氨基酸分解代謝

1、第十一章第十一章 蛋白質的酶促降解蛋白質的酶促降解和氨基酸的分解與轉化和氨基酸的分解與轉化基本要求：基本要求： （1 1）掌握氨基酸的脫氨基、脫羧基作用具體過程、）掌握氨基酸的脫氨基、脫羧基作用具體過程、鳥氨酸循環(huán)鳥氨酸循環(huán)（2 2）理解必須氨基酸、氨基酸的脫氨基、脫羧基作）理解必須氨基酸、氨基酸的脫氨基、脫羧基作用的相關概念用的相關概念（3 3）了解泛肽途徑、氨基酸的衍生物）了解泛肽途徑、氨基酸的衍生物教學重點及難點：教學重點及難點：（1 1）氨基酸的脫氨基、脫羧基作用具體過程）氨基酸的脫氨基、脫羧基作用具體過程（2 2）鳥氨酸循環(huán)）鳥氨酸循環(huán) 本章主要內容本章主要內容蛋白質的酶促降解蛋白質

2、的酶促降解氨基酸的分解與轉化氨基酸的分解與轉化一、蛋白質的酶促降解一、蛋白質的酶促降解 機體必須不斷地拆除衰老和受損的組織細機體必須不斷地拆除衰老和受損的組織細胞，構建新的組織和細胞。在生物體內，胞，構建新的組織和細胞。在生物體內，蛋白質處于不斷降解和不斷合成的動態(tài)平蛋白質處于不斷降解和不斷合成的動態(tài)平衡中。衡中。 蛋白質周轉蛋白質周轉：已有蛋白質的降解和降解產：已有蛋白質的降解和降解產物氨基酸用以合成新的蛋白質。物氨基酸用以合成新的蛋白質。 蛋白質的降解是指蛋白質在酶的作用下，蛋白質的降解是指蛋白質在酶的作用下，使肽鍵水解生成使肽鍵水解生成AA的過程。的過程。1. 1. 蛋白水解酶蛋白水解酶

3、1.1 1.1 肽鏈內切酶和外切酶肽鏈內切酶和外切酶消化道內幾種蛋白酶的專一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶1.2 1.2 蛋白酶按其活性部位的結構特征分為四類：蛋白酶按其活性部位的結構特征分為四類：SerSer蛋白酶類蛋白酶類(EC3.4.2.1)(EC3.4.2.1)活性部位含有活性部位含有SerSer殘基，殘基，受二丙基氟磷酸受二丙基氟磷酸(DIFP)(DIFP)的強烈抑制。胰蛋白酶、的強烈抑制。胰蛋白酶、胰凝乳、蛋白酶、彈性蛋白酶、枯草桿菌蛋

4、白酶胰凝乳、蛋白酶、彈性蛋白酶、枯草桿菌蛋白酶等均屬此類。等均屬此類。CysCys蛋白酶蛋白酶(EC3.4.2.2)(EC3.4.2.2)活性部位含有活性部位含有CysCys殘基殘基, , 對于碘乙酸、對對于碘乙酸、對- -羥基汞苯甲酸等抑制劑十分敏羥基汞苯甲酸等抑制劑十分敏感。植物蛋白酶和組織蛋白酶大多屬于此類。感。植物蛋白酶和組織蛋白酶大多屬于此類。AspAsp蛋白酶蛋白酶(EC3.4.2.3)(EC3.4.2.3)活性中心含有兩個活性中心含有兩個AspAsp殘殘基基, ,最適最適pHpH一般為一般為2 24 4。抑胃肽。抑胃肽(pepstatin)(pepstatin)專一專一地抑制這類

