蛋白質(zhì)的降解和氨基酸的分解代謝.ppt

1、蛋白質(zhì)的降解 及氨基酸的分解代謝,意義:（1）清除異常蛋白； （2）細(xì)胞對代謝進(jìn)行調(diào)控的一種方式 一、蛋白質(zhì)降解特征 居于重要代謝調(diào)控位點的酶或調(diào)節(jié)蛋白，降 解速度快（短壽蛋白多是調(diào)節(jié)蛋白或調(diào)節(jié)酶） “ 持家蛋白”的降解速度慢（長壽蛋白多是 持家蛋白） 蛋白質(zhì)的降解速度受到細(xì)胞營養(yǎng)及激素狀態(tài) 的調(diào)節(jié)，營養(yǎng)缺乏，周轉(zhuǎn)速度加快。,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的降解,二、蛋白質(zhì)降解的反應(yīng)機(jī)制 真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)的降解有兩條途徑： 1.溶酶體途徑:無選擇地降解蛋白質(zhì)，主要降解外源蛋 白、膜蛋白及長壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白。 2.泛肽途徑:給選擇降解的蛋白質(zhì)加以標(biāo)記，依賴ATP， 在胞質(zhì)中進(jìn)行，主要降解異常蛋白和短壽命蛋白，

2、此途徑在不含溶酶體的紅細(xì)胞中尤為重要。,游離于細(xì)胞質(zhì)中，過于微小難以觀察,小分子單元,溶酶體,溶酶體途徑,泛素(Ubiquitin)是一種8.5KD（76 a.a.殘基）的小分子蛋白質(zhì)，普遍存在于真核細(xì)胞內(nèi)。一級結(jié)構(gòu)高度保守，酵母與人只相差3個a.a殘基，它能與被降解的蛋白質(zhì)共價結(jié)合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。,Aaron Ciechanover,Avram Hershko,Irwin Rose,三、機(jī)體對外源蛋白質(zhì)的需要及其消化作用,胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶、羧肽酶A、B、氨肽酶,消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性,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

3、體內(nèi)組織蛋白質(zhì)降解的氨基酸（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。,第二節(jié) 氨基酸分解代謝,氨基酸的去向 ： 重新合成蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)） 合成血紅素、活性胺、GSH、核苷酸、輔酶等 徹底分解，提供能量 多余的氨基酸轉(zhuǎn)化為葡萄糖、脂肪酸、酮體等,氨基酸的分解一般分三步： 第一步：脫氨基作用，脫下來的氨基或轉(zhuǎn)變?yōu)榘?（NH3），或轉(zhuǎn)化為天冬氨酸或谷氨酸的 氨基。 第二步：氨與天冬氨酸的氮原子結(jié)合，成為尿素 并被釋放。 第三步：氨基酸的碳骨架轉(zhuǎn)化為一般的代謝中間 體。,（一）脫氨基作用,定義：氨基酸失去氨基的作用叫脫氨基作用。 脫氨基作用是氨基酸分解代謝最主要的反應(yīng)

4、。,氨基酸脫氨基的主要方式： 轉(zhuǎn)氨基（氨基轉(zhuǎn)移）作用 氧化脫氨基作用 聯(lián)合脫氨基作用 非氧化脫氨,轉(zhuǎn)氨基作用舉例,谷氨酸 + 丙酮酸,-酮戊二酸 + 丙氨酸,天冬氨酸 + -酮戊二酸,草酰乙酸 +谷氨酸,+,+,轉(zhuǎn)氨基作用的機(jī)制： 轉(zhuǎn)氨酶的輔酶：迄今發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)氨酶都以磷酸吡哆醛（PLP）為輔基，它與酶蛋白以牢固的共價鍵形式結(jié)合。,轉(zhuǎn)氨酶(transaminase) /氨基轉(zhuǎn)移酶(aminotransferase) 催化氨基轉(zhuǎn)移的酶，廣泛存在于各組織中，以心肝腦腎含量較高。 重要的轉(zhuǎn)氨酶有： 谷丙轉(zhuǎn)氨酶（glutamic pyruvic transaminase, GPT） 或 丙氨酶氨基轉(zhuǎn)移酶（

