生物化學(xué)簡明教程第十一章蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝課件

生物化學(xué)簡明教程第十一章蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝生物化學(xué)簡明教程第十一章蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝生物化學(xué)簡明教程第十一章蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝蛋白質(zhì)代謝細(xì)胞不停地將氨基酸合成蛋白質(zhì)，并又將蛋白質(zhì)降解為氨基酸。蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的氨基酸能通過氧化產(chǎn)生能量供機(jī)體需要大多數(shù)生物氨基酸分解代謝方式非常相似，而氨基酸合成代謝途徑則有所不同蛋白質(zhì)代謝細(xì)胞不停地將氨基酸合成蛋白質(zhì)，并又將蛋白質(zhì)降解為氨基酸。蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的氨基酸能通過氧化產(chǎn)生能量供機(jī)體需要大多數(shù)生物氨基酸分解代謝方式非常相似，而氨基酸合成代謝途徑則有所不同蛋白質(zhì)的生理功能（1）是構(gòu)成組織細(xì)胞的重要成分。

（2）參與組織細(xì)胞的更新和修補(bǔ)。

（3）參與物質(zhì)代謝及生理功能的調(diào)控。

（4）氧化供能。

（5）轉(zhuǎn)運(yùn)、凝血、免疫、記憶、識(shí)別等蛋白質(zhì)大分子難以通透生物膜吸收，有時(shí)有些抗原、毒素可少量通過粘膜細(xì)胞吞飲進(jìn)入體內(nèi)而引起過敏、毒性反應(yīng)。食物蛋白必需經(jīng)過消化，水解成氨基酸才被機(jī)體利用。消化自胃中開始，主要在小腸進(jìn)行。11.1蛋白質(zhì)的酶促降解11.1.1細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解各種蛋白質(zhì)降解速率不同；隨生理需要而變化人血漿蛋白質(zhì)：10天，

肝中大部分蛋白質(zhì)：1~8天，

結(jié)締組織中一些蛋白質(zhì)：180天

關(guān)鍵性調(diào)節(jié)酶蛋白：HMG-CoA還原酶0.5~2小時(shí)蛋白質(zhì)的降解是有選擇性的（1）不依賴ATP的溶酶體途徑（2）依賴ATP的泛素途徑每天都有一定量的細(xì)胞內(nèi)蛋白被降解：—被異常修飾的非正常蛋白、突變蛋白—需及時(shí)滅活的具調(diào)節(jié)活性的蛋白（如關(guān)鍵酶）當(dāng)氨基酸豐富時(shí)，蛋白降解加速—食物蛋白供應(yīng)充足或過量—饑餓或糖尿病時(shí)無法獲得充足的糖做燃料細(xì)胞如何有選擇地降解“過期蛋白”，而不影響細(xì)胞的正常功能

—泛肽識(shí)別并在溶酶體中水解（1）不依賴ATP的溶酶體途徑不依賴ATP，利用溶酶體中的組織蛋白酶（cathepsin）降解外源性蛋白、膜蛋白和長壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白，主要功能是消化作用，是細(xì)胞內(nèi)的消化器官。一是與食物泡融合，將細(xì)胞吞噬進(jìn)的食物或致病菌等大顆粒物質(zhì)消化成生物大分子，殘?jiān)ㄟ^外排作用排出細(xì)胞；

二是在細(xì)胞分化過程中，某些衰老細(xì)胞器和生物大分子等陷入溶酶體內(nèi)并被消化掉，這是機(jī)體自身重新組織的需要。

不是無選擇地降解蛋白質(zhì)，而是降解的蛋白質(zhì)類型寬泛，因溶酶體中含50多種降解酶。（2）依賴ATP的泛素途徑依賴ATP，降解異常蛋白和短壽命蛋白，泛素給選擇降解的蛋白質(zhì)加以標(biāo)記泛素是只有76氨基酸殘基組成的單體蛋白，在真核細(xì)胞中含量豐富，功能是標(biāo)記要降解的蛋白泛素化的蛋白質(zhì)在蛋白酶體降解泛素化的蛋白質(zhì)與調(diào)節(jié)顆粒識(shí)別位點(diǎn)結(jié)合↓蛋白質(zhì)去折疊↓轉(zhuǎn)移至核心顆?！馓禺愲逆I蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑11.1.2外源蛋白質(zhì)的降解蛋白酶（內(nèi)切酶）肽鏈內(nèi)部肽酶（外切酶）羧基末端羧肽酶氨基末端氨肽酶肽酶蛋白酶蛋白質(zhì)→小片段

