蛋白質(zhì)降解和氨基酸的分解代謝

關(guān)于蛋白質(zhì)降解和氨基酸的分解代謝

第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解一、蛋白質(zhì)降解的特性細(xì)胞可以有選擇的降解蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的存活期與其對細(xì)胞的代謝需求、營養(yǎng)狀態(tài)和激素的作用相關(guān)。第2頁,共46頁，2024年2月25日，星期天二、蛋白質(zhì)降解的反應(yīng)機制

真核細(xì)胞降解蛋白質(zhì)有兩種體系，溶酶體無選擇的降解蛋白質(zhì)，而泛肽給選擇降解蛋白質(zhì)加以標(biāo)記，這一過程需要消耗ATP,有關(guān)的機制將在蛋白質(zhì)生物合成一章介紹。第3頁,共46頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶體20S蛋白酶體ATP19S調(diào)節(jié)亞基去折疊水解E1：泛肽激活酶E2：泛肽載體蛋白

E3：泛肽-蛋白質(zhì)連接酶（ubiquitin）第4頁,共46頁，2024年2月25日，星期天三、機體對外源蛋白質(zhì)的需要及消化作用

外源蛋白質(zhì)在哺乳動物的消化道被分解為氨基酸才能吸收，一個70kg的人每天大約有400g的蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)，其中約1/4被降解或轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，需要外源蛋白質(zhì)補充，其余3/4在體內(nèi)再循環(huán)。細(xì)胞內(nèi)不同的蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)速度差別很大。

第5頁,共46頁，2024年2月25日，星期天酶水解位置對鍵的要求肽鏈內(nèi)切酶胃蛋白酶芳香族氨基酸和其它氨基酸形成的肽鍵胰凝乳蛋白酶COOH端芳香族氨基酸的羧基形成的肽鍵彈性蛋白酶COOH端丙氨酸、亮氨酸、絲氨酸等短脂肪鏈的氨基酸羧基形成肽鍵胰蛋白酶COOH端堿性氨基酸羧基形成的肽鍵肽鏈外切酶羧肽酶ACOOH端中性氨基酸形成的肽鍵羧肽酶BCOOH端堿性氨基酸形成的肽鍵氨肽酶NH2端二肽酶要求相鄰兩個氨基酸上的α-氨基和α-羧基同時存在第6頁,共46頁，2024年2月25日，星期天消化道內(nèi)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）第7頁,共46頁，2024年2月25日，星期天氨基酸代謝庫第8頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)氨基酸的分解代謝一、氨基酸的脫氨基作用第9頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

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

在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，任意氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到酶分子上，結(jié)果原來的α-氨基酸生成相應(yīng)的α-酮酸，而酶分子上的氨基轉(zhuǎn)移到酮酸受體上，形成產(chǎn)物氨基酸，同時酶又再生，這種作用稱為氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。*轉(zhuǎn)氨酶的輔酶只有一種：磷酸吡哆醛第10頁,共46頁，2024年2月25日，星期天較為重要的轉(zhuǎn)氨酶有：⑴丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（alaninetrans-aminase,ALT），又稱為谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）。催化丙氨酸與α-酮戊二酸之間的氨基移換反應(yīng)，為可逆反應(yīng)。該酶在肝臟中活性較高，在肝臟疾病時，可引起血清中ALT活性明顯升高。

谷氨酸+丙酮酸α-酮戊二酸+丙氨酸GPT第11頁,共46頁，2024年2月25日，星期天⑵天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（aspartatetransaminase,AST），又稱為谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）。催化天冬氨酸與α-酮戊二酸之間的氨基移換反應(yīng)，為可逆反應(yīng)。該酶在心肌中活性較高，故在心肌疾患時，血清中AST活性明顯升高。

谷氨酸+草酰乙酸α-酮戊二酸+天冬氨酸GOP第12頁,共46頁，2024年2月25日，星期天二、谷氨酸脫氫酶的氧化脫氨基作用第13頁,共46頁，2024年2月25日，星期天L-谷氨酸脫氫酶(L-glutamatedehydro-genase)是一種不需氧脫氫酶，以NAD+或NADP+為輔酶，生成的NADH或NADPH可進入呼吸鏈進行氧化磷酸化。該酶活性高，分布廣泛，因而作用較大。該酶屬于變構(gòu)酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。第14頁,共46頁，2024年2月25日，星期天L-氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)及D-氨基酸氧化酶（D-aminoacidoxidase)是一種需氧脫氫酶，以FAD或FMN為輔基，脫下的氫原子交給O2，生成H2O2。該酶活性不高，在各組織器官中分布局限，因此作用不大。三、其他的脫氨基作用第15頁,共46頁，2024年2月25日，星期天四、聯(lián)合脫氨基作用

