1、第十章 蛋白質(zhì)酶促降解和氨基酸代謝,內(nèi)容 第一節(jié) 蛋白質(zhì)酶促降解 第二節(jié) 氨基酸酶促降解 第三節(jié) 氨基酸的生物合成 第四節(jié) 一碳單位（自學(xué)）,教學(xué)目的和要求,1.掌握蛋白酶和肽酶水解蛋白質(zhì)； 2.掌握氨基酸的脫氨基和脫羧基作用； 3. 掌握氨基酸分解產(chǎn)物的去路 5.掌握氨基酸的生物合成 6.了解一碳單位的概念及生物學(xué)意義以及一碳單位的生成。,概述： 人體內(nèi)蛋白質(zhì)處于不斷降解與合成的動(dòng)態(tài)平衡中。 成人每天約有1%2%的體內(nèi)蛋白質(zhì)被降解。,一、蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要性,生命的物質(zhì)基礎(chǔ): 維持細(xì)胞、組織的生長、更新和修補(bǔ),2. 參與多種重要的生理活動(dòng),催化（酶）、免疫（抗原及抗體）、運(yùn)動(dòng)（肌肉）、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

2、（載體）、凝血（凝血系統(tǒng)）、代謝調(diào)節(jié)（激素，信號(hào)分子）等。,3. 氧化供能 (17kJ/mol) 人體每日18%能量由蛋白質(zhì)提供。,二、蛋白質(zhì)需要量和營養(yǎng)價(jià)值,1. 氮平衡(nitrogen balance) 攝入食物的含氮量與排泄物（尿與糞）中含氮量之間的關(guān)系。,氮總平衡：攝入氮 = 排出氮（正常成人）,氮正平衡：攝入氮 排出氮（兒童、孕婦等）,氮負(fù)平衡：攝入氮 排出氮（饑餓、消耗性疾病患者）,氮平衡的意義：可以反映體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的慨況。,2. 生理需要量,成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為3050g，我國營養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g。,3. 蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值,其余12種氨基酸體內(nèi)可以合

3、成，稱非必需氨基酸。,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解,外源蛋白質(zhì)的消化吸收 胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解,一、機(jī)體對外源蛋白質(zhì)的消化吸收,胃中的消化 小腸中的消化 胰蛋白酶 、糜蛋白酶 、彈性蛋白酶 等將肽鏈裂解為小肽； 氨基肽酶、羧基肽酶將小肽裂解為氨基酸,內(nèi)切酶(蛋白酶)的作用: 能水解肽鏈內(nèi)部的肽鍵,水解蛋白質(zhì)成大小不等的多肽段 常見蛋白酶的作用特點(diǎn): 胃蛋白酶:主要水解芳香族氨基酸的氨基和其它氨基酸羧基組成的肽鍵 胰蛋白酶:堿性氨基酸的羧基端和其它氨基酸氨基組成的肽鍵 胰凝乳蛋白酶:芳香族氨基酸的羧基端和其它氨基酸的氨基端組成的肽鍵,根據(jù)蛋白水解酶作用的方式不同，可分為蛋白酶和肽酶 （一）蛋白酶：也稱為

4、肽鏈內(nèi)切酶：產(chǎn)物短肽段,酶 位點(diǎn)（或底物） 胰蛋白酶(Trypsin） Lys,Arg的羧基端 胰凝乳(糜)蛋白酶 Phe,Trp,Tyr 的羧基端 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 彈性蛋白酶(elastase) 各種脂肪族AA形 成的肽,幾種常見的蛋白水解酶,（二）肽酶：肽鏈的端解酶（羧肽酶和氨肽酶） 1、羧肽酶：專一性地從多肽鏈羧基端開始進(jìn)行水解，水解產(chǎn)物可以是游離氨基酸或二肽。 羧肽酶A：水解中性aa為C端的肽鍵；羧

5、肽酶B：水解堿性aa為C端的肽鍵； 2、氨肽酶：專一性地從多肽鏈氨基端開始進(jìn)行水解，通常每次水解下一個(gè)氨基酸,蛋白水解酶的專一性,酶 專 一 性 胃蛋白酶 R3=色、苯丙、丙、酪、甲硫、亮 R4=任何氨基酸 胰蛋白酶 R3=精、賴 R4=任何氨基酸 胰凝乳蛋白酶 R3=苯丙、酪、色 R4=任何氨基酸 彈性蛋白酶 R3=脂肪族氨基酸 R4=任何氨基酸 氨基肽酶 R1=任何氨基酸 R2=除脯氨酸外 羧基肽酶A R5=任何氨基酸 R6=除精、賴、脯氨酸外 羧基肽酶B R5=任何氨基酸 R6=精、賴,H2N-CH-C-NH-CH-NH-CH-C-NH-CH-NH-CH-C-NH-CH-COOH,O,O

