第七章蛋白質(zhì)的酶促降解及氨基酸的代謝

第七章蛋白質(zhì)的酶促降解及氨基酸的代謝第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)蛋白質(zhì)的水解水解胞外酶氨基酸

吸收入作為氮源和能源進(jìn)行代謝。蛋白質(zhì)不能儲(chǔ)備。外源蛋白質(zhì)第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一

一、消化：

主要在胃、小腸進(jìn)行。

（一）胃內(nèi)消化：

1.胃蛋白酶（pepsin):

胃蛋白酶元→胃酸(H+)→胃蛋白酶

自激活作用

蛋白質(zhì)的消化吸收第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一2.胃酶作用：

蛋白質(zhì)

小分子肽→腸道

胃酶作用于：Phe,Tyr,Trp,(芳香族）

Leu,

Glu,Gln。

胃蛋白酶第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一

（二）小腸消化：

1.來自胰腺的酶：

（1）內(nèi)肽酶：水解pro內(nèi)部肽鍵。

胰蛋白酶：Lys、Arg羧基端肽鍵；(堿性）

糜蛋白酶：Phe、Tyr、Trp肽鍵；(芳香族）

彈性蛋白酶：Val、Leu、Ser、Ala肽鍵

（脂肪族）

第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一2）外肽酶：

羧肽酶：從C端水解；

羧肽酶A：水解中性aa為C端的肽鍵；

羧肽酶B：水解堿性aa為C端的肽鍵；

2.來自小腸粘膜細(xì)胞的寡肽酶：1）氨肽酶：從N端水解，形成二肽。2）二肽酶：作用于二肽。寡肽的水解主要在小腸粘膜細(xì)胞進(jìn)行。

第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一3.小腸腔的消化：

肽小肽

小肽氨基酸

至此：球蛋白幾乎完全分解；

纖維蛋白、角蛋白部分水解。

胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶羧肽酶、氨肽酶第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一

酶位點(diǎn)（或底物）

胰蛋白酶(Trypsin）Lys,Arg的羧基端 胰凝乳(糜)蛋白酶Phe,Trp,Tyr的羧基端 胃蛋白酶(Pepsin)Phe,Trp,Tyr的氨基端 氨肽酶(aminopeptidase)肽的氨基端 羧肽酶(carboxypeptidase)肽的羧基端 二肽酶(dipeptidase)二肽 彈性蛋白酶(elastase)各種脂肪族AA形成的肽幾種常見的蛋白水解酶第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一細(xì)胞內(nèi)能有選擇的降解“過期蛋白”，而不影響細(xì)胞的正常功能內(nèi)源過期蛋白質(zhì)水解氨基酸泛肽識別并在溶酶體中水解第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一泛肽過期蛋白質(zhì)泛肽復(fù)合體溶酶體氨基酸泛肽第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一被標(biāo)記后的內(nèi)源蛋白質(zhì)50~500nm各種水解酶雙層膜游離于細(xì)胞質(zhì)中，過于微小難以觀察小分子單元溶酶體白細(xì)胞殺菌、細(xì)胞自溶也與之有關(guān)第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一提問：不同蛋白酶之間功能上區(qū)別可能有什么？NH3+—

NH3+—COO-—COO-—外切酶—氨肽酶隨機(jī)內(nèi)切酶特定氨基酸間限制性內(nèi)切酶外切酶—羧肽酶最終產(chǎn)物—氨基酸第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一QinghaiUniversity–Xining–People’sRepublicofChina–August2011___COOHI-NH2ProteinsareverylargemoleculesmadeofaminoacidsThebasicstructureofproteinisachainofaminoacidsthatcontaincarbon,hydrogen,oxygen,andnitrogenLongchainofaminoacidsgeneticallycodifiedForexampleamutationatDNAlevelcouldgiverisetoanaminoacidvariationatproteinlevel第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一QinghaiUniversity–Xining–People’sRepublicofChina–August2011Theabsenceofdominanceisveryuseful,becausehomozygousindividualspresentintheelectropherogramonlyonevariantforeachprotein,whileheterozygousonesbothvariants,sothatthecountofthegenefrequenciesforapopulationresultsveryeasyGeneticpolymorphismABC第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)氨基酸的代謝一、氨基酸的分解A.脫氨基氨基酸？分解NH3、尿素、尿酸CO2、H2O、ATP合成其他合成？四大物質(zhì)、激素等脫氨酶NH3？OO

