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1、第九章第九章 蛋白蛋白质降解和氨基酸分解代降解和氨基酸分解代谢第一节 蛋白质的降解人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降解。1不不依依赖赖ATP的的溶溶酶酶体体途途径径，在在溶溶酶酶体体内内进进展展，没没有有选选择择性性，主主要要降降解解外外源源蛋蛋白白、膜膜蛋蛋白白及及长长寿寿命命的的细细胞胞内内蛋蛋白白。蛋蛋白白酶的最适酶的最适pH偏低，偏低，5左右左右2依依赖赖ATP的的泛泛素素途途径径，在在胞胞质质中中进进展展，主主要要降降解解异异常常蛋蛋白白和和短短寿寿命命蛋蛋白白调调理理蛋蛋白白，此此途途径径在在不不含含溶溶酶酶体体的的红红细细胞胞中尤为重
2、要选择性降解。需中尤为重要选择性降解。需ATP和泛素参与。和泛素参与。真核细胞中蛋白质的降解途径泛素是一种泛素是一种8.5KD的小分子蛋的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。白质，普遍存在于真核细胞内。一级构造高度保守，酵母与人一级构造高度保守，酵母与人只相差只相差3个个aa残基，它能与被残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。者活化，然后被蛋白酶降解。蛋白质能否被泛素结合而选择蛋白质能否被泛素结合而选择性降解与该蛋白性降解与该蛋白N端的端的AA有有关，泛素化的蛋白质在关，泛素化的蛋白质在ATP参参与下被蛋白酶水解。与下被蛋白酶水解。2004
3、年年6日瑞典皇家科学院宣布，日瑞典皇家科学院宣布，2004年诺贝尔化年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙学奖授予以色列科学家阿龙切哈诺沃、阿夫拉姆切哈诺沃、阿夫拉姆赫什科和美国科学家欧文赫什科和美国科学家欧文罗斯，以表扬他们发现罗斯，以表扬他们发现了泛素调理的蛋白质降解。了泛素调理的蛋白质降解。二蛋白质水解酶1肽链内切酶：构成各种短肽2肽链外切酶羧肽酶氨肽酶二肽酶三蛋白质酶促降解需内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用蛋白质多肽AA合成新蛋白质消化道内几种蛋白酶的专注性消化道内几种蛋白酶的专注性Phe.Tyr.TrpArg.Lys脂肪族脂肪族胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹
4、性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶Phe.Trp二、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降解产生的氨基酸内源性氨基酸混在一同，分布于体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolicpool)。氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收 组织蛋白质分解 体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)氨基酸代谢概略 -酮酸 脱氨基作用 酮 体氧化供能糖胺 类脱羧基作用氨 尿素代谢转变其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)合成 第二节氨基酸的分解与转化一、脱氨基作用氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用氨基酸主要经过五种方式脱氨基氧化脱氨基非氧化脱氨基脱酰胺作用转氨基作用结合脱
5、氨基一氧化脱氨基作用定义：定义： -AA在酶的作用下，氧化生成在酶的作用下，氧化生成 -酮酮酸，同时耗费氧并产生氨的过程。酸，同时耗费氧并产生氨的过程。氧化脱氨基的反响过程包括脱氢和水解两步，脱氢反响需酶催化，而水解反响那么不需酶的催化。R-CH-COOHNH2 2H R-C-COOH + NH3 OH2OR-C-COOHNH 酶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。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：专注性强，分布广泛动、植、微生物，活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。
6、+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH-+NAD(P)+H2O谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶CH2-COOHC=O-CH2COOH-体内正体外反复原脱氨基、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进展,但不普遍L-丝氨酸CH2COO-C-NH3+=-CH3COO-C=NH2+-COOHCH2OHNH2-C-H-COOHCH3C=O-丝氨酸脱水酶丝氨酸脱水酶+NH3丙酮酸-H2O+H2O-氨基丙烯酸亚氨基丙酸二非氧化脱氨例：脱水脱氨基只适于含一个羟基的AA)CH2-CONH2 CH2-CHNH3+COO-+H2OCH2-COO-CH2-CHNH3+COO
