生物化学第30章

1、会计学1生物化学第生物化学第30章章 高等动物摄入的蛋白质在消化道内被胃蛋高等动物摄入的蛋白质在消化道内被胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等降解，全部转变成氨基酸、羧肽酶、氨肽酶等降解，全部转变成氨基酸，被小肠吸收。，被小肠吸收。 细胞内的蛋白质是处于不断地周转（细胞内的蛋白质是处于不断地周转（turnover）的。一些异常的蛋白质、不需要）的。一些异常的蛋白质、不需要的蛋白质需要清除的蛋白质需要清除 。对一种特定的蛋白质来。对一种特定的蛋白质来说，它在细胞中的含量取决于合成和降解的说，它在细胞中的含量取决于合成和降解的速率。

2、通过对一些代谢途径的关键酶的合成速率。通过对一些代谢途径的关键酶的合成和降解，控制酶的含量，也是控制代谢途径和降解，控制酶的含量，也是控制代谢途径运行的一个重要措施。运行的一个重要措施。 蛋白质降解是限制在细胞内的特定区域的蛋白质降解是限制在细胞内的特定区域的，一种是称为蛋白酶体的大分子结构，另一种，一种是称为蛋白酶体的大分子结构，另一种是具有单层膜的溶酶体（细胞器）。是具有单层膜的溶酶体（细胞器）。 溶酶体中含有约溶酶体中含有约50种水解酶，它与吞噬泡种水解酶，它与吞噬泡及细胞内产生的一些自噬泡融合，然后将摄取及细胞内产生的一些自噬泡融合，然后将摄取的各种蛋白质全部降解，对被降解的蛋白质没的

3、各种蛋白质全部降解，对被降解的蛋白质没有选择性。有选择性。 被降解的蛋白质在进入蛋白酶体降解之前被降解的蛋白质在进入蛋白酶体降解之前，需要被泛肽标记。，需要被泛肽标记。 泛肽泛肽（ubiquitin）又名）又名遍在蛋白质遍在蛋白质、泛素，它是、泛素，它是一个由一个由76个氨基酸残基组成的小蛋白质。它通过其个氨基酸残基组成的小蛋白质。它通过其C端端Gly的羧基与被降解的蛋白质的氨基共价结合，通的羧基与被降解的蛋白质的氨基共价结合，通常结合在常结合在Lys的的氨基上，这是一个需要消耗氨基上，这是一个需要消耗ATP的反的反应。这样给被降解的蛋白质作了一个标记，随后将应。这样给被降解的蛋白质作了一个标

4、记，随后将靶蛋白质引入蛋白酶体中降解。靶蛋白质引入蛋白酶体中降解。 可有多个可有多个泛肽连接到靶蛋白上，形成多泛肽链泛肽连接到靶蛋白上，形成多泛肽链，后面的每一个泛肽的，后面的每一个泛肽的C端羧基连接到前一个泛肽的端羧基连接到前一个泛肽的Lys48的的氨基上。氨基上。E1:泛肽活化酶泛肽活化酶E2:泛肽载体蛋白泛肽载体蛋白E3:泛肽蛋白质连接酶泛肽蛋白质连接酶泛肽泛肽 蛋白酶体是一个大的寡聚体结构，有一个中空蛋白酶体是一个大的寡聚体结构，有一个中空的腔。古细菌的腔。古细菌Thermoplasma acidophilum的蛋白酶的蛋白酶体为体为20S、700kD的桶状结构，由两种不同的亚基的桶状

5、结构，由两种不同的亚基和和组成，它们缔合成组成，它们缔合成7777四个堆积的环。这个四个堆积的环。这个桶有桶有15nm高，直径高，直径11nm，中间有一个可分为，中间有一个可分为3个区个区域的空腔，蛋白质降解就发生在这个腔中。两端的域的空腔，蛋白质降解就发生在这个腔中。两端的7环解折叠被降解的蛋白质，并将其送入中央的腔环解折叠被降解的蛋白质，并将其送入中央的腔内，而内，而亚基具有蛋白裂解活性。蛋白酶体降解蛋亚基具有蛋白裂解活性。蛋白酶体降解蛋白质的产物为白质的产物为79个氨基酸残基的寡肽。个氨基酸残基的寡肽。 氨基酸是合成蛋白质和肽类物质的基本成分氨基酸是合成蛋白质和肽类物质的基本成分，可以氧