5、酸性蛋白酶。胃蛋白酶、凝乳酶均屬地抑制這類酸性蛋白酶。胃蛋白酶、凝乳酶均屬此類。此類。金屬蛋白酶金屬蛋白酶(EC3.4.2.4)(EC3.4.2.4)含有含有ZnZn2+2+、MgMg2+2+等金屬離等金屬離子，受金屬螯合劑如子，受金屬螯合劑如EDTAEDTA等的抑制。嗜熱菌蛋白等的抑制。嗜熱菌蛋白酶、信號肽酶以及氨肽酶、羧肽酶等屬于這一類。酶、信號肽酶以及氨肽酶、羧肽酶等屬于這一類。2.2.蛋白消化吸收蛋白消化吸收3.3.細胞內蛋白質降解細胞內蛋白質降解3.1 3.1 蛋白降解對細胞生長發(fā)育和適應內外環(huán)境有重蛋白降解對細胞生長發(fā)育和適應內外環(huán)境有重要功能：要功能：反常蛋白清除；反常蛋白清除；

6、便于調控；便于調控；維持體內維持體內AAAA代謝庫；代謝庫；防御機制的組成部分；防御機制的組成部分；蛋白質前體的裂解加工。蛋白質前體的裂解加工。 細胞質內最重要的蛋白質降解系統(tǒng)細胞質內最重要的蛋白質降解系統(tǒng) 溶酶體系統(tǒng)包括多種在酸性溶酶體系統(tǒng)包括多種在酸性pHpH下活化的小分子下活化的小分子量蛋白酶，因此又稱為酸性系統(tǒng)，主要水解量蛋白酶，因此又稱為酸性系統(tǒng)，主要水解長長壽命蛋白質和外來蛋白壽命蛋白質和外來蛋白。 泛肽系統(tǒng)在泛肽系統(tǒng)在pH=7.2pH=7.2的胞液中起作用，稱為堿性的胞液中起作用，稱為堿性系統(tǒng)，主要水解系統(tǒng)，主要水解短壽命蛋白和反常蛋白短壽命蛋白和反常蛋白。溶酶體系統(tǒng)溶酶體系統(tǒng)泛

7、肽系統(tǒng)泛肽系統(tǒng)蛋白質降解的泛肽途徑（ubiquitin）E E1 1：泛素活化酶：泛素活化酶E E2 2：泛素攜帶蛋白：泛素攜帶蛋白E E3 3：泛素蛋白連接酶：泛素蛋白連接酶泛素泛素C CO O- -O O+ +HS-EHS-E1 1ATPATPAMP+PPiAMP+PPi泛素泛素C CO OS S E E1 1HS-EHS-E2 2HS-EHS-E1 1泛素泛素C CO OS ES E2 2泛素泛素C CO OS ES E1 1被降解被降解蛋白質蛋白質HS-EHS-E2 2泛素泛素C CO OS ES E2 2泛素泛素C CNH NH 被降解蛋白質被降解蛋白質O OE E3 3泛素化過程泛

8、素化過程二、氨基酸的分解與轉化二、氨基酸的分解與轉化1. 1. 脫氨基作用脫氨基作用1.1 1.1 氧化脫氨基作用氧化脫氨基作用a.a. 催化脫氨基酶有脫氫酶和氧化酶，脫氫酶中最重催化脫氨基酶有脫氫酶和氧化酶，脫氫酶中最重要的是要的是谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶，以，以NADNAD或或NADPNADP為輔酶，催化為輔酶，催化GluGlu氧化脫氨，生成氧化脫氨，生成 - -酮戊二酸。酮戊二酸。氧化酶存在于動物肝、腎和某些細菌、真菌中，氧化酶存在于動物肝、腎和某些細菌、真菌中，以以FADFAD或或FMNFMN為輔基，在有氧條件下催化為輔基，在有氧條件下催化AAAA氧化氧化脫氨生成相應酮酸和脫氨生成相應

