生物化學王鏡巖第三版第30章-蛋白質降解和氨基酸的分解代謝課件

蛋白質的營養(yǎng)作用1.氮平衡氮平衡:攝入氮量與排出氮量的關系總氮平衡:攝入氮量=排出氮量正氮平衡:攝入氮量>排出氮量負氮平衡:攝入氮量<排出氮量

成人每天排出5克氮2.必需氨基酸提供必需氨基酸:Lys,Thr,Val,Leu,Ile,Met,Trp,Phe半必需氨基酸:Arg,His

3.生物體的主要組成成分

動物生長發(fā)育、更新修補氧化供能，轉化為其他重要含氮化合物4.參與和調節(jié)體內各種代謝活動

如血紅蛋白運送酶、激素和氧氣等(一)體內蛋白質降解特性①選擇性的降解非正常蛋白質②蛋白質降解速度與營養(yǎng)和激素狀態(tài)有關蛋白質的降解

①基因突變、生物合成誤差、自發(fā)誘變和疾病等可導致反常蛋白產生；②具有重要生理功能的酶蛋白，壽命短；③維持體內AA代謝庫；④防御機制組成部分；⑤蛋白質前體的裂解加工。1.體內蛋白質降解的意義①排除不正常的蛋白質，避免積累帶來的危害；②排除過多的酶和調節(jié)蛋白，使代謝正常進行。2.氨基酸-蛋白質-氨基酸的意義動物消化道酶植物果實酶微生物細菌真菌放線菌酶制劑胃酶胰酶/胰凝乳蛋白酶肽酶/氨肽酶/羧肽酶內肽酶

外肽酶（二）蛋白質的酶促水解1.水解過程：(酸/堿/酶)protein胨肽AA2.酶促降解3.蛋白質降解的泛肽途徑溶酶體系統(tǒng)（酸性系統(tǒng)):

水解長壽命蛋白和外來蛋白泛肽系統(tǒng)（堿性系統(tǒng)）：水解短壽命蛋白和反常蛋白蛋白質降解的泛肽途徑E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶體20S蛋白酶體ATP19S調節(jié)亞基去折疊水解E1：泛肽激活酶E2：泛肽載體蛋白

E3：泛肽-蛋白質連接酶（ubiquitin）泛素

(三)蛋白質的消化

食物蛋白胃，胃蛋白酶作用為小肽小腸，胰蛋白酶、糜蛋白酶作用為更小短肽，腸黏膜的二肽酶、氨肽酶和胰臟分泌的羧肽酶徹底水解為各種AA腸壁細胞肝臟血液組織、細胞。

1.常見蛋白水解酶酶

位點（或底物）

胰蛋白酶(Trypsin）Lys,Arg的羧基端胰凝乳(糜)蛋白酶Phe,TrpTyr的羧基端(Chymotrypsin)胃蛋白酶(Pepsin)Phe,Trp,Tyr的氨基端氨肽酶(aminopeptidase)肽的氨基端羧肽酶(carboxypeptidase)肽的羧基端二肽酶(dipeptidase)二肽2.人體吸收蛋白質的形式

過去認為，蛋白質在消化道酶促水解后，主要以氨基酸的形式吸收。近年的科學研究結果表明，人體吸收蛋白質的主要形式不是以氨基酸的形式吸收的，而是以多肽的形式吸收的，這是人體吸收蛋白質機制的重大突破。

近30年的研究表明，蛋白質在人體消化中必須降解成小肽才能被人體吸收和利用。大部分水解成2～3個氨基酸殘基組成的小肽，然后在小腸中以完整的形式被人體吸收，進入循環(huán)系統(tǒng)，被人體組織利用，或轉換合成人體蛋白，發(fā)揮生理作用。近10年來，科學家還發(fā)現(xiàn)，小分子活性多肽運轉系統(tǒng)具有耗能低而不易飽和的特點。人體對肽中氨基酸殘基組成的小肽的吸收速度大于對氨基酸的吸收速度。大量試驗證明：這就是小肽與氨基酸的吸收機制的不同之處。研究表明小肽為底物時，腸腔刷狀緣膜的氨肽酶活性增加，二肽酶和氨基酸載體的活性和數(shù)目有所增加。

