蛋白質的降解和氨基酸的分解代謝

1、第三十章 蛋白質的降解和氨基酸的分解代謝,1. 蛋白質的降解 2. 氨基酸的分解代謝 3. 尿素的形成 4. 氨基酸碳骨架的氧化途徑 5. 由氨酸酸衍生的其它重要物質 6. 氨基酸代謝缺陷癥,一蛋白質的降解,蛋白質新陳代謝的功能: 1. 排除那些不正常的蛋白質，它們若一旦積聚，將對細胞有害； 2.通過排除累積過多的酶和調節(jié)蛋白維持細胞正常代謝。,(一) 蛋白質降解的特性,1. 細胞有選擇的降解非正常的蛋白質 血紅蛋白與纈氨酸的類似物-氨基-氯丁 酸結合物在網(wǎng)織紅細胞中半存活期為10分種, 而正常血紅蛋白的半存活期達120天,2. 正常的胞內蛋白質被降解的速度由它們 的個性所決定,3. 細胞中蛋

2、白質降解的速度還因它的營養(yǎng) 及激素狀態(tài)而有所不同,(二) 蛋白質降解的反應機制,1溶酶體無選擇的降解蛋白質,溶酶體(lysosomes) 單層膜 約含有50種水解酶，包括不同種的蛋白酶，稱之為組織蛋白酶。 內部pH在5.0 左右 胞吞作用 無選擇性,細胞內能有選擇的降解“過期蛋白”，而不影響細胞的正常功能？,2泛肽(ubiguitin)給選擇降解的蛋白質加以標記,ATP-依賴的蛋白質有選擇性的分解,內源過期蛋白質,泛肽:76個氨基酸殘基的蛋白質單體，高度保守, 在真核細胞中無所不在(ubiquitous)， 因而得名“ubiquitin”，,第1步：泛肽的羧基在ATP水解的推動下，以巰基與E1

3、相接 第2步：活化了的泛肽立即與E2的巰基相連接 第3步：在E3的催化下，泛肽與宣布無用的蛋白質之一Lys的-氨基相接。 此復合物被”泛肽-連接發(fā)降解酶”水解 E1：泛肽活化酶， E2：泛肽攜帶蛋白， E3：泛肽蛋白連接酶,(三) 機體對外源蛋白質的需要及其消化作用,1. 生理需要量,一個體重70公斤人，吃一般膳食，每天可有400克蛋白質發(fā)生變化。 14氧化降解或轉變?yōu)樘?，并由外源蛋白質加以補充；34在體內進行再循環(huán)。 成人每日蛋白質最低需要量為30-50克,我國營養(yǎng)學會推薦成人每日蛋白質需要量為80克., 必須氨基酸(essential amino acid) 指體內需要而自身不能合成,必須

4、由食物供給的氨基酸,共8種:Met, Trp, Lys, Val, Ile, Leu, Phe. Thr 蛋白質的營養(yǎng)價值 蛋白質營養(yǎng)價值取決于必須氨基酸的數(shù)量、種類和量質比。,2. 蛋白質的營養(yǎng)價值,3. 蛋白質的消化,（1）胃中消化 胃分泌胃泌素， 刺激胃中壁細胞分泌鹽酸，主細胞分泌胃蛋白酶原, 胃液的酸性(pH1.5-2.5)可促使酶原的激活。 自身激活作用 胃蛋白酶原 胃蛋白酶（ 失去N端的42個氨基酸） 它催化具有苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸以及亮氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺等肽鍵的斷裂，,2.腸中消化 （主要消化器官） 內肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶 ，彈性蛋白酶 外肽酶：羧肽酶、氨肽酶,胰蛋白