9、酮酸和H H2 2O O2 2. L-AA. L-AA氧化酶最適氧化酶最適pHpH為為1010。(次要作用次要作用) -氨基酸氨基酸 氨基酸氧化酶（氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO-+NH3 O|H2O+O2H2O2轉氨基作用是轉氨基作用是 - -氨基酸和氨基酸和 - -酮酸之間的氨基轉移反應。酮酸之間的氨基轉移反應。轉氨酶轉氨酶廣泛存在廣泛存在于生物體內。已經發(fā)現(xiàn)的轉氨酶至少有于生物體內。已經發(fā)現(xiàn)的轉氨酶至少有5050多種。多種。1.2 1.2 轉氨基作用轉氨基作用 -氨基酸氨基酸1 R1-CH-COO- NH+3 |-酮酸酮酸1 R

10、1-C-COO- O| R2-C-COO- O|-酮酸酮酸2 R2-CH-COO- NH+3 |-氨基酸氨基酸2轉氨酶轉氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）（輔酶：磷酸吡哆醛） 維生素維生素B B6 6又稱抗皮炎維生素又稱抗皮炎維生素, , 是一類吡啶衍生物，包括吡哆醇是一類吡啶衍生物，包括吡哆醇, , 吡哆醛吡哆醛, , 吡哆胺。體內均以磷酸酯形式存在。吡哆胺。體內均以磷酸酯形式存在。 參加代謝作用主要是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，是氨基酸參加代謝作用主要是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，是氨基酸轉氨轉氨基、脫羧和消旋作用基、脫羧和消旋作用的輔酶。的輔酶。7.5 7.5 維生素維生素B6B6和磷酸吡哆醛和磷酸吡哆醛

11、 在反應中在反應中, ,磷酸吡哆醛的醛基與底物磷酸吡哆醛的醛基與底物 - -aaaa的氨基結合成的氨基結合成醛亞胺中間復合物醛亞胺中間復合物, , 醛亞胺再根據不同酶蛋白的特性使醛亞胺再根據不同酶蛋白的特性使AAAA發(fā)生轉氨，脫羧或消旋等作用。發(fā)生轉氨，脫羧或消旋等作用。 通過轉氨基作用和氧化脫氨基作用偶聯(lián)進行的脫氨基通過轉氨基作用和氧化脫氨基作用偶聯(lián)進行的脫氨基作用，稱為聯(lián)合脫氨基作用。作用，稱為聯(lián)合脫氨基作用。 類型類型1.3 1.3 聯(lián)合脫氨基作用聯(lián)合脫氨基作用轉氨酶與轉氨酶與L-L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)轉氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)轉氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相

12、偶聯(lián)轉氨酶轉氨酶-谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合脫氨作用谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合脫氨作用轉氨酶轉氨酶- -嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨作用嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨作用還原脫氨基作用還原脫氨基作用 在無氧條件下，某些含有氫化酶的微生物能利用還在無氧條件下，某些含有氫化酶的微生物能利用還原脫氨基方式使原脫氨基方式使AAAA脫去氨基。脫去氨基。1.4 1.4 非氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用脫水脫氨基作用脫水脫氨基作用 SerSer、ThrThr脫氨基也可經脫水方式完成，催化該反脫氨基也可經脫水方式完成，催化該反應的酶以磷酸吡哆醛為輔酶。應的酶以磷酸吡哆醛為輔酶。由解氨酶催化的脫氨基反應由解氨酶催化的脫氨基反應 PhePhe

13、解氨酶催化解氨酶催化Phe Phe 、TyrTyr發(fā)生脫氨，生成肉桂酸和發(fā)生脫氨，生成肉桂酸和 香豆酸進一步轉變成木質素和單寧等植物次生物質。香豆酸進一步轉變成木質素和單寧等植物次生物質。當植物組織照光后，當植物組織照光后，PhePhe解氨酶水平顯著增加。解氨酶水平顯著增加。1.5 1.5 脫酰胺基作用脫酰胺基作用2.2.脫羧基作用脫羧基作用 氨基酸脫掉羧基生成相應的胺類化合物的作用。氨基酸脫掉羧基生成相應的胺類化合物的作用。 類型：類型：直接脫羧直接脫羧 胺胺羥化脫羧羥化脫羧 羥胺羥胺 2.1 2.1 直接脫羧基作用直接脫羧基作用 氨基酸在脫羧酶的作用下脫掉羧基生成相應的胺氨基酸在脫羧酶的作

