第30章 蛋白质的降解 及氨基酸的分解代谢.

Presentation on theme: "第30章 蛋白质的降解 及氨基酸的分解代谢."— Presentation transcript:

1 第30章 蛋白质的降解 及氨基酸的分解代谢

2 蛋白质的水解 氨基酸的代谢 氨基酸的分解 氨基酸的合成

3 一、 蛋白质的水解 外源蛋白质 吸收入 胞外酶 水解 氨基酸 蛋白质不能储备。 作为氮源和能源进行代谢。

4 ？ 水解 氨基酸 内源过期蛋白质 细胞内能有选择的降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能？ 泛肽识别并在溶酶体中水解

5 泛肽 过期蛋白质 溶酶体 氨基酸 泛肽 泛肽 复合体

6 溶酶体 双层膜 各种水解酶 白细胞杀菌时被该细菌同样溶解 白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关 游离于细胞质中，过于微小难以观察
被标记后的内源蛋白质 50~500nm 各种水解酶 双层膜 小分子单元 白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关 游离于细胞质中，过于微小难以观察

7 提问：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？
外切酶—氨肽酶 NH3+— NH3+— 特定氨基酸间 随机 内切酶 限制性内切酶 COO-— COO-— 外切酶—羧肽酶 最终产物—氨基酸

8 氨基酸代谢库：食物蛋白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的氨基酸（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。

9 ？ ？ 二、氨基酸的分解代谢 NH3、尿素、尿酸 CO2、H2O、ATP 氨基酸 四大物质、激素等 氨基酸的分解一般分三步：
合成 合成其他 ？ 四大物质、激素等 二、氨基酸的分解代谢 氨基酸的分解一般分三步： 第一步：脱氨基作用，脱下来的氨基或转变为氨（NH3），或转化为天冬氨酸或谷氨酸的氨基。 第二步：氨与天冬氨酸的氮原子结合，成为尿素并被释放。 第三步：氨基酸的碳骨架转化为一般的代谢中间体。

10 ？ （一）脱氨基作用 定义：氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用。 脱氨基作用是氨基酸分解代谢最主要的反应。 氨基酸脱氨基的主要方式：
转氨基（氨基转移）作用 　　　　　 氧化脱氨基作用 　　　　　　　　　　 联合脱氨基作用 O O 脱氨酶 ？ NH3 α酮酸

11 b. 氨基大多转给了α-酮戊二酸（产物谷氨酸）
1.转氨基作用 指α-AA和酮酸之间氨基的转移作用， α-AA的α-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。 α-氨基酸 交换 三羧酸循环 丙酮酸 α-酮酸 逆过程 转氨酶 α酮戊二酸 α-氨基酸 α-酮酸 特点：a. 可逆，受平衡影响 b. 氨基大多转给了α-酮戊二酸（产物谷氨酸） 提问：为什么多转给α-酮戊二酸？ 答案：来源有保证，谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生α-酮戊二酸。

12 谷氨酸 + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + 丙氨酸 天冬氨酸 + α-酮戊二酸 草酰乙酸 +谷氨酸 CH2 - COO- CH+NH3 CH2 -
转氨基作用举例 谷氨酸 + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + 丙氨酸 天冬氨酸 + α-酮戊二酸 草酰乙酸 +谷氨酸 CH2 - COO- CH+NH3 CH2 - COO- C=O CH2 - COO- CH+NH3 CH2 - COO- C=O + +

13 转氨基作用的机制： 转氨酶的辅酶：迄今发现的转氨酶都以磷酸吡哆醛（PLP）为辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。

14 转氨酶(transaminase) / 氨基转移酶(aminotransferase)
催化氨基转移的酶，广泛存在于各组织中，以心肝脑肾含量较高。 重要的转氨酶有： 1）. 2）. 谷丙转氨酶（glutamic pyruvic transaminase, GPT） 〔 或 丙氨酶氨基转移酶（alanine aminotransferase, ALT）〕 谷草转氨酶（glutamic oxaloacetic transaminase, GOT） 〔或 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase, AST）〕

