第九章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢

本章内容 蛋白质的酶促降解 氨基酸的分解代谢

第一节 蛋白质的酶促降解 一、定义: 二、蛋白水解酶 蛋白质的酶促降解：是指蛋白质在酶的作用下, 使肽键发生水解生成氨基酸的过程。 催化多肽或蛋白质水解的酶的统称，简称蛋白酶。广泛分部于动物、植物以及细菌当中，种类繁多，在动物的消化道以及体内各种细胞的溶酶体内含量尤为丰富。按其作用特点分：肽链内切酶和外切酶

（一）肽链内切酶和外切酶 1.肽链内切酶（蛋白酶） 作用于多肽链中部的肽键，催化多肽链中间肽链水解，能将长多肽链分为长度较短的多肽链，如胰蛋白酶、胃蛋白酶、肛凝乳蛋白（糜蛋白酶）都属于肽链内切酶。 肽链内切酶主要是基因专一性的酶，如： 胰凝乳蛋白酶：作用于由芳香族氨基酸(Tyr Typ phe)的羧基形成的肽键。 胰蛋白酶：作用于碱性氨基(Arg Lys)的羧基形成的肽键。 胃蛋白酶：作用于芳香族氨基酸形成的钛键 弹性蛋白酶：水解由脂肪族氨基酸（如丙AA,亮AA，异亮AA，缬AA等）形成的肽键。

2.肽链外切酶（肽链端解酶） 这类酶可分别从多肽链的游离羧基端或游离氨基逐一地将肽链水解成氨基酸， (1)羧肽酶:作用于羧基端的水解酶. 羧肽酶A：碳末端除Pro、Lys、Arg外的所有AAn 羧肽酶B：碳末端为Arg、Lys的氨基酸 (2)氨肽酶：用于氨基端的水解酶。 (3)二肽酶：水解二肽。 蛋白质被水解成单个氨基酸是在肽链内切酶和肽链端解酶的共同作用下完成的，肽链内切酶即为蛋白酶，作用的特点是从蛋白质肽链的中间切断，作用的产物是肽链，而肽链端解酶作用的底物是肽链，从肽链的N端或C端作用于肽键，其产物是二肽或单个AA。 按其活性部位的结构特征分：

几种蛋白酶的专一性 氨肽酶 羧肽酶 （Phe.Tyr.Trp） （Arg.Lys） （脂肪族） 胰凝乳蛋白酶 胃蛋白酶 弹性蛋白酶 胰蛋白酶 （Phe. Trp）

编号 名 称 作用特征 实例 3、4、2、1 丝氨酸蛋白酶类 活性中心含Ser 胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 凝血酶 编号 名 称 作用特征 实例 3、4、2、1 丝氨酸蛋白酶类 活性中心含Ser 胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 凝血酶 (serine pritelnase) 3、4、2、2 半胱氨酸蛋白酶类 活性中心含Cys 木瓜蛋白酶 无花果蛋白酶 菠萝酶 (Thiol pritelnase) 3、4、2、3 天冬氨酸蛋白酶类 活性中心含Asp,最适pH在5以下 胃蛋白酶 凝乳酶 [carboxyl(asid) pritelnase] 3、4、2、4 金属蛋白酶类 活性中心含有Zn2+ 、 Mg2+等金属 枯草杆菌蛋白酶 嗜热菌蛋白酶 (metallopritelnase)

第二节 氨基酸的分解代谢 三、蛋白质降解的泛肽途径P247 氨基酸（amino acids)是蛋白质(protein)的基本 Metabolism of Amino Acids 氨基酸（amino acids)是蛋白质(protein)的基本 组成单位。氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。 脱羧基作用 → CO2 + 胺 一般分解代谢→ 脱氨基作用 → NH3 + α-酮酸

定义：指氨基酸在酶的作用下脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。 一、 氨基酸的脱氨基作用 定义：指氨基酸在酶的作用下脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。 脱氨基方式 氧化脱氨基 转氨基作用 联合脱氨基 非氧化脱氨基 转酰胺基作用 转氨基和氧化脱氨基偶联 转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联

（一） 氧化脱氨基作用 -AA在酶的催化下，氧化生成相应的-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。主要有以下两种类型： L-谷氨酸脱氢酶 谷氨酸+ H2O -酮戊二酸+ NH3 NAD（P）+ NAD（P）H 呼吸链 α-氨基酸 氨基酸氧化酶（FAD、FMN） α-酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO-+NH3 O || H2O+O2 H2O2

催化氧化脱氨作用的酶的种类 L-AA氧化酶：以FAD或FMN为辅基。催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，生理pH下活性低 D-AA氧化酶：以FAD为辅基.催化D-AA氧化脱氨，体内分布广泛，生理pH下活性强,但体内D-AA不多 L-谷氨酸脱氢酶：以NAD+或NADP+为辅酶。专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强 因此, 前两种酶在氨基酸脱氨中不起重要作用,L-谷氨酸脱氢酶在氨基酸代谢中起十分重要的作用(反应如前)

（二） 转氨基作用 α-氨基酸1 转氨酶 R1-CH-COO- R2-C-COO- NH+3 O || R2-CH-COO- 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。 α-氨基酸1 R1-CH-COO- NH+3 | R2-C-COO- O || α-酮酸2 α-酮酸1 R1-C-COO- O || R2-CH-COO- NH+3 | α-氨基酸2 转氨酶 （辅酶：磷酸吡哆醛）

