蛋白质的分解代谢课件

第九章蛋白质降解与氨基酸代谢

主要内容一、蛋白质的营养作用二、蛋白质的消化、吸收与腐败三、细胞内蛋白质的降解四、氨基酸的一般代谢五、氨的代谢六、个别氨基酸的代谢七、一碳单位一、体内蛋白质具有多方面的重要功能1.蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补2.蛋白质参与体内多种重要的生理活动催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。每克蛋白质在体内氧化分解可释放16kJ(4.1kcal)的能量，人体每日18%能量由蛋白质提供。

3.蛋白质可作为能源物质氧化供能第一节蛋白质的营养作用1.营养必需氨基酸(essentialaminoacid)指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有8种：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。其余12种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需氨基酸。三、蛋白质的营养价值营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值2.蛋白质的营养评价蛋白质的营养价值是指食物蛋白质在体内的利用率，取决于必需氨基酸的数量及种类(量质比)

。成人每日蛋白质最低生理需要量为30g~50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。在一定程度上，蛋白质的质量比数量更为重要3.蛋白质的生理需要量4.蛋白质的互补作用不同来源的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值。谷类豆类赖氨酸少多色氨酸多少提高食物蛋白质营养价值的方法*优先补充动物性蛋白*不同类型食物的混合饮食胃蛋白酶的最适pH为1.5~2.5，对蛋白质肽键的作用特异性较差，主要水解由芳香族氨基酸、蛋氨酸和亮氨酸所形成的肽键，产物主要为多肽及少量氨基酸。

胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片胃酸、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)（一）胃中消化（二）小肠中的消化胰酶及其作用胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。

内肽酶(endopeptidase)水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶。

外肽酶(exopeptidase)自肽链的末段开始，每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶。蛋白水解酶作用示意图氨基酸二肽酶氨基肽酶内肽酶氨基酸

+NHNH羧基肽酶56蛋白酶原的激活胰蛋白酶(trypsin)肠激酶(enterokinase)胰蛋白酶原弹性蛋白酶(elastase)弹性蛋白酶原糜蛋白酶(chymotrypsin)糜蛋白酶原羧基肽酶(A或B)(carboxypeptidase)羧基肽酶原(A或B)小肠粘膜细胞对蛋白质的消化作用主要是寡肽酶(oligopeptidase)的作用，例如氨基肽酶(aminopeptidase)及二肽酶(dipeptidase)等,最终产物为氨基酸。二、氨基酸和肽的吸收

吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收机制：耗能的主动吸收过程氨基酸进入细胞的主动转运机制2.γ-谷氨酰基循环对氨基酸的转运作用γ-谷氨酰基循环(γ-glutamylcycle)过程：谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成谷氨酸

5-氧脯氨酸酶ATPADP+Pi半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶γ-谷氨酰环化转移酶氨基酸5-氧脯氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶ATPADP+Pi细胞外

γ-谷氨酰基转移酶细胞膜谷胱甘肽

GSH细胞内γ-谷氨酰氨基酸氨基酸γ-谷氨酰基循环过程三、蛋白质的腐败作用肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的分解作用。腐败作用的产物大多有害，如胺、氨、苯酚、吲哚等；也可产生少量的脂肪酸及维生素等可被机体利用的物质。

蛋白质的腐败作用(putrefaction)（一）氨的生成未被吸收的氨基酸渗入肠道的尿素氨(ammonia)脱氨基作用尿素酶

降低肠道pH，NH3转变为NH4+以胺盐形式排出，可减少氨的吸收，这是酸性灌肠的依据。（二）胺类的生成蛋白质

氨基酸胺类(amines)蛋白酶

脱羧基作用

组氨酸组胺

赖氨酸尸胺

色氨酸

色胺

酪氨酸酪胺氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2

苯丙氨酸苯乙胺不同的蛋白质降解速率不同，降解速率随生理需要而变化。成人体内的蛋白质每天约有1%~2%被降解，主要是肌肉蛋白质。蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%~80%被重新利用合成新的蛋白质。第三节细胞内的蛋白质降解一、体内蛋白质的寿命

蛋白质的半寿期(half-life)蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用t1/2表示。不依赖ATP和泛素；利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。二、真核细胞内蛋白质的降解途径（一）溶酶体降解途径蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质。26S蛋白质酶体20S的核心颗粒(CP)

19S的调节颗粒(RP):18个亚基,6个亚基具有ATP酶活性2个α环：7个α亚基2个β环：7个β亚基蛋白酶体分子量大于100万蛋白酶体泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活,即泛素化，包括三种酶参与的3步反应，并需消耗ATP。蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解。泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程一、体内氨基酸代谢库食物蛋白质经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸及体内合成的非必需氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolicpool)