6、化释放出能量，还可以转变成各种其他，可以氧化释放出能量，还可以转变成各种其他含氮物质。含氮物质。 氨基酸的分解一般有三步：氨基酸的分解一般有三步：1.1.脱氨基；脱氨基；2.2.脱下的氨基排出体外，或转变成尿素或尿酸排脱下的氨基排出体外，或转变成尿素或尿酸排 出体外；出体外；3.3.氨基酸脱氨后的碳骨架进入糖代谢途径彻底氧氨基酸脱氨后的碳骨架进入糖代谢途径彻底氧 化。化。 碳骨架也可以进入其他代谢途径用于合成其碳骨架也可以进入其他代谢途径用于合成其他物质。他物质。转氨酶转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶 -酮酸酮酸1 1 氨基酸氨基酸2 2 氨基酸氨基酸1 -1 -酮酸酮酸2 2 转氨酶以磷酸吡哆醛为

7、辅基，从氨基酸上转氨酶以磷酸吡哆醛为辅基，从氨基酸上脱下的氨基先结合在磷酸吡哆醛上，氨基酸转脱下的氨基先结合在磷酸吡哆醛上，氨基酸转变成变成酮酸，然后氨基转到另一个酮酸，然后氨基转到另一个酮酸的酮酸的碳上，产生新的氨基酸。结合氨的反应是脱碳上，产生新的氨基酸。结合氨的反应是脱氨反应的逆反应。氨反应的逆反应。 催化转氨反应的酶很多，大多数转氨酶以催化转氨反应的酶很多，大多数转氨酶以酮戊二酸为氨基受体，而对氨基供体无严格要酮戊二酸为氨基受体，而对氨基供体无严格要求求。 动物和高等植物的转氨酶一般动物和高等植物的转氨酶一般只催化只催化L-氨基氨基酸的转氨，某些细菌中也有可以催化酸的转氨，某些细菌中也

8、有可以催化D-和和L-两种两种构型氨基酸转氨的转氨酶。构型氨基酸转氨的转氨酶。 在肌肉中有一组转氨酶，可把肌肉中糖酵解在肌肉中有一组转氨酶，可把肌肉中糖酵解产生的丙酮酸当作氨基的受体。形成的丙氨酸进产生的丙酮酸当作氨基的受体。形成的丙氨酸进入血液，运输到肝脏，在肝脏中再次转氨产生丙入血液，运输到肝脏，在肝脏中再次转氨产生丙酮酸，丙酮酸可进入糖异生途径产生葡萄糖，再酮酸，丙酮酸可进入糖异生途径产生葡萄糖，再回到肌肉中。回到肌肉中。 通过葡萄糖丙氨酸循环，将肌肉中的氨运通过葡萄糖丙氨酸循环，将肌肉中的氨运输到了肝脏中。肝脏中的氨可转变成尿素，从尿输到了肝脏中。肝脏中的氨可转变成尿素，从尿液中排出。

9、液中排出。 转氨作用产生了大量的谷氨酸，谷氨酸转氨作用产生了大量的谷氨酸，谷氨酸可以在可以在谷氨酸脱氢酶的作用下发生氧化脱氨谷氨酸脱氢酶的作用下发生氧化脱氨。谷氨酸脱氢酶由。谷氨酸脱氢酶由6个亚基组成，存在于细胞个亚基组成，存在于细胞溶胶中，它受溶胶中，它受GTP和和ATP的别构抑制，受的别构抑制，受ADP的别构激活。该酶既可以用的别构激活。该酶既可以用NAD+也可以也可以用用NADP + 作为氧化剂。作为氧化剂。谷氨酸谷氨酸-亚氨基戊二酸亚氨基戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸 L氨基酸氧化酶和氨基酸氧化酶和D氨基酸氧化酶以氨基酸氧化酶以FAD为辅基，催化为辅基，催化L及及D氨基酸的氧化脱氨基酸的氧化