7、-+NH3谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO-+H2O天冬酰胺酶天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO-+NH3 上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专注性。三氨基酸的脱酰胺作用指-AA和酮酸之间氨基的转移作用，-AA的-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，而原来的酮酸那么构成相应的氨基酸。R-CH-COOH R-C-COOH NH2 OR-C-COOH R-CH-COOH O NH2转氨酶转氨酶四转氨基作用转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进展。各种转氨酶(transam
8、inase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。五结合脱氨基动物组织主要采取的方式转氨酶转氨酶氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NH3 + NADH + H+H2O + NAD+ -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸由于转氨基作用不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只需谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基作用与氧化脱氨基作用结合在一同才干迅速脱氨，这种作用就称为结合脱氨作用。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求，由于只需Glu脱氢酶活力最高，其他L-氨基酸氧化酶的活力都低。机体借助结合脱氨基作用可以迅速脱去氨基。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
9、呤核苷酸循环相偶联类型大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。由于生成的谷氨酸可在谷氨酸脱氢酶的催化下氧化脱氨，使-酮戊二酸再生。转氨酶与转氨酶与L-L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联(骨骼肌骨骼肌心脏心脏肝脏肝脏脑组织中脑组织中)-氨基酸氨基酸-酮酮酸酸-酮酮戊二酸戊二酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸腺苷酰琥珀酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸腺苷酸腺苷酸次黄苷酸次黄苷酸由于这些组织中的谷氨酸脱氢酶活性较低。氧化脱氨氧化脱氨非氧化脱氨非氧化脱氨氨基酸的脱酰胺作用氨基酸的脱酰
10、胺作用转氨基作用转氨基作用结合脱氨基两种类型结合脱氨基两种类型脱氨基作用脱氨基作用小小结二、脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛由氨基酸脱羧酶(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。在脱羧酶催化下，氨基酸脱羧产生在脱羧酶催化下，氨基酸脱羧产生CO2和有机胺和有机胺一级胺的过程称为脱羧基作用。一级胺的过程称为脱羧基作用。 脱羧酶氨基酸脱羧酶催化氨基酸脱羧的专注性很高，普通是一种氨基酸脱羧酶只对一种L-型氨基酸起作用。氨基
11、酸脱羧酶中，除组氨酸脱羧酶不需求辅酶外，各种脱羧酶都以磷酸吡哆醛为辅酶。谷谷AA-氨基丁酸氨基丁酸+CO2天冬天冬AA-丙丙AA+CO2赖AA尸胺尸胺+CO2鸟AA腐胺腐胺+CO2胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害尤其对人，应胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害尤其对人，应维持在一定程度，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一维持在一定程度，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。步氧化成脂肪酸。 氨的去路：氨的去路：排氨生物：排氨生物：NH3转变成成酰胺胺Gln，运到排泄部位后再分解。原生运到排泄部位后再分解。原生动物、物、线虫和虫和鱼类以尿酸排出：将以尿酸排出：将NH3转变
