第11章蛋白质降解和氨基酸代谢

第11章

蛋白质降解

和氨基酸的代谢本章内容一、蛋白质的酶促降解二、氨基酸的分解代谢三、氨基酸的合成代谢11.1蛋白质的酶促降解11.1.1细胞内蛋白质的降解（1）不依赖ATP的溶酶体途径，没有选择性，主要降解细胞通过胞吞作用摄取的外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。（2）依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白（调节蛋白），此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。（选择性降解）被标记后的内源蛋白质50~500nm各种水解酶单层膜溶酶体游离于细胞质中，过于微小难以观察小分子单元溶酶体白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关白细胞杀菌时被该细菌同样溶解泛素是一种76AA残基的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。过期蛋白质泛素复合体溶酶体氨基酸泛素2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。

游离氨基酸内肽酶：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—氨肽酶特定氨基酸间不同的内切酶外切酶—羧肽酶最终产物—氨基酸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）氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收

组织蛋白质分解体内合成氨基酸

(非必需氨基酸)氨基酸代谢概况α-酮酸脱氨基作用酮体氧化供能糖胺类脱羧基作用氨尿素代谢转变其它含氮化合物

(嘌呤、嘧啶等)合成合成蛋白质和多肽a、组织蛋白食物蛋白c

、糖转氨基作用酮体乙酰CoATCAC脱氨基作用氨基氮(谷氨酰胺)转氨基作用氨基酸非蛋白含氮化合物CO2尿素11.2氨基酸的分解代谢氨基酸的一般代谢脱羧基作用脱氨基作用氨基酸的个别代谢COOHCHH2NR氨基酸α-酮酸1、氧化：CO2、H2O、ATP2、提供可转化为G（燃料）的3碳和4碳单位NH4+1、再利用生成AA2、排泄：

NH4+、尿素、尿酸11.2.1氨基酸的脱氨基作用氧化脱氨基作用转氨基作用联合脱氨基作用非氧化脱氨基作用脱酰胺基作用（1）氧化脱氨基作用定义：-氨基酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。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。R-CH-COOHNH2

2H

R-C-COOH+NH3

OH2OR-C-COOHNH

酶AA氧化酶的种类：

L-氨基酸氧化酶：催化L-氨基酸氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。

D-氨基酸氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-氨基酸不多。

L-谷氨酸脱氢酶：

COOHNH2CH(CH2)2COOHCOOHNHCH(CH2)2COOHCOOHOCH(CH2)2COOHNAD+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶NH3H2OL-谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。抑制剂：ATPGTPNADH激活剂：ADPGDPL-谷氨酸-酮戊二酸（2）转氨基作用（transamination）在转氨酶的作用下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸（主要是-酮戊二酸）的-碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成-酮酸。谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)组织GOTGPT心脏1560007100骼肌990004800肾脏9100019000组织GOTGPT胰腺脾肺血清280002000140001200100007002016GPT和GOT在某些组织的含量(单位/g湿组织)

各种转氨酶都具有相同的辅酶和作用机制

转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛氨基酸磷酸吡哆醛α-酮酸

磷酸吡哆胺谷氨酸α-酮戊二酸转氨酶RCHCOOHNH2RCCOOHOHOH3CCH2OPHCOCOOHCHNH2(CH2)2COOHCOOHC(CH2)2OCOOHHOH3CCH2OPH2CNH2转氨酶L-谷氨酸脱氢酶(3)联合脱氨基作用（1）概念（2）类型a、转氨酶与谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨酶与嘌呤核苷酸循环相偶联转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用。

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。主要在肝、肾组织进行。转氨酶与谷氨酸脱氢酶作用相偶联

转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸心肌、骨肌、脑组织（4）非氧化脱氨基作用（自学）（5）脱酰胺基作用（自学）11.2.2氨基酸的脱羧基作用概念

脱羧胺、CO2脱氨氨、α-酮酸产物:

氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛/胺）

Glu→γ-氨基丁酸（脑组织中，神经递质）

His→组胺（血管舒张剂、胃酸刺激剂）

Asp→β-丙氨酸（维生素泛酸组成成分）

Cys→牛磺酸（胆汁酸的组成成分）

His→组胺（舒张血管、降低血压）11.2.3氨的代谢去路

排泄酰胺形式贮存重新合成氨基酸和其他含N物①

水生生物直接扩散脱氨（NH3）②

哺乳动物排尿素（1）氨的排泄方式③鸟类、爬虫排尿酸高等植物，以Gln/Asn形式储存氨，不排氨。④两栖类:幼虫排氨、成年排尿素（如蛙）①

以谷氨酰胺的形式转运谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。（2）氨的转运

丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucosecycle)反应过程生理意义①肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。②肝为肌肉提供葡萄糖。②以丙氨酸的形式转运丙氨酸葡萄糖

肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解肌肉丙氨酸血液丙氨酸葡萄糖α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循环糖异生肝葡萄糖-丙氨酸循环葡萄糖（3）尿素的生成机制和鸟氨酸循环尿素循环(ureacycle)