3.多肽吸收機制的十大特點：①不需消化，直接吸收；②吸收快速；③吸收時，多肽體不會被破壞；④多肽具有100%被人體吸收的特點；⑤多肽具有主動吸收的特點；多肽吸收機制的十大特點：⑥多肽具有優(yōu)先被人體吸收的特點；⑦人體對多肽的吸收不需耗費能量和增加消化道、特別是胃腸功能負擔的特點；⑧多肽在人體表現(xiàn)出載體作用；⑨多肽可在人體起運輸工具的作用；⑩多肽被人體吸收后，可在人體中起信使作用。4.氨基酸的吸收蛋白質經水解成為aa后，腸粘膜細胞膜上具有運輸氨基酸的載體蛋白，能與氨基酸和Na+形成三聯(lián)體，轉入細胞膜內。①.中性氨基酸載體此類載體可轉運芳香，脂肪，含硫，組氨酸，谷氨酸胺和天冬酰胺，最快的一類轉運載體，其吸收率為:Met>Ile>Val>Phe>Trp>Thr②.堿性氨基酸載體此類載體可轉運Lys,Arg，轉運速率為中性氨基酸轉運速率的10%。③.酸性氨基酸載體此類載體可轉運Asp,Glu,轉運速率與堿性氨基酸載體差不多。④.亞氨基酸及甘氨酸載體此類載體可轉運Pro,Hyp,Gly，轉運速率最低。急性胰腺炎（Acutepancteatitis）

胰液分泌到腸內的分泌途徑障礙，蛋白水解酶酶原預先成熟轉變?yōu)榇呋幕钚孕问剑@些活性水解酶在胰腺細胞內攻擊自身組織，損傷器官，嚴重時可致命。嚴重者死亡率為20%，有并發(fā)癥者可達50%。急性胰腺炎是多種病因導致胰酶在胰腺內被激活后引起胰腺組織自身消化、水腫、出血甚至壞死的炎癥反應。

食物蛋白過敏人體在正常情況下，對食物蛋白分解的蛋白胨容易消化而不被或很少吸入血液，但如果一次食量過多（過食豬肉和海鮮），同時精神激動和大量飲酒時，蛋白胨可以通過腸粘膜吸收入血而致病，出現(xiàn)皮膚充血發(fā)紅、風團，伴頭痛、乏力。這種顯現(xiàn)也叫蛋白胨性蕁麻疹。

氨基酸分解代謝（一）氨基酸代謝概況（三）氨基酸的脫羧基作用（二）氨基酸的脫氨基作用（四）氨基酸分解產物的轉化血液中的氨基酸食物消化吸收組織蛋白分解非蛋白物轉化合成組織蛋白氧化分解轉變?yōu)樘呛椭竞铣善渌锇被岬膩碓磁c去路氨基酸代謝圖氨基酸分解的共同途徑（一）氨基酸代謝概況氨基酸的分解代謝部位：肝臟氨基酸的功能

合成蛋白質；能量代謝；含氮化合物的前體分解步驟脫氨作用氨與天冬氨酸的氮原子結合，生成尿素氨基酸的碳骨架轉化為代謝中間體氨基酸代謝概況食物蛋白質氨基酸特殊途徑-酮酸糖及其代謝中間產物脂肪及其代謝中間產物TCA鳥氨酸循環(huán)NH4+NH4+NH3CO2H2O體蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤SO42

-（次生物質代謝）CO2胺

脫氨作用是氨基酸失去氨基的作用。氨基酸的脫氨基作用由氨基酸氧化酶催化。包括：氧化脫氨：動、植物中普遍存在；非氧化脫氨：微生物中，不普遍。

動物的脫氨主要發(fā)生在肝臟中。（二）氨基酸的脫氨基作用（二）氨基酸的脫氨基作用4、非氧化脫氨基作用1、氧化脫氨基作用

2、轉氨基作用3、聯(lián)合脫氨基作用1氧化脫氨基作用

氨基酸在酶的催化下脫去氨基生成相應的α-酮酸的過程稱為氧化脫氨基作用。大部分的氧化脫氨基作用發(fā)生于谷氨酸的氧化脫氨基作用（此反應中-酮戊二酸具有接受脫下的氨基的優(yōu)勢），在谷氨酸脫氫酶作用下產生氨。氧化脫氨基作用主要有以下兩種類型：

