第9章-蛋白質分解代謝-20120423

第九章蛋白質的分解代謝本章主要內容蛋白質的營養(yǎng)蛋白質的消化、吸收和腐敗細胞內的蛋白質降解氨基酸的一般代謝個別氨基酸的代謝第一節(jié)：蛋白質的營養(yǎng)一、蛋白質營養(yǎng)的重要性1.維持細胞、組織的生長、更新和修補2.參與多種重要的生理活動催化（酶）、免疫（抗原及抗體）、運動（肌肉）、物質轉運（載體）、凝血（凝血系統(tǒng)）等。3.氧化供能人體每日18%能量由蛋白質提供。二、蛋白質需要量和營養(yǎng)價值1.氮平衡(nitrogenbalance)攝入食物的含氮量與排泄物（尿與糞）中含氮量之間的關系。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：可以反映體內蛋白質代謝的慨況。2.生理需要量

成人每日最低蛋白質需要量為30～50g，我國營養(yǎng)學會推薦成人每日蛋白質需要量為80g。3.蛋白質的營養(yǎng)價值①必需氨基酸(essentialaminoacid)指體內需要而又不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。還有2種半必需氨基酸：Arg、His。

其余10種氨基酸體內可以合成，稱非必需氨基酸。

②蛋白質的營養(yǎng)價值(nutritionvalue)蛋白質的營養(yǎng)價值取決于必需氨基酸的數(shù)量、種類、量質比。③蛋白質的互補作用指營養(yǎng)價值較低的蛋白質混合食用，其必需氨基酸可以互相補充而提高營養(yǎng)價值。第二節(jié)：蛋白質的消化、

吸收和腐敗一、

蛋白質的消化1.蛋白質消化的生理意義由大分子轉變?yōu)樾》肿?，便于吸收。消除種屬特異性和抗原性，防止過敏、毒性反應。2.蛋白質水解酶及作用特點可保護胰腺組織免受蛋白酶的自身消化作用。保證酶在其特定的部位和環(huán)境發(fā)揮催化作用。酶原還可視為酶的貯存形式。酶原激活的意義胰蛋白酶原糜蛋白酶原彈性蛋白酶原羧基肽酶原胰蛋白酶(Lys,Arg)糜蛋白酶(Phe,Tyr,Trp)彈性蛋白酶(脂肪族)羧基肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶腸激酶

胃蛋白酶原胃蛋白酶+多肽碎片HCl、胃蛋白酶(pepsinogen)(pepsin)消化道內幾種蛋白酶的專一性（芳香族aa）（堿性aa）脂肪族aa糜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（酸性aa）3.蛋白質的消化過程食物蛋白質胃蛋白酶胃胨+多肽彈性蛋白酶堿性氨基酸C端多肽糜蛋白酶胰蛋白酶小腸小腸芳香族氨基酸C端多肽脂肪族氨基酸C端多肽羧肽酶B羧肽酶A堿性氨基酸寡肽中性氨基酸羧基肽酶氨基肽酶氨基酸二肽二肽酶氨基酸二、肽和氨基酸的吸收吸收部位：主要在小腸吸收形式：氨基酸、二肽、三肽吸收機制：耗能的主動吸收過程（一）主動轉運：氨基酸吸收載體載體蛋白與氨基酸、Na+組成三聯(lián)體，由ATP供能將氨基酸、Na+轉入細胞內，Na+再由鈉泵排出細胞。載體類型中性氨基酸載體堿性氨基酸載體酸性氨基酸載體亞氨基酸與甘氨酸載體（二）γ-谷氨?；h(huán)對氨基酸的轉運作用γ-谷氨?；h(huán)(γ-glutamylcycle)過程：γ-谷氨酰轉移酶催化谷胱甘肽對氨基酸的轉運谷胱甘肽再合成半胱氨酰甘氨酸(Cys-Gly)半胱氨酸甘氨酸肽酶γ-谷氨酸環(huán)化轉移酶氨基酸5-氧脯氨酸谷氨酸

5-氧脯氨酸酶ATPADP+Piγ-谷氨酰半胱氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶ADP+PiATP谷胱甘肽合成酶ATPADP+Pi細胞外

γ-谷氨酰基轉移酶細胞膜谷胱甘肽

GSH細胞內γ-谷氨?；h(huán)過程γ-谷氨酰氨基酸氨基酸利用腸粘膜細胞上的二肽或三肽的轉運體系此種轉運也是耗能的主動吸收過程，不需要Na+吸收作用在小腸近端較強（三）肽的吸收第三節(jié)：蛋白質在細胞內的降解一、生物體內蛋白質降解細胞外降解