5、酶：賴氨酸、精氨酸的羧基形成的肽鍵 內肽酶 糜蛋白酶：芳香族氨基酸（苯、酪、色） 彈性蛋白酶 羧肽酶A(中性氨基酸為羧基未端的肽鍵) 外肽酶 羧肽酶B (賴氨酸、精氨酸等堿性AA) 氨肽酶,提問：不同蛋白酶之間功能上區(qū)別可能有什么？,外切酶氨肽酶,外切酶羧肽酶,最終產物氨基酸,氨基酸的代謝,氨基酸,？,分解,NH3、尿素、尿酸 CO2、H2O、ATP,合成其他,合成,？,四大物質、激素等,二 氨基酸分解代謝,氨基酸的來源,食物蛋白質消化成氨基酸 組織蛋白質分解成的氨基酸 體內合成的非必需氨基酸 組織的氨基酸代謝池釋放,氨基酸的分解過程： 1、脫氨（轉化成氨或轉化成天冬氨酸或谷氨酸的氨） 2、氨

6、與天冬氨酸的氮原子結合，成為尿素被排放 3、C骨架轉變成代謝中間物,（一）氨基酸的脫氨基作用,轉氨基作用 氧化脫氨基作用 聯(lián)合脫氨基作用 非氧化脫氨基作用,第三節(jié)轉氨基作用,轉氨基作用（transamination) a-氨基酸上的a- 氨基借助酶的催化作用轉移到a-酮酸的酮基上，結果原來的氨基酸生成相應的酮酸，原來的酮酸生成相應的氨基酸。,機制：輔酶磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺相互轉變，來傳遞氨基,轉氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛， 起傳遞氨基的作用,轉氨基作用,特點：a. 可逆，受平衡影響 b. 氨基大多轉給了-酮戊二酸（產物谷氨酸）,轉氨酶,-酮酸,-氨基酸,-酮酸,逆過程,酮戊二酸,提問：為什么多轉

7、給-酮戊二酸？ 答案：來源有保證，谷氨酸可由氧化脫氨迅速降解產生-酮戊二酸。,谷氨酸氧化脫氨,L-谷氨酸脫氫酶,NAD+H2O,NADH+H+NH4+,-谷氨酸,-酮戊二酸,氧化脫氨,轉氨基制谷氨酸,提示：肝細胞中轉氨酶活力比其他組織高出許多，是血液的100倍 抽血化驗若轉氨酶比正常水平偏高則有可能肝組織受損破裂，肝細胞的轉氨酶進入血液。（結合乙肝抗原等指標進一步確定是什么原因引起的）,查肝功為什么要抽血化驗轉氨酶指數(shù)呢？,轉氨基本質上沒有真正脫氨。,（二）氧化脫氨基作用,L-谷氨酸脫氫酶（專一催化谷氨酸脫氫分解及逆過程）,氧化脫氨,脫氨酶脫氫氧化酶,酶L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶,亞氨

8、基酸不穩(wěn)定,H2O+H+,水解加氧,脫氫,NH4+,-酮酸,本應是L-氧化酶（大多數(shù)氨基酸都是L型），但該酶分布不普遍，活力低（pH=7)，作用小。,！,？,提問：那種酶作用最重要？,氧化專一氨基酸的酶,L-谷氨酸脫氫酶,NAD+H2O,NADH+H+NH4+,-谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸氧化脫氨,若外環(huán)境NH3大量進入細胞，或細胞內NH3大量積累,酮戊二酸大量轉化 NADH大量消耗 三羧酸循環(huán)中斷，能量供應受阻，某些敏感器官（如神經(jīng)、大腦）功能障礙。 表現(xiàn)：語言障礙、視力模糊、昏迷、死亡。,氨中毒原理,氨基酸的非氧化脫氨基作用,（三）氨基酸的脫酰胺基作用,（四）聯(lián)合脫氨基作用,聯(lián)合脫氨轉氨與

9、氧化脫氨的聯(lián)合,1、指氨基酸的a 氨基先借助轉氨作用轉移到a酮戊二酸分子上，生成相應的a酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸在L谷氨酸脫氫酶的催化下，脫氨基生成a酮戊二酸同時釋放出氨 2、嘌呤核苷酸的聯(lián)合脫氨基作用,谷氨酸,L-谷氨酸脫氫酶,-酮戊二酸,轉氨酶,NH4+,-氨基酸,NAD+H2O,-酮酸,NH3,2H,由于兩種酶活性強，分布廣，動物體內大部分氨基酸聯(lián)合脫氨。,骨骼肌、心肌、肝臟和腦組織主要以嘌呤核苷酸循環(huán)的聯(lián)合脫氨基為主。,NADH+H+,天冬氨酸：主要來源于谷氨酸，由草酰乙酸與谷氨酸轉氨而來，催化此反應的酶為谷氨酸草酰乙酸轉氨酶，簡稱谷草轉氨酶,（五）氨基酸的脫羧基作用,機體內部分氨基酸