12、为溶解度溶解度较小小的尿酸排出。的尿酸排出。经过耗耗费大量能量而保管大量能量而保管体内水分。体内水分。陆生爬虫及生爬虫及鸟类以尿素排出：以尿素排出：经尿素循尿素循环肝肝脏将将NH3转变为尿素而排出。哺乳尿素而排出。哺乳动物物重新利用合成重新利用合成AA：合成合成酰胺高等植物中胺高等植物中嘧啶环的合成的合成细菌菌生成生成铵盐三、氨基酸分解产物的代谢体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素(urea)。合成尿素的主要器官是肝，但在肾及脑中也可少量合成。尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithinecycle)的反响过程来完成的。催化这些反响的酶存在于胞液和线粒体中。尿素的生成尿素的生成1氨基甲酰磷
13、酸的合成此反响在线粒体中进展，由氨基甲酰磷酸合成酶carbamoylphosphatesynthetase-,CPS-催化，该酶需N-乙酰谷氨酸AGA作为变构激活剂，反响不可逆。1、尿素循环鸟氨酸循环NH3+CO2H2O+2ATP2ADP+Pi氨基甲氨基甲酰磷酸合成磷酸合成酶AGA，Mg2+NH2O PO32-CO氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸在线粒体内进展，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶ornithinecarbamoyltrans-ferase,OCT催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。 NH2O PO32-CO(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCO(CH2)3NHH2N-CHCOO
14、HNH2+ H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸鸟氨酸氨基鸟氨酸氨基甲酰转移酶甲酰转移酶2 瓜氨酸的合成转 运 至 胞 液 的 瓜 氨 酸 在 精 氨 琥 珀 酸 合 成 酶(argininosuccinatesynthetase)催化下，耗费能量合成精氨酸代琥珀酸。3精氨酸代琥珀酸的合成CO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨琥珀精氨琥珀酸合成酶酸合成酶ATPAMP+PPi+H2OCH2- CHCOOHCOOHH2NCH2- CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸限速酶在胞
15、液中由精氨琥珀酸裂解酶(arginino-succinatelyase精氨酸催化，将精氨琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。4精氨琥珀酸的裂解精氨琥精氨琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶CH2- CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸CHCH COOHCOOH+CNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进展循环反响。5精氨酸的水解(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHN
16、H2精氨酸精氨酸- NH2H2N -OC+鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素精氨酸酶精氨酸酶H2O 1 1、合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进展；、合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进展； 2 2、合成一分子尿素需耗费、合成一分子尿素需耗费4 4分子分子ATPATP； 3 3、精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；、精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶； 4 4、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3NH3，一，一个来源于天冬氨酸。个来源于天冬氨酸。 尿素合成的特点尿素合成的特点总反响和过程总反响和过程NH3+CO2+3ATP+NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸天冬氨
