第十一章

蛋白質(zhì)的降解與氨基酸代謝本章重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容氨基酸代謝庫(kù)蛋白質(zhì)的酶促水解及有關(guān)酶類脫氨作用的幾種方式氨的去路脫氨后碳骨架的去向氨基酸合成中的碳源、氮源個(gè)別氨基酸的代謝與健康谷氨酸合成的生化機(jī)理糖、脂肪、蛋白質(zhì)代謝的相互聯(lián)系第一節(jié)概述一、機(jī)體中氨基酸的來(lái)源與去向合成二、蛋白質(zhì)的水解及水解酶類（一）外源性蛋白質(zhì)的水解（消化）及有關(guān)酶類1.動(dòng)物消化道蛋白水解酶胃蛋白酶胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶A、B氨肽酶2.植物體中蛋白酶類：種子萌發(fā)時(shí)蛋白水解旺盛。3.微生物蛋白酶類：不同微生物分泌蛋白酶種類及性質(zhì)不同。堿性蛋白酶中性蛋白酶酸性蛋白酶蛋白質(zhì)酶促降解：多肽寡肽二肽氨基酸（二）細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解及有關(guān)酶類1.溶酶體的蛋白質(zhì)降解體系-不依賴ATP溶酶體中的蛋白水解酶，主要降解半衰期長(zhǎng)的蛋白質(zhì)、膜蛋白及胞外蛋白，沒(méi)有選擇性。是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的主要途徑。細(xì)胞自噬——是真核生物中進(jìn)化保守的對(duì)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行周轉(zhuǎn)的重要過(guò)程。該過(guò)程中一些損壞的蛋白或細(xì)胞器被雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小泡包裹后，送入溶酶體(動(dòng)物）或液泡（酵母和植物

）中進(jìn)行降解并得以循環(huán)利用。種子萌發(fā)時(shí)儲(chǔ)存蛋白的降解；在動(dòng)物細(xì)胞衰老反應(yīng)過(guò)程中，往往發(fā)生分子伴侶介導(dǎo)的自噬過(guò)程，保存必須的組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的蛋白和其他材料。營(yíng)養(yǎng)缺乏條件下培養(yǎng)的細(xì)胞；小資料：2016年10月3日：瑞典卡羅琳醫(yī)學(xué)院3日宣布，將諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予日本科學(xué)家大隅良典，以表彰他在細(xì)胞自噬機(jī)制研究中取得的成就。

大隅良典生于1945年，是東京工業(yè)大學(xué)教授、分子細(xì)胞生物學(xué)家，他在細(xì)胞自噬作用的研究中取得了重要成果，為闡明細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境的機(jī)制、細(xì)胞自噬作用原理及其生理意義作出重要貢獻(xiàn)。2.ATP-依賴性的蛋白質(zhì)降解體系大腸桿菌中，這些蛋白存在時(shí)，會(huì)激活依賴ATP的蛋白酶，ATP水解促使肽鍵斷裂，形成無(wú)活性肽，繼而再在不依賴ATP的蛋白酶作用下降解。真核生物中，這條途徑牽涉到一種稱作泛素的小分子堿性蛋白質(zhì)（76個(gè)氨基酸），它在真核生物中含量豐富，氨基酸序列保守。泛素與被選定降解的蛋白以共價(jià)鍵連接加以標(biāo)記。連接過(guò)程需要ATP。繼而蛋白酶識(shí)別泛素，降解蛋白質(zhì)。在細(xì)菌和真核細(xì)胞中幾乎所有半衰期短的蛋白質(zhì)都經(jīng)這個(gè)途徑降解。包括：（1）摻入錯(cuò)誤氨基酸的缺陷蛋白質(zhì)；（2）在發(fā)揮正常功能過(guò)程中有損傷積累的蛋白質(zhì)；（3）在代謝途徑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)點(diǎn)上起關(guān)鍵作用的酶。真核細(xì)胞中依賴ATP的蛋白質(zhì)降解(1)在ATP水解的推動(dòng)下，泛素的末端羧基與E1的巰基以硫酯鍵相連。(2)泛素隨即轉(zhuǎn)接到E2的巰基上（E2為泛素結(jié)合蛋白，也稱泛素?cái)y帶蛋白），以硫酯鍵相連，形成“泛素-攜帶蛋白”。在E3的催化下，將活化了的泛素從E2轉(zhuǎn)移到被選定降解蛋白質(zhì)的賴氨酸的ε-氨基上，形成了一個(gè)異肽鍵。在真核生物中，可周而復(fù)始重復(fù)三步反應(yīng)。泛素化的蛋白質(zhì)由蛋白酶體降解為短肽。E1：泛素活化酶E2：泛素結(jié)合酶E3：泛素-蛋白質(zhì)結(jié)合酶第二節(jié)氨基酸的分解代謝脫氨基作用脫羧基作用既脫氨基又脫羧基※氨基酸的脫氨基作用1.氧化脫氨基作用2.轉(zhuǎn)氨基作用3.聯(lián)合脫氨基作用4.非氧化脫氨基作用（一）氧化脫氨基作用