α酮酸第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一L-谷氨酸脫氫酶（專一催化谷氨酸脫氫分解及逆過程）1.氧化脫氨脫氨酶——脫氫氧化酶酶——L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶酶2H+H+亞氨基酸不穩(wěn)定H2O+H+水解加氧脫氫NH4+α-酮酸本應(yīng)是L-氧化酶（大多數(shù)氨基酸都是L型），但該酶分布不普遍，活力低（pH=7)，作用小。提問：那種酶作用最重要？2第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一有毒！L-谷氨酸脫氫酶NAD++H2ONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-酮戊二酸谷氨酸氧化脫氨第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一2.轉(zhuǎn)氨基作用特點(diǎn)：a.可逆，受平衡影響

b.氨基大多轉(zhuǎn)給了α-酮戊二酸（產(chǎn)物谷氨酸）轉(zhuǎn)氨酶α-氨基酸

α-酮酸

α-氨基酸α-酮酸逆過程交換三羧酸循環(huán)丙酮酸α酮戊二酸提問：為什么多轉(zhuǎn)給α-酮戊二酸？答案：來源有保證，谷氨酸可由氧化脫氨迅速降解產(chǎn)生α-酮戊二酸。第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一谷氨酸氧化脫氨L-谷氨酸脫氫酶NAD++H2ONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-酮戊二酸氧化脫氨轉(zhuǎn)氨基谷—某轉(zhuǎn)氨酶O（酮酸）NH4+(A)轉(zhuǎn)氨基制谷氨酸第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一提示：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倍抽血化驗(yàn)若轉(zhuǎn)氨酶比正常水平偏高則有可能肝組織受損破裂，肝細(xì)胞的轉(zhuǎn)氨酶進(jìn)入血液。（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(yàn)轉(zhuǎn)氨酶指數(shù)呢？轉(zhuǎn)氨基本質(zhì)上沒有真正脫氨。第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一產(chǎn)物反應(yīng)物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α-酮戊二酸轉(zhuǎn)氨酶NH4+α-氨基酸NAD++H2Oα-酮酸NH32H由于兩種酶活性強(qiáng)，分布廣，動(dòng)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+第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一產(chǎn)物腺苷酸琥珀酸草酰乙酸嘌呤核苷酸聯(lián)合脫氨基谷氨酸α-酮戊二酸轉(zhuǎn)氨酶α-氨基酸α-酮酸NH3NH3天冬氨酸次黃苷酸H2ONH3H2ONAD+NADH+H+腺苷酸延胡索酸蘋果酸谷-草轉(zhuǎn)氨酶H2O反應(yīng)物第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一4.谷氨酰胺和天冬酰胺的脫氨脫氨H2ONH3谷氨酰胺谷氨酸天冬酰胺與之類似。NH3何處去呢？水解酶第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一(主要是肌肉)5.NH3的轉(zhuǎn)運(yùn)與排泄各組織細(xì)胞脫氨NH3谷氨酸α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸丙氨酸谷氨酰胺血液肝臟脫氨，轉(zhuǎn)化為排泄形式提問：為什么以谷氨酰胺、丙氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)氨呢？答案：經(jīng)濟(jì)性、高效（一舉兩得）。肌肉劇烈運(yùn)動(dòng)丙酮酸NH3丙氨酸糖異生糖原脫氨酵解蛋白質(zhì)分解產(chǎn)能第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一水生生物直接擴(kuò)散脫氨（NH3）哺乳、兩棲動(dòng)物排尿素各種生物根據(jù)安全、價(jià)廉的原則排氨。直接排氨，毒性大，不消耗能量。轉(zhuǎn)化為排氨形式越復(fù)雜，越安全，但越耗能。？體內(nèi)水循環(huán)迅速，NH3濃度低，擴(kuò)散流失快，毒性小。體內(nèi)水循環(huán)較慢，NH3濃度較高，需要消耗能量使其轉(zhuǎn)化為較簡單，低毒的尿素形式。第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一尿素的形成——尿素循環(huán)（脲循環(huán)）部位——肝臟細(xì)胞氨基酸（外來的或自身的）α-酮戊二酸（轉(zhuǎn)氨作用）谷氨酸谷氨酸α酮戊二酸NH4+CO22ADP+Pi+H+2ATPPi鳥氨酸瓜氨酸氨甲酰磷酸Pi瓜氨酸天冬氨酸轉(zhuǎn)氨基—氨精氨琥珀酸ATPAMP+PPi延胡索酸鳥氨酸精氨酸H2O尿素消耗4ATP能量第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一精氨琥珀酸精氨酸延胡索酸第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一-+精氨酸鳥氨酸尿素但還需要較多數(shù)量的飲水來沖洗血液中的尿素含量。第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一鳥類、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：為什么這類生物如此排氨？水循環(huán)太慢，保留水分同時(shí)不中毒得付出高能量代價(jià)。高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式儲(chǔ)存氨，不排氨。第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一生酮氨基酸(只能轉(zhuǎn)化為脂肪）6.α-酮酸的轉(zhuǎn)化(1)合成氨基酸（合成代謝占優(yōu)勢時(shí)）(2)進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解!(3)轉(zhuǎn)化為糖及脂肪除亮氨酸、賴氨酸外的氨基酸可由？轉(zhuǎn)化為糖。糖異生第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一碳骨架的氧化（肝臟中）異檸檬酸檸檬酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循環(huán)乙酰CoAα-酮戊二酸琥珀酰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丙酮酸精氨酸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酰胺谷氨酰胺第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一三羧酸循環(huán)—焚燒爐第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一必需——分解不可逆，缺乏碳骨架供給。

