蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢

第6章蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢

本章着重讨论蛋白质在机体内的降解，以及氨基酸的分解和合成的共同代谢途径。第一节蛋白质的酶促降解第二节氨基酸的分解第三节氨基酸分解产物的转化第四节氨的同化及氨基酸的生物合成哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶.弹性蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解成游离氨基酸，在小肠被吸收。

被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能直接排出体外，需经历各种代谢途径。

肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离氨基酸。蛋白质消化吸收蛋白质的降解人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有全体蛋白的1%－2%被降解、更新。不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的t1/2约10天，肝脏的t1/2约1－8天，结缔组织蛋白的t1/2约180天，许多关键性的调节酶的t1/2

均很短。第一节

蛋白质的酶促降解

一、蛋白酶的种类和专一性

肽酶（Peptidase）

蛋白酶(Proteinase)二、细胞内蛋白质降解

溶酶体途径:—无选择地降解蛋白质

泛肽（ubiguitin）途径:—给选择降解的蛋白质加以标记

一条是不依赖ATP的途径，在溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。另一条是依赖ATP和泛素的途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。泛素是一种8.5KD（76aa残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个aa残基，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。真核细胞中蛋白质降解的两条途径肽酶的种类和专一性编号名称作用特征3.4.113.4.13-氨酰肽水解酶(-aminoacylpeptidehydrolase)作用于多肽链的N-末端-羧肽水解酶(-carboxylpeptidehydrolase)作用于多肽链的C-末端3.4.14二羧肽水解酶(depeptidehydrolase)水解二肽蛋白酶的种类和专一性编号名称作用特征实例3.4.2.13.4.2.2丝氨酸蛋白酶类(serinepritelnase)活性中心含Ser3.4.2.33.4.2.4硫醇蛋白酶类(Thiolpritelnase)活性中心含Cys羧基（酸性）蛋白酶类[carboxyl(asid)pritelnase]活性中心含Asp,最适pH在5以下金属蛋白酶类(metallopritelnase)活性中心含有Zn2+

、

Mg2+等金属胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶木瓜蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶胃蛋白酶凝乳酶枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白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（Phe.Trp）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）泛肽连接的降解酶第二节氨基酸的分解一、氨基酸代谢概况三、氨基酸的脱羧基作用二、氨基酸的脱氨基作用氨基酸代谢概况食物蛋白质氨基酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物TCA鸟氨酸循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰胺衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤生物固氮硝酸还原（次生物质代谢）CO2胺二、氨基酸的脱氨基作用

4、其它脱氨基作用1、氧化脱氨基作用

2、转氨基作用3、联合脱氨基作用1、氧化脱氨基作用

氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的α-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：

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

L-谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOH

真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。此酶是能使氨基酸直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。

ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。

ADP、GDP及某些氨基酸可激活此酶活性。因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于氨基酸分解供能（动物体内有10%的能量来自氨基酸氧化）。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）

在转氨酶的催化下，α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的α-氨基酸生成相应的α-酮酸，而原来的α-酮酸则形成了相应的α-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。（除Gly、Lys、Thr、Pro外）-氨基酸磷酸吡哆醛醛亚胺酮亚胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛的作用机理-酮酸互变异构动画大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT），肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高；肝细胞正常，血中此酶含量很低。

动物组织中，Asp转氨酶的活性最大，在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)谷氨酰胺的生成和利用+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶3、联合脱氨基作用

（1）概念（2）类型a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联

转氨基作用和其它脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式。单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基

。转氨酶与L-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（骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主）4、其它脱氨基作用

（1）脱硫氢基脱氨基作用（2）还原脱氨基作用（3）水解脱氨基作用（4）脱水脱氨基作用（5）氧化还原脱氨基作用（6）脱酰胺基作用

谷氨酸胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶的作用下，分别发生脱酰胺基作用而形成相应的氨基酸。脱酰胺基作用两个氨基酸互相发生氧化—还原反应，分别形成有机酸、酮酸和氨。氧化—还原脱氨基作用以上的反应中，一个氨基酸是氢的供体，另一个氨基酸是氢的受体。L-半胱氨酸的脱氨作用是由脱硫氢基酶催化的。脱硫氢基脱氨基作用L-丝氨酸和L-苏氨酸的脱氨基是利用脱水方式完成。催化该反应的酶以磷酸吡哆醛为辅酶。脱水脱氨基作用氨基酸在水解酶的作用下，产生羟酸和氨。水解脱氨基作用在严格无氧的条件下，某些含有氢化酶的微生物，能用还原脱氨基方式使氨基酸脱去氨基。还原脱氨基作用三、氨基酸的脱羧基作用

