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1、第十章 蛋白质降解与氨基酸代谢,（1）蛋白质的降解：外源蛋白的消化 内源性蛋白的选择性降解（2）氨基酸的分解代谢：脱氨方式、血氨转运、尿素生成（3）氨基酸的生物合成：,第一节 蛋白质消化、降解及氮平衡一、 蛋白质消化吸收 P302胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶A、B、氨肽酶、弹性蛋白酶。,二、 蛋白质的降解是有选择性的选择性：（1）异常蛋白、（2）正常的调节蛋白和酶意义：（1）清除异常蛋白； （2）细胞对代谢进行调控的一种方式蛋白质的周转：人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。周转的速度用半寿期表示。成人每天有总体蛋白的1%2%被降解、更新。不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆
2、蛋白质的t1/2约10天，肝脏的t1/2约18天，结缔组织蛋白的t1/2约180天，许多关键性的调节酶的t1/2 均很短。,选择性降解的特点：（1）居于重要代谢调控位点的酶或调节蛋白，降解速度快（短寿蛋白多是调节蛋白或调节酶）（2）“ 持家蛋白”的降解速度慢（长寿蛋白多是持家蛋白）（3）蛋白质的降解速度受到细胞营养及激素状态的调节，营养缺乏，周转速度加快。P300 表30-1 大叔肝脏中某些酶的半寿期,真核细胞中蛋白质的选择性降解有两条途径：（1）不依赖ATP的溶酶体途径，没有选择性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。（2）依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿
3、命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。泛素是一种8.5KD（76a.a.残基）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，酵母与人只相差3个a.a残基，它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。,三、 氨基酸代谢库食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性a.a）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性a.a）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。肌肉中a.a占代谢库的50以上。肝脏中a.a占代谢库的10。肾中a.a占代谢库的4。血浆中a.a占代谢库的16。肝、肾体积小，它们所含的a.a浓度很高，血浆a.a是
4、体内各组织之间a.a转运的主要形式。,四、 氮平衡氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在正常情况下处于平衡状态。即，摄入氮排出氮。氮正平衡：摄入氮排出氮，部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。氮负平衡：摄入氮排出氮。饥锇、疾病。,五、自然界的氮素循环,植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化合物。人和动物消化吸收动、植物蛋白质，得到氨基酸，合成蛋白质及含氮物质。有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮，合成氨基酸。,第二节 氨基酸分解代谢,氨基酸的去向 ：（1）重新合成蛋白质（蛋白质周转）（2）合成血红素、活性胺、GSH、核苷酸、辅酶等（3）彻
5、底分解，提供能量（4）多余的氨基酸转化为葡萄糖、脂肪酸、酮体等,氨基酸的分解代谢一般是：（1）肝外组织以转氨基、联合脱氨基等形式脱去氨基，并以Ala、Gln的形式运到肝脏（2）尿素循环（3）脱氨后的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O，也可以转化为糖、脂肪酸,一、 脱氨基作用,（一） 氧化脱氨基,第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。,催化氧化脱氨基反应的酶（1）、 氨基酸氧化酶有两类辅酶，、（人和动物）对下列a.a不起作用：Gly、-羟氨酸（Ser、 Thr）、二羧a.a（ Glu、 Asp）、二氨a.a （Lys、 Arg）,（2）、 D-氨基酸氧化酶 E-FAD 有些细菌、霉菌和动物肝、肾细
6、胞中有此酶，可广谱性地催化D-a.a脱氨。（3）、 Gly氧化酶 E-FAD P220结构式使Gly脱氨生成乙醛酸。（4）、 D-Asp氧化酶 E-FAD P220结构式E-FAD 兔肾中有D-Asp氧化酶，D-Asp脱氨，生成草酰乙酸。,（5）、 L-Glu脱氢酶 E-NAD+ E-NADP+,真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速
7、进行，有利于a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自a.a氧化）。,（二） 非氧化脱氨基作用P 221-222 结构式还原脱氨基（严格无氧条件下） 水解脱氨基脱水脱氨基脱巯基脱氨基氧化-还原脱氨基两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。脱酰胺基作用谷胺酰胺酶：谷胺酰胺 + H2O 谷氨酸 + NH3天冬酰胺酶：天冬酰胺 + H2O 天冬氨酸 + NH3,（三） 转氨基作用转氨作用是肝外组织中a.a脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基作用。,大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶（谷丙转氨酶，GPT），可生成
8、Glu，肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。在大多数动物组织细胞中，Asp转氨酶(谷草转氨酶）的含量最高，活性最大，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。,（1）肝外：,（2）肝脏：,转氨作用机制 P305 图30-3转氨酶辅酶是维生素B6（磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺）,（四） 联合脱氨基单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。,1、以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用P307 图30-54 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用,2、 通
