生物化学第九章蛋白质降解和氨基酸代谢

1、生物化学第九章蛋白质降解和氨基酸代谢一、一、 蛋白质的消化蛋白质的消化蛋白质消化的生理意义蛋白质消化的生理意义 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。 protein protein 眎眎 胨胨 肽肽 AAAA 消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。反应。蛋白质的消化吸收蛋白质的消化吸收二二 、降解酶、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（酶（endopeptid aseendopeptid ase）、肽链外切酶（）、肽链外

2、切酶（exopeptidaseexopeptidase）和二肽酶）和二肽酶3 3类。这些肽类。这些肽酶对不同氨基酸形成的肽键有专一性：酶对不同氨基酸形成的肽键有专一性： 胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶A A和羧肽酶和羧肽酶B B、氨肽酶等、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（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）。下面是几种酶的专一性。（虚线箭头表示酶作用的键） Metabolism of Amino Acids 氨基酸（氨基酸（amino acids)amin

3、o acids)是蛋白质是蛋白质(protein)(protein)的的基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解基本组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。代谢。 个别分解代谢个别分解代谢 特殊侧链的分解代谢特殊侧链的分解代谢氨基酸的氨基酸的分解代谢分解代谢 脱羧基作用脱羧基作用 COCO2 2 + + 胺胺 一般分解代谢一般分解代谢 脱氨基作用脱氨基作用 NHNH3 3 + - + -酮酸酮酸 一、一、 氨基酸的脱氨基作用氨基酸的脱氨基作用定义：定义：指氨基酸在酶的作用下脱去氨基生成相应指氨基酸在酶的作用下脱去氨基生成相应-酮酸的过程。主要在肝、肾中进行酮酸的过程。主要在肝、肾中进行脱

4、氨基脱氨基方式方式氧化脱氨基氧化脱氨基非氧化脱氨基非氧化脱氨基 脱酰胺作用脱酰胺作用转氨基作用转氨基作用联合脱氨基联合脱氨基 转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联 氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用定义：定义： -AA-AA在酶的作用下，氧化生成在酶的作用下，氧化生成 - -酮酸酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。，同时消耗氧并产生氨的过程。l 氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，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-

5、C-COOH + NH3 OH2OR-C-COOHNH 酶酶lAA氧化酶的种类氧化酶的种类 L-AA氧化酶：催化氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，左右，以以FAD或或FMN为辅基。为辅基。 D-AA氧化酶：体内分布广泛，以氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内为辅基。但体内D-AA不多。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，谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以以NAD+或或NADP+为辅酶。为辅酶。+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH-+N

6、AD(P)+H2O谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶ATP GTP NADHATP GTP NADH变构抑制变构抑制ADP GDPADP GDP变构激活变构激活CH2-COOHC=O-CH2COOH-谷氨酸谷氨酸脱氢酶：脱氢酶：体内（正）体外（反）（二）转氨基作用（二）转氨基作用(transamination)(transamination)1. 定义：定义：在转氨酶的作用下，某一氨基酸脱去在转氨酶的作用下，某一氨基酸脱去-氨氨基生成相应的基生成相应的-酮酸，而另一种酮酸，而另一种-酮酸得到此氨基生酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。成相应的氨基酸的过程。 2. 2. 反应式反应式大多数氨基酸可参与转

7、氨基作用，但赖氨酸、脯氨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。酸、羟脯氨酸除外。l体内较为重要的转氨酶有： 丙氨酸氨基转移酶（alanine trans-aminase,ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与-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 + -酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸 3. 转氨酶转氨酶 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase,AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与-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

8、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 + -酮戊二酸 草酰乙酸 + 谷氨酸 4. 转氨基作用的机制转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 -酮酸酮酸 磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 转氨酶转氨酶转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨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基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。重要途径。通过此种方式并未产生游离的氨。通过此种方式并未产生游离的氨。5. 5. 转氨基作用的生理意义转氨基作用的生理意义（三）联合脱

9、氨基作用（三）联合脱氨基作用 两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下-氨氨基生成基生成-酮酸的过程。联合脱氨基作用可在大多数组织酮酸的过程。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。细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。2. 类型类型 转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用1. 定义定义 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环转氨基偶联嘌呤核苷酸循环 转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD+转氨酶转氨酶 NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶

10、 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也是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。体内合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在肝、肾组织进行。主要在肝、肾组织进行。 转氨基偶联嘌呤核苷酸循环转氨基偶联嘌呤核苷酸循环苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸代琥珀酸代琥珀酸次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸合成酶珀酸合成酶-酮戊酮戊 二酸二酸氨氨基基酸酸 谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸 转转氨氨酶酶 1草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸转转氨氨酶酶 2此种方式主要在肌肉组织进行。此种方式主要在肌肉组织进行。腺苷酸腺苷酸脱氢酶脱氢酶H2ONH3延胡索酸延胡索酸腺嘌