17、酸天冬氨酸天冬氨酸+2H2O+2H2O NH2-CO-NH2+2ADP+2Pi+AMP+PPi+NH2-CO-NH2+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸是是动物物细胞排胞排NH3+CO2的方式的方式氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷氨甲酰磷酸酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀精氨琥珀酸酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+H2O2ADP+Pi基质基质线线粒粒体体胞胞液液NH2-C-NH2NH2-C-NH2OO尿素尿素P
18、iNH3 -酮戊二酸酮戊二酸尿素构成后由尿素构成后由血液运到血液运到肾脏随尿排除。随尿排除。 -酮戊二酸酮戊二酸尿尿素素循循环环(1)构构成成一一分分子子尿尿素素耗耗费费4个个高高能能磷磷酸酸键键(2)两两个个氨氨基基分分别别来来自自游游离离 氨氨 和和Asp,一一 个个CO2来来 自自TCA循循环环.三三AAAA碳骨架的去路碳骨架的去路AAAA脱氨基的意义脱氨基的意义AA分解产生5种产物进入TCA循环，进展彻底的氧化分解。五种产物为：乙酰CoA、草酰乙酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸再合成氨基酸转变成糖和脂肪转为酮体生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、琥珀酸
19、、草酰乙酸和草酰乙酸和 - -酮戊二酸的氨基酸，按糖代酮戊二酸的氨基酸，按糖代谢途径进展代谢。谢途径进展代谢。生酮氨基酸：凡能生成乙酰生酮氨基酸：凡能生成乙酰CoACoA和乙酰乙和乙酰乙酰酰CoACoA可转化为乙酰乙酸、可转化为乙酰乙酸、 - -丁酸的氨丁酸的氨基酸，按脂肪代谢途径进展代谢。基酸，按脂肪代谢途径进展代谢。既属生酮氨基酸，又属生糖氨基酸的有：既属生酮氨基酸，又属生糖氨基酸的有：苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸。色氨酸。氨基酸碳骨架进入氨基酸碳骨架进入TCA a a、含义、含义在代谢过程中，某些化合物可以分解生成一个碳原子的在代谢过程中
20、，某些化合物可以分解生成一个碳原子的基团，这种一个碳原子的基团就称为一碳单位。基团，这种一个碳原子的基团就称为一碳单位。例如，丝氨酸变为甘氨酸时，其分子中减少了一个碳单例如，丝氨酸变为甘氨酸时，其分子中减少了一个碳单位，这一个碳单位由四氢叶酸位，这一个碳单位由四氢叶酸FH4FH4分子携带着，后分子携带着，后者又可参与某些化合物的合成，如嘌呤的生物合成。者又可参与某些化合物的合成，如嘌呤的生物合成。凡是属于这种有关一个碳原子的转移和代谢的过程，统凡是属于这种有关一个碳原子的转移和代谢的过程，统称为一碳单位代谢。称为一碳单位代谢。四、四、AA与其它含氮化合物的关系与其它含氮化合物的关系b、一碳单位
21、的来源、一碳单位的来源:亚氨甲基亚氨甲基-CH=NH，甲酰基甲酰基HC=O-，羟甲基羟甲基-CH2OH，亚甲基又称甲叉基，亚甲基又称甲叉基，-CH2，次甲基又称甲川基，次甲基又称甲川基，-CH=，甲基甲基-CH3COOH、CO2、HCO3-不不属属于于一一碳碳单位单位一一碳碳基基团团的的利利用用：参参与与合合成成反反响响，如如磷磷脂脂、核苷酸等的合成。核苷酸等的合成。c、一碳单位的辅酶、一碳单位的辅酶四氢叶酸是一碳单位代谢的辅酶载体。四氢叶酸是一碳单位代谢的辅酶载体。四氢叶酸由叶酸转变而来。叶酸由一分子四氢叶酸由叶酸转变而来。叶酸由一分子喋呤，一分子对氨基苯甲酸和一分子谷喋呤，一分子对氨基苯甲
22、酸和一分子谷氨酸组成，有时叶酸分子中可以有数个氨酸组成，有时叶酸分子中可以有数个分子的谷氨酸。分子的谷氨酸。在叶酸分子的第在叶酸分子的第5,6,7,8位上加四个氢原子，位上加四个氢原子，即是四氢叶酸。即是四氢叶酸。四氢叶酸分子上的第四氢叶酸分子上的第5和第和第6位上是携带一位上是携带一碳单位的位置，通常在碳单位的位置，通常在FH4的前面以的前面以N5、N10字样，即表示其携带一碳单位的位置。字样，即表示其携带一碳单位的位置。一碳单位的另一个载体是一碳单位的另一个载体是S-腺苷甲硫氨酸，腺苷甲硫氨酸，其分子中硫原子上的甲基，也可作为一其分子中硫原子上的甲基，也可作为一碳单位被利用。碳单位被利用。
23、d、一碳单位和氨基酸的代谢 甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸和组氨酸等几种氨基酸经过分解代谢产生一碳单位。a)甘氨酸甘氨酸在甘氨酸氨解酶催化下脱氨基生成乙醛酸，再与四氢叶酸反响产生N5,N10-次甲基四氢叶酸，而N5,N10-次甲基四氢叶酸可为胸腺嘧啶核苷酸的合成提供一碳单位。 b) 苏氨酸苏氨酸可分解成甘氨酸和乙醛，所以苏氨酸亦可参与一碳单位代谢。但苏氨酸也可转变成丙酰辅酶A而进展代谢，并非全部转变为甘氨酸。 c) 丝氨酸在羟甲基转移酶催化下，丝氨酸转变为甘氨酸时，生成N5,N10-次甲基四氢叶酸。 d组氨酸 在亚氨甲基转移酶催化下，组氨酸转变为谷氨酸时，四氢叶酸接受其分子中的亚氨甲基生成N5-亚氨甲基四氢叶酸。
