生物化学 第十三章 蛋白质降解和氨基酸的代谢课件

第十三章

氨基酸的代谢第一节

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氨基酸泛肽被标记后的内源蛋白质50~500nm各种水解酶单层膜游离于细胞质中，过于微小难以观察小分子单元溶酶体白细胞杀菌时被该细菌同样溶解白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关蛋白质降解的泛肽途径E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶体20S蛋白酶体ATP19S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蛋白质的需要量成人每日最低需要量:

30～50g/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

氮的保留量BV=100%氮的吸收量蛋白质的互补作用

指营养价值较低的蛋白质若与必需氨基酸互相补充混合食用时则可大大提高营养价值。蛋白质的生理价值（BV）：指食物蛋白的利用率蛋白质营养价值的化学评分

蛋白来源重量%单食时BV混食时BV——————————————————————豆腐干426577面筋5867——————————————————————小麦3967小米135789

牛肉2669大豆2264

—————————————————混合食物蛋白质的互补作用水解胞外酶氨基酸

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：NH3+—

NH3+—COO-—COO-—外切酶—氨肽酶随机内切酶特定氨基酸间限制性内切酶外切酶—羧肽酶最终产物—氨基酸

胰蛋白酶原

肠激酶

糜蛋白酶弹性蛋白酶羧基肽酶（+）蛋白质

肽

氨基酸内肽酶外肽酶

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（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）氨基酸-谷氨酰基转移酶谷胱甘肽半胱氨酰甘氨酸-谷氨酰氨基酸-谷氨酸环化酶5-氧脯氨酸氨基酸谷胱甘肽合成酶甘氨酸-谷氨酰半胱氨酸-谷氨酰半胱氨酸合成酶谷氨酸5-氧脯氨酸酶半胱氨酸肽酶细胞膜细胞内||||||||||||||||||||||细胞外-谷氨酰基循环—氨基酸吸收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NH3α-酮酸尿素糖氧化供能酮体脱羧基作用CO2胺类其他含氮化合物(purine,pyrimide)转变二、氨基酸的分解代谢（一）脱氨基作用

(DeaminationofAminoAcid)1、转氨基作用

氨基转移酶(aminotransferase)

转氨酶(transaminase)(Donoraminoacid)(Newaminoacid)(Newketoacid)(Accepterketoacid)(transaminase)（1）体内比较重要的转氨基反应：①谷丙转氨酶(glutamicpyruvictransaminase,GPT)

谷草转氨酶(glutamicoxaloacetictransaminase,GOT)

GluPyruvateα-Ketoglutarate(α-KG)AlaGPT②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

+磷酸吡哆醛氨基酸–H2O+H2OSchiff’s碱转氨基作用机制（醛亚胺）磷酸吡哆胺-酮酸+–H2O+H2O分子重排Schiff’s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α-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：（二）（谷氨酸的）氧化脱氨基L-谷氨酸脱氢酶氨基酸+FAD+H2O

α-酮酸+NH3+FADH2FADH2+O2

FAD+H2O

D或L氨基酸氧化酶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+H2O_H2O+

NH3-酮戊二酸L-谷氨酸L-谷氨酸脱氢酶

NAD+NADH+H+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①转氨酶与Glu脱氢酶的联合脱氨基肝、脑、肾②嘌呤核苷酸循环肌肉、脑、肾（五）联合脱氨基作用α-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产物腺苷酸琥珀酸草酰乙酸嘌呤核苷酸循环谷氨酸α-酮戊二酸转氨酶α-氨基酸α-酮酸NH3NH3天冬氨酸次黄嘌呤核苷酸H2ONH3H2ONAD+NADH+H+腺苷酸延胡索酸苹果酸谷-草转氨酶H2O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PLP2、羟化脱羧基Putrefaction（腐败）ofProtein胺类(amines)的生成组胺、γ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、硫化氢等有毒！L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2ONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-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α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、死亡三羧酸循环丙酮酸α酮戊二酸2、氨中毒的可能机制L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2ONADH+H++NH4+

α-谷氨酸

α-酮戊二酸？血氨正常参考值：5.54～65mol/L降低血氨的措施：

限制蛋白进食量给于肠道抑菌药物给予Glu使其与氨结合为Gln3、氨的转运Gln合成酶γ谷氨酰磷酸Gln合成酶以中性Gln形式转运肝脏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为什么这类生物如此排氨？水循环太慢，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)的生成实验：动物切除肝脏，输入AA后，血氨浓度升高动物保留肝脏、切除肾脏，输入AA后，血中尿素浓度升高动物肝脏、肾脏同时切除，输入氨基酸后，血中尿素含量较低，但血氨浓度升高结论：肝脏是合成尿素的主要器官UreaBiosynthesis-1氨基甲酰磷酸(Carbamoylphosphate)CPS-ⅠAGA（1）氨基甲酰磷酸的合成：氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ

(carbamoylphophatesynthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)(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CPSⅠ活性UreaBiosynthesis-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CO2尿素合成的调节食物蛋白质的影响CPS-Ⅰ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）α-酮戊二酸（转氨作用）谷氨酸谷氨酸α酮戊二酸NH4+CO22ADP+Pi+H+2ATPPi鸟氨酸瓜氨酸氨甲酰磷酸Pi瓜氨酸转氨基—氨精氨琥珀酸ATPAMP+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

生成non-essentialaminoacid

转变成Carbohydrate及Lipids生糖氨基酸(glucogenicaminoacid)生酮氨基酸(ketogenicaminoacid)

生糖兼生酮氨基酸(glucogenicandketogenicaminoacid)

氧化供能碳骨架的氧化异柠檬酸柠檬酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环乙酰CoAα-酮戊二酸琥珀酰CoA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、酪

（一）形成乙酰-CoA

丙氨酸色氨酸丝氨酸甘氨酸苏氨酸丝/苏氨酸转羟甲基酶丝氨酸转羟甲基酶乙酰CoA

丝氨酸半胱氨酸精氨酸谷氨酸脯氨酸（二）形成α酮戊二酸谷氨酸γ半醛组氨酸α酮戊二酸谷氨酰胺谷氨酸同型/高半胱氨酸甲硫氨酸苏氨酸（三）形成琥珀酸-CoAα羟丁酸琥珀酸-CoA苏氨酸缬氨酸异亮氨酸缬氨酸

亮氨酸

异亮氨酸转氨基作用相应的-酮酸氧化脱羧基作用相应的脂肪酰CoA缬氨酸琥珀酸单酰CoA亮氨酸乙酰辅酶A及乙酰乙酰辅酶A异亮氨酸乙酰辅酶A及琥珀酸单酰辅酶A支链氨基酸的代谢

（4）形成延胡索酸

乙酰乙酸两条路径进入（5）形成草酰乙酸（一）一碳单位(onecarbonunit,OCU)代谢概念：含一个碳原子的基团四、由氨基酸产生的其他重要物质methylmethylenemethenylformylformimino叶酸、碟酰谷氨酸2-氨基-4-羟基-6-亚甲基蝶呤对氨基苯甲酸谷氨酸叶酸—蝶酰谷氨酸蝶酸谷氨酸叶酸存在形式——四氢叶酸功能：一碳单位脱除酶的辅酶传递一碳基团

传递亚甲基谷氨酸谷氨酸传递甲基谷氨酸传递甲川基一碳单位的产生OCU与AminoAcidMetablismOCU与AminoAcidMetablismOCU相互转变与生理功能OCU与核苷酸合成（二）含硫氨基酸的代谢1、Met2、Cys（三）肌酸(creatine)的合成（四）Phe、Tyr和Trp的代谢（五）多胺(polyamines)—腐胺、精眯，精胺脱羧SAM脱羧SAM第二节

氨基酸及其重要衍生物的合成代谢

必需——分解不可逆，缺乏碳骨架供给氨基酸由糖代谢中间产物转化而来蛋白质氨基酸非必需氨基酸(10种)糖必需氨基酸(10种)酮体动物CO2+H2O戊糖磷酸途径葡萄糖葡糖-6-磷酸3磷酸-甘油酸丙酮酸三羧酸循环乙醛酸循环核糖-5-磷酸酵解组氨酸色氨酸苯丙氨酸酪氨酸丝氨酸半胱氨酸甘氨酸亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙氨酸草酰乙酸α-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸植物和部分微生物可以合成所有类型氨基酸谷氨酸谷氨酰胺赖氨酸精氨酸脯氨酸（一）谷氨酸族氨基酸的生物合成1、由α-酮戊二酸形成Glu谷氨酸脱氢酶glutamatedehydrogenase