1、概念3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）

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。直接脱羧胺羟化脱羧羟胺

2、类型:不同动物排泄氨的方式

动物方式水生动物氨爬虫类尿酸两栖类氨、尿素鸟类尿酸哺乳类尿素γ－氨基丁酸是谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化脱羧的产物，它对中枢神经系统的传导有抑制作用。天冬氨酸脱羧酶促使天冬氨酸脱羧形成β—丙氨酸，它是维生素泛酸的组成成分。组胺可使血管舒张、降低血压，而酪胺则使血压升高。前者是组氨酸的脱羧产物，后者是酪氨酸的脱羧产物。如果体内生成大量胺类，能引起神经或心血管等系统的功能紊乱，但体内的胺氧化酶能催化胺类氧化成醛，继而醛氧化成脂肪酸，再分解成二氧化碳和水。aa脱羧酶专一性很强，每一种aa都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。aa脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成γ-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。第三节氨基酸分解产物的转化一、氨的代谢转变二、氨基酸碳骨架的转化途径三、氨基酸与一碳基团四、氨基酸与生物活性物质一、氨的代谢转变1、重新生成氨基酸2、谷氨酰胺和天冬酰氨的生成3、尿素的生成——尿素循环4、合成其他含N物质谷氨酸的重新生成L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸转氨酶

在大脑中发生上述反应，大量消耗了-酮戊二酸和NADPH，引起中毒症状——腦昏迷。在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。2、尿素的生成

（1）概念（2）总反应和过程

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。NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2ONH2-CO-NH2+

2ADP+2Pi+

AMP+PPi+延胡索酸不同动物排泄氨的方式尿素循环氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸＋2ADP+Pi2ATP+CO2+NH3+H2O1细胞溶液线粒体NH2-C-NH2O尿素-酮戊二酸-酮戊二酸H2N-C-PO2345肝昏迷（血氨升高，使α-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。天冬氨酸二、氨基酸碳骨架的转化途径1、再氨基化生成氨基酸2、转变成糖或脂肪生糖氨基酸生酮氨基酸生酮兼生糖氨基酸3、氧化供能生成CO2和H2O思考題：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成CO2、H2O的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的ATP数。生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的aa都称为生糖aa，它们都能生成Glc。如Asp、Asn、Ser、Gly、Thr、Ala、Cys、Glu、Gln、His、Arg、Pro、Met。生酮氨基酸：Leu、Lys。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和β-羟丁酸。Phe、Tyr、Ile、Trp是生酮兼生糖aa。氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径

草酰乙酸磷酸烯醇式酸-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一碳基团

在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO2），称为一碳基团，一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。

一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，其辅酶为FH4

一碳基团和氨基酸代谢-CH=NH亚氨甲基H-CO-甲酰基-CH2OH甲醇基-CH=次甲基-CH2-亚甲基-CH3甲基叶酸和四氢叶酸（FH4或THF）叶酸四氢叶酸HH105N5，N10-CH2-FH4N5-CHO-FH4CH2CHO一碳基团的来源与转变S-腺苷蛋氨酸N5-CH3-FH4N5，N10-

CH2-FH4N5，N10=CH-FH4

N10-CHO-FH4N5，

N10-CH2-FH4还原酶N5，

N10-CH2-FH4脱氢酶环水化酶

丝氨酸

组氨酸苷氨酸参与

甲基化反应为胸腺嘧啶合成提供甲基参与嘌呤合成FH4FH4FH4

HCOOHH2ONAD+NDAH+H+NAD+NDAH+H+H+参与嘌呤合成酪氨酸代谢与黑色素的形成色氨酸代谢与5-羟色胺与吲哚乙酸磷酸肌酸的形成谷氨酸与-氨基丁酸组氨酸与组胺半胱氨酸和牛磺酸四、氨基酸与生物活性物质人类遗传病与氨基酸代谢白化病尿黑酸症精氨酸血症精氨琥珀酸血症氨甲酰磷酸合成酶缺乏症同型胱氨酸尿症淡棕色糖尿病甲基丙二酸血症苯丙酮尿症组胺的作用酪氨酸代谢与黑色素的形成第四节氨的同化及氨基酸的生物合成一、氨基酸的生物合成二、生物固氮三、硝酸还原和氨同化四、氨基酸重要衍生物的生物合成(自学)自然界的氮素循环硝酸盐亚硝酸NH3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生物固氮的化学本质

2NH36H+6e-N2+12ATP+12H2O12ADP+12Pi固氮酶（厌氧环境）N2还原剂铁蛋白钼铁蛋白NADPH生物固氮的作用机理e-e-e-e-生物固氮：通過微生物將分子氮轉化

為含氮化合物的過程。固N酶

ATP酶活性：能催化ATP分解，从中获取能量推动电子向还原底物上转移。（2）作用机理：（3）特点：是一种多功能酶N2还原剂铁蛋白钼铁蛋白

氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可催化N2O化合物等还原。（1）结构组成二聚体（铁蛋白,γ2）、含Fe和S

形成[Fe4S4]簇四聚体（钼铁蛋白,α2β2）含Mo、Fe和S硝酸还原作用（2）硝酸还原酶(3)亚硝酸还原酶（1）硝酸还原作用的化学本质NH+4NO-32e-6e-硝酸还原酶亚硝酸还原酶NO-2植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化合物。硝酸还原酶a、铁氧还蛋白——硝酸还原酶b、NAD(P)H-硝酸还原酶H2ONO-3+2Fd还原态+2H+NO-2+2Fd氧化态++NAD(P)H+H+NO-2+NAD(P)++H2ONO3-亚硝酸还原酶2H2Oa、铁氧还蛋白——亚硝酸还原酶NO-2+6Fd还原态+8H+NH+4+6Fd氧化态+2H2Ob、NAD(P)H——亚硝酸还原酶NO