6、,O,R1,R2,R3,R4,R5,R6,氨基肽酶 內(nèi)肽酶 羧基肽酶,（三）、氨基酸代謝庫,食物蛋白經(jīng)消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）與體內(nèi)組織蛋白降解產(chǎn)生的氨基酸（內(nèi)源性氨基酸）混在一起，分布于體內(nèi)各處參與代謝，稱為氨基酸代謝庫(metabolic pool)。,（一）真核細(xì)胞中存在兩條不同的降解途徑： 1. 不依賴ATP的降解途徑： 在溶酶體內(nèi)進(jìn)行，主要降解外源性蛋白質(zhì)、膜蛋白和長壽命的胞內(nèi)蛋白質(zhì)。,二、胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解,2. 依賴ATP和泛素的降解途徑： 在胞液中進(jìn)行，主要降解異常蛋白質(zhì)和短壽命的蛋白質(zhì)。需ATP和泛素參與 泛素(ubiquitin)是一種小分子蛋白質(zhì)，普遍存在于真核細(xì)胞

7、中。,氨基酸代謝,食物蛋白質(zhì),氨基酸,特殊途徑,-酮酸,糖及其代謝中間產(chǎn)物,脂肪及其代謝中間產(chǎn)物,TCA,鳥氨酸循環(huán),NH4+,NH4+,NH3,CO2,H2O,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,SO4 2 -,（次生物質(zhì)代謝）,CO2,胺,第二節(jié)、氨基酸的酶促降解,一、脫氨基作用,氨基酸失去氨基的作用叫脫氨基作用 氨基酸主要通過五種方式脫氨基 氧化脫氨基 非氧化脫氨基 脫酰胺作用 轉(zhuǎn)氨基作用 聯(lián)合脫氨基,2. L-谷氨酸脫氫酶(glutamate dehydrogenase),特點(diǎn) 分布廣、活性高（ 肌肉中例外）；2. 反應(yīng)可逆；3. 谷氨酸脫氫酶是別構(gòu)酶

8、，受GDP （+）/ ATP(-) 調(diào)節(jié)；4. 谷氨酸脫氫酶只能催化谷氨酸發(fā)生脫氨基作用（有局限性）, 氧化脫氨基作用,定義：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同時(shí)消耗氧并產(chǎn)生氨的過程。,氧化脫氨基的反應(yīng)過程包括脫氫和水解兩步，脫氫反應(yīng)需酶催化，而水解反應(yīng)則不需酶的催化。,AA氧化酶的種類 L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脫氨，體內(nèi)分布不廣泛，最適pH10左右，以FAD或FMN為輔基。 D-AA氧化酶：體內(nèi)分布廣泛，以FAD為輔基。但體內(nèi)D-AA不多。 L-谷氨酸脫氫酶：專一性強(qiáng)，分布廣泛（動(dòng)、植、微生物），活力強(qiáng)，以NAD+或NADP+為輔酶。,體內(nèi)（正）,體外（反）,特點(diǎn):1.分布廣、活

9、性高（ 肌肉中例外）；2. 反應(yīng)可逆；3. 谷氨酸脫氫酶是別構(gòu)酶 ，受GDP （+）/ ATP(-) 調(diào)節(jié)；4. 谷氨酸脫氫酶只能催化谷氨酸發(fā)生脫氨基作用（有局限性）,還原脫氨基、脫水脫氨基、水解脫氨基、脫硫氫基脫氨基等。 （在微生物中個(gè)別AA進(jìn)行,但不普遍）, 非氧化脫氨,例：脫水脫氨基（只適于含一個(gè)羥基的AA),上述兩種酶廣泛存在于微生物、動(dòng)物、植物中，有相當(dāng)高的專一性。, 氨基酸的脫酰胺作用,（四）轉(zhuǎn)氨基作用(transamination),特點(diǎn)： 1. 只轉(zhuǎn)移-NH2、不產(chǎn)生游離NH3 ； 2. 輔酶磷酸吡哆醛/胺(氨基傳遞體)； 3. 反應(yīng)可逆，逆過程是體內(nèi)合成和改造非必需aa的途徑

10、 ； 4. 體內(nèi)普遍進(jìn)行，并且大多數(shù)aa.可將-NH2基轉(zhuǎn)移給-酮戊二酸 生成Glu 。,指-AA和酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用， -AA的-氨基借助轉(zhuǎn)氨酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來的AA生成相應(yīng)的酮酸，而原來的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸。,大多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶以-酮戊二酸為氨基受體，其中谷草轉(zhuǎn)氨酶（glutamic-oxaloacetic transaminase，GOT）和谷丙轉(zhuǎn)氨酶（glutamic-pyruvic transaminase，GPT）最常見。 在正常情況下，GOT和GPT主要在肝中，在心臟和肝臟中活性最高，血清中活性低。當(dāng)心、肝組織細(xì)胞受損時(shí)，大量的轉(zhuǎn)氨酶逸人血液，血清中的轉(zhuǎn)氨