浓度很高时发生2、由α-酮戊二酸形成Gln转氨酶α-酮戊二酸AAα-酮酸γ谷氨酰磷酸谷氨酰胺合成酶GlnNH3PiNH4+浓度低时可发生大肠杆菌谷氨酰胺合成酶

（12个相同的亚基）α-酮戊二酸+L-谷氨酰胺谷氨酸合酶2谷氨酸不同物种氢供者各异3、由α-酮戊二酸形成ProL-谷氨酸γ半醛γ谷氨酰磷酸谷氨酸激酶谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸γ半醛Δ1-二氢吡咯-5-羧酸自发还原酶乙酰谷氨酸合成酶N-乙酰谷氨酸4、Arg的生物合成N-乙酰-γ谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸-γ-半醛N-乙酰谷氨酸-γ-半醛N-乙酰鸟氨酸L-鸟氨酸瓜氨酸乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶瓜氨酸精氨酰琥珀酸精氨酸L-谷氨酸γ半醛Δ1-二氢吡咯-5-羧酸哺乳动物大部分组织中存在此转氨酶当蛋白生物合成中Arg不足时逆反应生成鸟氨酸——Pro合成中的支路（二）天冬氨酸族氨基酸的生物合成1、Asp的合成GOT（谷草转氨酶）AST（天冬氨酸氨基转移酶）2、Asn的合成

天冬氨酸+谷氨酰胺+ATP天冬酰胺+谷氨酸+AMP+PPi+H+哺乳动物中Asn合成酶细菌中天冬氨酸+NH4++ATP天冬酰胺+AMP+PPiAsn合成酶3、细菌和植物Lys的生物合成天冬氨酸激酶天冬氨酰-β-磷酸羧基的活化天冬酰-β-磷酸天冬氨酸-β-半醛还原

天冬氨酸-β-半醛脱氢酶丙酮酸天冬氨酸-β-半醛二氢吡啶甲酸二氢吡啶甲酸合酶二氢吡啶甲酸合酶受Lys抑制二氢吡啶甲酸Δ1-哌啶-2,6-二羧酸Δ1-哌啶-2,6-二羧酸脱氢酶Δ1-哌啶-2，6-二羧酸N-琥珀酰-L，L2-氨基-6-酮-庚二酸N-琥珀酰-L，L-2-氨基-6-酮-庚二酸合酶N-琥珀酰-L，L2-氨基-6酮-庚二酸N-琥珀酰-L，L2，6-二氨基庚二酸氨基转移酶N-琥珀酰-L，L2,6二氨基-庚二酸L，L-α，ε

二氨基--庚二酸∽脱琥珀酸酶L，L-α，ε

二氨基--庚二酸消旋-α，ε

二氨基--庚二酸二氨基-庚二酸消旋酶消旋-α，ε

二氨基--庚二酸赖氨酸二氨基-庚二酸脱羧酶4、甲硫氨酸的生物合成天冬氨酸激酶天冬氨酰-β-磷酸羧基的活化天冬酰-β-磷酸天冬氨酸-β-半醛还原

天冬氨酸-β-半醛脱氢酶L-高丝氨酸天冬氨酸-β-半醛脱氢酶L-高丝氨酸O-琥珀酰高丝氨酸酰基转移酶L，L-胱硫醚O-琥珀酰高丝氨酸胱硫醚γ合酶直接与H2S作用生成高半胱氨酸L，L-胱硫醚L-高半胱氨酸β-胱硫醚酶丙酮酸L-高半胱氨酸L-甲硫氨酸转移酶

天冬酰-β-磷酸5、苏氨酸的生物合成激酶天冬酰-β-磷酸天冬氨酸-β-半醛

天冬氨酸-β-半醛脱氢酶L-高丝氨酸天冬氨酸-β-半醛脱氢酶L-高丝氨酸O-磷酰高丝氨酸高丝氨酸激酶O-磷酰高丝氨酸苏氨酸苏氨酸合酶（二）α-酮-丁酸6、异亮氨酸的生物合成苏氨酸脱氨酶α–酮-丁酸α-乙酰-α-羟丁酸α-乙酰-乳酸

丙酮酸乙酰乳酸合酶α-乙酰-α-羟丁酸α，β–二羟-β

–甲基-戊酸α-乙酰-乳酸α，β–二羟-异戊酸乙酰乳酸变位酶还原α，β–二羟-β

–甲基-丁酸α，β–二羟-异戊酸α-酮-异戊酸α-酮-β

-甲基-戊酸二羟酸脱水酶α-酮-β

-甲基-戊酸α-酮-异戊酸

缬氨酸

异亮氨酸（三）丙酮酸族氨基酸的生物合成α-酮-异戊酸α-异丙基苹果酸α-异丙基苹果酸β-异丙基苹果酸异构酶β-异丙基苹果酸α-酮-异己酸脱氢酶α-酮-异己酸亮氨酸

（四）丝氨酸族氨基酸的合成

3-磷酸-甘油酸

3-磷酸-羟基-丙酮酸磷酸甘油酸脱氢酶

3-磷酸-羟基-丙酮酸

3-磷酸-丝氨酸磷酸丝氨酸转氨酶

3-磷酸