生物化学课件30-31-蛋白质分解与氨基酸合成

蛋白质代谢蛋白质降解氨基酸的分解代谢氨基酸及其衍生物的生物合成固氮作用目录蛋白质降解氨基酸的分解与转化尿素的形成（鸟氨酸循环）氨基酸碳骨架的氧化生糖氨基酸和生酮氨基酸氨基酸的衍生物氨基酸的生物合成氨基酸生物合成的调节其它含氮物的合成生物固氮硝酸还原和氨同化蛋白质的酶促降解蛋白质的消化吸收

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的消化吸收蛋白质摄取多肽更小的肽氨基酸+短链肽血液循环胃蛋白酶胰蛋白酶

胰凝乳蛋白酶

羧肽酶

氨肽酶胃小

肠体内氨基酸代谢一览蛋白质的生命周期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真核细胞中蛋白质降解的两条途径不依赖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依赖ATP和泛肽的途径，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肽是一种8.5KD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，能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解溶酶体途径溶酶体是单层膜被细胞器，约含50种水解酶，包括不同种蛋白酶利用吞噬泡，分解其内容物进行组织降解溶酶体降解蛋白无选择性，对异常蛋白和短寿命酶无快速降解效益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）氨基酸的分解代谢氨基酸的脱氨基作用体内主要有3种脱氨基方式

1）转氨基作用：氨基转移酶

α-氨基酸

+α-酮酸

→α-酮酸

+α-氨基酸

2）氧化脱氨基作用：氨基酸氧化酶

α-氨基酸

+NAD(P)+

+H2O→

α-酮酸

+NAD(P)H+

+H++氨

3）联合脱氨基

a.转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用：肝肾脑等器官

b.嘌呤核苷酸循环：肌肉转氨基作用在转氨酶的催化下，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）3个重要的转氨基反应-氨基酸磷酸吡哆醛醛亚胺酮亚胺磷酸吡哆胺转氨酶辅酶——磷酸吡哆醛(PLP)的作用机理-酮酸互变异构转氨基动画PLP参与氨基酸的多种催化反应PIC1PIC2NOTE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

+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOHL-谷氨酸脱氢酶转氨基与氧化脱氨基讨论转氨酶

种类多，分布广，活性高

但是氨基酸并没有真正脱掉氨基

因此转氨基作用不是体内主要的脱氨基方式氧化脱氨基，使用氨基酸氧化酶

只有谷氨酸脱氢酶分布广，活性高，但肌肉缺乏

其他氨基酸氧化酶种类不多，分布不广，活性不高

所以氧化脱氨基也不是体内主要的脱氨基方式最佳脱氨基方式：

1.转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基（肝肾脑）

2.嘌呤核苷酸循环（肌肉肝脑）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-谷氨酸嘌呤核苷酸循环（肌肉及肝肾脑）氨基酸的脱羧基作用由氨基酸脱羧酶催化，辅酶：磷酸吡多醛（组氨酸不需要此酶）胺过量将对机体造成伤害，故产生的胺还要进行生物转化胺→醛→酸→CO2+H2O氨的命运氨是强烈的神经毒物

肝昏迷

尿素合成减少

血氨增高谷氨酸可缓解氨必须及时排泄氨的来源与去路NH3比NH4+更易被血液吸收氮的排泄形式氨(铵离子)

大部分水生脊椎动物。释放NH4+到水环境尿素

大部分陆生脊椎动物，鲨鱼。通过尿液排泄尿素尿酸

鸟类和爬行类。氨基N转化为嘌呤，嘌呤分解产生尿酸氨自肝外转运至肝脏谷氨酰胺的运氨作用丙氨酸的运氨作用尿素的生成（1）概念（2）总反应和过程NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2ONH2-CO-NH2+

2ADP+2Pi+

AMP+PPi+延胡索酸在排尿动物体内由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。尿素循环场所：肝细胞原料：CO2，NH3产物：尿素1氨甲酰磷酸合成酶I2鸟氨酸转氨甲酰酶3精氨酸代琥珀酸合成酶4精氨酸代琥珀酸酶5精氨酸酶氨的转运与尿素合成尿素的合成尿素循环和柠檬酸循环的关系尿素循环和柠檬酸循环的关系[图]PIC3氨基酸分解加强促进尿素合成氨基酸分解代谢加强引起谷氨酸浓度增高N-乙酰谷氨酸合成别构激活氨甲酰合成酶尿素合成加速氨代谢转变—谷氨酸重新生成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——肝昏迷。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。谷氨酰胺和天冬酰胺的生成+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶碳链进入TCA氧化1-乙酰CoA途径2-α-酮戊二酸途径3-琥珀酰CoA途径4-延胡索酸途径5-草酰乙酸途径甘氨酸能产生一碳单位一碳单位是核苷酸合成的原料PIC8乙酰CoA途径生糖氨基酸和生酮氨基酸定义举例生糖氨基酸凡能分解产生TCA中间产物的氨基酸Asp、Asn、Ser、Gly、Thr、Ala、Cys、Glu、Gln、His、Arg、Pro、Met生酮氨基酸凡能分解产生乙酰CoA的氨基酸Leu、Lys生糖兼生酮氨基酸既能产生乙酰CoA又能产生TCA中间产物的氨基酸Phe、Tyr、Ile、TrpPIC5PIC6一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