轉(zhuǎn)氨基作用與氧化脫氨基作用聯(lián)合進行，從而使氨基酸脫去氨基并氧化為α-酮酸(α-ketoacid)的過程，稱為聯(lián)合脫氨基作用。聯(lián)合脫氨基作用可在大多數(shù)組織細(xì)胞中進行，是體內(nèi)主要的脫氨基的方式。

形式一：第16頁,共46頁，2024年2月25日，星期天轉(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-谷氨酸第17頁,共46頁，2024年2月25日，星期天形式二：嘌呤核苷酸循環(huán)

（purinenucleotidecycle,PNC）

這是存在于骨骼肌和心肌中的一種特殊的聯(lián)合脫氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脫氫酶的活性較低，而腺苷酸脫氨酶(adenylatedeaminase)的活性較高，故采用此方式進行脫氨基。

第18頁,共46頁，2024年2月25日，星期天腺苷酸脫氨酶(adenylatedeaminase)可催化AMP脫氨基，此反應(yīng)與轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)相聯(lián)系，即構(gòu)成嘌呤核苷酸循環(huán)的脫氨基作用。

第19頁,共46頁，2024年2月25日，星期天二、氨基酸的脫羧基作用

概念

氨基酸在脫羧酶的作用下脫掉羧基生成相應(yīng)的一級胺類化合物的作用。脫羧酶的輔酶為磷酸吡哆醛。氨基酸脫羧酶伯胺+CO2第20頁,共46頁，2024年2月25日，星期天氨基酸脫羧基生成的胺類有不少是生理活性物質(zhì)，如γ-氨基丁酸是重要的神經(jīng)遞質(zhì)，組胺有降血壓作用，酪胺有升血壓作用。過多的胺類有毒，可以被氧化成醛類和氨，醛類氧化成脂肪酸，氨生成尿素。第21頁,共46頁，2024年2月25日，星期天水生動物直接排出鳥類、爬行類尿酸人、哺乳類尿素六、氨的命運第22頁,共46頁，2024年2月25日，星期天血氨氨基酸脫氨腸道吸收腎小管分泌合成尿素合成合成氨基酸等含氮化合物銨鹽生成排出合成谷氨酰胺高血氨癥與肝昏迷氨中毒第23頁,共46頁，2024年2月25日，星期天1、、氨在血中的轉(zhuǎn)運

A）丙氨酸-葡萄糖循環(huán)(alanine-glucosecycle)：肌肉中的氨基酸將氨基轉(zhuǎn)給丙酮酸生成丙氨酸，后者經(jīng)血液循環(huán)轉(zhuǎn)運至肝臟再脫氨基，生成的丙酮酸經(jīng)糖異生合成葡萄糖后再經(jīng)血液循環(huán)轉(zhuǎn)運至肌肉重新分解產(chǎn)生丙酮酸，通過這一循環(huán)反應(yīng)過程即可將肌肉中氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到肝臟進行處理。這一循環(huán)反應(yīng)過程就稱為丙氨酸-葡萄糖循環(huán)。

第24頁,共46頁，2024年2月25日，星期天B）谷氨酰胺(glutamine)的運氨作用：肝外組織，如腦、骨骼肌、心肌在谷氨酰胺合成酶（glutaminesynthetase)的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式將氨基經(jīng)血液循環(huán)帶到肝臟，再由谷氨酰胺酶將其分解，產(chǎn)生的氨即可用于合成尿素。因此，谷氨酰胺對氨具有運輸、貯存和解毒作用。

第25頁,共46頁，2024年2月25日，星期天2、氨的排泄

體內(nèi)氨的主要代謝去路是用于合成無毒的尿素。第26頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)尿素的形成一、尿素循環(huán)的發(fā)現(xiàn)

1932年德國學(xué)者HansKrebs等發(fā)現(xiàn)在肝臟切片懸浮液中加入鳥氨酸，瓜氨酸和精氨酸可以促進尿素生成,早就知道精氨酸可以分解生成鳥氨酸和尿素，尿素循環(huán)因此提出。第27頁,共46頁，2024年2月25日，星期天NH3+CO2NH3尿素鳥氨酸瓜氨酸精氨酸從鳥氨酸合成瓜氨酸從瓜氨酸合成精氨酸精氨酸水解生成尿素和鳥氨酸第28頁,共46頁，2024年2月25日，星期天二、鳥氨酸循環(huán)（ornithinecycle)的主要反應(yīng)過程為：

1．氨基甲酰磷酸的合成：此反應(yīng)在線粒體中進行，由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（carbamoylphosphatesynthetase-Ⅰ,CPS-Ⅰ）催化，該酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作為變構(gòu)激活劑，反應(yīng)不可逆。

氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(AGA，Mg2+)NH3+CO2+H2O+2ATPH2NCOOPO3H2+2ADP+Pi

