第30章蛋白質降解和氨基酸分解代謝

1、第30章蛋白質降解和氨基酸分解代謝氨基酸庫氨基酸庫過剩的過剩的氨基酸氨基酸轉氨作用轉氨作用脫氨作用脫氨作用合成新肽、合成新肽、蛋白質等蛋白質等非蛋白質非蛋白質含氮化合含氮化合物物 嘌呤、嘌呤、嘧啶、肌嘧啶、肌酸、煙酰酸、煙酰胺、卟啉、胺、卟啉、腎上腺素、腎上腺素、甲狀腺素、甲狀腺素、膽汁鹽、膽汁鹽、黑色素等。黑色素等。 - -酮酸酮酸糖或酮體糖或酮體TCA尿氨尿氨基酸基酸糖或脂糖或脂氨氨尿素尿素氨基酸氨基酸Amino-terminal residueHalf-lifeStabilizingMet, Gly, Ala, Ser, Thr, Val20 hDestabilizingIle, Gln

2、30 minTyr, Glu10 minPro7 minLeu, Phe, Asp, Lys3 min底物底物A先與先與E結合成結合成AE二元復合物，二元復合物，AE PF（修飾（修飾酶形式），釋放第一個產物酶形式），釋放第一個產物P，接著底物，接著底物B與與F形成形成FB，FB EQ，釋放第二個產物，釋放第二個產物Q。A與與Q 競爭自由酶形式競爭自由酶形式E ，B與與P競爭修飾酶形式競爭修飾酶形式F。整個反應歷程中只有二元復合物形式，沒有三元復合整個反應歷程中只有二元復合物形式，沒有三元復合物形式。物形式。乒乓反應（乒乓反應（ping pong reaction）回顧：酶學回顧：酶學轉氨酶催

3、化轉氨反應：轉氨酶催化轉氨反應：氨基酸氨基酸1 酮酸酮酸2 酮酸酮酸1 氨基酸氨基酸2 A B P QGeneral Metabolism of Amino Acid氨基酸代謝庫氨基酸代謝庫(metabolic pool)食物蛋白質食物蛋白質消化吸收消化吸收組織蛋白質組織蛋白質分解分解合成合成合成合成脫氨基作用脫氨基作用NH3- 酮酸酮酸尿素尿素糖糖氧化供能氧化供能酮體酮體脫羧基作用脫羧基作用CO2胺類胺類含氮化合物含氮化合物嘌呤、嘧啶、嘌呤、嘧啶、GSH、heme轉變轉變 1、氨的轉運（向動物肝臟的運輸）、氨的轉運（向動物肝臟的運輸） 氨的轉運主要是通過氨的轉運主要是通過谷氨酰胺谷氨酰胺的形

4、式。多數動物的形式。多數動物細胞中有細胞中有谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase），），它催化氨和谷氨酸反應生成谷氨酰胺，同時消耗它催化氨和谷氨酸反應生成谷氨酰胺，同時消耗1個個ATP。谷氨酰胺（中性，易透膜）由血液運送到肝臟，。谷氨酰胺（中性，易透膜）由血液運送到肝臟，肝細胞的肝細胞的谷氨酰胺谷氨酰胺酶又將其分解為酶又將其分解為谷氨酸和氨谷氨酸和氨。 NH NH4 4+ + + Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+ Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+ + Gln+H Gln+H2 2O Glu + NHO Glu + NH4 4+ +Gln

5、Gln合成酶合成酶GlnGln酶酶尿素循環(huán)尿素循環(huán) 以以AlaAla轉運（葡萄糖轉運（葡萄糖- -丙氨酸轉運：肌肉）丙氨酸轉運：肌肉） NHNH4 4+ + + - -酮戊二酸酮戊二酸+NADPH+H+NADPH+H+ + Glu+NADP Glu+NADP+ +H+H2 2O O Glu+ Glu+丙酮酸丙酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸+Ala+AlaAla+ Ala+ - -酮戊二酸酮戊二酸 Glu+Glu+丙酮酸丙酮酸 GluGlu脫氫酶脫氫酶 轉氨酶轉氨酶 肌肉肌肉 轉氨酶轉氨酶 肝肝尿素循環(huán)尿素循環(huán)氨氨 尿酸尿酸 尿素尿素排氨動物：某些水生或海洋動物，如原生動物和線蟲排氨動物：某些水生

6、或海洋動物，如原生動物和線蟲以及魚類、水生兩棲類等，以以及魚類、水生兩棲類等，以GlnGln形式運送到排泄部位。形式運送到排泄部位。排尿酸動物：鳥類和陸生的爬行動物。排尿酸動物：鳥類和陸生的爬行動物。排尿素動物：絕大多數陸生動物。排尿素動物：絕大多數陸生動物。2、氨的排泄、氨的排泄Krebs和和Henseleit最早提出的尿素循環(huán)最早提出的尿素循環(huán)場所：肝臟場所：肝臟原料：原料：CO2、NH3產物：尿素產物：尿素氨進入尿素循環(huán)的反應氨進入尿素循環(huán)的反應1. 氨甲酰磷酸的合成（線粒體）氨甲酰磷酸的合成（線粒體）氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶（CPS-） ：線粒體中，用氨做氮的供：線粒體中，用氨