5、alanine aminotransferase, ALT） 谷草轉(zhuǎn)氨酶（glutamic oxaloacetic transaminase, GOT） 或 天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（aspartate aminotransferase, AST）,哺乳動物細(xì)胞中氨基的集合作用是在細(xì)胞質(zhì)中。起催化作用的酶是細(xì)胞質(zhì)中的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶，該酶催化的轉(zhuǎn)氨產(chǎn)物是谷氨酸。谷氨酸進(jìn)入線粒體，谷氨酸或直接脫氨，或在天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶作用下將-氨基轉(zhuǎn)移給草酰乙酸又形成天冬氨酸。在線粒體內(nèi)，天冬氨酸是尿素形成時氨基的直接供給者，又可形成腺苷(酸代)琥珀酸。,酸,肝細(xì)胞中轉(zhuǎn)氨酶活力比其他組織高出許多，是血液的100倍。血清酶

6、檢測常包括丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）和門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）等。在各種酶試驗中，ALT和AST能敏感地反映肝細(xì)胞損傷與否及損傷程度。各種急性病毒性肝炎、藥物或酒精引起急性肝細(xì)胞損傷時，血清ALT最敏感，在臨床癥狀如黃疸出現(xiàn)之前ALT就急劇升高，同時AST也升高，但是AST升高程度不如ALT。而在慢性肝炎和肝硬化時，AST升高程度超過ALT，因此AST主要反映的是肝臟損傷程度。（結(jié)合乙肝抗原等指標(biāo)進(jìn)一步確定是什么原因引起的）,查肝功為什么要抽血化驗轉(zhuǎn)氨酶指數(shù)呢？,葡萄糖-丙氨酸循環(huán)，氨運入肝臟 肌肉中的氨基轉(zhuǎn)移酶，可把丙酮酸作為它的-酮酸的載體。在它們的作用下，產(chǎn)物為丙氨酸，丙氨酸被釋放到

7、血液，經(jīng)血液循環(huán)進(jìn)入肝臟，在肝臟中經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用又產(chǎn)生丙酮酸，通過葡萄糖異生途徑形成葡萄糖，葡萄糖通過血液循環(huán)回到肌肉中，通過糖酵解作用降解為丙酮酸。稱為葡萄糖-丙氨酸循環(huán),L-谷氨酸脫氫酶（專一催化谷氨酸脫氫分解及逆過程）,2.氧化脫氨作用,脫氫、氧化酶,酶L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶,亞氨基酸不穩(wěn)定,H2O+H+,水解,脫氫,NH4+,-酮酸,定義：-氨基酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同時消耗氧并產(chǎn)生氨的過程。,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(nèi)分布不廣泛，最適pH10左右，以FAD或FMN為輔基。在動物體內(nèi)僅分布于肝腎，且活性不高，因此作用不大。 D-氨

8、基酸氧化酶：主要存在于腎臟，以FAD為輔基。但體內(nèi)D-氨基酸不多。 L-谷氨酸脫氫酶：專一性強(qiáng)，分布廣泛（動、植、微生物），活力強(qiáng)，以NAD+或NADP+為輔酶。是別構(gòu)酶，別構(gòu)抑制劑：ATPGTP；別構(gòu)激活劑：ADPGDP,3. 聯(lián)合脫氨轉(zhuǎn)氨與氧化脫氨的聯(lián)合,谷氨酸,L-谷氨酸脫氫酶,-酮戊二酸,轉(zhuǎn)氨酶,NH4+,-氨基酸,NAD+ +H2O,-酮酸,NH3,2H,由于兩種酶活性強(qiáng)，分布廣，動物體內(nèi)大部分氨基酸聯(lián)合脫氨。,骨骼肌、心肌、肝臟和腦組織主要以嘌呤核苷酸脫氨基為主。,NADH+H+,由于轉(zhuǎn)氨并不能最后脫掉氨基，氧化脫氨中只有谷氨酸脫氫酶活力高，轉(zhuǎn)氨基和氧化脫氨聯(lián)合在一起才能迅速脫氨。