10、可進行脫羧基作用而生成相應的一級胺 酶：脫羧酶輔酶：磷酸吡哆醛,第六節(jié)-酮酸的代謝,1.經(jīng)氨基化后生成非必需氨基酸 2.轉變成糖及脂類:生酮氨基酸;生糖氨基酸;生酮兼生糖氨基酸.(329) 生糖氨基酸 生酮氨基酸 生糖兼生酮氨基酸 3.氧化供能(經(jīng)三羧酸循環(huán)),除亮氨酸、賴氨酸外的氨基酸可由？轉化為糖。,糖異生,第七節(jié) 氨的代謝,一.體內氨的來源 1.組織分解產生的氨*(主要來源) 2.腸道吸收氨(細菌的腐敗作用): 氨基酸 細菌 氨 尿素 細菌 氨 3.腎小管上皮細胞分泌的氨 谷氨酸 谷氨酰胺 氨(NH3) H+ NH 4,氨的去路：,1. 肝臟合成尿素2. 氨與谷氨酸合成谷氨酰胺3. 氨的

11、再利用 ： 參與合成非必需氨基酸 或其它含氮化合物（如嘧啶堿）4. 腎排氨： 中和酸以銨鹽形式排出,注：高等動物的腦對氨極為敏感，血液中1%的氨就可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)中毒。,水生生物直接擴散脫氨（NH3）,哺乳、兩棲動物排尿素,各種生物根據(jù)安全、價廉的原則排氨。,直接排氨，毒性大，不消耗能量。轉化為排氨形式越復雜，越安全，但越耗能。,？,體內水循環(huán)迅速，NH3濃度低，擴散流失快，毒性小。,？,體內水循環(huán)較慢，NH3濃度較高，需要消耗能量使其轉化為較簡單，低毒的尿素形式。,鳥類、爬蟲排尿酸,均來自轉氨,不溶于水，毒性很小，合成需要更多的能量。,提問：為什么這類生物如此排氨？,水循環(huán)太慢，保留水分同

12、時不中毒得付出高能量代價。,高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式儲存氨，不排氨。,(主要是肌肉),NH3的轉運與排泄,各組織細胞,脫氨,NH3,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,谷氨酰胺,血液,肝臟,脫氨，轉化為排泄形式,提問：為什么以谷氨酰胺、丙氨酸轉運氨呢？ 答案：經(jīng)濟性高效（一舉兩得）。,肌肉劇烈運動,丙酮酸,NH3,丙氨酸,糖異生,糖原,脫氨,酵解,蛋白質分解產能,2.谷氨酰胺的運氨作用 谷氨酰胺既是氨的解毒產物也是氨的儲存及運輸形式,主要從腦、肌肉等組織向肝、腎運氨 腦中解氨毒的一種重要方式 是氨的運輸形式，也是氨的貯存、利用形式,三.尿素的生成,1.尿素生成的主要器官：肝臟

13、。反應部位：肝細胞線粒體及胞液,2.鳥氨酸循環(huán)學說（Ornithine cycle):,尿素合成的鳥氨酸循環(huán)學說,1932年Hanks Krebs和Kurt Hensleit 提出了鳥氨 酸循環(huán)學說,鳥氨酸與氨、CO2結合生成瓜氨酸 瓜氨酸接受一分子氨生成精氨酸 精氨酸水解產生尿素(urea)，重新生成鳥氨酸,3尿素合成的反應,1. 氨基甲酰磷酸的合成 2. 瓜氨酸的合成 3. 精氨酸的合成 4. 精氨酸水解生成尿素,氨基甲酰磷酸合成酶 I（carbamoyl phosphate synthelase I, CPS-I) N-乙酰谷氨酸（N-acetyl glutamatic acid, AG