7、做氮的供體，參與尿素的合成。體，參與尿素的合成。氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶（CPS- ）：細胞質中，用谷氨酸做氮）：細胞質中，用谷氨酸做氮的供給體，參與嘧啶生物合成的供給體，參與嘧啶生物合成 。HCO3-2. 瓜氨酸的合成（線粒體）瓜氨酸的合成（線粒體）3、4. 精氨琥珀酸和精氨酸的合成（細胞質）精氨琥珀酸和精氨酸的合成（細胞質）精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸精氨琥珀酸酶精氨琥珀酸酶5. 精氨酸水解生成尿素（細胞質）精氨酸水解生成尿素（細胞質） 尿素的兩個氨基，一個來源于氨，另一個來源于天冬尿素的兩個氨基，一個來源于氨，另一個來源于天冬氨酸；一個碳原子來源于

8、氨酸；一個碳原子來源于HCO3-，共消耗，共消耗4個高能磷酸鍵，個高能磷酸鍵，是一個需能過程，但谷氨酸脫氫酶催化谷氨酸反應生成是一個需能過程，但谷氨酸脫氫酶催化谷氨酸反應生成1分分子子NADH；延胡索酸經草酰乙酸轉化為天冬氨酸也形成；延胡索酸經草酰乙酸轉化為天冬氨酸也形成1分分子子NADH。兩個。兩個NADH再氧化，可產生再氧化，可產生5個個ATP。總反應總反應檸檬酸循環(huán)和尿素循環(huán)相連接檸檬酸循環(huán)和尿素循環(huán)相連接 精氨酸裂解酶生成的精氨酸裂解酶生成的延胡索酸延胡索酸也是也是TCA的的中間產物，原則上說，兩個循環(huán)是相互連接的。中間產物，原則上說，兩個循環(huán)是相互連接的。然而兩個循環(huán)可以獨立進行，也

9、可以相互連接，然而兩個循環(huán)可以獨立進行，也可以相互連接，取決于線粒體和細胞質間關鍵中間物的運輸。取決于線粒體和細胞質間關鍵中間物的運輸。 TCA的幾個酶，包括延胡索酸酶和蘋果酸的幾個酶，包括延胡索酸酶和蘋果酸脫氫酶在細胞質中也有同工酶存在。細胞質精脫氫酶在細胞質中也有同工酶存在。細胞質精氨酸合成中生成的延胡索酸可以被轉化為蘋果氨酸合成中生成的延胡索酸可以被轉化為蘋果酸，草酰乙酸。這些中間物可以進一步在胞質酸，草酰乙酸。這些中間物可以進一步在胞質中被代謝或運輸到線粒體中參與中被代謝或運輸到線粒體中參與TCA循環(huán)。線循環(huán)。線粒體中生產的粒體中生產的Asp可被運輸到胞質作為氮供體參可被運輸到胞質作為

10、氮供體參與尿素循環(huán)。與尿素循環(huán)。尿素循環(huán)與檸檬酸循環(huán)的聯(lián)系尿素循環(huán)與檸檬酸循環(huán)的聯(lián)系Krebs Bicycle精氨酸精氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸鳥氨酸鳥氨酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸尿素循環(huán)的活性在兩個水平被調節(jié)尿素循環(huán)的活性在兩個水平被調節(jié) 通過尿素循環(huán)的氮流量因通過尿素循環(huán)的氮流量因生物體的食物生物體的食物而而不同，以蛋白質為主要食物，碳架作為不同，以蛋白質為主要食物，碳架作為“燃料燃料”，產生更多的尿素。過分饑餓時肌肉分解蛋白質供產生更多的尿素。過分饑餓時肌肉分解蛋白質供能，尿素產生也多。能，尿素產生也多。 尿素循環(huán)的五個酶尿素

11、循環(huán)的五個酶在饑餓的動物和高蛋白質在饑餓的動物和高蛋白質食物動物肝臟的合成速率更高，尿素產生多，缺食物動物肝臟的合成速率更高，尿素產生多，缺乏蛋白質食物的動物的尿素循環(huán)活性低。乏蛋白質食物的動物的尿素循環(huán)活性低。 關鍵酶：氨甲酰磷酸合成酶關鍵酶：氨甲酰磷酸合成酶I被被N-乙酰谷氨乙酰谷氨酸變構激活。酸變構激活。高血氨癥和氨中毒高血氨癥和氨中毒血氨濃度血氨濃度 高血氨癥高血氨癥常見原因：肝功能嚴重損害尿素合成的酶缺陷常見原因：肝功能嚴重損害尿素合成的酶缺陷肝昏迷氨中毒的機理：肝昏迷氨中毒的機理：肝損害肝損害解氨解氨能力能力血血NH3NH3- - 酮戊二酸酮戊二酸GluGlnATP腦功能障礙腦功能障礙NH3血腦屏障血腦屏障腦組織腦組織血液血液智力遲鈍、嗜睡肝昏迷智力遲鈍、嗜睡肝昏迷苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸 葉酸和四氫葉酸（葉酸和四氫葉酸（FH4或或THFA）四四氫氫葉葉酸酸HH105葉葉酸酸甲基攜帶部位甲基攜帶部位一碳基團的來源與轉變一碳基團的來源與轉變S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸N5-CH3-FH4N5 ，N10 - CH2-FH4N5， N10 = CH-FH4N5 ， N10 -CH2-FH4還