9、,1. 轉(zhuǎn)氨酶與谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合脫氨基作用,腺苷酸代琥珀酸,草酰乙酸,NH3,天冬氨酸,次黃苷酸,H2O,NH3,H2O,蘋果酸,谷-草轉(zhuǎn)氨酶,反應(yīng)物,2 .嘌呤核苷酸聯(lián)合脫氨基,還原脫氨基 脫水脫氨基 水解脫氨基 脫硫氫基脫氨基 （在微生物中個別氨基酸中進(jìn)行,但不普遍）,4、非氧化脫氨,5、脫 羧 基 作 用,+,磷酸吡哆醛,醛亞胺,+H2O,CO2,H2O,+,谷AA -氨基丁酸+CO2 天冬AA -丙AA+CO2 賴AA 尸胺+ CO2 鳥AA 腐胺+ CO2 絲氨酸 乙醇胺 膽堿 卵磷脂 色氨酸 吲哚丙酮酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸,胺類有一定作用，但有些胺類化合物有害（尤其對人），應(yīng)維持

10、在一定水平，體內(nèi)胺氧化酶可將多余的胺氧化成醛，進(jìn)一步氧化成脂肪酸。,RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3 RCHO+1/2O2 RCOOH CO2+H2O,AA,尿素,若外環(huán)境NH3大量進(jìn)入細(xì)胞，或細(xì)胞內(nèi)NH3大量積累,酮戊二酸大量轉(zhuǎn)化 NADPH大量消耗 三羧酸循環(huán)中斷，能量供應(yīng)受阻，某些敏感器官（如神經(jīng)、大腦）功能障礙。 表現(xiàn)：語言障礙、視力模糊、昏迷、死亡。,氨中毒原理,？,（1）氨的去路：,排氨生物：以NH3轉(zhuǎn)變成酰胺（Gln），運到排泄部位后再分解。（原生動物、線蟲和魚類） 以尿酸排出：將NH3轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^小的尿酸排出。通過消耗大量能量而保存體內(nèi)水分。（陸生爬蟲

11、及鳥類） 以尿素排出：經(jīng)尿素循環(huán)（肝臟）將NH3轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩囟懦?。（哺乳動物?重新利用合成AA： 合成酰胺（高等植物中） 嘧啶環(huán)的合成（核酸代謝）,6.NH3的轉(zhuǎn)運與排泄,（2）氨的轉(zhuǎn)運（向動物肝臟的運輸）,以Gln的形式（氨的主要運輸形式）： NH4+ + Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+ Gln+H2O Glu + NH4+ 以Ala轉(zhuǎn)運（葡萄糖-丙氨酸轉(zhuǎn)運：肌肉） NH4+ -酮戊二酸+NADPH+H+ Glu+NADP+H2O Glu+丙酮酸 -酮戊二酸+Ala Ala+ -酮戊二酸 Glu+丙酮酸,Gln合成酶,Gln 酶,Glu脫氫酶,丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶,丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶,在肌

12、肉,在肝臟,尿素循環(huán),尿素循環(huán),第三節(jié) 尿素的形成尿素循環(huán) （鳥氨酸循環(huán)）,部位肝臟細(xì)胞,氨基酸,（外來的或自身的）,-酮戊二酸 （轉(zhuǎn)氨作用）,谷氨酸,谷氨酸,酮戊二酸,NH4+,CO2,2ADP+Pi+H+,2ATP,Pi,鳥氨酸,瓜氨酸,氨甲酰磷酸,Pi,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨琥珀酸,ATP,AMP+PPi,延胡索酸,鳥氨酸,精氨酸,H2O,尿素,消耗4ATP能量,一、 尿素循環(huán)的詳細(xì)步驟 1. 氨甲酰磷酸的合成（線粒體） 2. 瓜氨酸的合成（線粒體） 3. 精氨琥珀酸的合成（細(xì)胞質(zhì)） 4. 精氨酸的合成（細(xì)胞質(zhì)） 5. 精氨酸水解生成尿素（細(xì)胞質(zhì)）,1. 氨甲酰磷酸的合成（線粒體）,線粒

13、體中的氨甲酰磷酸合成酶（CPS-） ： 變構(gòu)酶，變構(gòu)激活劑： N-乙酰谷氨酸（AGA），用氨做氮的供體，參與尿素的合成。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)還有兩外一類氨甲酰磷酸合成酶，即氨甲酰磷酸合成酶（CPS- ），用谷氨酸做氮的供給體，參與嘧啶生物合成 。,HCO3-+,2. 瓜氨酸的合成（線粒體）,3、4.精氨琥珀酸和精氨酸的合成（細(xì)胞質(zhì)）,精氨琥珀酸合成酶,精氨琥珀酸,精氨琥珀酸酶,5. 精氨酸水解生成尿素（細(xì)胞質(zhì)）,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HCO3-，共消耗4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(yīng)生成1分子NADH；延胡索酸經(jīng)草酰乙酸轉(zhuǎn)化為天冬氨