第三節(jié)氨基酸分解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化由糖代謝中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化而來。蛋白質(zhì)氨基酸非必需氨基酸(10種)糖必需氨基酸(10種)酮體動(dòng)物第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一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第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)氨的同化及氨基酸的生物合成第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一一、氨基化作用

（一）還原氨基化反應(yīng)——氧化脫氨基的逆反應(yīng)，是酮酸氨基化的主要反應(yīng)。

1.原料：-酮酸和氨

-酮酸來自糖代謝產(chǎn)物如丙酮酸及TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物如草酰乙酸等，主要底物為-酮戊二酸。

氨可由體內(nèi)代謝產(chǎn)生，也可以其它物質(zhì)為氮源，如氮?dú)?、硝酸根或其它含氮物轉(zhuǎn)變?yōu)榘焙笞鳛榈孜铩５?7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一2.酶：為氨基酸脫氫酶種類很多，以NADH為輔酶，谷氨酸脫氫酶活力最強(qiáng)。故還原氨基化合成谷氨酸是生物體的重要反應(yīng)。

3.反應(yīng)過程：

R-COCOOH+NH3

氨基酸脫氫酶

R-CNHCOOH+H2O

NADHR-CHNH2COOH+NAD第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一（二）直接氨基化反應(yīng)——是分解脫氨基反應(yīng)的逆過程。1.原料：不飽和酸和氨2.反應(yīng)過程：如Asp的合成