9、过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用 P307 图30-6通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用P308 图30-7 从-氨基酸开始通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主,二、 脱羧作用 P308自学,生物体内大部分a.a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。a.a脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。a.a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（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。但大多数胺类
10、对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。,三、 氨的去向氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，产生肝昏迷。,氨的去向：（1）重新利用 合成a.a、核酸。 （2）贮存 Gln，Asn高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。（3）排出体外排氨动物：水生动物，排泄时需少量水排尿素动物：陆生脊椎动物排尿酸动物：鸟类、爬虫类,四、 血氨的转运（肝外肝脏）1、Gln转运 ：Gln合成酶、Gln酶Gln合
11、成酶，催化Glu与氨结合，生成Gln。Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。Gln经血液进入肝中，经Gln酶分解，生成Glu和NH3。,丙氨酸在PH7时接近中性，不带电荷，经血液运到肝脏,2、Glc-Ala循环, Glc-Ala循环的生物学意义：P310在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成Glc。肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏进一步转化，而以Ala的形式运送，一举两得。,五、 氨的排泄（一）、 直接排氨排氨动物将氨以Gln形式运至排泄部位，经Gln酶分解，直接释放NH3。游离的NH3借助扩散作用直接排除体外。,（二）、生成尿素（尿素循环）,排尿素动物在
12、肝脏中合成尿素的过程称尿素循环1932年，Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任一种，都可促使尿素的合成。,P311图30-9尿素循环途径（鸟氨酸循环）,总的结果P312反应式,1、 氨甲酰磷酸的生成(限速步骤）,肝细胞液中的a.a经转氨作用，与-酮戊二酸生成Glu，Glu进入线粒体基质，经Glu脱氢酶作用脱下氨基，游离的氨（NH4+）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。,P312 图30-10 氨甲酰磷酸合成酶I（CPS I）的催化机制,氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。氨甲酰磷酸合酶I：存在于线粒体中，参与尿素的合成。氨甲酰磷酸合酶I
13、I：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶 I、II,2、 合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）,鸟氨酸转氨甲酰酶存在于线粒体中，需要Mg2+作为辅因子瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。,3、 合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合成酶）,P313 图30-11精氨琥珀酸合成酶的催化机制,4、 精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）,此时Asp的氨基转移到Arg上。来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，,5、 精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素,尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。, 尿素循环小结NH4+ + HCO3-
14、+ 3ATP + Asp + 2H2O 尿素 + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi + 延胡索酸（1）形成一分子尿素消耗4个高能磷酸键（2）两个氨基分别来自游离氨和Asp，一个CO2来自TCA循环 ， （3）2个氨基酸通过尿素循环形成1分子尿素，可以净生成1个ATP：脱氨：1个NADH延胡索酸经草酰乙酸转化为Asp：1个NADH,尿素循环与TCA的关系：,肝昏迷（血氨升高，使-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。,P314图30-12尿素循环与TCA的联系,6、尿素循环的调节, N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合成酶I,（三）、 生成尿酸,（见核苷酸代谢）尿酸（包括尿素）
15、也是嘌呤代谢的终产物。,六、 氨基酸碳架的去向20种aa有三种去路（1）重新氨基化生成氨基酸。（2）氧化成CO2和水（TCA）。（3）生糖、生脂。,20种aa的碳架可转化成7种物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。最后集中为5种物质进入TCA：乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。,315 图 30-13 氨基酸碳骨架进入TCA的途径,(一）形成乙酰-CoA的途径, 通过丙酮酸到乙酰-CoA的途径 通过乙酰乙酰-CoA到乙酰-CoA 氨基酸直接形成乙酰-CoA,1、通过丙酮酸到乙酰-CoA的途径,Ala、Gly、Ser、Thr、Cys,（1）、Ala,（2）、 Gly,Gly与Ser的互变是极为灵活的，该反应也是Ser生物合成的重要途径。,先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。,提供一碳单位Gly的分解代谢不是以形成乙酰CoA为主要途径，Gly的重要作用是一碳单位的提供者。 Gly + FH4 + NAD+ N5,N10-甲烯基FH4 + CO2 + NH4+ + NADH,