15 哺乳动物细胞中氨基的集合作用是在细胞质中。起催化作用的酶是细胞质中的天冬氨酸转氨酶，该酶催化的转氨产物是谷氨酸。谷氨酸进入线粒体，谷氨酸或直接脱氨，或在天冬氨酸转氨酶作用下将α-氨基转移给草酰乙酸又形成天冬氨酸。在线粒体内，天冬氨酸是尿素形成时氨基的直接供给者，又可形成腺苷酸代琥珀酸。

16

17 查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？ 提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍 抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液。（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的） 转氨基本质上没有真正脱氨。

18 葡萄糖-丙氨酸循环，氨运入肝脏 肌肉中的氨基转移酶，可把丙酮酸作为它的-酮酸的载体。在它们的作用下，产物为丙氨酸，丙氨酸被释放到血液，经血液循环进入肝脏，在肝脏中经转氨作用又产生丙酮酸，通过葡萄糖异生途径形成葡萄糖，葡萄糖通过血液循环回到肌肉中，通过糖酵解作用降解为丙酮酸。称为葡萄糖-丙氨酸循环

19 ？ ！ 定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。 2.氧化脱氨作用 脱氨酶——脱氢氧化酶 酶 2H+H+
H2O+H+ 2 α-酮酸 NH4+ 脱氢 亚氨基酸不稳定 水解加氧 酶——L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶 ？ ！ L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程） 提问：那种酶作用最重要？ 本应是L-氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该酶分布不普遍，活力低（pH=7)，作用小。

20 AA氧化酶的种类 L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。在动物体内仅分布于肝﹑肾，且活性不高，因此作用不大。 D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。 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。是别构酶，别构抑制剂：ATP﹑GTP、DADH；别构激活剂：ADP﹑GDP +NAD(P)H+NH3 CH2 - COOH CHNH2 +NAD(P)++H2O 谷氨酸 脱氢酶 C=O 体内（正） 体外（反）

21 有毒！ NAD++H2O NADH+H++NH4+ L-谷氨酸脱氢酶 α-酮戊二酸 α-谷氨酸 谷氨酸氧化脱氨

22 若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累
氨中毒原理 若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累 三羧酸循环 丙酮酸 α酮戊二酸 L-谷氨酸脱氢酶 NAD++H2O NADH+H++NH4+ α-谷氨酸 α-酮戊二酸 ？ α酮戊二酸大量转化 NADPH大量消耗 三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。 表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。

23 由于两种酶活性强，分布广，动物体内大部分氨基酸联合脱氨。
3. 联合脱氨————转氨与氧化脱氨的联合 由于转氨并不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基和氧化脱氨联合在一起才能迅速脱氨。 1. 转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用 NH4+ 产物 NADH+H+ α-氨基酸 反应物 α-酮戊二酸 NH3 2H α-酮酸 NAD++H2O 谷氨酸 转氨酶 L-谷氨酸脱氢酶 由于两种酶活性强，分布广，动物体内大部分氨基酸联合脱氨。 骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要以嘌呤核苷酸脱氨基为主。

24

25 嘌呤核苷酸联合脱氨基 2 .嘌呤核苷酸循环（肌肉中的联合脱氨基方式） 反应物 NH3 NH3 NH3 H2O 产物 H2O H2O 次黄苷酸
天冬氨酸 反应物 H2O 谷氨酸 α-酮戊二酸 转氨酶 α-氨基酸 α- 酮酸 NH3 腺苷酸琥珀酸 产物 NH3 NH3 草酰乙酸 谷-草转氨酶 NAD+ NADH+H+ H2O 腺苷酸 延胡索酸 苹果酸 H2O