11、酶活性升高，可根據(jù)血清中轉(zhuǎn)氨酶的活性變化判斷這些器官的功能狀況。在醫(yī)學(xué)臨床上普遍用GOT和GPT在血清中的活性判斷心肌梗塞和急性肝炎。 眾多轉(zhuǎn)氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛，它從氨基酸接受氨基后轉(zhuǎn)變成磷酸吡哆胺，磷酸吡哆胺又將氨基轉(zhuǎn)給-酮酸，其本身再變回為磷酸吡哆醛。,（五）聯(lián)合脫氨基作用（動(dòng)物組織主要采取的方式）,兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，使氨基酸脫下-氨基生成-酮酸的過程。,2. 類型, 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用,1. 定義, 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán), 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用,此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式，也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的主要方式。 主要在肝、腎組織進(jìn)行。, 轉(zhuǎn)氨基偶聯(lián)嘌呤核苷

12、酸循環(huán),此種方式主要在肌肉組織進(jìn)行。,（六）脫掉氨基后的-酮酸可轉(zhuǎn)變成：,-酮戊二酸,琥珀酰 CoA,延胡索酸,草酰乙酸,丙酮酸,乙酰CoA,乙酰乙酰 CoA,三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物,PEP,葡萄糖,脂肪酸,酮體,二、脫羧基作用,脫羧基作用(decarboxylation),由氨基酸脫羧酶(decarboxyase)催化，輔酶為磷酸吡哆醛，產(chǎn)物為CO2和胺。所產(chǎn)生的胺可由胺氧化酶氧化為醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化為CO2和水。,Glu-氨基丁酸 （對中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)有抑制作用） Asp-丙氨酸（泛酸組分） Trp（脫氨、脫羧、氧化）吲哚乙酸 （植物生長素） His組胺（降血壓作用） Tyr酪

13、胺（升血壓作用） Ser（脫羧）乙醇胺（甲基化）膽堿二者分別合成腦磷脂和卵磷脂，可作為生物膜的成分。,三、氨基酸分解產(chǎn)物的去路,氨基酸分解產(chǎn)物： NH3 -酮酸 CO2 胺（RCH2NH2）,（一）、NH3的代謝,1、氨的來源和去路,2、氨的轉(zhuǎn)運(yùn)(amino nitrogen transportation),（1）、谷氨酰胺的運(yùn)氨作用,（2）、葡萄糖丙氨酸循環(huán),氨在血液中的運(yùn)輸方式,肝或腎,+ NH3,(1). 谷氨酰胺的運(yùn)氨作用,合成尿素,形成NH4+,H+,肝,腎,隨尿排出,意義 1) 在血液中, 以Gln形式運(yùn)NH3 , 可以保持低血NH3濃度; 2) 在腦組織, 形成Gln是暫時(shí)解除N

14、H3毒的重要方式。,谷氨酰胺酶,(2)、葡萄糖丙氨酸循環(huán)(alanine-glucose cycle),意義： 1) 實(shí)現(xiàn)氨的無毒運(yùn)輸; 2) 為肝組織提供糖異生原料。,3、尿素的生成,體內(nèi)氨的主要代謝去路是用于合成無毒的尿素(urea)。 合成尿素的主要器官是肝，但在腎及腦中也可少量合成。 尿素合成是經(jīng)稱為鳥氨酸循環(huán)(ornithine cycle)的反應(yīng)過程來完成的。催化這些反應(yīng)的酶存在于胞液和線粒體中。,氨基甲酰磷酸的合成 此反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行，由氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoyl phosphate synthetase - , CPS-）催化，該酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作為變

15、構(gòu)激活劑，反應(yīng)不可逆。,（1）.尿素生成的鳥氨酸循環(huán),在線粒體內(nèi)進(jìn)行，由鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶（ornithine carbamoyl trans-ferase, OCT）催化，將氨甲?；D(zhuǎn)移到鳥氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。, 瓜氨酸的合成,轉(zhuǎn)運(yùn)至胞液的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶(argininosuccinate synthetase)催化下，消耗能量合成精氨酸代琥珀酸。, 精氨酸代琥珀酸的合成,限速酶,在胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶(arginino-succinate lyase)催化，將精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。,精氨酸代琥珀酸的裂解,在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解生