：又称鸟氨酸循环(orinithinecycle)，。合成的尿素进入血流，再汇集到肾脏，从尿中排出。合成部位：肝细胞的线粒体和胞液排泄器官：肾脏尿素循环过程尿素的两个N原子来自一个氨分子和一个天冬氨酸分子，其C原子则来自HCO3-。尿素循环包括5步酶促反应，其中2步发生在线粒体内，3步发生在细胞溶胶中。参加鸟氨酸循环反应的酶类：氨甲酰磷酸合成酶；鸟氨酸转氨甲酰基酶；精氨琥珀酸合成酶；精氨琥珀酸裂解酶；精氨酸酶

精氨琥珀酸①氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ②鸟氨酸转氨甲酰基酶③精氨琥珀酸合成酶④精氨琥珀酸裂解酶⑤精氨酸酶苹果酸草酰乙酸尿素循环反应小结：（1）2分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。（2）形成1分子尿素可清除两分子氨基氮及1分子CO2（3）形成1分子尿素需消耗4个高能磷酸键（4）前两步骤是在肝细胞的线粒体中完成的，而后三个步骤都是在胞液中完成的。（5）产生二个非蛋白质氨基酸：鸟氨酸、瓜氨酸。（6）精氨酸最终成为尿素的直接前体。（4）以酰胺的形式贮存谷氨酰胺：动物体内氨的主要运输形式。天冬酰胺：植物体中储氨的重要物质。（5）重新合成氨基酸和其他含氮物11.2.4α-酮酸的代谢去路（1）再合成氨基酸NH4++α-酮戊二酸→谷氨酸酶：L-谷氨酸脱氢酶辅酶：动物：NADH+H+或NADPH+H+；植物：NADPH+H+再经过转氨基作用生成其他氨基酸。生糖氨基酸：凡能形成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、和草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸(在体内能转变成糖的氨基酸)。生酮氨基酸：凡能转变成乙酰乙酰COA的氨基酸都称为生酮氨基酸(在体内能转变成酮体的氨基酸)。生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸。如PheTyr。（2）转变成糖及脂肪脊椎动物内20种氨基酸氧化分解，集中形成7种中间产物进入柠檬酸循环。它们是：丙酮酸、乙酰-CoA、乙酰乙酰-CoA、草酰乙酸、延胡索酸、琥珀酰-CoA、α-酮戊二酸。（3）氧化成二氧化碳和水氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径

草酰乙酸PEP-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缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸葡萄糖柠檬酸脂肪酸酮体硝酸盐亚硝酸氮生物固氮工业固氮固氮生物动植物硝酸盐还原大气固氮大气氮素岩浆源的固定氮火成岩反硝化作用氧化亚氮蛋白质入地下水动植物废物死的有机体11.3氨基酸的合成代谢自然界的氮素循环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11.3.1氨基酸合成途径的类型脂肪很少或不能用来合成氨基酸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微生物和植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（1）α-酮戊二酸形成氨基酸

------谷氨酸类型主要包括：Glu，Gln，Pro，Arg,

蕈类中Lys。α-酮戊二酸GluProGlnArg鸟氨酸Lys蕈类和眼虫羟脯氨酸环化瓜氨酸碳链延长、脱酸、转氨（2）草酰乙酸形成氨基酸

------天冬氨酸类型主要包括：Asp，Asn，Met，Thr，Ile，

Lys（植物和细菌）草酰乙酸+谷氨酸天冬氨酸谷草转氨酶天冬氨酸+谷氨酰胺天冬酰胺天冬酰胺合成酶

草酰乙酸高丝氨酸AsnThrLys

Asp植物和细菌Met天冬氨酸-β-半醛8步反应2步反应4步反应（3）丙酮酸形成氨基酸主要包括：

Val；Leu；Ile；Ala

丙酮酸+谷氨酸丙氨酸谷丙转氨酶

丙酮酸丙氨酸亮氨酸缬氨酸异亮氨酸+

TPP羟乙酰-TPP主要包括：Ser，Gly，Cys（4）甘油酸-3-磷酸形成氨基酸

------丝氨酸类型

甘油酸-3-磷酸甘氨酸丝氨酸

半胱氨酸转羟甲基酶四氢叶酸

还原型硫（S2-）的来源：植物、微生物：环境中的硫酸盐→还原型硫化合物；哺乳动物：甲硫氨酸提供硫原子。（5）磷酸烯醇式丙酮酸和赤藓糖-4-磷酸形成氨基酸

------芳香族类型主要包括：Phe、Tyr、Trp这三种氨基酸只能由植物和微生物合成。Phe、Tyr—赤藓糖-4-磷酸、PEPTrp—赤藓糖-4-磷酸、PEP、PRPP(5-磷酸核糖-1-焦磷酸）。赤藓糖-4-磷酸苯丙氨酸分支酸酪氨酸PEP色氨酸预苯酸莽草酸PRPP动物主要包括三种前体：5-磷酸核糖-1-焦磷酸