氨基酸分解代谢

第十一章蛋白质的酶促降解和氨基酸的分解与转化

基本要求：（1）掌握氨基酸的脱氨基、脱羧基作用具体过程、鸟氨酸循环（2）理解必须氨基酸、氨基酸的脱氨基、脱羧基作用的相关概念（3）了解泛肽途径、氨基酸的衍生物教学重点及难点：（1）氨基酸的脱氨基、脱羧基作用具体过程（2）鸟氨酸循环

本章主要内容蛋白质的酶促降解氨基酸的分解与转化一、蛋白质的酶促降解机体必须不断地拆除衰老和受损的组织细胞，构建新的组织和细胞。在生物体内，蛋白质处于不断降解和不断合成的动态平衡中。蛋白质周转：已有蛋白质的降解和降解产物氨基酸用以合成新的蛋白质。蛋白质的降解是指蛋白质在酶的作用下，使肽键水解生成AA的过程。1.蛋白水解酶1.1肽链内切酶和外切酶肽链外肽酶肽链内肽酶/蛋白酶蛋白水解酶氨肽酶羧肽酶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1.2蛋白酶按其活性部位的结构特征分为四类：①Ser蛋白酶类(EC3.4.2.1)活性部位含有Ser残基，受二丙基氟磷酸(DIFP)的强烈抑制。胰蛋白酶、胰凝乳、蛋白酶、弹性蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶等均属此类。②Cys蛋白酶(EC3.4.2.2)活性部位含有Cys残基,对于碘乙酸、对-羟基汞苯甲酸等抑制剂十分敏感。植物蛋白酶和组织蛋白酶大多属于此类。③Asp蛋白酶(EC3.4.2.3)活性中心含有两个Asp残基,最适pH一般为2～4。抑胃肽(pepstatin)专一地抑制这类酸性蛋白酶。胃蛋白酶、凝乳酶均属此类。④金属蛋白酶(EC3.4.2.4)含有Zn2+、Mg2+等金属离子，受金属螯合剂如EDTA等的抑制。嗜热菌蛋白酶、信号肽酶以及氨肽酶、羧肽酶等属于这一类。2.蛋白消化吸收3.细胞内蛋白质降解3.1蛋白降解对细胞生长发育和适应内外环境有重要功能：①反常蛋白清除；②便于调控；③维持体内AA代谢库；④防御机制的组成部分；⑤蛋白质前体的裂解加工。细胞质内最重要的蛋白质降解系统溶酶体系统包括多种在酸性pH下活化的小分子量蛋白酶，因此又称为酸性系统，主要水解长寿命蛋白质和外来蛋白。泛肽系统在pH=7.2的胞液中起作用，称为碱性系统，主要水解短寿命蛋白和反常蛋白。溶酶体系统泛肽系统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：泛肽激活酶E2：泛肽载体蛋白

E3：泛肽-蛋白质连接酶（ubiquitin）E1：泛素活化酶E2：泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPi泛素COS

E1HS-E2HS-E1泛素COSE2泛素COSE1被降解蛋白质HS-E2泛素COSE2泛素CNH被降解蛋白质OE3泛素化过程二、氨基酸的分解与转化1.脱氨基作用1.1氧化脱氨基作用催化脱氨基酶有脱氢酶和氧化酶，脱氢酶中最重要的是谷氨酸脱氢酶，以NAD或NADP为辅酶，催化Glu氧化脱氨，生成-酮戊二酸。氧化酶存在于动物肝、肾和某些细菌、真菌中，以FAD或FMN为辅基，在有氧条件下催化AA氧化脱氨生成相应酮酸和H2O2.L-AA氧化酶最适pH为10。(次要作用)

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2转氨基作用是-氨基酸和-酮酸之间的氨基转移反应。转氨酶广泛存在于生物体内。已经发现的转氨酶至少有50多种。1.2转氨基作用

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）维生素B6又称抗皮炎维生素,是一类吡啶衍生物，包括吡哆醇,吡哆醛,吡哆胺。体内均以磷酸酯形式存在。参加代谢作用主要是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，是氨基酸转氨基、脱羧和消旋作用的辅酶。7.5维生素B6和磷酸吡哆醛在反应中,磷酸吡哆醛的醛基与底物-aa的氨基结合成醛亚胺中间复合物,醛亚胺再根据不同酶蛋白的特性使AA发生转氨，脱羧或消旋等作用。通过转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联进行的脱氨基作用，称为联合脱氨基作用。类型1.3联合脱氨基作用①转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联②转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联①转氨酶-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨作用②转氨酶-嘌呤核苷酸循环联合脱氨作用①还原脱氨基作用在无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物能利用还原脱氨基方式使AA脱去氨基。1.4非氧化脱氨基作用②脱水脱氨基作用Ser、Thr脱氨基也可经脱水方式完成，催化该反应的酶以磷酸吡哆醛为辅酶。③由解氨酶催化的脱氨基反应

Phe解氨酶催化Phe、Tyr发生脱氨，生成肉桂酸和香豆酸进一步转变成木质素和单宁等植物次生物质。当植物组织照光后，Phe解氨酶水平显著增加。1.5脱酰胺基作用2.脱羧基作用氨基酸脱掉羧基生成相应的胺类化合物的作用。类型：直接脱羧胺羟化脱羧羟胺

2.1直接脱羧基作用氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。2.2羟化脱羧基作用3氨基酸降解产物的去向3.1氨的去路游离氨对动、植物机体是有毒害作用的，在正常情况下细胞中游离氨浓度非常低。（1）重新生成氨基酸（2）谷氨酰胺和天冬酰胺的生成（3）生成铵盐（4）尿素的生成-尿素循环（UreaCycle）鸟氨酸循环/尿素循环在排尿动物体内由NH3合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环。UreaCycle鸟氨酸氨甲酰基转移酶鸟氨酸精氨酸氨甲酰基磷酸氨甲酰磷酸合成酶精氨基琥珀酸合成酶2ATP瓜氨酸精氨琥珀酸精氨基琥珀酸裂解酶AspATPAMPPPi2ADP延胡索酸精氨酸酶H2O脲3

正常生理情况下，血氨处于较低水平。尿素循环是维持血氨低浓度的关键。当肝功能严重损伤时，尿素循环发生障碍，血氨浓度升高，称为高氨血症。TCA↓

脑供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3

脑内α-酮戊二酸↓植物体含有脲酶，尤其是在豆科植物种子中脲酶活性较大，能专一地催化尿素水解并放出氨。氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径

草酰乙酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰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色氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸苏氨酸苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苏氨酸柠檬酸3.2-酮酸的去路生糖氨基酸：可以降解为丙酮酸、草酰乙酸、酮戊二酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等糖代谢中间产物的氨基酸