第11章蛋白質降解和氨基酸代謝

第11章

蛋白質降解

和氨基酸的代謝本章內容一、蛋白質的酶促降解二、氨基酸的分解代謝三、氨基酸的合成代謝11.1蛋白質的酶促降解11.1.1細胞內蛋白質的降解（1）不依賴ATP的溶酶體途徑，沒有選擇性，主要降解細胞通過胞吞作用攝取的外源蛋白、膜蛋白及長壽命的細胞內蛋白。（2）依賴ATP的泛素途徑，在胞質中進行，主要降解異常蛋白和短壽命蛋白（調節(jié)蛋白），此途徑在不含溶酶體的紅細胞中尤為重要。（選擇性降解）被標記后的內源蛋白質50~500nm各種水解酶單層膜溶酶體游離于細胞質中，過于微小難以觀察小分子單元溶酶體白細胞殺菌、細胞自溶也與之有關白細胞殺菌時被該細菌同樣溶解泛素是一種76AA殘基的小分子蛋白質，普遍存在于真核細胞內。它能與被降解的蛋白質共價結合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。過期蛋白質泛素復合體溶酶體氨基酸泛素2004年諾貝爾化學獎授予以色列科學家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國科學家歐文·羅斯，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素調節(jié)的蛋白質降解。

游離氨基酸內肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶（水解蛋白質內部肽鍵）外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶（從肽鏈兩端開始水解肽鍵）主要的酶類：

據水解肽鍵部位的不同分為兩類：NH3+—

NH3+—COO—COO-—外切酶—氨肽酶特定氨基酸間不同的內切酶外切酶—羧肽酶最終產物—氨基酸消化道內幾種蛋白酶的專一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）氨基酸代謝庫食物蛋白質消化吸收

組織蛋白質分解體內合成氨基酸

(非必需氨基酸)氨基酸代謝概況α-酮酸脫氨基作用酮體氧化供能糖胺類脫羧基作用氨尿素代謝轉變其它含氮化合物

(嘌呤、嘧啶等)合成合成蛋白質和多肽a、組織蛋白食物蛋白c

、糖轉氨基作用酮體乙酰CoATCAC脫氨基作用氨基氮(谷氨酰胺)轉氨基作用氨基酸非蛋白含氮化合物CO2尿素11.2氨基酸的分解代謝氨基酸的一般代謝脫羧基作用脫氨基作用氨基酸的個別代謝COOHCHH2NR氨基酸α-酮酸1、氧化：CO2、H2O、ATP2、提供可轉化為G（燃料）的3碳和4碳單位NH4+1、再利用生成AA2、排泄：

NH4+、尿素、尿酸11.2.1氨基酸的脫氨基作用氧化脫氨基作用轉氨基作用聯(lián)合脫氨基作用非氧化脫氨基作用脫酰胺基作用（1）氧化脫氨基作用定義：-氨基酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同時消耗氧并產生氨的過程。氧化脫氨基的反應過程包括脫氫和水解兩步，脫氫反應需酶催化，而水解反應則不需酶的催化。R-CH-COOHNH2

2H

R-C-COOH+NH3

OH2OR-C-COOHNH

酶AA氧化酶的種類：

L-氨基酸氧化酶：催化L-氨基酸氧化脫氨，體內分布不廣泛，最適pH10左右，以FAD或FMN為輔基。

D-氨基酸氧化酶：體內分布廣泛，以FAD為輔基。但體內D-氨基酸不多。

L-谷氨酸脫氫酶：

COOHNH2CH(CH2)2COOHCOOHNHCH(CH2)2COOHCOOHOCH(CH2)2COOHNAD+NADH+H+L-谷氨酸脫氫酶NH3H2OL-谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸脫氫酶：專一性強，分布廣泛（動、植、微生物），活力強，以NAD+或NADP+為輔酶。抑制劑：ATPGTPNADH激活劑：ADPGDPL-谷氨酸-酮戊二酸（2）轉氨基作用（transamination）在轉氨酶的作用下，-氨基酸的氨基轉移到-酮酸（主要是-酮戊二酸）的-碳上，生成相應的氨基酸，而原來的氨基酸則轉變成-酮酸。谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶谷丙轉氨酶（GPT）谷草轉氨酶(GOT)組織GOTGPT心臟1560007100骼肌990004800腎臟9100019000組織GOTGPT胰腺脾肺血清280002000140001200100007002016GPT和GOT在某些組織的含量(單位/g濕組織)