16、成尿素(urea)和鳥氨酸(ornithine)。鳥氨酸可再轉(zhuǎn)運(yùn)入線粒體繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)。,精氨酸的水解,鳥氨酸循環(huán),線粒體,胞 液,2、尿素循環(huán)與TCA的關(guān)系,尿素合成的特點(diǎn),1合成主要在肝細(xì)胞的線粒體和胞液中進(jìn)行；,2合成一分子尿素需消耗4分子ATP；,3精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；,4尿素分子中的兩個(gè)氮原子，一個(gè)來源于NH3，一個(gè)來源于天冬氨酸,8、總反應(yīng)式,5、意義：解氨毒，把有毒的NH3轉(zhuǎn)變成無毒的尿素。,6、關(guān)鍵酶：氨基甲酰磷酸合成酶I,7、與TCA的聯(lián)系：天冬氨酸、延胡索酸,（二）、-酮酸的代謝(-keto acid metabolism),生糖和生酮氨基酸種類,分

17、類 氨基酸,生糖氨基酸,生糖兼生酮氨基酸 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、異亮氨酸,生酮氨基酸 亮氨酸、賴氨酸,甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、精氨酸、脯氨酸、谷氨 酸、谷氨酰胺、蘇氨酸、纈氨酸、組氨酸、甲硫氨 酸、半胱氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺,氨基酸碳骨架的氧化途徑,氨基酸碳骨架可通過多種途徑，形成5種物質(zhì)進(jìn)入TCA循環(huán) 乙酰CoA 丙氨酸、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸 -酮戊二酸 精氨酸、組氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、谷氨酸 琥珀酰CoA 異亮氨酸、甲硫氨酸、纈氨酸 延胡索酸 苯丙氨酸、酪氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸、天冬酰胺,直接形成乙酰CoA途徑,1、形成乙酰CoA的途徑,通過乙酰乙酰CoA進(jìn)入到乙酰C

18、oA,2、一酮戊二酸途徑,3、形成琥珀酰CoA的途徑,有3中氨基酸進(jìn)入；Ile、Met、Val,Ile,Val,Met,琥珀酰CoA,TCA,4、形成延胡索酸途徑,有2種進(jìn)入： Phe、Tyr,5、形成草酰乙酸途徑,有兩種氨基酸進(jìn)入：Asp、Asn,（三）胺的代謝,醛脫氫酶,-氧化,乙酰輔酶A,TCA循環(huán),1、胺類物質(zhì)氧化,2、轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌钚晕镔|(zhì)（見P270）,一、氨的同化,定義：生物體將無機(jī)態(tài)的氨轉(zhuǎn)化為含氮有機(jī)化合物的過程（N素亦稱生命元素） 生物體N的來源 食物來源的N（食物中的蛋白質(zhì)和氨基酸）：人和動(dòng)物的N源 生物固N(yùn)（某些微生物和藻類通過體內(nèi)固氮酶系的作用將分子氮轉(zhuǎn)變成氨的過程，1

19、862年發(fā)現(xiàn)）,第三節(jié) 氨基酸的生物合成,氨同化的途徑 谷AA的形成途徑 氨甲酰磷酸形成途徑,硝酸還原酶,NO2-,亞硝酸還原酶,NH3,AA,Pr,其它含N化合物,3. 硝酸還原生成（植物體中的N源）,NO3-,1.谷AA脫氫酶（細(xì)菌）,NH3 谷AA 其它AA, 谷AA合成途徑,谷氨酰胺(貯存了氨）可做為NH3的供體將其轉(zhuǎn)移,2.谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途徑）,+2H,2,谷AA合酶,+,谷氨酰胺,-酮戊二酸,谷氨酸, 氨甲酰磷酸合成途徑（微生物和動(dòng)物）,原料：NH3 CO2 ATP,1 氨甲酰激酶,NH3 + CO2 + ATP,Mg2+,氨甲酰磷酸,2 氨甲酰磷酸合成酶,NH3

20、+ CO2 + 2ATP,Mg2+,輔因子,在植物體中，氨甲酰磷酸中的氮來自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨來的。,主要通過轉(zhuǎn)氨基作用,AA-R1,-酮酸R1,轉(zhuǎn)氨酶,AA-R2,-酮酸R2,許多氨基酸可以作為氨基的供體，其中最主要的是谷氨酸，其被稱為氨基的“轉(zhuǎn)換站”，先轉(zhuǎn)變成Glu再合成其它AA。,二、氨基酸的合成,（一）、脂肪族氨基酸的生物合成,谷氨酸族氨基酸的生物合成L-Glu、L-Gln、 L-Pro,天冬氨酸族的生物合成L-Asp、L-Asn、L -Met、 L-Thr,丙酮酸族的生物合成L-Ala、 L-Val、L-Leu,絲氨酸族的生物合成L-Ser、 L-Gly、 L-Cys生物合成及固硫作用,1、由酮戊二酸合成的氨基酸途徑,（1）、L一Glu的合成：由酮戊二酸合成。 酮戊二酸NH4NADH2GluNADH2O （2）、Gln生成： GluATP NH3GlnADP Pi,（3）、 Pro的合成： 酮戊二酸GluL-Glu半醛