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2

L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H氨基酸脫氫酶（不需氧）氨基酸氧化酶（需氧）氧化脫氨

由氨基酸氧化酶催化，酶是一種黃素蛋白1．L-aaoxidase，分布不廣、活力低，一類以FAD為輔基、另一類以FMN為輔基（人和動物）。對Gly;L-Ser,L-Thr;L-Glu,L-Asp;Lys,Arg,Ornithine無作用。2．D-aaoxidase，以FAD為輔基，分布廣，但作用不大。3．氧化專一aa的酶。L-谷氨酸脫氫酶

（L-GluDehydrogenase：L-GludHE）L-Glu+NAD(P)+-ketoglutarate+NH3+NAD(P)H+H+ 味精生產發(fā)酵菌的L-GludHE活力非常高，利用糖代謝的中間產物-ketoglutarate發(fā)酵生產味精，NADPH來自于異檸檬酸脫氫。

L-GludHEL-GludHE的反應及調節(jié)2.轉氨基作用（Transamination）

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2轉氨酶

在轉氨酶（Transaminase）的催化下，α-氨基酸的氨基轉移到α-酮酸的酮基碳原子上，結果原來的α-氨基酸生成相應的α-酮酸，而原來的α-酮酸則形成了相應的α-氨基酸，這種作用稱為轉氨基作用或氨基移換作用。谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶谷丙轉氨酶（GPT）谷草轉氨酶(GOT)酶均以磷酸吡哆醛為輔基。Lys,Arg,Thr,Pro不能通過轉氨酶轉氨。GPT主要存在于肝臟GOT存在于心臟及其它的組織谷氨酰胺的生成和利用+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺α-酮戊二酸谷氨酸轉氨基作用——葡萄糖-丙氨酸循環(huán)與常規(guī)的轉氨作用相反，存在肌肉氨基轉移酶。把丙酮酸作為-酮酸底物，產物為丙氨酸，產物進入血液，運送到肝臟，在肝臟經轉氨基作用，產生丙酮酸，進行糖異生，葡萄糖回到肌肉中，以酵解的方法產生丙酮酸，即葡萄糖-丙氨酸循環(huán)。葡

萄

糖

-

丙

氨

酸

循

環(huán)3聯(lián)合脫氨基作用（UnitedDeamination）

（1）概念轉氨基作用和氧化脫氨基作用聯(lián)合進行的脫氨基作用方式。

氨基酸脫氨通過轉氨作用和L-谷氨酸脫氫酶催化的Glu氧化脫氨作用聯(lián)合完成。彌補氨基酸氧化酶分布少、活力低的缺陷。廣泛存在，但并不是所有組織細胞的主要脫氨方式。（2）類型a、轉氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)b、轉氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)通過轉氨和脫氫酶聯(lián)合脫氨

（UnitedDeamination)除心肌和骨骼肌外的器官內的主要脫氨方式尿素

轉氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)

轉氨酶L-谷氨酸脫氫酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸通過核苷酸聯(lián)合脫氨作用

（UnitedDeamination）嘌呤核苷酸循環(huán)的聯(lián)合脫氨作用，次黃嘌呤核苷一磷酸(IMP)與Asp形成腺苷酸代琥珀酸(adenylosuccinate)，再經裂合酶分解AMP和延胡索酸，AMP水解產生游離NH3和IMP。骨骼肌、心肌、肝臟及腦中主要的脫氨方式。轉氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)

AMPIMPAMP代琥珀酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸AspGlua-酮戊二酸a-酮酸氨基酸GOT合成酶裂解酶H2ONH3NAD+NADH+H+NH3通過腺苷酸聯(lián)合脫氨脫酰胺作用非氧化脫氨基作用（自學）