1、含義：氨基酸在酶的催化下消耗氧、脫去氨基，生成相應(yīng)的α-酮酸的過(guò)程稱為氧化脫氨基作用。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+H2O+NH3NAD+NADH+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOH2、有關(guān)酶的特性酶的種類底物輔酶（或輔基）最適pH體內(nèi)分布及活性L-谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸NAD+或NADP+7.0分布廣泛活力強(qiáng)D-氨基酸氧化酶D-氨基酸FAD5.0-8.0分布廣泛但D-氨基酸少L-氨基酸氧化酶L-氨基酸FAD或FMN10.0分布不廣泛活性低L-谷氨酸脫氫酶在氨基酸的代謝上占有重要地位。L-谷氨酸脫氫酶（2）在細(xì)胞溶漿里，輔酶NADPH，催化反應(yīng)方向?yàn)?/p>

α-酮戊二酸谷氨酸，合成方向。（1）在線粒體基質(zhì)，輔酶NAD+

；催化反應(yīng)方向?yàn)楣劝彼幡?酮戊二酸TCA，供能。

L-谷氨酸脫氫酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOH（二）轉(zhuǎn)氨基作用

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(zhuǎn)氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）有關(guān)轉(zhuǎn)氨酶說(shuō)明如下：4、兩個(gè)重要的轉(zhuǎn)氨酶：GPTGOT1、大多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶都需要以α-酮戊二酸為-NH2受體或以谷氨酸為-NH2供體2、轉(zhuǎn)氨酶種類很多，但輔酶只一種:磷酸吡哆醛。它以牢固的共價(jià)鍵形式與酶蛋白結(jié)合3、催化的反應(yīng)可逆，平衡常數(shù)接近1.0谷丙轉(zhuǎn)氨酶（L-丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶）和谷草轉(zhuǎn)氨酶（L-天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶）谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)（三）聯(lián)合脫氨基作用1.轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)2.轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)1.轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)轉(zhuǎn)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α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酸代琥珀酸蘋果酸延胡索酸腺苷酸次黃苷酸2.轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)簡(jiǎn)介非氧化脫氨（在微生物中個(gè)別AA進(jìn)行,但不普遍）例1：如絲、蘇：先脫水，后加水脫-NH2L-絲氨酸

CH2

COO-C-NH2=-CH3

COO-

C=NH--COOHCH2OHH2N-C-H--COOHCH3C=O--絲氨酸脫水酶+NH3丙酮酸-H2O+H2Oα-氨基丙烯酸亞氨基丙酸重排自動(dòng)水解CH2CHCOOHSHNH2[CH2=CCOOH]NH2CH3CCOOHO自動(dòng)水解H2ONH3例2：半胱氨酸：先脫H2S，后加水脫-NH2脫-SH酶H2S例3；天冬氨酸直接脫-NH2CHCH2COOHH2NCOOHCHHCCOOHCOOH天冬氨酸酶NH3TCA※氨基酸的脫羧基作用1、作用通式：CO2脫羧酶NH22、脫羧酶：（1）專一性強(qiáng)（用于測(cè)定氨基酸濃度）（2）除了組氨酸脫羧酶不需要輔酶外，均需

磷酸吡哆醛作為輔酶RCHCOOHRCH2NH23、脫羧反應(yīng)舉例：谷氨酸γ-氨基丁酸(抑制性神經(jīng)遞質(zhì))+CO2天冬氨酸β-丙氨酸+CO2