HOOCCH=CHCOOH+NH3

天冬氨酸酶

HOOCCH2CHNH2COOH（三）酰氨化反應(yīng)——由Glu和Asp和氨為原料，在Gln和Asn合成酶作用下，合成Gln和Asn的反應(yīng)。第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一二、轉(zhuǎn)氨基作用1.原料：-酮酸必須具有相應(yīng)的-酮酸才能形成相應(yīng)的氨基酸，植物和大多數(shù)微生物一般能合成全部氨基酸的碳鏈骨架，因此可以合成全部氨基酸，有些微生物不能合成個(gè)別-酮酸，而人因不能合成8種-酮酸，而有8種必需氨基酸。氨基酸—作為氨的供體，不能用無機(jī)氨。2.酶：轉(zhuǎn)氨酶第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一三、氨基酸之間的相互轉(zhuǎn)化及鳥氨酸循環(huán)（一）氨基酸之間的互相轉(zhuǎn)化——利用氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)的變化合成新的氨基酸。

由Glu可以變化成Pro、Orn、Cit、Arg和Gln

由Asp可以轉(zhuǎn)化成Lys、Met、Thr、Ile和Asn

由Ser轉(zhuǎn)化成Cys

由Gly轉(zhuǎn)化成Ser

第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一（二）鳥氨酸循環(huán)——氨基酸轉(zhuǎn)化實(shí)例1.鳥氨酸的合成：由Glu開始(液泡)HOOCCHNH2CH2CH2COOH+CH3CO~S-CoA

乙?；?/p>

HOOCCHNHCH2CH2COOH（N-乙酰Glu）

|

COCH3

乙酰Glu激酶+ATPHOOCCHNHCH2CH2COOPO3H2（N-乙酰谷氨酰磷酸）

|

COCH3+ADP第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一

脫氫酶+NADHHOOCCHNHCH2CH2CHO（N-乙酰谷氨酸--半醛）

|

COCH3+NAD+磷酸

轉(zhuǎn)氨酶

HOOCCHNHCH2CH2CH2NH2（N-乙酰鳥氨酸）

|

COCH3

乙酰鳥氨酸酶+H2OHOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2

+乙酸鳥氨酸（Orn）

(進(jìn)入線粒體)第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一2.瓜氨酸（Cit）的合成(在線粒體中)

以鳥氨酸和氨基甲酰磷酸為底物，在鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰基酶的作用下，鳥氨酸接受氨基甲酰磷酸分子上的甲?；?，形成瓜氨酸。

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2

+H2NCOO~PO3H2

鳥氨酸（Orn）氨基甲酰磷酸

鳥氨酸轉(zhuǎn)甲酰基酶

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHCONH2

+磷酸瓜氨酸（Cit）

(轉(zhuǎn)出線粒體)第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一3.精氨酸的合成和鳥氨酸循環(huán)

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2

+H2NCOO~PO3H2

鳥氨酸（Orn）氨基甲酰磷酸（2）鳥氨酸轉(zhuǎn)甲?；?/p>

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHCONH2

+磷酸瓜氨酸（Cit）（3）精氨琥珀酸合成酶+Asp+ATPHOOCCHNH2CH2CH2CH2NHC=NH

+ADP+磷酸精氨琥珀酸|

NH|HOOCCHCH2COOH第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一

（4）精氨琥珀酸分解酶

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHC=NH

+延胡索酸

L-精氨酸（Arg）|

NH2

（5）精氨酸酶HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2

+H2NCONH2

鳥氨酸（Orn）尿素

由鳥氨酸開始，以氨基甲酰磷酸和Asp為原料，中間產(chǎn)物有Cit和Arg，又回到鳥氨酸，產(chǎn)物為延胡索酸和尿素，延胡索酸通過TCA可形成草酰乙酸，再轉(zhuǎn)氨形成Asp。所以，鳥氨酸循環(huán)實(shí)際上是以氨基甲酰磷酸為原料合成尿素的循環(huán),在肝臟中進(jìn)行。

第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期一4.鳥氨酸循環(huán)的生理意義（1）鳥氨酸循環(huán)是生物合成Arg、Orn、Cit的途徑。（2）是尿素合成途徑，是機(jī)體氨代謝的重要方式和解毒