（1）直接脫氨基作用（2）還原脫氨基作用（3）水解脫氨基作用（4）脫水脫氨基作用（5）氧化還原脫氨基作用2.脫水脫氨：（動物及微生物）

3.脫硫化氫脫氨（動物及微生物）

ASP

延胡索酸+NH3

COOHCHNH2CH2OH

COOHCNH2CH2

COOHC=NH2CH3

COOHC=OCH3NH3+脫水酶H2OH2O

COOHCHNH2CH2SH+

COOHCNH2CH2

COOHC=NH2CH3

COOHC=OCH3NH3脫硫酶H2SH2O1.直接脫氨（微生物）4.水解脫氨（微生物）

COOHCHNH2HOCHCH3

COOHCH2CH3

COOHCH2CH2CH3NH3CO2H2O+++5.還原脫氨（微生物）

COOHCHNH2R

COOHCH2R+NH32H(三)、氨基酸的脫羧基作用1、概念

氨基酸在脫羧酶的作用下脫掉羧基生成相應的一級胺類化合物的作用。

脫羧酶的輔酶為磷酸吡哆醛。作用專一性很高，一般一種氨基酸只有一種脫羧酶，且只對L-型氨基酸起作用，只有His脫羧酶不需要輔酶。

3、生理意義：

生理效應。如:γ--氨基丁酸—中樞神經抑制,神經系統(tǒng)的能量來源,組胺—降低血壓,擴張血管,5-羥色胺--血管收縮,血壓升高.

生物合成的前體。如:β-丙氨酸,色胺

4、脫羧產物的進一步轉化（次生物質代謝）直接脫羧胺羥化脫羧羥胺

2、類型:氨基酸的脫羧作用如:谷氨酸γ--氨基丁酸+CO2組氨酸組胺+CO2色氨酸5-羥色胺+CO2氨基酸脫羧酶氨基酸脫羧酶專一性很高，一種氨基酸對應一種脫羧酶，僅對L-氨基酸發(fā)生作用。只有組氨酸脫羧酶不需要輔酶。脫羧作用胺的分解代謝多數(shù)胺類物質有毒體內有胺氧化酶胺胺氧化酶醛氨脂肪酸尿素氨基酸（四）氨基酸分解產物的轉化1、氨的代謝轉變2、氨基酸碳骨架的代謝途徑1氨的代謝轉變（1）重新生成氨基酸（2）谷氨酰胺的生成（3）尿素的生成——尿素循環(huán)（4）合成其他含N物質谷氨酸的重新生成L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H

主要是通過Gln，多數(shù)動物細胞有Gln合成酶，催化NH3+Glu+ATPGln+ADP+Pi。Gln運送到肝臟，谷氨酰胺酶（glutaminase）催化其裂解，釋放NH4+。

氨的轉運氨的命運——氨的轉運谷氨酸谷氨酰-5-磷酸谷氨酰胺ATPADPNH4+Pi+H+E:谷氨酰胺合成酶氨的命運氨基酸通過脫氨基作用后將氨基氮轉化為氨，而氨對生物機體是有毒物質，必需排泄出。氨的排泄有三種：（I）直接以氨的形式排泄，如水生或海洋動物；（II）將氨轉化為尿素排泄，如大部分動物均如此；（III）將氨轉化為固體的尿酸排泄，如鳥類和陸生的爬蟲類。氨在生物體內的運輸形式通常是谷氨酰胺，因為它對生物機體是無毒的。氨的排泄1.

排氨，氨經Gln運送到排泄部位（如魚鰓），Gln酶裂解出游離氨借助擴散運動排出體外，魚類,原生動物,水生動物。2.排尿素—尿素（鳥氨酸）循環(huán)，人類、哺乳動物。氨的排泄3.排尿酸，爬蟲類和鳥類以尿酸作為氨的主要排泄形式（靈長類、鳥類和陸生爬蟲類嘌呤代謝的產物也是尿酸）。4.自然界還有許多其他排氨方式，蜘蛛以鳥嘌呤作為氨基氮的排泄方式；許多魚類以氧化三甲胺排氮；高等植物則以Gln和Asn的形式把氨基氮儲存于體內。尿素的生成a、概念

在排尿動物體內由NH3合成尿素是在肝臟中通過一個循環(huán)機制完成的，這一個循環(huán)稱為尿素循環(huán)。尿素循環(huán)部分發(fā)生在線粒體，部分發(fā)生在細胞溶膠。鳥氨酸循環(huán)氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鳥氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基質線粒體胞液NH2-C-NH2O尿素氨甲酰磷酸的合成氨