14、A),氨基甲酰磷酸的合成,該反應消耗2分子ATP， CPS-I是一種變構酶，AGA是其變構激活劑。CPS-I、AGA都存在于肝細胞線粒體中。,循環(huán)的特點： 耗能:消耗3個ATP中的個高能磷酸鍵 原料：NH3 、 CO2、 ATP、 天冬氨酸 兩個來源不同的氮原子，1個來自氨，1個來自天冬氨酸 限速酶:精氨酸代琥珀酸合成酶 部位:反應在線粒體和胞漿 與三羧酸循環(huán)的聯(lián)系物質：延胡索酸 涉及的氨基酸及其衍生物： 6種- 鳥氨酸、精氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、 精氨酸代琥珀酸、N-乙酰谷氨酸 總反應式： 意義:解除氨毒以保持血氨的低濃度水平,尿素合成的調節(jié),1.食物蛋白質的影響 精氨酸代琥珀酸合成酶的調節(jié)

15、 2.尿素合成酶的調節(jié) CPS- 的調節(jié)：AGA （N-乙酰谷氨酸） 是其激活劑、 精氨酸是AGA合成酶的激活劑,高血氨與氨中毒,正常情況下血氨保持動態(tài)平衡：肝中合成尿素是維持平衡的關鍵。 高血氨癥：肝功能嚴重損傷時 昏迷：氨與腦中的-酮戊二酸結合生成谷氨酸，氨可與谷氨酸結合生成谷氨酰胺。腦中氨的增加使腦中-酮戊二酸減少，導致三羧酸循環(huán)減弱，從而使腦組織中的ATP生成減少，引起大腦功能障礙，嚴重時發(fā)生肝昏迷。 降血氨的常用方法：給予谷氨酸、精氨酸；腸道抑菌藥；酸性鹽水灌腸；限制蛋白質進食量。,（一）氨基酸的脫羧基作用 .谷氨酸 氨基丁酸（ aminbutric acid,GABA):抑制性神經(jīng)

16、遞質p332 .半胱氨酸 ?；撬幔╰aurine)：為膽汁酸的成分.,四個別氨基酸的代謝,3.組氨酸 組胺：強烈的血管舒張劑，刺激胃液分泌,與過敏反應有關 .色氨酸 羥色胺（）：抑制性神經(jīng)遞質；縮血管作用,四、一碳單位的代謝 定義：含有一個碳原子的基團,(one carbon unit) .四氫葉酸:是一碳單位的輔酶或載體。一碳單位通常結合在四氫葉酸分子的N5、N10上 2.體內的一碳單位：甲基（CH3）、甲烯基（CH2）、甲炔基（CH=）、甲?；–HO）、亞胺甲基（CH=NH） CO2不是一碳單位 3.一碳單位不能游離存在，常與四氫葉酸結合 4. 一碳單位的來源：絲氨酸、甘氨酸、組氨酸、及

17、色氨酸 5. 生理功能：合成嘌呤和嘧啶；缺乏時可引起巨幼紅細胞性貧血等,N5CH3FH4轉甲基酶的輔酶是維生素B12（甲鈷胺素）。維生素B12缺乏，使甲基轉移酶活性低下，甲基轉移反應受阻，導致葉酸以N5CH3FH4形式在體內堆積，影響FH4的再生，組織中游離的FH4 含量減少，不能重新利用它來轉運其他的一碳單位。這樣，其它形式的葉酸大量消耗，以這些葉酸作輔酶的酶活力降低，影響了嘌呤堿和胸腺嘧啶的合成，進而影響核酸的合成，引起巨幼細胞性貧血。 維生素B12對核酸合成的影響是間接地通過影響葉酸代謝而實現(xiàn)的。,葉酸,生化作用： FH4是一碳單位轉移酶的輔酶，起著傳遞“一碳”單位的作用,一碳單位的來源