。第四节氨基酸的一般代谢氨基酸代谢概况合成分解嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮化合物代谢转变胺类+CO2脱羧基作用脱氨基作用消化吸收其它含氮物质非必需氨基酸NH3CO2+H2O糖或脂类α-酮酸谷氨酰胺尿素食物蛋白质组织蛋白质血液氨基酸组织氨基酸氨基酸代谢库二、氨基酸的脱氨基作用

脱氨基作用指氨基酸脱去α-氨基生成相应α-酮酸的过程。

脱氨基方式：转氨基作用氧化脱氨基联合脱氨基非氧化脱氨基

转氨基和氧化脱氨基偶联转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联L-氨基酸氧化酶在体内分布不广泛，活性不高。1.氨基酸氧化酶（需氧脱氢酶）（一）氧化脱氨基作用D-氨基酸氧化酶是以FAD为辅基的黄素蛋白酶。体内D-氨基酸缺乏，意义不大。2.甘氨酸氧化酶3.L-谷氨酸脱氢酶

存在于肝、脑、肾中辅酶为

NAD+或NADP+催化酶：

L-谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O（不需氧脱氢酶）（二）转氨基作用转氨基作用(transamination)1、转氨基作用由转氨酶催化完成在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。

反应式大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。正常人各组织中GPT及GOT活性(单位/克湿组织)血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。组织GPTGOT组织GPTGOT

肝44000

142000胰腺200028000

肾1900091000脾120014000

心7100156000肺70010000

骨骼肌480099000血清16202.转氨酶

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3.转氨酶作用机制乒乓反应机制转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。

通过此种方式并未产生游离的氨。4.转氨基作用的生理意义（三）联合脱氨基作用

两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下α-氨基生成α-酮酸的过程。

定义类型①转氨基偶联氧化脱氨基作用②转氨基偶联嘌呤核苷酸循环是体内主要的脱氨基途径（1）转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸

谷氨酸

α-酮酸α-酮戊二酸H2O+NAD+转氨酶

NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶

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。转氨基作用的氨基受体是α-酮戊二酸。主要在肝、肾和脑组织进行。苹果酸

腺苷酸代琥珀酸次黄嘌呤核苷酸

(IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶α-酮戊二酸氨基酸

谷氨酸α-酮酸转氨酶1草酰乙酸天冬氨酸转氨酶

2腺苷酸脱氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)（2）转氨基偶联嘌呤核苷酸循环此种方式主要在肌肉组织进行。(四)一些氨基酸的非氧化脱氨基作用1.脱水脱氨基作用2.脱硫化氢脱氨3.直接脱氨HOCH2CHCOOHNH2H2OCH2CNH3NHCH3L-丝氨酸脱水酶分子重排丝氨酸亚氨基丙酸-氨基丙烯酸自发水解丙酮酸COOHNH2CCOOHH2OCH3COCOOH¦Á三、-酮酸的代谢氨基酸脱氨基后生成的-酮酸(-ketoacid）主要有三条代谢去路。3.α-酮酸可彻底氧化分解并提供能量1.α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸2.α-酮酸可转变成糖及脂类化合物琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸蛋氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸酮体亮氨酸赖氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸

谷氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系TAC氨是机体正常代谢产物，具有毒性。体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。正常人血氨浓度一般不超过0.6μmol/L。

四、氨的代谢一、氨的来源1.氨基酸和胺类分解均可产生氨

RCH2NH2RCHO+NH3胺氧化酶（1）氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。（2）胺类分解：3.肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺

谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺酶H2O2.肠道细菌腐败作用产生氨蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨外源性氨的吸收：与肠道PH有关肾脏的泌氨作用NaClNa+Cl-H+NH3NH4Cl终尿HCO3-Na+NaHCO3H2OCO2H2CO3碳酸酐酶H+谷氨酰胺NH3肾小管上皮细胞肾小管管腔谷氨酰胺酶二、氨的去路在肝内合成尿素，这是最主要的去路；

谷氨酸

+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi肾小管泌氨以铵盐形式由尿排出分泌的NH3在酸性条件下生成NH4+，随尿排出。合成非必需氨基酸及其它含氮化合物；合成谷氨酰胺。三、氨在血液中的转运通过丙氨酸-葡萄糖循环氨从肌肉运往肝

生理意义肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。肝为肌肉提供葡萄糖。1.以丙氨酸的形式丙氨酸葡萄糖

肌肉蛋白质氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解途径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丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖肌肉紧张活动既产生大量的氨，又产生大量的丙酮酸，二者需到肝中转化。以丙氨酸形式转运，一举两得。2.生成谷氨酰胺

反应过程谷氨酰胺是氨的解毒产物，也是氨的储存及运输形式。谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶+

H2O生理意义临床解氨中毒，可输入谷氨酸盐。氨以谷氨酰胺形式从脑和肌肉等组织运往肝或肾

尿素生成的过程由HansKrebs和KurtHenseleit提出，称为鸟氨酸循环(orinithinecycle)，又称尿素循环(ureacycle)或Krebs-Henseleit循环。主要在肝细胞的线粒体及胞液中。四、尿素的合成1、NH3、CO2和ATP缩合生成氨基甲酰磷酸

CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO

~

PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行肝中鸟氨酸循环合成尿素的详细步骤此反应不可逆反应由氨基甲酰磷酸合成酶（CPS-Ⅰ)催化。N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。N-乙酰谷氨酸(AGA)2、氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸鸟氨酸氨基甲酰转移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸此反应不可逆反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithinecarbamoyltransferase,OCT)催化，OCT常与CPS-Ⅰ构成复合体。反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。3、瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸反应在胞液中进行。

精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸限速酶精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸4、精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸反应在胞液中进行。5、精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸反应在胞液中进行。尿素鸟氨酸精氨酸H2O鸟氨酸循环线粒体胞液反应小结：原料：2分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞液中进行。耗能：3个ATP，4个高能磷酸键。酶相对活性氨基甲酰磷酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶4.5163.01.03.3149.0正常成人肝尿素合成酶的相对活性酶相对活性氨基甲酰磷酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸酶4.5163.01.03.3149.0血氨浓度升高称高血氨症(hyperammonemia)高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammoniapoisoning)。尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。TAC↓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↓氨中毒的可能机制第六节个别氨基酸的代谢一、氨基酸的脱羧基脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛

组氨酸组胺

色氨酸

色胺

酪氨酸酪胺

氨基酸胺类(amines)

脱羧基作用氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成γ-氨基丁酸GABA是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。GABACOOH(CH2)2CH2NH2

CO2L-谷氨酸脱羧酶COOH(CH2)2CHNH2COOHL-谷氨酸组氨酸经组氨酸脱羧酶催化生成组胺组胺是强烈的血管舒张剂，可增加毛细血管的通透性，还可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。L-组氨酸组胺组氨酸脱羧酶CO2HNNCH2CHCOOHNH2HNNCH2CH2NH2色氨酸经5-羟色胺酸生成5-羟色胺(5-HT)5-HT在脑内作为神经递质起，抑制作用；在外周组织有收缩血管的作用。5-羟色氨酸5-HT色氨酸羟化酶5-羟色氨酸脱羧酶CO2色氨酸CH2CHCOOHNH2CH2CHCOOHNH2HOCH2CH2NH2HO某些氨基酸的脱羧基作用可产生多胺类物质鸟氨酸脱羧酶

鸟氨酸腐胺

S-腺苷甲硫氨酸

(SAM)脱羧基SAM

CO2SAM脱羧酶CO2精脒(spermidine)丙胺转移酶5'-甲基-硫-腺苷丙胺转移酶

精胺(spermine)多胺是调节细胞生长的重要物质。二、芳香族氨基酸代谢芳香族氨基酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸1）苯丙氨酸羟化生成酪氨酸

此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。苯丙氨酸和酪氨酸代谢有联系又有区别苯丙氨酸+H2O苯丙氨酸羟化酶四氢生物蝶呤二氢生物蝶呤NADPH+H+NADP+酪氨酸+O2苯酮酸尿症(phenylkeronuria,PKU)体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。苯丙酮酸对中枢神经系统有毒害。（二）

儿茶酚胺的生成S-腺苷同型半胱氨酸多巴醌吲哚醌黑色素聚合（三）

黑色素的生成在皮肤黑色素细胞中帕金森病(Parkinsondisease)患者多巴胺生成减少。人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。二、氨基酸与一碳单位代谢（一）一碳基团的概念

四氢叶酸作为一碳单位的载体参与一碳单位代谢，S-腺苷甲硫氨酸也可视为一碳单位的载体。

某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为一碳基团(onecarbonunit)。

一碳单位的种类甲基(methyl)-CH3甲烯基(methylene)-CH2-甲炔基(methenyl)-CH=甲酰基(formyl)-CHO亚胺甲基(formimino)-CH=NH四氢叶酸的结构FH4的生成FFH2FH4FH2还原酶FH2还原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+55,6,7,8-四氢叶酸NNNNH2NOHCH2NHCNCH(CH2)2COOHOHCOOHHH56789103NNNNH2NOHCH2NHCNCH(CH2)2COOHOHCOOHNNNNH2NOHCH2NHCNCH(CH2)2COOHOHCOOHHH叶酸5,8-二氢叶酸[2H][2H]FH4携带一碳单位的形式

（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）N5—CH3—FH4N5,N10—CH2—FH4N5,N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH4一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色胺酸的分解代谢丝氨酸

N5,N10—CH2—FH4甘氨酸

N5,N10—CH2—FH4组氨酸

N5—CH=NH—FH4色氨酸N10—CHO—FH4（二）一碳单位的来源与互变一碳单位的互相转变N10—CHO—FH4N5,N10=CH—FH4N5,N