11、呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。脱氨基等。 （在微生物中个别（在微生物中个别AAAA进行进行, ,但不普遍）但不普遍）L-丝氨酸 CH2 COO- C-NH3+=- CH3 COO- C=NH2+- COOH CH2OHNH2-C-H- COOH CH3 C=O-丝氨酸脱水酶丝氨酸脱水酶+NH3丙酮酸-H2O+H2O-氨基丙烯酸亚氨基丙酸（四）非氧化脱氨（四）非氧化脱氨例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA)AA)CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO-+H2

12、OCH2-COO-CH2-CHNH3+COO-+NH3谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO-+H2O天冬酰胺酶天冬酰胺酶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。相当高的专一性。（五）（五） 氨基酸的脱酰胺作用氨基酸的脱酰胺作用二、二、 氨基酸分解产物的去向氨基酸分解产物的去向 l-酮酸的代谢去路（酮酸的代谢去路（C 架的去路）架的去路）l NH3 的去路的去路 氨基酸碳架的分解氨基酸碳架的分解 1. 1. 进入进入TCATCA循环循环 丙甘丝苏色半丙酮丙甘丝苏色半丙

13、酮 丙酮酸丙酮酸二谷精组脯酮酸二谷精组脯酮酸-酮戊二酸酮戊二酸二天草乙酸二天草乙酸草酰乙酸草酰乙酸甲硫异亮缬苏琥珀甲硫异亮缬苏琥珀琥珀酸琥珀酸苯丙酪延胡苯丙酪延胡延胡索酸延胡索酸苏酪亮异乙酰苏酪亮异乙酰CoA苯酪色苯酪色 亮亮 赖赖酮体酮体乙酰乙酰乙酰乙酰CoA 生糖氨基酸生糖氨基酸生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸生酮氨基酸生酮氨基酸2.2.再合成为氨基酸再合成为氨基酸 氨基酸碳架的分解氨基酸碳架的分解 NH3+|HCCOO -|CH2|CH2|COO-+ NADP（ ）+ + H O2NH+ 4+ NADPH （ ）+ H+O|CCOO-|CH2|CH2|COO-3.3.转变为糖和脂肪转变为

14、糖和脂肪 当体内不需要将当体内不需要将-酮酸再合成氨基酸，并且体内的能酮酸再合成氨基酸，并且体内的能量供给充足时，量供给充足时，-酮酸可以转变为糖或脂肪。例如，用氨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增加。在体内可以转变为糖的氨基酸称为生糖氨基酸生糖氨基酸，按，按糖代谢途径进行代谢；能转变为酮体的氨基酸称为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生酮氨

15、基酸。酸。 氨基酸碳架的分解氨基酸碳架的分解 (二二) 氨的代谢去路氨的代谢去路q 1、直接排出体外、直接排出体外 海洋水生动物海洋水生动物 ( (鱼鱼) )氨氨爬行类、鸟类爬行类、鸟类尿酸尿酸哺乳类哺乳类尿素尿素两栖动物：如青蛙，蝌蚪时排氨，变态成熟后排尿素。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与其体内的酶变化有关) ) (二二) 氨的代谢去路氨的代谢去路q 2、 生成酰胺生成酰胺指指Gln、Asn。(是体内氨的储存、运转方式，脑组织中氨的主要去路。是体内氨的储存、运转方式，脑组织中氨的主要去路。)p 3 3、生成尿素、生成尿素1.1.生成部位生成部位

16、主要在肝细胞的线粒体及胞液中。主要在肝细胞的线粒体及胞液中。2.2.生成过程生成过程尿素生成的过程由尿素生成的过程由Hans Krebs 和和Kurt Henseleit 提出，称为鸟氨酸循环提出，称为鸟氨酸循环( (orinithine cycle)，又称，又称尿素循环尿素循环( (urea cycle)或或Krebs- Henseleit循环。循环。（1） 氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸的合成 CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸反应在线粒体

17、中进行反应在线粒体中进行反应由氨基甲酰磷酸合成酶反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。催化。N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子分子ATP。N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸(AGA)COOHCH3C-NH-CH(CH2)2COOHOCOOHCH3C-NH-CH(CH2)2COOHO（2) 瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成鸟氨酸氨甲酰基转移酶鸟氨酸氨甲酰基转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行，反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。瓜氨酸生成后进入胞液。(3) 精氨酸的合成精氨酸的合成

18、 反应在反应在胞液胞液中进行。中进行。 精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2+天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸精氨酸代琥珀精氨酸代琥珀酸裂解酶酸裂解酶精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸(4) 精氨酸水解生成尿素精氨酸水解生成尿素反应在胞液中进行反应在胞液中进行尿素尿素鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸H2O鸟鸟氨氨酸酸循循环环2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸Pi鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸氨基酸氨基酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸-酮戊酮戊 二酸二酸

19、谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸精氨酸代精氨酸代 琥珀酸琥珀酸瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP + PPi鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素线粒体线粒体胞胞 液液3.3.反应小结反应小结原料：原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。自天冬氨酸。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。过程：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。三、氨基酸脱羧基作用三、氨基酸脱羧基作用p直接脱羧：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。