26

27 4、非氧化脱氨 还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。 （在微生物中个别AA进行,但不普遍） L-丝氨酸 CH2 COO- C-NH3+ = - CH3 C=NH2+ COOH CH2OH NH2-C-H C=O 丝氨酸脱水酶 +NH3 丙酮酸 -H2O +H2O α-氨基丙烯酸 亚氨基丙酸

28 CH2-CHNH2-COOH CH=CH-COOH +NH3 (OH) (OH) 由解氨酶催化 PAL L-苯丙氨酸 (酪氨酸) 反式肉桂酸
(反式香豆酸) 单宁等次生物 辅酶Q

29 ？脱氨 NH3何处去呢？ 5.谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨 谷氨酰胺 谷氨酰胺酶 NH3 H2O 谷氨酸 天冬酰胺与之类似。
上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。 NH3何处去呢？

30 AA 胺类化合物 AA 胺类化合物 R1 COOH H-C-NH2 - H R2 O=C - R1 COOH H-C-N= C - H R2
6、脱 羧 基 作 用 专一性强 AA 胺类化合物 脱羧酶 （辅酶为磷酸吡哆醛） AA 胺类化合物 脱羧酶 （辅酶为磷酸吡哆醛） R1 COOH H-C-NH2 - H R2 O=C - R1 COOH H-C-N= C - H R2 + +H2O 醛亚胺 磷酸吡哆醛 CO2 H2O R1 H H-C-NH2 - H R2 O=C - R1 H H-C-N= C - R2 +

31 RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3 RCHO+1/2O2 RCOOH CO2+H2O
谷AA γ-氨基丁酸+CO2 天冬AA β-丙AA+CO2 赖AA 尸胺+ CO2 鸟AA 腐胺+ CO2 丝氨酸 乙醇胺 胆碱 卵磷脂 色氨酸 吲哚丙酮酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸 胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸。 AA RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3 RCHO+1/2O RCOOH CO2+H2O 尿素

32 7.NH3的转运与排泄 （1）氨的去路： 排氨生物：NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）
重新利用合成AA： 合成酰胺（高等植物中） 嘧啶环的合成（核酸代谢）

33 NH4+ + Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+ Gln+H2O Glu + NH4+ 以Ala转运（葡萄糖-丙氨酸转运：肌肉）
（2）氨的转运（向动物肝脏的运输） 以Gln的形式（氨的主要运输形式）： NH4+ + Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+ Gln+H2O Glu + NH4+ 以Ala转运（葡萄糖-丙氨酸转运：肌肉） NH4++ -酮戊二酸+NADPH+H Glu+NADP++H2O Glu+丙酮酸 -酮戊二酸+Ala Ala+ -酮戊二酸 Glu+丙酮酸 Gln合成酶 Gln 酶 尿素循环 Glu脱氢酶 丙酮酸转氨酶 在肌肉 尿素循环 丙酮酸转氨酶 在肝脏

34 （3）尿素的形成——尿素循环（鸟氨酸循环）
消耗4ATP能量 氨基酸 （外来的或自身的） 部位——肝脏细胞 α-酮戊二酸 （转氨作用） H2O 谷氨酸 精氨酸 延胡索酸 尿素 鸟氨酸 谷氨酸 α酮戊二酸 NH4+ 2ATP CO2 精氨琥珀酸 鸟氨酸 Pi 2ADP+Pi+H+ 氨甲酰磷酸 Pi 瓜氨酸 转氨基—氨 瓜氨酸 AMP+PPi ATP

35 （三） 尿素循环的详细步骤 1. 氨基甲酰磷酸的合成（线粒体） 2. 瓜氨酸的合成（线粒体） 3. 精氨琥珀酸的合成（细胞质） 4. 精氨酸的合成（细胞质） 5. 精氨酸水解生成尿素（细胞质）

36 1. 氨甲酰磷酸的合成（线粒体） HCO3-+ 线粒体中的氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ） ： 变构酶，变构激活剂： N-乙酰谷氨酸（AGA），用氨做氮的供体，参与尿素的合成。细胞质内还有两外一类氨甲酰磷酸合成酶，即氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（CPS- Ⅱ ），用谷氨酸做氮的供给体，参与嘧啶生物合成 。

