& Amino Acid Catabolism

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1 & Amino Acid Catabolism
第三十章 蛋白质的降解和 氨基酸的分解代谢 Chapter 30 Degration of Protein & Amino Acid Catabolism 欧阳红生 动物生物技术系 吉林大学畜牧兽医学院 Tel: Copyright © by Ouyang Hongsheng. All rights reserved.

2 主要内容： 蛋白质怎样分解成氨基酸 氨基酸又怎样进一步分解
主要内容： 蛋白质怎样分解成氨基酸 氨基酸又怎样进一步分解

3 一、蛋白质的降解 活细胞内的组分一直在更新(Henry Borsook和Rudolf Schoenheimer, 1940）
蛋白质的存活时间（life time）： 短到几分钟，长到几星期或更长 功能： (1)排除不正常的蛋白质，它们一旦积聚，将对细胞有害； (2)通过排除累积过多的酶和调节蛋白，使细胞代谢的井然有序得以维持。

4 （一）蛋白质降解的特性 细胞有选择地降解非正常蛋白质 在网织红细胞中 Hb-α-氨基-β-氯代丁酸(缬氨酸类似物)半衰期10min
因此α-氨基-β-氯代丁酸用于治疗溶血性贫血 不同酶有不同的半衰期（half-life）

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6 降解最迅速的酶都位于重要的代谢调控位点，而较为稳定的酶在所有生理条件下都有较稳定的催化活性。

7 （二）蛋白质降解的反应机制 1. 溶酶体（lysosome）无选择的降解蛋白质
溶酶体是具有单层膜被的细胞器，它含有约50种水解酶，包括不同种的蛋白酶，称之为组织蛋白酶。 溶酶体对细胞内各组分的再利用是通过它融合细胞质的膜被点块，即自体吞噬泡，并随即分解其内容物来实现的。溶酶体还降解一些物质，这些物质是细胞通过胞吞作用来利用的。 溶酶体阻断剂：氯代奎宁 组织蛋白酶阻断剂：抗蛋白酶 溶酶体降解蛋白质是无选择性的 许多正常的和病理的活动经常随伴溶酶体活性的升高

8 （二）蛋白质降解的反应机制 2. 泛肽（ubiquitin）给选择降解的蛋白质加以标记 真核细胞中蛋白质的降解：需要ATP、泛肽
泛肽是一个有76个氨基酸残基的蛋白质单体,由于在真核细胞中含量丰富，且无所不在，因而得名。 泛肽氨基酸序列高度保守。如人、蟾蜍、鳟鱼及果蝇等氨基酸序列完全相同，人与酵母只有3个氨基酸残基不同。

9 White ribbon represents the polypeptide backbone

10 被选定降解的蛋白质先加以标记。即以共价键与泛肽连接。这个程序的目的是标记氨基酸的活化，分三步进行。
E1:泛肽活化酶（Ubiquitin-activating enzyme） E 2:泛肽携带蛋白（ubiquitin-carrier protein） E3:泛肽蛋白质连接酶（ubiquitin-protein ligase）

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12 蛋白质half-life的长短与其N末端残基的性质有关。
N末端规则（N-end rule）： N端为Asp、Arg、Leu、Lys和Phe残基， 蛋白质的半衰期只有2-3min。 N端为Ala、Gly、Met、Ser和Val残基: 原核生物中蛋白质的half-life超过10h。 真核生物中蛋白质的half-life则超过20h。 N末端规则既存在于原核生物，也存在于真核生物中。

13 原核生物中没有泛素，但有其他更复杂的信号在选择蛋白质降解时也很重要，例：带有富含Pro(P)、Glu(E)、Ser(S)和Thr(T)残基片段的蛋白质可很快地被降解，这些片段称PEST序列片段，如果删除PEST序列的片段，可以延长蛋白质的half-life。

14 泛素化蛋白质的降解： 依赖于ATP 26S蛋白酶体（26s proteasome） （大的多蛋白质复合物）

15 （三）机体对外源蛋白质的需要及其消化作用
胃：胃蛋白酶 小肠：胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、 羧肽酶（A、B）、氨肽酶。

16 二、氨基酸的分解代谢 氨基酸的分解一般有三步： 第一步脱氨(脱氨基)，这里脱下的氨基或转化为氨，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相结合，成为尿素并被排放。 第三步氨基酸的碳骨架(由于脱氨基产生的α-酮酸)转化为一般的代谢中间体。