各種轉氨酶都具有相同的輔酶和作用機制

轉氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛氨基酸磷酸吡哆醛α-酮酸

磷酸吡哆胺谷氨酸α-酮戊二酸轉氨酶RCHCOOHNH2RCCOOHOHOH3CCH2OPHCOCOOHCHNH2(CH2)2COOHCOOHC(CH2)2OCOOHHOH3CCH2OPH2CNH2轉氨酶L-谷氨酸脫氫酶(3)聯(lián)合脫氨基作用（1）概念（2）類型a、轉氨酶與谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)b、轉氨酶與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)轉氨基作用和氧化脫氨基作用聯(lián)合進行的脫氨基作用。

此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式，也是體內合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、腎組織進行。轉氨酶與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-谷氨酸轉氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)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酰琥珀酸蘋果酸延胡索酸腺苷酸次黃苷酸心肌、骨肌、腦組織（4）非氧化脫氨基作用（自學）（5）脫酰胺基作用（自學）11.2.2氨基酸的脫羧基作用概念

脫羧胺、CO2脫氨氨、α-酮酸產物:

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。脫羧酶（輔酶為磷酸吡哆醛/胺）

Glu→γ-氨基丁酸（腦組織中，神經遞質）

His→組胺（血管舒張劑、胃酸刺激劑）

Asp→β-丙氨酸（維生素泛酸組成成分）

Cys→?；撬幔懼岬慕M成成分）

His→組胺（舒張血管、降低血壓）11.2.3氨的代謝去路

排泄酰胺形式貯存重新合成氨基酸和其他含N物①

水生生物直接擴散脫氨（NH3）②

哺乳動物排尿素（1）氨的排泄方式③鳥類、爬蟲排尿酸高等植物，以Gln/Asn形式儲存氨，不排氨。④兩棲類:幼蟲排氨、成年排尿素（如蛙）①

以谷氨酰胺的形式轉運谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在腦、肌肉合成谷氨酰胺，運輸?shù)礁魏湍I后再分解為氨和谷氨酸，從而進行解毒。（2）氨的轉運

丙氨酸-葡萄糖循環(huán)(alanine-glucosecycle)反應過程生理意義①肌肉中氨以無毒的丙氨酸形式運輸?shù)礁?。②肝為肌肉提供葡萄糖。②以丙氨酸的形式轉運丙氨酸葡萄糖

肌肉蛋白質氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解肌肉丙氨酸血液丙氨酸葡萄糖α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸NH3尿素尿素循環(huán)糖異生肝葡萄糖-丙氨酸循環(huán)葡萄糖（3）尿素的生成機制和鳥氨酸循環(huán)尿素循環(huán)(ureacycle)

：又稱鳥氨酸循環(huán)(orinithinecycle)，。合成的尿素進入血流，再匯集到腎臟，從尿中排出。合成部位：肝細胞的線粒體和胞液排泄器官：腎臟尿素循環(huán)過程尿素的兩個N原子來自一個氨分子和一個天冬氨酸分子，其C原子則來自HCO3-。尿素循環(huán)包括5步酶促反應，其中2步發(fā)生在線粒體內，3步發(fā)生在細胞溶膠中。參加鳥氨酸循環(huán)反應的酶類：氨甲酰磷酸合成酶；鳥氨酸轉氨甲?；?；精氨琥珀酸合成酶；精氨琥珀酸裂解酶；精氨酸酶