食物攝取的蛋白質，發(fā)生在消化道內，蛋白質水解酶參與，不需要ATP細胞內降解（嚴格調控）不依賴于ATP的降解途徑

i)發(fā)生在溶酶體

ii)利用組織蛋白酶(cathepsin)降解胞外蛋白、膜蛋白和長壽命的細胞內蛋白依賴于ATP的降解途徑（2004Nobelprize）

i)需要泛素(ubiquitin)，降解發(fā)生在細胞質蛋白酶體內

ii)降解異常蛋白和短壽命蛋白二、泛素（Ubiquitin,Ub）泛素廣泛存在于所有的真核生物它由76個氨基酸殘基組成，是一種高度保守的蛋白質。在三維結構上，泛素則是一個結構緊密的球蛋白，但其C-端四肽序列（Leu-Arg-Gly-Gly）離開蛋白主體伸向水相，這有助于它與其它蛋白質形成異肽鍵。泛素本身并不降解蛋白質，它僅僅是給降解的靶蛋白打上標記，降解過程由26S蛋白酶體執(zhí)行。泛素是一種熱激蛋白泛素的三維結構及其與靶蛋白形成的異肽鍵2.蛋白酶體26S蛋白酶體20S核心顆粒，桶狀結構，蛋白酶復合物活性部位19S帽狀調節(jié)顆粒，負責識別泛?；牡鞍踪|，并將它們去折疊以及輸送到核心顆粒的蛋白酶活性中心。

1.泛素化(ubiquitination)

泛素與選擇性被降解蛋白質形成共價連接，并使其激活。2.蛋白酶體(proteasome)對泛素化蛋白質的降解三、泛素介導的蛋白質降解過程靶蛋白26SProteasomePeptideE1：泛素活化酶E2：泛素結合酶E3：泛素蛋白連接酶四、泛?；磻男盘枺?？1.信號可能隱藏在疏水核心中部分折疊、變性或者異常的突變蛋白更易水解。

2.某些特殊的氨基酸序列被用作降解信號富含Pro(P),Glu(E),Ser(S)和Thr(T)

序列的蛋白質質被稱為PEST蛋白，

它們比其他蛋白質更容易發(fā)生水解。3.N端規(guī)則N端氨基酸性質是決定蛋白質半衰期的重要因素第四節(jié)：氨基酸的一般代謝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)一、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)合成二、

氨基酸的脫氨基作用定義指氨基酸脫去氨基生成相應α-酮酸的過程。脫氨基方式氧化脫氨基轉氨基作用聯(lián)合脫氨基非氧化脫氨基

轉氨基和氧化脫氨基偶聯(lián)轉氨基和嘌呤核苷酸循環(huán)偶聯(lián)（一）氧化脫氨作用L-谷氨酸氧化脫氨基作用存在于肝、腦、腎中輔酶為

NAD+或NADP+GTP、ATP、NADH為其抑制劑GDP、ADP為其激活劑催化酶：

L-谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O（二）轉氨基作用(transamination)1.定義在轉氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相應的α-酮酸，而另一種α-酮酸得到此氨基生成相應的氨基酸的過程。

2.反應式大多數(shù)氨基酸可參與轉氨基作用，但賴氨酸、脯氨酸、蘇氨酸除外。體內比較重要的轉氨基反應CH3CH3谷丙轉氨酶ALT/GPT谷草轉氨酶AST/G0TGlutamicacidPyruvicacidOxaloaceticacidAlanineacidAspartateacid

3.轉氨酶

正常人各組織GOT及GPT活性(單位/克濕組織)血清轉氨酶活性，臨床上可作為疾病診斷和預后的指標之一。4.轉氨基作用的機制轉氨酶的輔酶是磷酸吡哆醛轉氨酶輔基與酶蛋白之間的連接賴氨酸側鏈磷酸吡哆醛谷丙轉氨酶催化的轉氨基反應轉氨基作用不僅是體內多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式，也是機體合成非必需氨基酸的重要途徑。通過此種方式并未產生游離的氨。5.轉氨基作用的生理意義（三）聯(lián)合脫氨基作用轉氨作用和脫氨作用相偶聯(lián)，使氨基酸脫下α-氨基生成α-酮酸并釋放出游離氨的過程。2.類型①轉氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用1.