转氨酶: 催化转氨作用的酶 种类多,每种氨基酸转氨都有其特异的转氨酶 除赖氨酸(Lys)和苏氨酸(Thr)外,其余氨基酸都可以参加转氨作用 迄今发现的转氨酶都以磷酸吡哆醛（PLP）为辅基 转氨酶中尤以谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)最为重要 GOT以心脏中活力最大 GPT以肝脏中活力最大,当肝细胞受损伤时,则该酶释放到血液中,所以肝炎患者血液中该酶的活力远高于正常值

谷丙转氨酶和谷草转氨酶 谷丙转氨酶（GPT） 谷草转氨酶(GOT)

转氨作用的意义: 由于转氨酶催化的反应是正逆进行的,所以转氨作用既是氨基酸分解代谢的开始,也是氨基酸合成代谢的重要步骤 沟通了糖代谢与蛋白质代谢 丙酮酸→Ala; α-酮戊二酸→Glu;草酰乙酸→Asp;

（三） 联合脱氨基作用 （1）概念 （2）类型 转氨基作用和 氧化脱氨基作 用联合进行的 脱氨基作用方 式。 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 联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。

联合脱氨基作用的必要性: L-AA氧化酶活力低,而转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶普遍存在,故一般氨基酸的脱氨基作用都要经过转氨作用,将氨基转移给α-酮戊二酸,使之成为Glu,Glu再在L-谷氨酸脱氢酶催化下氧化脱氨,重新生成α-酮戊二酸和NH3,间接地将L-AA上的氨基脱掉

转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联 NH3+NADH H20+NAD+ 转氨酶 L-谷氨酸脱氢酶 α-氨基酸 α-酮戊二酸 α-酮酸

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 腺苷琥珀酸 苹果酸 延胡索酸 腺苷酸 次黄苷酸 腺苷琥珀酸合成酶 H2O 腺苷酸脱氨酶 腺苷琥珀酸裂解酶 苹果酸脱氢酶 延胡索酸酶

（四）非氧化脱氨基作用（自学） （1）直接脱氨基作用 （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

NH3在体内积存过多会引起中毒 因为NH3可以使-酮戊二酸转变成Glu,从而使三羧酸循环受阻,严重阻碍ATP生成,引起脑功能受损,引起中枢神经系统中毒,语言紊乱,感官失灵,甚至昏迷或死亡。

（五）脱酰胺基作用 Gln+H2O 谷氨酰胺酶 Glu+NH3 Asn+H2O 天冬酰胺酶 Asp+NH3

1. 概念 2. 反应 二、 氨基酸的脱羧基作用 氨基酸在脱羧酶的作用下 脱掉羧基生成相应的胺类 化合物的作用.脱羧酶的 辅酶为磷酸吡哆醛。 R-CH-COOH R-CH2-NH2+CO2 AA脱羧酶 NH2 由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。

生物体内大部分氨基酸可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。 氨基酸脱羧酶专一性很强，每一种氨基酸都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。 氨基酸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r-氨基丁酸，是重要的神经介质。 His脱羧生成组胺，有降低血压的作用。 Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。 Lys脱羧生成尸胺，鸟氨酸脱羧生成腐胺。 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。

三、氨基酸分解产物的去路 （一） 氨的代谢转变 （二）鸟氨酸循环（尿素循环) (三）氨基酸碳骨架的代谢途径 (-酮酸的代谢转变)

（一）氨的代谢转变 1. 重新生成氨基酸 2. 谷氨酰胺和天冬酰胺的生成 3.生成铵盐 4.生成尿素（哺乳动物）

其余氨基酸可以通过转氨作用将Glu上的氨基转移过来形成。 1.谷氨酸的重新生成 L-谷氨酸脱氢酶 谷氨酸+ H2O -酮戊二 酸+ NH3 NAD（P）H NAD（P）+ 其余氨基酸可以通过转氨作用将Glu上的氨基转移过来形成。

2.谷氨酰胺和天冬酰胺的生成 天冬酰胺的合成同上,为植物贮氨的主要形式 谷氨酰胺合成酶 Gln酶 (为动物贮氨的主要形式) 3.生成铵盐 +NH3 +H2O ATP ADP+Pi 谷氨酰胺合成酶 Mg2+ Gln酶 (为动物贮氨的主要形式) 天冬酰胺的合成同上,为植物贮氨的主要形式 3.生成铵盐 4.生成尿素

本质:2个NH3和1个CO2形成尿素 (二）尿 素 循环（鸟氨酸循环） 概念 NH3合成尿素是在肝脏 中通过一个循环机制完 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(鸟氨酸循环)。 本质:2个NH3和1个CO2形成尿素

鸟氨酸循环过程 O NH2-C-NH2 Pi H2O 苹果酸 NAD NADH2 氨基酸 谷氨酸 胞液 谷氨酸 尿素 鸟氨酸 H2O 鸟氨酸 2ATP+CO2+NH3+H2O H2O 鸟氨酸 2ADP+Pi 氨甲酰磷酸 精氨酸 线粒体 延胡索酸 Pi H2O 瓜氨酸 精氨琥珀酸 AMP+PPi 基质 苹果酸 瓜氨酸 ATP 天冬氨酸 -酮戊二酸 NAD NADH2 草酰乙酸 谷氨酸 氨基酸

（三） 氨基酸碳骨架的代谢途径 1. 还原氨基化生成氨基酸:氧化脱氨的逆反应 2. 转变成糖或脂肪 生糖氨基酸和生酮氨基酸 3. 氧化成CO2和H2O

AA碳骨架的去路（AA脱氨基的意义） 再合成AA 转变成糖和脂肪 生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的AA（Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val） 转变成酮体 生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、-丁酸的AA（Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中） AA分解产生5种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解（五种产物为：乙酰CoA、 -酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸）

氨基酸与糖、脂肪代谢的关系