一碳基团不能独立存在-CH=NH亚氨甲基H-CO-甲酰基-CH2OH甲醇基-CH=次甲基-CH2-亚甲基-CH3甲基一碳单位载体：THF叶酸广泛存在于绿叶中N5，N10可携带一碳单位一碳单位是个别氨基酸代谢产生的四氢叶酸THF某些氨基酸产生一碳单位蛋氨酸循环甲基供体：S-腺苷蛋氨酸生物素CO2载体

羧化酶的辅基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PIC7氨基酸与生物活性物质γ-氨基丁酸：谷氨酸脱羧形成，抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用牛磺酸：半胱氨酸加氧脱羧形成，强极性物质，是结合胆汁酸的组成部分组胺：组氨酸脱羧形成，强烈血管舒张剂，刺激胃酸和胃蛋白酶分泌5-羟色胺：色氨酸脱羧形成，抑制性神经递质，在外周有收缩血管作用多胺：精氨酸脱羧生成腐胺，腐胺转化形成亚精胺和精氨，细胞生长调节物质TAB3色氨酸重要衍生物色氨酸尼克酸NAD与NADP前体吲哚乙酸植物生长激素5-羟色胺抑制性神经递质血管收缩丙氨酸与代谢缺陷症多巴胺是一种神经递质帕金森病：脑中多巴胺减少人类遗传病与氨基酸代谢氨基酸的生物合成◆氨基酸合成的氨通常来自：氨甲酰磷酸，谷氨酸，谷氨酰胺◆氮固定的2条途径：生物固氮，硝酸基还原◆氨基酸合成的碳骨架来自中间代谢产物◆氨基酸合成途径有5条：谷氨酸族，天冬氨酸族，丙氨酸族，丝氨酸族，组氨酸和芳香族必需氨基酸的概念Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp(His、Arg)

凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。

人的必需氨基酸：二十种氨基酸的生物合成概况谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族丝氨酸族His和芳香族氨基酸生物合成的分族情况（1）丙氨酸族丙酮酸Ala、Val、Leu（2）丝氨酸族甘油酸-3-磷酸Ser、Gly、Cys（3）谷氨酸族

-酮戊二酸Glu、Gln、Pro、Arg（4）天冬氨酸族草酰乙酸Asp、Asn、Lys、Thr、Ile、Met（5）组氨酸和芳香氨基酸族磷酸核糖His磷酸赤藓糖+PEPPhe、Tyr、Trp谷氨酸族氨基酸合成α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺脯氨酸精氨酸PIC10脯氨酸合成PIC9精氨酸合成天冬氨酸族

氨基酸的合成

(苏氨酸和甲硫氨酸)天冬氨酸族

氨基酸的合成

(赖氨酸)丙氨酸族氨基酸的合成天冬氨酸族丙氨酸族合成草酰乙酸丝氨酸族氨基酸的合成3-磷酸苷油酸丝氨酸甘氨酸半胱氨酸丝氨酸族氨基酸的合成半胱氨酸的巯基来自PAPS动物体内半胱氨酸合成的另一途径芳香族氨基酸的合成3-磷酸苷油酸4-磷酸赤藓糖+苯丙氨酸酪氨酸色氨酸酪氨酸5-磷酸核糖组氨酸芳香族氨基酸合成PIC11PIC12氨基酸生物合成的调节通过终端产物对氨基酸生物合成的抑制通过酶生成量的改变调节氨基酸的生物合成氨基酸合成的反馈调控反硝化作用氧化亚氮氨甲酰磷酸分支酸脱氧庚酮糖酸-7-磷酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸赤藓糖-4-磷酸脱氢奎尼酸莽草酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸+预苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛高丝氨酸氨基苯甲酸谷胱甘肽的合成◆GSH保护巯基蛋白和巯基酶不被氧化◆GSSG的还原依赖NADPH供氢肌酸的合成血红素和叶绿素的合成合成原料琥珀酰CoA甘氨酸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固氮作用与脱氮作用生物固氮的化学本质2NH33H26e-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-固氮酶

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N