定義②轉氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán)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。①轉氨基偶聯(lián)氧化脫氨基作用②轉氨基偶聯(lián)嘌呤核苷酸循環(huán)蘋果酸

腺苷酸代琥珀酸次黃嘌呤核苷酸

(IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶α-酮戊二酸氨基酸谷氨酸α-酮酸轉氨酶1草酰乙酸天冬氨酸轉氨酶

2腺苷酸脫氨酶H2ONH3延胡索酸腺嘌呤核苷酸(AMP)肌肉組織（四）非氧化脫氨作用氨是機體正常代謝產物，具有毒性。正常人血氨濃度一般不超過58.7μmol/L。體內的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。

三、氨的代謝（一）血氨的來源與去路1.血氨的來源①

氨基酸脫氨基作用產生的氨是血氨主要來源,

胺類的分解也可以產生氨RCH2NH2RCHO+NH3胺氧化酶②

腸道吸收的氨氨基酸在腸道細菌作用下產生的氨尿素經腸道細菌尿素酶水解產生的氨③腎小管上皮細胞分泌的氨主要來自谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺酶2.血氨的去路①在肝內合成尿素，這是最主要的去路②合成非必需氨基酸及其它含氮化合物③合成谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺

谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi④腎小管泌氨分泌的NH3在酸性條件下生成NH4+，隨尿排出。（二）氨的轉運1.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。丙氨酸葡萄?/p>

肌肉蛋白質氨基酸NH3谷氨酸α-酮戊二酸丙酮酸糖酵解途徑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)糖異生肝丙氨酸-葡萄糖循環(huán)葡萄糖2.谷氨酰胺的運氨作用反應過程谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在腦、心和肌肉合成谷氨酰胺，運輸?shù)礁魏湍I后再分解為氨和谷氨酸，從而進行解毒。生理意義谷氨酰胺是氨的解毒產物，也是氨的儲存及運輸形式。

（三）尿素的生成1、生成部位主要在肝細胞的線粒體及胞液中。2、生成過程尿素生成稱為鳥氨酸循環(huán)(orinithinecycle)，又稱尿素循環(huán)(ureacycle)或Krebs-Henseleit循環(huán)。關鍵酶:氨基甲酰磷酸合成酶鳥氨酸循環(huán)2ADP+PiCO2+NH3

+H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鳥氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸蘋果酸α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi鳥氨酸尿素線粒體胞液（1）氨基甲酰磷酸的合成

CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO

~

PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸反應在線粒體中進行（2）瓜氨酸的合成鳥氨酸氨基甲酰轉移酶H3PO4+氨基甲酰磷酸由鳥氨酸氨基甲酰轉移酶(ornithinecarbamoyltransferase,OCT)催化，OCT常與氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ

(carbamoylphosphate

synthetaseⅠ,CPS-Ⅰ)構成復合體。反應在線粒體中進行，瓜氨酸生成后進入胞液。（3）精氨酸的合成反應在胞液中進行。精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸限速酶精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸（4）精氨酸水解生成尿素反應在胞液中進行尿素鳥氨酸精氨酸3、反應小結原料：2分子氨，一個來自于游離氨，另一個來自天冬氨酸。過程：先在線粒體中進行，再在胞液中進行。耗能：3個ATP，4個高能磷酸鍵。4、尿素生成的調節(jié)1.食物蛋白質的影響高蛋白膳食合成↑低蛋白膳食合成↓2.氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(CPS-Ⅰ)的調節(jié)：N-乙酰谷氨酸、精氨酸為其激活劑3.尿素生成酶系的調節(jié)：5、高氨血癥和氨中毒血氨濃度升高稱高氨血癥(hyperammonemia)，常見于肝功能嚴重損傷時，尿素合成酶的遺傳缺陷也可導致高氨血癥。高氨血癥時可引起腦功能障礙，稱氨中毒(ammoniapoisoning)。TCA

↓

腦供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3腦內α-酮戊二酸↓氨中毒的可能機制四、C骨架代謝-α-酮酸的代謝（一）經氨基化生成非必需氨基酸（二）轉變成糖及脂類生糖氨基酸：其他生酮氨基酸:Leu&Lys生酮兼生糖氨基酸:

Trp,Thr,Tyr,Ile,Phe(tttip)（三）氧化供能α-酮酸在體內可通過TCA和氧化磷酸化徹底氧化為H2O和CO2，同時生成ATP。氨基酸碳骨架的代謝第五節(jié)：個別氨基酸的代謝

