酸 原料：原料：2分子氨，一

20、个来自于游离氨，另一来自天冬氨酸分子氨，一个来自于游离氨，另一来自天冬氨酸 过程：过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行先在线粒体中进行，再在胞液中进行 耗能：耗能：3个个atp，4个高能磷酸键个高能磷酸键 1个用于活化个用于活化co2，1个用于氨基甲酸的磷酸化形成氨甲酰磷个用于氨基甲酸的磷酸化形成氨甲酰磷酸酸 1个用于提供能量生成精氨琥珀酸，个用于提供能量生成精氨琥珀酸，1个用于促进精氨琥珀酸个用于促进精氨琥珀酸合成反应的热力学可行性合成反应的热力学可行性tca与尿素循环之间的关联与尿素循环之间的关联苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸asp-酮戊二酸酮戊二酸尿素尿素尿素循环尿素循环氨甲酰磷酸合成酶

21、氨甲酰磷酸合成酶i鸟氨酸转氨甲酰酶鸟氨酸转氨甲酰酶精氨基琥珀酸合成酶精氨基琥珀酸合成酶精氨基琥珀酸裂解酶精氨基琥珀酸裂解酶精氨酸酶精氨酸酶精氨基琥珀酸精氨基琥珀酸酮酸的代谢去路酮酸的代谢去路 氨基酸脱氨后产生的酮酸可有如下代谢途径：氨基酸脱氨后产生的酮酸可有如下代谢途径： 1）合成新的氨基酸）合成新的氨基酸 2）转变成糖及脂肪）转变成糖及脂肪 3）直接氧化成水及）直接氧化成水及co2甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸半胱氨半胱氨丙酮酸丙酮酸苯丙氨苯丙氨酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸乙酰乙酰乙酰乙酰coa乙酰乙酰coa苯丙氨苯丙氨酪氨酸酪氨酸延胡索酸延胡索酸天冬氨

22、酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺草酰乙酸草酰乙酸甲硫氨甲硫氨异亮氨异亮氨缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰coa精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸氨基酸、糖及脂肪代谢的关系氨基酸、糖及脂肪代谢的关系生糖和生糖和生酮氨生酮氨基酸基酸氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成 1、氨基酸在合成代谢上的分类、氨基酸在合成代谢上的分类 必需氨基酸：必需氨基酸：人体不能合成，需从食物蛋白质中供给。包人体不能合成，需从食物蛋白质中供给。包括：甲色赖缬、异亮苯苏括：甲色赖缬、异亮苯苏 set(甲硫甲硫); trp(色色); lys(赖赖); val(缬缬); ile(异亮异亮); le

23、u(亮亮); phe(苯丙苯丙) ;thr(苏苏) 非必需氨基酸：非必需氨基酸：人体可合成人体可合成 半必需氨基酸：半必需氨基酸：人体可合成，但婴幼儿期合成速度不快，人体可合成，但婴幼儿期合成速度不快，仍需食物供给。包括：仍需食物供给。包括： his(组组); arg(精精);2、氨基酸生物合成的方式、氨基酸生物合成的方式 1）由）由-酮酸经还原性氨基化作用而成：酮酸经还原性氨基化作用而成： 酮酸的来源：酮酸的来源：氨基酸脱氨、由脂酸分解代谢而来氨基酸脱氨、由脂酸分解代谢而来rc=ocooh+nh3rc=nhcooh+h2orchcoohnh2-酮酸酮酸-亚氨基酸亚氨基酸-氨基酸氨基酸nh3的

24、来源：的来源： 利用利用生物固氮作用生物固氮作用合成氨：合成氨：某些微生物（如固氮菌）和某些微生物（如固氮菌）和藻类（如蓝藻）能通过体内固氮酶作用将游离藻类（如蓝藻）能通过体内固氮酶作用将游离n2转变为转变为nh3 由硝酸盐、亚硝酸盐还原成氨：由硝酸盐、亚硝酸盐还原成氨：no3-硝酸盐还原菌硝酸盐还原菌no2-亚硝酸盐还原菌亚硝酸盐还原菌nh2ohnh3 由含氮有机物质分解：由含氮有机物质分解：蛋白质、氨基酸、酰胺、嘌呤、蛋白质、氨基酸、酰胺、嘌呤、嘧啶、尿素等嘧啶、尿素等2）-酮酸氨基转移作用产生氨基酸酮酸氨基转移作用产生氨基酸 asp和和glu最易同最易同-酮酸起氨基转移，合成新氨基酸酮酸起氨基转移，合成新氨基酸rc=ocooh+=o+rchcoohnh2-酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸-氨基酸氨基酸coohch2ch2chnh2cooh谷氨酸谷氨酸转