17 1.氨基转移反应（transamination）
（一）氨基酸的脱氨基作用 1.氨基转移反应（transamination） (Accepter keto acid) (Donor amino acid) (New keto acid) (New amino acid)

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19 谷丙转氨酶(glutamic pyruvic transaminase,GPT),
谷草转氨酶(glutamic oxaloacetic transaminase,GOT) Glu Pyruvate GPT Ala α-Ketoglutarate (α-KG)

20 2.葡萄糖-丙氨酸循环，氨运入肝脏 肌肉氨基转移酶，把丙酮酸当作α-酮酸的底物。即在它们的催化下得到的产物为丙氨酸。丙氨酸被释放进入血流，并被传送到肝脏。在肝脏中经过转氨基作用，产生丙酮酸，用于萄糖异生作用，形成葡糖又回到肌肉中，称之为葡萄糖-丙氨酸循环(glucose alanine cycle)。

21 (二)氧化脱氨基作用：谷氨酸脱氨

22 催化氨基酸氧化脱氨的酶: L-氨基酸氧化酶: D-氨基酸氧化酶: 专一性氨基酸氧化酶：
L-谷氨酸脱氢酶（L-glutamate dehydrogenase）

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24 L-谷氨酸脱氢酶: 结构:相对分子质量 ,脊椎动物此酶由6个相同亚基构成。 分布：Liver，Kidney，Brain 不需氧脱氢酶，辅酶：NAD+ or NADP+ 别构抑制： GTP、ATP 别构 激活： GDP、ADP

25 (三)其他的脱氨基作用 (四)联合脱氨基作用

26 联合脱氨 通过转氨和氧化脱氨联合作用进行脱氨
联合脱氨 通过转氨和氧化脱氨联合作用进行脱氨 α-KG 谷氨酸脱氢酶 转氨酶 谷氨酸

27 嘌呤核苷酸循环 骨骼肌、心肌、肝脏以及脑的脱氨方式以嘌呤核苷酸循环为主。

28 （五）氨基酸的脱羧基作用

29 (六)氨的命运 氨对生物体有毒，因此氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需的。 微生物和某些水生或海洋动物排氨
绝大多数陆生动物将脱下的氨转变成尿素，排尿素。 鸟类和陆生爬行动物排尿酸。

30 Uric acid NH4+ Urea

31 (六)氨的命运 1.氨的转运 氨通常要与谷氨酸反应生成谷氨酰胺(中性，易通过细胞膜)，经血液运输到肝脏。在肝脏再生成谷氨酸和氨，氨用于合成尿素。 在肌肉中，谷氨酸和丙酮酸生成丙氨酸和α-酮戊二酸，丙氨酸经血液运输到肝脏。在肝脏中，丙氨酸和α-酮戊二酸又生成谷氨酸和丙酮酸，丙酮酸转化为葡萄糖，谷氨酸氧化脱氨基，氨用于合成尿素。

32 (六)氨的命运 1.氨的转运 2.氨的排泄 (1)排氨动物由氨基酸的α-氨基形成的氨,经谷氨酰胺形式运送到排泄部位，如鱼类经鳃排氨．
(2)排尿素动物在肝脏中合成尿素，经肾排出体外．

33 三、尿素的形成 氨的去路：合成酰胺、合成氨基酸、合成嘌 呤，合成嘧啶， 但绝大部分是排到体外。

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35 Urea Biosynthesis 1932,德国学者Hans Krebs提出尿素循环(urea cycle)或
鸟氨酸循环(ornithine cycle)。 Urea Ornithine Citrulline Arginine

36 1. 氨甲酰磷酸的合成 2. 瓜氨酸的合成 3. 由瓜氨酸合成精氨基琥珀酸 4. 生成Arg 5. Arg的水解

37 (1)HCO3-被磷酸化而活化，形成一个假设的中间体，羰基磷酸；
(2)NH3向碳基磷酸进攻,形成氨基甲酸酯 (3)氨基甲酸酯受ATP作用发生磷酸化反应,产生氨甲酰磷酸

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39 尿素循环总结 总方程式

40 尿素循环的调控 氨甲酰磷酸合成酶 I 受N-乙酰-谷氨酸别构激活。　

41 尿素循环的调节 尿素循环的第一步反应由氨甲酰磷酸合成酶催化，该酶是调控尿素循环的关键酶，其别构效应剂是N-乙酰谷氨酸。 N-乙酰谷氨酸是在N-乙酰谷氨酸合酶的催化下，由谷氨酸和乙酰-CoA合成的，体内氨的浓度增高时，谷氨酸的浓度会增高，引起N-乙酰谷氨酸合成的增加， N-乙酰谷氨酸激活氨甲酰磷酸合成酶，使尿素循环加速。