第29頁,共46頁，2024年2月25日，星期天2．瓜氨酸的合成：在線粒體內(nèi)進行，由鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶（ornithinecarbamoyltrans-ferase,OCT）催化（該酶需生物素作輔基），將氨基甲酰基轉(zhuǎn)移到鳥氨酸的γ-氨基上，生成瓜氨酸。

OCTH2NCOOPO3H2+H2N（CH2）3CH（NH2）COOHH2NCOHN（CH2）3CH（NH2）COOH+Pi

第30頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

3．精氨酸琥珀酸的合成：轉(zhuǎn)運至胞液的瓜氨酸在精氨酸琥珀酸合成酶(argininosuccinatesynthetase)催化下，消耗能量合成精氨酸琥珀酸。精氨酸琥珀酸合成酶是尿素合成的關(guān)鍵酶。

H2NCOHN（CH2）3CH（NH2）COOH+HOOCCH2CH（NH2）COOH+ATP

HOOCCHCH2COOH精氨琥珀酸合成酶

N=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH+AMP+PPi+H2O第31頁,共46頁，2024年2月25日，星期天4．精氨酸琥珀酸的裂解：

在胞液中由精氨酸琥珀酸裂解酶(argininosuccinatelyase)催化，將精氨酸琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。

HOOCCHCH2COOH

｜

N=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH

HN=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH+HOOCCH=CHCOOH精氨酸琥珀酸裂解酶第32頁,共46頁，2024年2月25日，星期天5．精氨酸的水解：

在胞液中由精氨酸酶的催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鳥氨酸(ornithine)。鳥氨酸可再轉(zhuǎn)運入線粒體繼續(xù)進行循環(huán)反應(yīng)。

精氨酸酶HN=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH+H2O

H2NCONH2+H2N（CH2）3CH（NH2）COOH

第33頁,共46頁，2024年2月25日，星期天鳥氨酸循環(huán)氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鳥氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸

-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基質(zhì)線粒體胞液NH2-C-NH2O尿素第34頁,共46頁，2024年2月25日，星期天鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸尿素

H2O

精氨酸琥珀酸精氨酸琥珀酸天冬氨酸（NH3）

-ATPE瓜氨酸磷酸NH3+CO2+H2O氨基甲酰磷酸2ATP2ADP+Pi氨甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸、Mg2+）線粒體鳥氨酸循環(huán)每合成一分子尿素——共解除了2分子的氨毒

一分子來自于AA的脫氨基作用

另一分子來自于天冬氨酸關(guān)鍵酶——精氨酸琥珀酸合成酶鳥氨酸循環(huán)第35頁,共46頁，2024年2月25日，星期天尿素循環(huán)的總結(jié)

1、總反應(yīng)和過程NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O

NH2-CO-NH2+

2ADP+2+

AMP+PPi+延胡索酸2、合成尿素的主要器官是肝臟，但在腎及腦中也可少量合成。第36頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3、尿素合成是經(jīng)稱為鳥氨酸循環(huán)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。4、耗能過程：4ATP/urea5、尿素分子中的兩個氮原子，一個來源于NH3，一個來源于天冬氨酸。6、意義：是體內(nèi)解除氨毒的最主要方式,也是氨在體內(nèi)的主要代謝去路第37頁,共46頁，2024年2月25日，星期天三、尿素循環(huán)的調(diào)節(jié)

尿素循環(huán)的第一步反應(yīng)由氨甲酰磷酸合成酶催化，該酶是調(diào)控尿素循環(huán)的關(guān)鍵酶，其別構(gòu)效應(yīng)劑是N-乙酰谷氨酸。N-乙酰谷氨酸是在N-乙酰谷氨酸合酶的催化下，由谷氨酸和乙酰-CoA合成的，體內(nèi)氨的濃度增高時，谷氨酸的濃度會增高，引起N-乙酰谷氨酸合成的增加，N-乙酰谷氨酸激活氨甲酰磷酸合成酶，使尿素循環(huán)加速。

第38頁,共46頁，2024年2月25日，星期天尿素循環(huán)的其他酶由他們的底物控制，除精氨酸酶外，其他酶的不足使底物增加，引起反應(yīng)速度的增加，因此，尿素的生成量不會有很大的降低，但底物濃度過高，會使尿素循環(huán)逆行，血氨濃度增高，引起高血氨癥。高血氨癥可能是α-酮戊二酸含量過低，影響了檸檬酸循環(huán)，另外，谷氨酸被轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺，使其含量下降，會影響神經(jīng)傳導(dǎo)(谷氨酸和γ-氨基丁酸是重要的神經(jīng)遞質(zhì))。尿素循環(huán)的任何一種酶完全喪失，會使新生兒死亡。第39頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑

草酰乙酸磷酸烯醇式酸

-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第40頁,共46頁，2024年2月25日，星期天生糖氨基酸(丙、天、谷