組氨酸組胺（舒張血管）+CO2酪氨酸酪胺+CO2絲氨酸乙醇胺膽堿卵磷脂

CO2

4、胺的氧化RCH2NH2+O2+H2O

RCHO+H2O2+NH3RCHO+1/2O2RCOOHCO2+H2O氨基酸尿素※氨基酸代謝產(chǎn)物的去向1、再生成新的氨基酸2、轉(zhuǎn)變成糖或脂肪

生糖氨基酸

生酮氨基酸3、氧化供能生成CO2和H2O（一）α-酮酸的代謝去向1、再合成氨基酸：通過(guò)轉(zhuǎn)氨或還原氨基化轉(zhuǎn)氨酶NH3L-谷氨酸脫氫酶H2ONADPH+H+

NADP+COOHC=OCH2CH2COOHCOOHCHNH2CH2CH2COOH

α-酮酸谷氨酸α-氨基酸

α-酮戊二酸2、轉(zhuǎn)變成糖和脂肪使用四氧嘧啶破壞犬的胰島β-細(xì)胞，或切除胰腺，建立人工糖尿病犬的模型。待其體內(nèi)糖原和脂肪耗盡后，用某種氨基酸飼養(yǎng)，并檢查犬尿中糖與酮體的含量。若飼某種氨基酸后尿中排出葡萄糖增多，稱此氨基酸為稱生糖氨基酸(glucogenicaminoacid)；若尿中酮體含量增多，則稱為生酮氨基酸(ketogenicaminoacid)。尿中二者都增多者稱為生糖兼生酮氨基酸(glucogenicandketogenicaminoacid)。實(shí)驗(yàn)依據(jù)：生糖氨基酸和生酮氨基酸的概括凡能生成丙酮酸、

-酮戊二酸、琥珀酰CoA

、延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸，沿EMP的逆途徑合成葡萄糖。凡能分解成乙酰乙酰輔酶A和乙酰輔酶A的氨基酸在肝臟中能生成酮體。（1）生糖氨基酸（2）生酮氨基酸其中亮氨酸和賴氨酸是專一生酮氨基酸，色、酪、苯丙、異亮氨酸既是生酮氨基酸又是生糖氨基酸（3）生糖兼生酮氨基酸TCA3、氧化成CO2和H2O氨基酸分解分別產(chǎn)生5種產(chǎn)物：乙酰CoA

-酮戊二酸琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸CO2CO2NADH,FADH2H2O乙酰CoA草酰乙酸

-酮戊二酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA檸檬酸氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑

磷酸烯醇式丙酮酸天冬氨酸天冬酰胺丙酮酸乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸色氨酸亮氨酸賴氨酸丙氨酸色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色氨酸苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸蘇氨酸葡萄糖（二）NH3的代謝反應(yīng)大量消耗α-酮戊二酸，影響TCA，同時(shí)大量消耗NADPH，影響需要還原力反應(yīng)的正常進(jìn)行。1、氨氣的中毒機(jī)理血中1%的氨會(huì)引起中樞神經(jīng)中毒。主要原因:腦細(xì)胞的線粒體可將NH3與α-酮戊二酸作用生成GluNH4++α-酮戊二酸+NADPH+H+

谷氨酸+NADP++H2O不同生物處理氨毒方式不同，可以重新利用；也可以直接或轉(zhuǎn)化后排出體外。2、氨的去向（1）形成酰胺儲(chǔ)存a、動(dòng)物體內(nèi)主要形成谷酰胺b、植物體內(nèi)主要形成天冬酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺Gln合成酶ATPADP+pi天冬氨酸+NH3天冬酰胺Asn合成酶ATPADP+pi（2）合成氨基酸、核苷酸等a、通過(guò)還原氨基化和轉(zhuǎn)氨-合成新的氨基酸b、形成的酰胺可用于嘌呤、嘧啶的合成α-酮戊二酸谷氨酸NH3

+NADPH+H+

H2O+NADP+α-酮酸α-氨基酸L-谷氨酸脫氫酶轉(zhuǎn)氨酶（3）排出體外排尿酸動(dòng)物：鳥類、陸生爬行類排氨動(dòng)物：水生動(dòng)物，排泄時(shí)需少量水排尿素動(dòng)物：陸生脊椎動(dòng)物NH3H2N-C-NH2O尿素氨氨甲酰磷酸的合成線粒體內(nèi)的合成：CPS-l胞漿內(nèi)的合成:CPS-ll~CPS-Ⅰ在線粒體基質(zhì)中，游離的氨氣與TCA循環(huán)產(chǎn)生的CO2反應(yīng)生成氨甲酰磷酸。形成的氨甲酰磷酸進(jìn)一步參與尿素的合成。在胞漿中，以谷酰胺作為N源，形成的氨甲酰磷酸進(jìn)一步參與嘧啶的合成。嘧啶合成2ATP谷酰胺+CO2