14、用下脫掉羧基生成相應的胺類化合物的作用。類化合物的作用。 脫羧酶的輔酶為磷酸吡哆醛。脫羧酶的輔酶為磷酸吡哆醛。2.2 2.2 羥化脫羧基作用羥化脫羧基作用3 3 氨基酸降解產物的去向氨基酸降解產物的去向3.1 3.1 氨的去路氨的去路 游離氨對動、植物機體是有毒害作用的，在正常游離氨對動、植物機體是有毒害作用的，在正常情況下細胞中游離氨濃度非常低。情況下細胞中游離氨濃度非常低。（1 1）重新生成氨基酸）重新生成氨基酸（2 2）谷氨酰胺和天冬酰胺的生成）谷氨酰胺和天冬酰胺的生成（3 3）生成銨鹽）生成銨鹽（4 4）尿素的生成）尿素的生成- -尿素循環(huán)（尿素循環(huán)（Urea CycleUrea Cy

15、cle）鳥氨酸循環(huán)鳥氨酸循環(huán)/ /尿素循環(huán)尿素循環(huán) 在排尿動物體內由在排尿動物體內由NH3NH3合成尿素是在肝臟中通合成尿素是在肝臟中通過一個循環(huán)機制完成的，這一個循環(huán)稱為尿過一個循環(huán)機制完成的，這一個循環(huán)稱為尿素循環(huán)。素循環(huán)。Urea Cycle鳥氨酸氨甲?；D移酶鳥氨酸氨甲?；D移酶鳥氨酸鳥氨酸精氨酸精氨酸氨甲酰基磷酸氨甲?；姿岚奔柞Ａ姿岷铣擅赴奔柞Ａ姿岷铣擅妇被晁岷铣擅妇被晁岷铣擅? ATP瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸精氨基琥珀酸裂解酶精氨基琥珀酸裂解酶AspATPAMPPPi2 ADP延胡索酸延胡索酸精氨酸酶精氨酸酶H2O脲脲3 正常生理情況下，血氨處于較低水平。尿素

16、循環(huán)正常生理情況下，血氨處于較低水平。尿素循環(huán)是維持血氨低濃度的關鍵。當肝功能嚴重損傷時，尿是維持血氨低濃度的關鍵。當肝功能嚴重損傷時，尿素循環(huán)發(fā)生障礙，血氨濃度升高，稱為高氨血癥。素循環(huán)發(fā)生障礙，血氨濃度升高，稱為高氨血癥。TCA 腦供能不足腦供能不足-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺NH3NH3 腦內腦內-酮戊二酸酮戊二酸 植物體含有脲酶，尤其是在豆科植物種子中脲酶活性植物體含有脲酶，尤其是在豆科植物種子中脲酶活性較大，能專一地催化尿素水解并放出氨。較大，能專一地催化尿素水解并放出氨。氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮

17、戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨丙酮酸丙酮酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸賴氨酸賴氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸蘇氨酸蘇氨酸甘氨酸甘氨酸絲氨酸絲氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸組氨酸組氨酸脯氨酸脯氨酸異亮氨酸異亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸蘇氨酸蘇氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸纈氨酸纈氨酸蘇氨酸蘇氨酸檸檬酸檸檬酸3.2 3.2 - -酮酸的去路酮酸的去路生糖氨基酸：可以降解為丙酮酸、草酰乙酸、生糖氨基酸：可以降解為丙酮酸、草酰乙酸、酮戊二酸、琥珀酰酮戊二酸、琥珀酰CoACoA和延胡索酸等糖代謝中間和延胡索酸等糖代謝中間產物的氨基酸。產物的氨基酸。生酮