10、脱氨反应。产生的氨反应。产生的FADH2又被又被O2氧化。氧化。氨基酸氨基酸 + FAD + H2O 酮酸酮酸 + NH3 + FADH2FADH2 + O2 FAD + H2O2定义：定义： 由两种（或两种以上）酶的联合催化时，氨基酸由两种（或两种以上）酶的联合催化时，氨基酸脱下脱下-氨基产生游离氨的过程。氨基产生游离氨的过程。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 * * 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也为体内合成非必需此种方式

11、既是氨基酸脱氨基的主要方式，也为体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。嘌呤核苷酸循环：此种方式主要在肌肉组织进行嘌呤核苷酸循环：此种方式主要在肌肉组织进行苹果酸苹果酸腺苷酸腺苷酸脱氢酶脱氢酶H2ONH3延胡索酸延胡索酸NNNNR-5-PNH2腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)NNNNHNHCCOOHCH2HOOCR-5-P 腺苷酸腺苷酸代琥珀酸代琥珀酸NNNHNR-5-PO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

12、酸天冬氨酸天冬氨酸转转氨氨酶酶 2 机体内部分氨基酸可进行脱羧反应，生成相应机体内部分氨基酸可进行脱羧反应，生成相应的 一 级 胺 。 催 化 脱 羧 反 应 的 酶 称 为 脱 羧 酶 （的 一 级 胺 。 催 化 脱 羧 反 应 的 酶 称 为 脱 羧 酶 （decarboxylase），这类酶的辅基为磷酸吡哆醛。），这类酶的辅基为磷酸吡哆醛。 氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 醛亚胺醛亚胺 一级胺一级胺 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 氨对生物机体是有毒物质，特别是高等动物的氨对生物机体是有毒物质，特别是高等动物的脑对氨极为敏感，血液中脑对氨极为敏感，血液中1%1%的氨就可引起中枢神经的氨就可引

13、起中枢神经系统中毒，因此氨的排泄是生物体维持正常生命活系统中毒，因此氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需的。动所必需的。1.1.排氨动物：某些水生或海洋动物，如原生动物和排氨动物：某些水生或海洋动物，如原生动物和线虫以及鱼类、水生两栖类等。线虫以及鱼类、水生两栖类等。2.2.排尿酸动物：鸟类和陆生的爬行动物。排尿酸动物：鸟类和陆生的爬行动物。3.3.排尿素动物：绝大多数陆生动物。排尿素动物：绝大多数陆生动物。氨氨 尿素尿素尿酸尿酸 氨的转运主要是通过谷氨酰胺的形式。多数氨的转运主要是通过谷氨酰胺的形式。多数动物细胞中有谷氨酰胺合成酶（动物细胞中有谷氨酰胺合成酶（glutamine synth

14、etase），它催化氨和谷氨酸反应生成谷氨酰），它催化氨和谷氨酸反应生成谷氨酰胺，同时消耗胺，同时消耗1个个ATP。NH4+ + 谷氨酸谷氨酸 + ATP 谷氨酰胺谷氨酰胺 + ADP + Pi + H + 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶 谷氨酰胺由血液运送到肝脏，肝细胞的谷氨谷氨酰胺由血液运送到肝脏，肝细胞的谷氨酰胺酶又将其分解为谷氨酸和氨。酰胺酶又将其分解为谷氨酸和氨。酶酶酶酶谷氨酰谷氨酰-5-5-磷酸磷酸 氨是通过尿素循环合成尿素的。尿素循环是由氨是通过尿素循环合成尿素的。尿素循环是由发现柠檬酸循环的发现柠檬酸循环的Krebs和他的学生和他的学生Kurt Henseleitfa发现的，并且

15、比发现柠檬酸循环还早发现的，并且比发现柠檬酸循环还早5年。年。 Krebs和他的学生观察到，往悬浮有肝脏切片的和他的学生观察到，往悬浮有肝脏切片的缓冲液中加入鸟氨酸、瓜氨酸或精氨酸中的任何一缓冲液中加入鸟氨酸、瓜氨酸或精氨酸中的任何一种时，都可以促使肝脏切片显著加快尿素的合成，种时，都可以促使肝脏切片显著加快尿素的合成，而其他任何氨基酸或含氮化合物都没有这个作用。而其他任何氨基酸或含氮化合物都没有这个作用。他们研究了这他们研究了这3氨基酸的结构关系，提出了尿素循环氨基酸的结构关系，提出了尿素循环途径。途径。1.1.氨甲酰磷氨甲酰磷酸合成酶酸合成酶2.2.鸟氨酸转鸟氨酸转氨甲酰酶氨甲酰酶3.3.