精氨琥珀酸①氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ②鳥氨酸轉氨甲?；涪劬辩晁岷铣擅涪芫辩晁崃呀饷涪菥彼崦柑O果酸草酰乙酸尿素循環(huán)反應小結：（1）2分子氨，一個來自于游離氨，另一個來自天冬氨酸。（2）形成1分子尿素可清除兩分子氨基氮及1分子CO2（3）形成1分子尿素需消耗4個高能磷酸鍵（4）前兩步驟是在肝細胞的線粒體中完成的，而后三個步驟都是在胞液中完成的。（5）產生二個非蛋白質氨基酸：鳥氨酸、瓜氨酸。（6）精氨酸最終成為尿素的直接前體。（4）以酰胺的形式貯存谷氨酰胺：動物體內氨的主要運輸形式。天冬酰胺：植物體中儲氨的重要物質。（5）重新合成氨基酸和其他含氮物11.2.4α-酮酸的代謝去路（1）再合成氨基酸NH4++α-酮戊二酸→谷氨酸酶：L-谷氨酸脫氫酶輔酶：動物：NADH+H+或NADPH+H+；植物：NADPH+H+再經過轉氨基作用生成其他氨基酸。生糖氨基酸：凡能形成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、和草酰乙酸的氨基酸都稱為生糖氨基酸(在體內能轉變成糖的氨基酸)。生酮氨基酸：凡能轉變成乙酰乙酰COA的氨基酸都稱為生酮氨基酸(在體內能轉變成酮體的氨基酸)。生糖兼生酮氨基酸：既能轉變成糖也能轉變成酮體的氨基酸。如PheTyr。（2）轉變成糖及脂肪脊椎動物內20種氨基酸氧化分解，集中形成7種中間產物進入檸檬酸循環(huán)。它們是：丙酮酸、乙酰-CoA、乙酰乙酰-CoA、草酰乙酸、延胡索酸、琥珀酰-CoA、α-酮戊二酸。（3）氧化成二氧化碳和水氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑

草酰乙酸PEP-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天冬氨酸異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸葡萄糖檸檬酸脂肪酸酮體硝酸鹽亞硝酸氮生物固氮工業(yè)固氮固氮生物動植物硝酸鹽還原大氣固氮大氣氮素巖漿源的固定氮火成巖反硝化作用氧化亞氮蛋白質入地下水動植物廢物死的有機體11.3氨基酸的合成代謝自然界的氮素循環(huán)由糖代謝中間產物轉化而來。蛋白質氨基酸非必需氨基酸(10種)糖必需氨基酸(10種)酮體11.3.1氨基酸合成途徑的類型脂肪很少或不能用來合成氨基酸CO2+H2O戊糖磷酸途徑葡萄糖葡糖-6-磷酸3磷酸-甘油酸丙酮酸三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)核糖-5-磷酸酵解組氨酸色氨酸苯丙氨酸酪氨酸絲氨酸半胱氨酸甘氨酸亮氨酸異亮氨酸纈氨酸丙氨酸草酰乙酸α-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸蘇氨酸微生物和植物可以合成所有類型氨基酸。谷氨酸谷氨酰胺賴氨酸精氨酸脯氨酸（1）α-酮戊二酸形成氨基酸

------谷氨酸類型主要包括：Glu，Gln，Pro，Arg,

蕈類中Lys。α-酮戊二酸GluProGlnArg鳥氨酸Lys蕈類和眼蟲羥脯氨酸環(huán)化瓜氨酸碳鏈延長、脫酸、轉氨（2）草酰乙酸形成氨基酸

------天冬氨酸類型主要包括：Asp，Asn，Met，Thr，Ile，

Lys（植物和細菌）草酰乙酸+谷氨酸天冬氨酸谷草轉氨酶天冬氨酸+谷氨酰胺天冬酰胺天冬酰胺合成酶

草酰乙酸高絲氨酸AsnThrLys

Asp植物和細菌Met天冬氨酸-β-半醛8步反應2步反應4步反應（3）丙酮酸形成氨基酸主要包括：

Val；Leu；Ile；Ala

丙酮酸+谷氨酸丙氨酸谷丙轉氨酶

丙酮酸丙氨酸亮氨酸纈氨酸異亮氨酸+

TPP羥乙酰-TPP主要包括：Ser，Gly，Cys（4）甘油酸-3-磷酸形成氨基酸

------絲氨酸類型

甘油酸-3-磷酸甘氨酸絲氨酸

半胱氨酸轉羥甲基酶四氫葉酸

還原型硫（S2-）的來源：植物、微生物：環(huán)境中的硫酸鹽→還原型硫化合物；哺乳動物：甲硫氨酸提供硫原子。（5）磷酸烯醇式丙酮酸和赤蘚糖-4-磷酸形成氨基酸

------芳香族類型主要包括：Phe、Tyr、Trp這三種氨基酸只能由植物和微生物合成。Phe、Tyr—赤蘚糖-4-磷酸、PEPTrp—赤蘚糖-4-磷酸、PEP、PRPP(5-磷酸核糖-1-焦磷酸）。赤蘚糖-4-磷酸苯丙氨酸分支酸酪氨酸PEP色氨酸預苯酸莽草酸PRPP動物主要包括三種前體：5-磷酸核糖-1-焦磷酸