14、酸也形成1分子NADH。兩個NADH再氧化，可產(chǎn)生5個ATP。,總反應(yīng),二、尿素合成的調(diào)節(jié) 1. 食物蛋白質(zhì)的影響 ： 高蛋白飲食尿素合成速度 2. CPS-的調(diào)節(jié)： 精氨酸尿素合成速度 N-乙酰谷氨酸激活該酶 3. 尿素合成酶系的調(diào)節(jié) 精氨琥珀酸合成酶 鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶,CO2 NH3 H2O 2ATP 氨甲酰磷酸 2ADP Pi,精氨酸,AGA 乙酰CoA 谷氨酸,AGA合成酶,CPS-,（+）,（+）,高血氨癥 正常血氨濃度0.6 mol / L 血氨濃度 高血氨癥 常見原因：肝功能嚴(yán)重?fù)p害 尿素合成的酶缺陷,鳥類、爬蟲排尿酸,均來自轉(zhuǎn)氨,不溶于水，毒性很小，合成需要更多的能量。,提問：

15、為什么這類生物如此排氨？,水循環(huán)太慢，保留水分同時不中毒得付出高能量代價。,高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式儲存氨，不排氨。,第四節(jié) 氨基酸碳架的去向,有三種去路 （1）重新氨基化生成氨基酸。 （2）氧化成CO2和水。 （3）生糖、生脂。,20種氨基酸的碳架可轉(zhuǎn)化成7種物質(zhì)： 丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、 -酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、 草酰乙酸。 最后集中為5種物質(zhì)進(jìn)入TCA： 乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。,碳骨架的氧化（肝臟中）,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,丙酮酸,精氨酸

16、組氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸,谷氨酸,異亮氨酸 甲硫氨酸 纈氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸,天冬氨酸 天冬酰胺,蘇氨酸醛縮酶,絲氨酸轉(zhuǎn)羥甲基酶,絲氨酸脫水酶,半胱氨酸脫巰基酶,一、形成乙酰-CoA的途徑 1、通過丙酮酸到乙酰-CoA的途徑（Ala、Gly、Ser、Thr、Cys）,2、通過乙酰乙酰CoA到乙酰-CoA的途徑 （Phe、Tyr、Leu、Lys、Trp）,4步反應(yīng),二、形成-酮戊二酸途徑（ Arg、His、Gln、Pro、Glu）,三、形成琥珀酰CoA途徑（ Met、Ile、Val）,四、 延胡索酸途徑 Phe、Tyr可生成延胡索酸（前面已講過）。,五、形成 草酰乙酸途徑 Asp和Asn可轉(zhuǎn)變

17、成草酰乙酸進(jìn)入TCA，Asn先轉(zhuǎn)變成Asp （Asn酶），Asp經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用生成草酰乙酸.,生酮氨基酸：Phe、Tyr、 Trp 、Leu、Lys。 在分解過程中轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴Ｒ阴oA，后者在動物肝臟中可生成乙酰乙酸和-羥丁酸-(酮體）。 生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸都稱為生糖氨基酸，它們都能生成葡萄糖。 Phe、Tyr是生酮兼生糖氨基酸。,第五節(jié)、生糖氨基酸與生酮氨基酸,第六節(jié)、由氨基酸衍生的其他重要物質(zhì),一、氨基酸與一碳單位,在代謝過程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解產(chǎn)生具有一個碳原子的基團(tuán)（不包括CO2），稱為一碳基團(tuán)，一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移除了和許多氨基酸的代謝直接有關(guān)外，還參與嘌呤和嘧啶及磷脂的生物合成。, 一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移由相應(yīng)的一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶催化， 其輔酶為FH4,-CH=NH 亞氨甲基 H-CO- 甲酰基 -CH2OH 甲醇基 -CH= 次甲基 -CH2- 亞甲基 -CH3 甲基,葉酸和 四氫葉酸（FH