氨甲酰磷酸CPS-II2ADP+Pi尿素合成分布部位氮源激活劑

進(jìn)一步合成的產(chǎn)物消耗ATPCPS-I線粒體NH3N-乙酰谷氨酸尿素2ATPCPS-II胞漿谷酰胺不需要N-乙酰谷氨酸激活嘧啶2ATP氨甲酰磷酸合酶Ⅰ與氨甲酰磷酸合酶Ⅱ比較：酶項(xiàng)目尿素的合成1.哺乳動(dòng)物體內(nèi)NH3轉(zhuǎn)運(yùn)形式通過(guò)谷氨酰胺和丙氨酸兩種形式在血液中運(yùn)輸，（1）通過(guò)谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)氨肝中合成尿素，腎中以銨鹽形式排出肝，腎細(xì)胞腦組織等（2）通過(guò)葡萄糖-丙氨酸循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)氨丙酮酸接收-NH2氧化脫氨肌肉細(xì)胞內(nèi)游離NH3可通過(guò)還原氨基化（L-谷氨酸脫氫酶催化），產(chǎn)生谷氨酸，然后在谷-丙轉(zhuǎn)氨酶催化下將-NH2轉(zhuǎn)移給丙酮酸，產(chǎn)生丙氨酸。丙氨酸通過(guò)血液循環(huán)運(yùn)送至肝臟，產(chǎn)生尿素。尿素循環(huán)谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酰琥珀酸鳥氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸天冬氨酸+2ADP+Pi2ATP+CO2+NH3+H2O1胞液線粒體H2N-C-NH2O尿素

-酮戊二酸

-酮戊二酸H2N-C-PO2345*****轉(zhuǎn)氨酶L-谷氨酸脫氫酶+~蘋果酸谷氨酸

-酮戊二酸H2N-C-OHNH2.尿素的生成途徑例題：在鳥氨酸循環(huán)中，尿素由下列哪種物質(zhì)水解而得（）（1）鳥氨酸（2）瓜氨酸（3）精氨酸（4）精氨酰琥珀酸

-酮戊二酸氨基酸三羧酸循環(huán)和尿素循環(huán)之間的聯(lián)接（Krebs自行車）轉(zhuǎn)氨酶2ATP+CO2+NH3+H2O★尿素循環(huán)小結(jié)1.尿素循環(huán)一部分反應(yīng)在肝細(xì)胞線粒體進(jìn)行，一部分在肝細(xì)胞胞漿進(jìn)行。2.尿素循環(huán)中有四種氨基酸參與循環(huán)，但參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸只有兩種——？3.尿素形成后由血液運(yùn)到腎臟隨尿排出。4.總反應(yīng)：NH4+