一、一碳基團的代謝定義（一）概述某些氨基酸代謝過程中產生的只含有一個碳原子的基團，稱為一碳基團，又叫一碳單位(onecarbonunit)。

種類甲基

(methyl)-CH3亞甲基

(methylene)-CH2-次甲基

(methenyl)-CH=甲?；?/p>

(formyl)-CHO亞氨甲基

(formimino)-CH=NH

羥甲基

(Hydroxymethyl)-CH2OH（二）四氫葉酸是一碳基團的載體FH4的生成FFH2FH4FH2還原酶FH2還原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+

FH4攜帶一碳基團的形式（一碳基團通常是結合在FH4分子的N5、N10位上）N5—CH3—FH4N5、N10—CH2—FH4N5、N10=CH—FH4N10—CHO—FH4N5—CH=NH—FH4傳遞亞甲基谷氨酸谷氨酸傳遞甲基谷氨酸傳遞次甲基一碳基團主要來源于氨基酸代謝絲氨酸

N5,N10—CH2—FH4甘氨酸N10—CHO—FH4組氨酸

N5,N10=CH—FH4色氨酸N10—CHO—FH4（三）一碳基團與氨基酸代謝

(四)含硫氨基酸與一碳基團胱氨酸甲硫氨酸半胱氨酸

含硫氨基酸1、甲硫氨酸的代謝1.甲硫氨酸與轉甲基作用腺苷轉移酶PPi+Pi+甲硫氨酸ATPS—腺苷甲硫氨酸(SAM)甲基轉移酶RHRH—CH3腺苷SAMS—腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸SAM為體內甲基的直接供體2.甲硫氨酸甲基轉移循環(huán)(methioninecycle)甲硫氨酸S-腺苷同型半胱氨酸S-腺苷甲硫氨酸同型半胱氨酸FH4N5—CH3—FH4N5—CH3—FH4

轉甲基酶(VitB12)H2O腺苷RHATPPPi+PiRH-CH3（五）一碳基團的生理功能四氫葉酸“一碳基團”作為合成嘌呤和嘧啶的原料，把氨基酸代謝和核酸代謝聯(lián)系起來S-腺苷甲硫氨酸提供甲基，用于合成腎上腺素、肌酸、膽堿、核酸中的稀有堿基等具有重要生化功能的化合物。（六）“一碳基團”代謝與藥物設計二氫蝶呤+PABA+谷氨酸二氫葉酸合成酶磺胺藥（-）二氫葉酸二氫葉酸還原酶四氫葉酸甲氧芐啶（-）FFH2FH4FH2還原酶FH2還原酶NADPH+H+NADP+NADPH+H+NADP+抗菌機制磺胺類藥物是對氨基苯甲酸的類似物，競爭性抑制二氫葉酸合成酶，具有抗菌作用；甲氧芐啶（TMP）是葉酸類似物，可強烈抑制細菌二氫葉酸還原酶的活性，而對人的二氫葉酸還原酶抑制作用較弱，是一種抗菌藥；TMP和磺胺類藥合用，可增強抗菌作用并減少藥物用量，TMP為磺胺藥增效劑。對氨基苯甲酸磺胺類藥物甲氧芐啶葉酸（一）γ-氨基丁酸

(GABA)GABA是抑制性神經遞質，對中樞神經有抑制作用。二、氨基酸的脫羧作用部分氨基酸脫羧生成相應的胺酶：氨基酸脫羧酶輔酶：含維生素B6的磷酸吡哆醛（二）組胺

(histamine)組胺是強烈的血管舒張劑，可增加毛細血管的通透性，還可刺激胃蛋白酶及胃酸的分泌。（三）鳥氨酸的脫羧作用多胺化合物能促進核酸和蛋白質的生物合成，是細胞生長及分裂所必需的。三、芳香族氨基酸的代謝芳香族氨基酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸（一）苯丙氨酸和酪氨酸的代謝苯丙氨酸+O2酪氨酸+H2O苯丙氨酸羥化酶四氫生物蝶呤二氫生物蝶呤NADPH+H+NADP+此反應為苯丙氨酸的主要代謝途徑。1.兒茶酚胺(catecholamine)合成酪氨酸酶帕金森病(Parkinsondisease)患者多巴胺生成減少。在黑色素細胞中，酪氨酸可經酪氨酸酶等催化合成黑色素。人體缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障礙，皮膚、毛發(fā)等發(fā)白，稱為白化病(albinism)。2.酪氨酸的分解代謝