18、,Ser,Gly,His,Trp,（三）一碳單位的相互轉變,一碳單位的生理功能,1. 合成嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的原料，與DNA、RNA的合成關系密切. 如N5，N10 CHFH4直接提供甲基用于dUMP向dTMP的轉化。N10CHOFH4和N5，N10 CHFH4分別參與嘌呤堿中C2，C8原子的生成 2. 一碳單位代謝將氨基酸代謝與核苷酸及一些重要物質的生物合成聯(lián)系起來。 葉酸缺乏，產生巨幼紅細胞性貧血?；前匪幖澳晨拱┧?氨甲喋呤等)正是分別通過干擾細菌及瘤細胞的葉酸、四氫葉酸合成，進而影響核酸合成而發(fā)揮藥理作用的。,（三）含硫氨基酸的代謝 1.甲硫氨酸的生理意義： 甲硫氨酸經(jīng)各種轉甲基可生

19、成許多活性物質：腎上腺素、肌酸、肉毒堿。 甲硫氨酸循環(huán):甲硫氨酸合成酶的輔酶是VitB12., 缺乏時可引起巨幼紅細胞性貧血. 肌酸的合成：肝內在肌酸激酶（creatine,CK)催化下，肌酸變?yōu)榱姿峒∷?。Ck有三種同工酶 ：MM，MB，BB。 心肌梗死時MB增高。,1. 甲硫氨酸與轉甲基作用,S-腺苷甲硫氨酸 (S-adenosyl methionine,SAM)。SAM中的甲基是高度活化的，稱活性甲基，SAM稱為活性甲硫氨酸。,SAM提供甲基可參與體內多種物質合成。 例如肌酸、腎上腺素、膽堿等。,2. 甲硫氨酸循環(huán),N5CH3FH4轉甲基酶的輔酶是維生素B12（甲鈷胺素）。維生素B12缺乏

20、，使甲基轉移酶活性低下，甲基轉移反應受阻，導致葉酸以N5CH3FH4形式在體內堆積，影響FH4的再生，組織中游離的FH4 含量減少，不能重新利用它來轉運其他的一碳單位。這樣，其它形式的葉酸大量消耗，以這些葉酸作輔酶的酶活力降低，影響了嘌呤堿和胸腺嘧啶的合成，進而影響核酸的合成，引起巨幼細胞性貧血。 維生素B12對核酸合成的影響是間接地通過影響葉酸代謝而實現(xiàn)的。,2.半胱氨酸與胱氨酸的代謝 3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸（ 3-phospho-adenosine-5-phosphosulfate):參與生物轉化及生成硫酸化氨基糖。類固醇激素可與PAPS結合成硫酸酯而被滅活，一些外源性酚類亦可形成硫酸

21、酯而增加其溶解性以利于從尿于排出。,3. 肌酸的合成,肌酸激酶（creatine kinase,CK） 或稱 肌酸磷酸激酶（creatine phosphokinase,CPK）,主要器官：肝臟 原料：甘氨酸、精氨酸、SAM,-,肌酸和磷酸肌酸在能量儲存及利用中起重要作用。肌酸在肝和腎中合成，廣泛分布于骨骼肌、心肌、大腦等組織中。在肌酸激酶催化下將ATP中P轉移到肌酸分子中形成磷酸肌酸儲備起來。 CPK由兩種亞基組成；即M亞基(肌型)與B亞基(腦型)。有三種同工酶；即MM型(在骨骼肌中)，BB型（在腦中)和MB型(在心肌中)。心肌梗塞時，血中MB型CPK活性增高，可作輔助診斷的指標之一。 肌酸和磷酸肌酸代謝的終產物肌酐。正常成人，每日尿中肌酐量恒定。腎功能障礙時，檢查血或尿中肌酐含量以幫助診斷。,四、芳香族氨基酸的代謝,苯丙氨酸（Phe） 酪氨酸（Tyr） 色氨酸（Trp）,（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代謝,1.苯丙氨酸轉變?yōu)槔野彼?酶：苯丙氨酸羥化酶,2. 兒茶酚胺與黑色素的合成,酪氨酸羥化酶,兒茶酚胺的合成：,酪氨酸酶,黑色素的合成,3. 酪氨酸分解代謝,酪氨酸經(jīng)轉氨基作用生成對羥基苯丙酮酸，進一步分解則生成乙酰乙酸和延胡索酸