16、精氨琥珀精氨琥珀酸合成酶酸合成酶4.4.精氨琥精氨琥珀酸酶珀酸酶5.5.精氨酸酶精氨酸酶1.经丙酮酸到乙酰经丙酮酸到乙酰CoA的途径的途径经此途径降解的氨基酸有：经此途径降解的氨基酸有： 丙氨酸丙氨酸 丝氨酸丝氨酸 甘氨酸甘氨酸 半胱氨酸半胱氨酸 苏氨酸苏氨酸苏氨酸醛缩酶苏氨酸醛缩酶丝氨酸羟甲基转移酶丝氨酸羟甲基转移酶甘氨酸甘氨酸苏氨酸苏氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸丙氨酸丙氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸脱水酶丝氨酸脱水酶乙酰乙酰CoA加氧加氧 转氨转氨 脱硫脱硫H3N - CH2 - COO + THF + NAD+ N 5, N 10 -甲烯甲烯THF + CO 2 + NH 4+ + NADH

17、 + H +苏氨酸脱水酶苏氨酸脱水酶苏氨酸脱氢酶苏氨酸脱氢酶2.经乙酰乙酰经乙酰乙酰CoA到乙酰到乙酰CoA的途径的途径经此途径降解的氨基酸有：经此途径降解的氨基酸有： 苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸 亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸 色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA延胡索酸延胡索酸go单加氧酶单加氧酶经此途径降解的氨基酸有：经此途径降解的氨基酸有： 精氨酸精氨酸 组氨酸组氨酸 脯氨酸脯氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酸谷氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸谷氨酸谷氨酸酮戊二酸酮戊二酸经此途径降解的氨基酸

18、有：经此途径降解的氨基酸有： 甲硫氨酸甲硫氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 缬氨酸缬氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸琥珀酰琥珀酰CoAbackback经此途径降解的氨基酸有：经此途径降解的氨基酸有： 苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸经此途径降解的氨基酸有：经此途径降解的氨基酸有： 天冬氨酸天冬氨酸 天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸 凡能凡能形成丙酮酸、形成丙酮酸、酮戊二酸、琥珀酸和草酰酮戊二酸、琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸称为生糖氨基酸（乙酸的氨基酸称为生糖氨基酸（glucogenic amino acids）。（）。（ Arg、His、Pro、Gln、Glu、

19、Met、Ile、Val、Asp、Asn ） 在分解过程中转变成乙酰乙酰在分解过程中转变成乙酰乙酰CoA的氨基酸称为的氨基酸称为生酮氨基酸（生酮氨基酸（ketogenic amino acids），因为乙酰乙），因为乙酰乙酰酰CoA可以转变为可以转变为 酮体。（酮体。（Lys、Trp、Phe、Tyr、Leu ） 苯丙氨酸和酪氨酸既可生成酮体又可生成糖，称苯丙氨酸和酪氨酸既可生成酮体又可生成糖，称为生酮和生糖氨基酸。（为生酮和生糖氨基酸。（ Phe、Tyr） 经丙酮生成乙酰经丙酮生成乙酰CoACoA的氨基酸也是既可生酮也可的氨基酸也是既可生酮也可生糖。（生糖。（Ala、Gly、Ser、Thr、Cy

20、s） 见见P332表表30-2 苯丙酮尿症是一种先天性的苯丙氨酸代谢的苯丙酮尿症是一种先天性的苯丙氨酸代谢的缺陷，它有严重的影响。患苯丙酮尿症的人不经缺陷，它有严重的影响。患苯丙酮尿症的人不经治疗几乎总是在智力发育上严重迟滞。这些病人治疗几乎总是在智力发育上严重迟滞。这些病人的脑重量低于正常，他们的神经鞘化不完全，而的脑重量低于正常，他们的神经鞘化不完全，而且他们的反射过分活跃。未经治疗的苯丙酮尿症且他们的反射过分活跃。未经治疗的苯丙酮尿症患者的估计寿命很短，一半在二十岁以前死亡，患者的估计寿命很短，一半在二十岁以前死亡，四分之三在三十岁数以前死亡。四分之三在三十岁数以前死亡。 苯丙酮尿症是由