42 尿素循环的调控 氨甲酰磷酸合成酶 I 受N-乙酰-谷氨酸别构激活。 其余酶受底物浓度的调控
尿素循环的其他酶由他们的底物控制，除精氨酸酶外，其他酶的不足使底物增加，引起反应速度的增加，因此，尿素的生成量不会有很大的降低，但底物浓度过高，会使尿素循环逆行，血氨浓度增高，引起高血氨症。 高血氨症可能是α-酮戊二酸含量过低，影响了柠檬酸循环，另外，谷氨酸被转化为谷氨酰胺，使其含量下降，会影响神经传导(谷氨酸和γ-氨基丁酸是重要的神经递质)。 尿素循环的任何一种酶完全丧失，会使新生儿死亡。

43 酮酸的代谢去路 1. 合成新氨基酸 2. 转变成糖和脂肪 3. 直接氧化成H2O和CO2

44 四、氨基酸碳骨架的氧化途径 (一)形成乙酰-CoA的途径 (二)α-酮戊二酸途径 (三)形成琥珀酰-CoA的途径 (四)形成延胡索酸途径
(五)形成草酰乙酸途径

45 (一)形成乙酰-CoA的途径 (二)α-酮戊二酸途径 (三)形成琥珀酰-CoA的途径 (四)形成延胡索酸途径 (五)形成草酰乙酸途径

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47 (一) 形成乙酰-CoA的途径 1. 经丙酮酸形成乙酰-CoA

48 由丝氨酸生成丙酮酸的机制

49 2. 经乙酰乙酰-CoA到乙酰-CoA的途径

50 异戊酰辅酶A Α-酮异己酸 β -羟基β-甲基戊酰辅酶A 戊酰辅酶A

51 尿黑酸症 苯酮尿症 酪氨酸血症 尿黑酸

52 (二) α-酮戊二酸途径 吡咯烷-5-羧酸

53 (三) 形成琥珀酰-CoA的途径

54 (四) 形成延胡索酸途径 (五) 形成草酰乙酸途径

55 五、生糖和生酮氨基酸 生糖氨基酸（Glucogenic amino acids）:
生酮氨基酸 （Ketogenic amino acids）: 生糖兼生酮氨基酸or生酮兼生糖氨基酸 （Glucogenic and ketogenic amino acids）:

56 生糖生酮aa: Ile, Tyr, Trp phe

57 六、由氨基酸衍生的其他重要物质 (一)氨基酸与一碳单位
生物体内具有一个碳原子的基团称为“一碳单位”。如亚氨甲基、甲酰基、羟甲基、亚甲基(甲叉基)、次甲基、甲基 许多氨基酸都可作为一碳单位的来源。如甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸和组氨酸 一碳单位参与嘌呤和嘧啶的生物合成以及S-腺甘甲硫氨酸的生物合成 一碳单位的转移靠四氢叶酸

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61 六、由氨基酸衍生的其他重要物质 (二)氨基酸与生物活性物质

62 七、氨基酸代谢缺陷症

63 Phe、Tyr的代谢： Phe、Tyr的代谢是否正常和遗传病的关系十分密切，不少先天性代谢病就是由于这二种氨基酸代谢发生障碍的缘故，例如苯丙酮尿症、酪氨酸症、黑尿症和白化病。 分解代谢 : 合成代谢 :

64 苯丙酮尿症（phenyl ketonurin, Pku）：
缺乏Phe羟化酶，Phe不能羟化成Tyr。

65 酪氨酸症：缺乏4-羟苯丙酮酸二氧合酶，造成尿
中有对一羟苯丙酮酸和它的还原产物 对羟苯乳酸及Tyr。 尿黑酸症：缺乏尿黑酸二氧合酶，造成尿黑酸的 积累。 白化病：缺乏Tyr酶，造成黑色素的缺乏。

66 （七）氨基酸代谢缺陷症

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68 基本要求 1.熟悉蛋白质的降解途径。 2.掌握氨基酸脱氨基和脱羧基作用的途径。（重点） 3.掌握尿素的合成途径。（重点）
4.熟悉氨基酸碳骨架的氧化途径。 5.熟悉由氨基酸衍生的其他重要物质的合成。 6.熟悉重要的氨基酸代谢缺陷症。