+HCO3-+3ATP+Asp+2H2O→尿素+2ADP+AMP+2Pi+PPi+延胡索酸（1）形成一分子尿素消耗4個(gè)高能磷酸鍵（2）尿素兩個(gè)氨基分別直接來(lái)自游離NH3合成的氨甲酰磷酸和Asp，一個(gè)CO2來(lái)自TCA循環(huán)。（3）通過(guò)延胡索酸把氨基酸代謝和糖代謝聯(lián)系起來(lái)。小資料HansKrebs生于德國(guó)，是猶太人，在20世紀(jì)30年代早期，納粹統(tǒng)治期間被迫逃亡英國(guó)，1935年加入謝菲爾德大學(xué)（UniversityofSheffield），在謝菲爾德大學(xué)期間完成了他一生中最重要的發(fā)現(xiàn)，也就是獲得諾獎(jiǎng)的工作。他是1953年的諾貝爾獎(jiǎng)醫(yī)學(xué)和生理獎(jiǎng)得主，主要的成就是發(fā)現(xiàn)檸檬酸循環(huán)（也稱Krebscycle）(四)氨基酸分解代謝途徑小結(jié)氨基酸的脫氨作用氨氣α-酮酸再利用排泄：排NH3、尿素、尿酸合成酰胺進(jìn)而合成嘌呤、嘧啶或蛋白質(zhì)通過(guò)還原氨基化和轉(zhuǎn)氨-再合成氨基酸再合成氨基酸合成糖、脂肪分解成CO2和H2O氨基酸的脫羧作用：CO2+伯胺1.寫出谷氨酸在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化成糖的代謝途徑。2.寫出谷氨酸在細(xì)胞內(nèi)完全氧化分解成CO2、H2O的代謝途徑；并計(jì)算在哺乳動(dòng)物體內(nèi)1mol谷氨酸氧化脫氨后完全氧化分解產(chǎn)生ATP的數(shù)目（計(jì)NH3的排泄）（按P/O=3或2計(jì)算）計(jì)NH3的排泄：23ATP練習(xí)題NH3的排泄經(jīng)尿素循環(huán)消耗4個(gè)“~”谷氨酸α-酮戊二酸草酰乙酸丙酮酸葡萄糖乙酰輔酶ATCA循環(huán)第三節(jié)氨基酸的合成代謝1、必需氨基酸、半必需氨基酸2、氨基酸合成中碳骨架的形成：代謝的幾條“主要干線”（TCA、EMP、HMP等）中的關(guān)鍵中間體為氨基酸生物合成提供起始物。3、氨基酸合成中-NH2可由NH3、谷酰胺等提供。根據(jù)氨基酸合成中碳骨架的起始物不同分為六大類型4、合成的基本方式：（1）還原氨基化（2）轉(zhuǎn)氨基作用（3）氨基酸間的轉(zhuǎn)化（一）α-酮戊二酸衍生類型可以合成的氨基酸：谷氨酸、谷酰胺、脯氨酸、精氨酸1、Glu的合成起始物：α-酮戊二酸（1）α-酮戊二酸經(jīng)L-Glu脫氫酶催化，進(jìn)行還原氨基化。α-酮戊二酸NADPH+H+

谷氨酸NADP+L-谷氨酸脫氫酶（胞漿）NH3H2O（2）由α-酮戊二酸與谷酰胺，經(jīng)Glu合成酶催化合成2、Gln的合成3、脯氨酸、精氨酸的合成（了解）α-酮戊二酸谷酰胺谷氨酸谷氨酸Glu合成酶NADPH+H+NADP+L-谷氨酸+NH3谷酰胺合成酶ATPADP+PiL-谷酰胺（二）草酰乙酸衍生類型可以合成的氨基酸：天冬氨酸、天冬酰胺、賴氨酸、

甲硫氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸1、Asp的合成（轉(zhuǎn)氨基合成）2、Asn的合成大多數(shù)生物中天冬酰胺的合成是由谷酰胺提供氨基，在細(xì)菌中直接由NH3提供氨基。反應(yīng)如下：起始物：草酰乙酸谷氨酸天冬氨酸α-酮戊二酸谷草轉(zhuǎn)氨酶草酰乙酸Asn合成酶Asp+Gln+ATPAsn+Glu+ADP+PiMg2+（哺乳動(dòng)物）Asn合成酶Asp+NH4++ATPAsn+ADP+Pi植物、細(xì)菌3、賴、蘇、甲硫氨酸的合成途徑（了解）4、異亮氨酸的合成（了解）在天冬氨酸的基礎(chǔ)上合成蘇氨酸，進(jìn)而合成異亮氨酸（三）丙酮酸衍生類型合成的氨基酸：L-丙氨酸、L-纈氨酸、L-亮氨酸1、丙氨酸的合成（轉(zhuǎn)氨基合成）2、L-纈氨酸、L-亮氨酸的生物合成（了解）起始物：丙酮酸α-酮戊二酸丙酮酸谷氨酸丙氨酸谷丙轉(zhuǎn)氨酶（四）、3-磷酸甘油酸衍生型可以合成的氨基酸：絲氨酸、甘氨酸、半胱氨酸起始物：3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸脫氫酶谷氨酸α-酮戊二酸磷酸絲氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶3-磷酸羥基丙酮酸3-磷酸絲氨酸（轉(zhuǎn)氨基作用）甘氨酸絲氨酸磷酸絲氨酸磷酸絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶半胱氨酸（五）4-磷酸赤蘚糖和磷酸烯醇式丙酮酸衍生類型可以合成的氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸起始物：4-磷酸赤蘚糖（HMP）和磷酸烯醇式