37 CO2 ＋ NH3 ＋ H2O ＋ 2ATP 氨甲酰磷酸 ＋ 2ADP ＋ Pi
CPS-Ⅰ CO2 ＋ NH3 ＋ H2O ＋ 2ATP 氨甲酰磷酸 ＋ 2ADP ＋ Pi （+） 精氨酸 （+） AGA合成酶 AGA 乙酰CoA ＋ 谷氨酸

38 2. 瓜氨酸的合成（线粒体）

39 3、4.精氨琥珀酸和精氨酸的合成（细胞质）

40 5. 精氨酸水解生成尿素（细胞质）

41 总反应 尿素的两个氨基，一个来源于氨，另一个来源于天冬氨酸；一个碳原子来源于HCO3-，共消耗4个高能磷酸键，是一个需能过程，但谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸反应生成1分子NADH；延胡索酸经草酰乙酸转化为天冬氨酸也形成1分子NADH。两个NADH再氧化，可产生5个ATP。

42 尿素合成的调节 1. 食物蛋白质的影响 ： 高蛋白饮食→尿素合成速度↑ 2. CPS-Ⅰ的调节： 精氨酸↑→尿素合成速度↑ N-乙酰谷氨酸激活该酶 3. 尿素合成酶系的调节 精氨酸代琥珀酸合成酶 鸟氨酸氨基甲酰转移酶（肝细胞再生时，活性↓）

43 高血氨症 正常血氨浓度﹤0.6 μmol / L 血氨浓度↑ 高血氨症 常见原因：肝功能严重损害 尿素合成的酶缺陷

44 高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。
鸟类、爬虫排尿酸 均来自转氨 不溶于水，毒性很小，合成需要更多的能量。 提问：为什么这类生物如此排氨？ 水循环太慢，保留水分同时不中毒得付出高能量代价。 高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。

45 6. α-酮酸的转化 (1)合成氨基酸（合成代谢占优势时） (2)进入三羧酸循环彻底氧化分解! (3)转化为糖及脂肪 生酮氨基酸
(只能转化为脂肪） 除亮氨酸、赖氨酸外的氨基酸可由？转化为糖。 糖异生

46 碳骨架的氧化（肝脏中） CoASH 柠檬酸 乙酰CoA 异柠檬酸 草酰乙酸 α-酮戊二酸 琥珀酰CoA 苹果酸 延胡索酸 三羧酸循环 丙氨酸
苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 碳骨架的氧化（肝脏中） 精氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸 异柠檬酸 柠檬酸 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 CoASH 三羧酸循环 乙酰CoA α-酮戊二酸 琥珀酰CoA 谷氨酸 丙酮酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸 乙酰乙酰CoA 天冬酰胺 谷氨酰胺 苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸

47 三羧酸循环—焚烧炉

48 第二节 氨基酸的合成 由糖代谢中间产物转化而来。 非必需氨基酸 (10种) 糖 动物 蛋白质 氨基酸 必需氨基酸 (10种) 酮体
必需——分解不可逆，缺乏碳骨架供给。

49 微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。 酵解 葡萄糖 色氨酸 苯丙氨酸酪氨酸 葡糖-6-磷酸 CO2+H2O 戊糖磷酸途径 组氨酸
色氨酸 苯丙氨酸酪氨酸 葡糖-6-磷酸 CO2+H2O 戊糖磷酸途径 组氨酸 核糖-5-磷酸 丝氨酸 半胱氨酸甘氨酸 3磷酸-甘油酸 亮氨酸 异亮氨酸缬氨酸 丙氨酸 酵解 丙酮酸 天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸 草酰乙酸 谷氨酸 谷氨酰胺赖氨酸 精氨酸 脯氨酸 三羧酸循环 乙醛酸循环 α-酮戊二酸