20、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。外，均需辅酶：磷酸吡哆醛。生成相应的胺，进一步氧化为醛。p氧化脱羧：氧化脱羧： 如丙酮酸脱氢酶系。或如酪氨酸酶使如丙酮酸脱氢酶系。或如酪氨酸酶使Tyr羟化，生成多巴羟化，生成多巴(dopa)，进一步脱羧成为多巴胺进一步脱羧成为多巴胺(dopamine)。重要功能重要功能 生物碱生物碱 (in plants) 或或 黑素黑素black skin & hair (in animals)一、材料来源一、材料来源（一）（一）NH3来源来源1.1.植物：生物固氮植物：生物固氮 硝酸的还原作用硝酸的还原作用 含含N N 有机物分解（蛋

21、白质、氨基酸、酰胺、嘌有机物分解（蛋白质、氨基酸、酰胺、嘌呤、嘧啶、尿素等）呤、嘧啶、尿素等） 在特定条件下，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 自身固自身固氮酶复合物将分子氮转变成氮酶复合物将分子氮转变成NH3的过程。的过程。硝酸还原酶硝酸还原酶NO2-亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶NH3AAPr其它含其它含N化合物化合物NO3- 主要指蛋白质分解，少量的抗生素、维生素、主要指蛋白质分解，少量的抗生素、维生素、核酸分解。核酸分解。 一、材料

22、来源一、材料来源（一）（一）NH3来源来源2. 2. 动物：动物：AA AA 的脱氨基作用的脱氨基作用 嘌呤、嘧啶的分解也生成氨嘌呤、嘧啶的分解也生成氨 从消化道吸收来的一些氨。从消化道吸收来的一些氨。一、材料来源一、材料来源（二）（二）S 的来源：硫酸的还原的来源：硫酸的还原 细菌、藻类、高等植物能吸收细菌、藻类、高等植物能吸收SO42-在体内还原成在体内还原成H2S，用于含硫氨基酸的合成。动物中不存在。植物由外，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。界吸收的硫酸盐先经活化，然后被还原。一、材料来源一、材料来源（二）（二）S 的来源：硫酸的还原的来源

23、：硫酸的还原1.硫酸离子的活化：硫酸离子的活化： 第一步是硫酸离子在第一步是硫酸离子在ATP 硫酸化酶催化下与硫酸化酶催化下与ATP 反反应，生成腺苷酰硫酸（应，生成腺苷酰硫酸（APS） 第二步，第二步，APS 在相应的在相应的激酶催化下，在激酶催化下，在3位形成磷位形成磷酸酯，即磷酸腺苷酰硫酸酸酯，即磷酸腺苷酰硫酸一、材料来源一、材料来源（二）（二）S 的来源：硫酸的还原的来源：硫酸的还原2. 还原还原 APS 或或PAPS 的还原的还原可以有不同的途径，在小可以有不同的途径，在小球藻和高等植物内，球藻和高等植物内，APS 将其磺酰基转移给一个含巯基将其磺酰基转移给一个含巯基的载体，再被铁氧

24、还蛋白还原的载体，再被铁氧还蛋白还原成载体成载体SSH，即可用于，即可用于合成半胱氨酸。合成半胱氨酸。一、材料来源一、材料来源（三）（三）C 架的来源架的来源 来源于糖酵解、三羧酸循环、来源于糖酵解、三羧酸循环、PPP PPP 途径、光呼吸、途径、光呼吸、乙醛酸循环等途径代谢中间产物。乙醛酸循环等途径代谢中间产物。1.1.一碳基团的定义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，称为子的基团，称为“一碳基团一碳基团”或或“一碳单位一碳单位”。2.2.种类种类甲基甲基 (methyl)-CH3亚甲基亚甲基 (methyl

25、ene)-CH2-次甲基次甲基 (methenyl)-CH=甲酰基甲酰基 (formyl)-CHO亚氨甲基亚氨甲基 (formimino)-CH=NH 3.3.四氢叶酸是一碳单位的载体四氢叶酸是一碳单位的载体FH4的生成的生成FFH2FH4FH2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+4. FH4携带一碳单位的形式携带一碳单位的形式 （一碳单位通常是结合在（一碳单位通常是结合在FH4分子的分子的N5、N10位上）位上）N5CH3FH4N5、N10CH2FH4N5、N10=CHFH4N10CHOFH4N5CH=NHFH4 一碳基团的一碳基团的来源与转变来源与转变5.5.一碳单位的生理功能一碳单位的生理功能（1 1） 一碳基团的转移与许多氨基酸代谢有直接关系。一碳基团的转移与许多氨基酸代谢有直接关系。 例例Gly、Ser、Trp、His 等都可作为一碳基团的供体。等都可作为一碳基团的供体。（2）参与嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成）参与嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成（3）参与生物体内许多活性物质的生物合成）参与生物体内许多活性物质的生物合成 例：肌酸、卵磷脂、例：肌酸、卵磷脂、S-腺苷蛋（甲硫）氨酸（