甲

基

磷

酸

合

成

酶

催

化

的

反

應CO2羰基磷酸氨基甲酸酯氨甲酰磷酸瓜氨酸的合成精氨琥珀酸的合成精氨酸的生成精氨酸裂解生成尿素尿素循環(huán)與三羧酸循環(huán)延胡索酸天冬氨酸蘋果酸草酰乙酸肝昏迷（Hepaticcoma）肝臟病變不能解除AA代謝產生的氨的毒性，一般通過在腦中與Glu形成Gln實現(xiàn)解毒，Glu用于解毒，須消耗TCA的中間產物-酮戊二酸而導致TCA中間產物的流失，阻滯TCA的進行，影響腦中能量代謝，造成昏迷－肝昏迷。氨基酸碳骨架的代謝途徑

人體10-15%的能量來自于氨基酸的氧化分解，氨基酸的碳架以5種產物形式進入TCA（分別為丙酮酸或乙酰-CoA,-酮戊二酸,琥珀酰-CoA,延胡索酸

,草酰乙酸

）徹底氧化為H2O和CO2、還可以糖元異生或生酮。

氨基酸碳骨架的代謝途徑（1）再氨基化生成氨基酸（2）轉變成糖或脂肪生糖氨基酸和生酮氨基酸（3）氧化成CO2和H2O氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑草酰乙酸磷酸烯醇式酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸賴氨酸色氨酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸絲氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸組氨酸脯氨酸異亮氨酸亮氨酸纈氨酸苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸葡萄糖檸檬酸形成乙酰CoA的途徑氨基酸丙酮酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰CoA（1）（2）A

A

分

解

為

乙

酰

輔

酶

A丙氨酸甘氨酸絲氨酸蘇氨酸半胱氨酸色氨酸AA轉變?yōu)镻y氨基丙酮苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸延胡索酸乙酰輔酶A亮氨酸賴氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA到乙酰CoA（2）-酮己二酸AA變?yōu)?酮戊二酸AA變?yōu)殓牾oA甲基丙二酰CoA丙酰CoA琥珀酰CoA延胡索酸途徑苯丙氨酸酪氨酸草酰乙酸途徑天冬氨酸天冬酰胺氨基酸碳骨架的降解小結20種主要氨基酸形成7種分子

丙酮酸

乙酰輔酶A

乙酰乙酰輔酶A

琥珀酰輔酶A延胡索酸草酰乙酸

-酮戊二酸氨基酸分解分類生糖氨基酸（GlycogenicAA）分解產物為糖代謝的中間物，如Py,Oxaloacetate,-Ketoglutaricacid,Fumarate等。15AAs。生酮氨基酸（KetogenicAA）分解產物為AcetylCoA,或Acetoacetate。Leu。生糖生酮氨基酸，Ile,Lys,Phe,Tyr。草酰乙酸磷酸烯醇式酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸賴氨酸色氨酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸絲氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸組氨酸脯氨酸異亮氨酸亮氨酸纈氨酸苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸葡萄糖檸檬酸生

酮

生

糖

氨

基

酸

氨基酸衍生的重要物質氨基酸與一碳單位氨基酸與生物活性物質一

碳

單

位

某些氨基酸在代謝過程中產生含一個碳原子的基團，經過轉移參與生物合成反應，這種含一個碳原子的基團被稱為一碳單位[C1Unit或OneCarbonUnit]。一碳單位生成和轉移的代謝為一碳代謝。一碳單位類別生物體的一碳單位有：甲基[-CH3，methyl]、甲烯基[-CH2，methylene]、甲炔基[-CH=，methenyl]、甲?；鵞-CHO，formyl]、亞氨甲基[-CH=NH，formimino]等。許多氨基酸都可作為一碳單位的來源。一碳單位不僅與氨基酸代謝密切，也與嘌呤和嘧啶的生物合成及S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的生物合成相關。SAM是許多生物合成的甲基來源。一碳轉移反應中重要的酶輔助因子一碳單位的轉移主要靠四氫葉酸（THF），一碳單位與THF的N5,N10以共價鍵相連。N5,N10-亞甲基THFTHF絲氨酸羥甲基轉移酶四氫葉酸四

氫

葉

酸

的

活

性

部

位一碳基團的

來源與轉變S-腺苷蛋氨酸N5-CH2-FH4N5N10-

CH2-FH4N5，N10=CH-FH4

N10-CHO-FH4N5，

N10-CH2-FH4還原酶N5，

N10-CH2-FH4脫氫酶環(huán)水化酶

絲氨酸

組氨酸甘氨酸參與

甲基化反應為胸腺嘧啶合成提供甲基參與嘌呤合成FH4FH4F