21、于没有或缺少苯丙氨酸羟化苯丙酮尿症是由于没有或缺少苯丙氨酸羟化酶而引起的，或者更少见是由于缺少四氢生物喋酶而引起的，或者更少见是由于缺少四氢生物喋呤辅助因子而引起的。苯丙氨酸不能转变成酪氨呤辅助因子而引起的。苯丙氨酸不能转变成酪氨酸。因而所有体液中均积累苯丙氨酸。在正常人酸。因而所有体液中均积累苯丙氨酸。在正常人体内微不足道的一些苯丙氨酸的变化在苯丙酮尿体内微不足道的一些苯丙氨酸的变化在苯丙酮尿症患者体内变得很突出。这些变化中最明显的是症患者体内变得很突出。这些变化中最明显的是苯丙氨酸发生转氨作用形成苯丙酮酸。苯丙氨酸发生转氨作用形成苯丙酮酸。 苯丙酮尿症患者初生时看起来是正常的，但苯丙酮尿症

22、患者初生时看起来是正常的，但若不经治疗，到一周岁以前就会有严重的缺陷。若不经治疗，到一周岁以前就会有严重的缺陷。苯丙酮尿症的疗法就是低苯丙氨酸饮食。其目的苯丙酮尿症的疗法就是低苯丙氨酸饮食。其目的是只提供刚好满足生长和代谢所需要的苯丙氨酸是只提供刚好满足生长和代谢所需要的苯丙氨酸。将原来苯丙氨酸含量低的蛋白质，如奶中的酪。将原来苯丙氨酸含量低的蛋白质，如奶中的酪蛋白进行水解，并用吸附法除去苯丙氨酸。蛋白进行水解，并用吸附法除去苯丙氨酸。 必须在出生后不久就开始用低苯丙氨酸的饮必须在出生后不久就开始用低苯丙氨酸的饮食一防止对脑的不可逆的损害。在一项研究中，食一防止对脑的不可逆的损害。在一项研究中

23、，出生后数周内就治疗的苯丙酮尿症患者的平均智出生后数周内就治疗的苯丙酮尿症患者的平均智商为商为93,93,而在一岁时开始治疗的患者平均智商为而在一岁时开始治疗的患者平均智商为5353。 通过大规模的普查发现，出现通过大规模的普查发现，出现苯丙酮尿的频苯丙酮尿的频率大约是率大约是0.5/万新生儿。这种病是常染色体隐性万新生儿。这种病是常染色体隐性遗传的。遗传的。 高等动物摄入的蛋白质在消化道内被胃蛋高等动物摄入的蛋白质在消化道内被胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等降解，全部转变成氨基酸、羧肽酶、氨肽酶等降解，全部转变成氨基酸，被

24、小肠吸收。，被小肠吸收。 氨基酸是合成蛋白质和肽类物质的基本成分氨基酸是合成蛋白质和肽类物质的基本成分，可以氧化释放出能量，还可以转变成各种其他，可以氧化释放出能量，还可以转变成各种其他含氮物质。含氮物质。 氨基酸的分解一般有三步：氨基酸的分解一般有三步：1.1.脱氨基；脱氨基；2.2.脱下的氨基排出体外，或转变成尿素或尿酸排脱下的氨基排出体外，或转变成尿素或尿酸排 出体外；出体外；3.3.氨基酸脱氨后的碳骨架进入糖代谢途径彻底氧氨基酸脱氨后的碳骨架进入糖代谢途径彻底氧 化。化。 碳骨架也可以进入其他代谢途径用于合成其碳骨架也可以进入其他代谢途径用于合成其他物质。他物质。 氨对生物机体是有毒物质，特别是高等动物的氨对生物机体是有毒物质，特别是高等动物的脑对氨极为敏感，血液中脑对氨极为敏感，血