→氨基酸胰蛋白酶（trypsin）腸激酶（enterokinase）胰蛋白酶原彈性蛋白酶（elastase）彈性蛋白酶原糜蛋白酶（chymotrypsin）糜蛋白酶原羧基肽酶（A或B）（carboxypeptidase）羧基肽酶原（A或B）（1）蛋白酶又叫肽鏈內(nèi)切酶，水解肽鏈內(nèi)部肽鍵的酶植物：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶等。動(dòng)物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等（2）端解酶氨肽酶：專一性地從肽鏈的氨基端水解肽鍵羧肽酶：專一性地從肽鏈的羧基端水解肽鍵常見蛋白酶的作用特點(diǎn):胃蛋白酶:

芳香族氨基酸的氨基和其它氨基酸羧基組成的肽鍵胰蛋白酶:

堿性氨基酸的羧基端和其它氨基酸氨基組成的肽鍵胰凝乳蛋白酶:芳香族氨基酸的羧基端和其它氨基酸的氨基端組成的肽鍵

小腸是蛋白質(zhì)消化的主要部位，胰酶是消化蛋白質(zhì)的主要酶，最適pH為7.0左右，包括內(nèi)肽酶和外肽酶。編號(hào)名稱作用特征實(shí)例3、4、2、1絲氨酸蛋白酶類（serinepritelnase）活性中心含Ser胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶3、4、2、2硫醇蛋白酶類（Thiolpritelnase）活性中心含Cys木瓜蛋白酶無花果蛋白酶菠蘿酶3、4、2、3羧基（酸性）蛋白酶類[carboxyl（asid）pritelnase]活性中心含Asp,最適pH在5以下胃蛋白酶凝乳酶3、4、2、4金屬蛋白酶類（metallopritelnase）活性中心含有Zn2+、

Mg2+等金屬枯草桿菌蛋白酶嗜熱菌蛋白酶蛋白酶的種類和專一性消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性編號(hào)名稱作用特征3、4、11-氨酰肽水解酶（-aminoacylpeptidehydrolase）作用于多肽鏈的N-末端3、4、13-羧肽水解酶（-carboxylpeptidehydrolase）作用于多肽鏈的C-末端3、4、14二羧肽水解酶（depeptidehydrolase）水解二肽肽酶的種類和專一性α-氨基酸的功能除了是合成蛋白質(zhì)的原料外，還是能量代謝的物質(zhì)，及許多生物體內(nèi)重要含氮化合物的前體。氨基酸的共同代謝途徑包括兩方面

脫氨基作用、脫羧基作用11.1氨基酸的分解代謝氨基酸的分解一般有三步：①脫氨基，脫下的氨基或轉(zhuǎn)化為氨，或轉(zhuǎn)化為天冬氨酸或谷氨酸等。②氨通過尿素循環(huán)與天冬氨酸的氮原子結(jié)合，成為尿素并被排放。③氨基酸脫氨后形成α-酮酸，經(jīng)轉(zhuǎn)化為一般的代謝中間體進(jìn)入三羧酸循環(huán)，徹底氧化。11.2.1氨基酸的脫氨基作用氧化脫氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基作用非氧化脫氨基作用脫酰胺基作用（1）氧化脫氨基作用氨基酸在酶的催化下脫去氨基生成相應(yīng)的α-酮酸的過程稱為氧化脫氨基作用。

L-氨基酸氧化酶：最適pH為10，生理pH條件下活性不高，不是主要酶系FADH2+O2

→FAD+H2O2

L-谷氨酸脫氫酶：廣泛存在，活性又高，但只催化谷氨酸脫氫，是別構(gòu)酶，受能荷調(diào)節(jié)氨基酸氧化供能的速率受ATP/ADP、GTP/GDP的反饋調(diào)節(jié)＋H2O－H2O+NH3-酮戊二酸L-谷氨酸L-谷氨酸脫氫酶NAD+NADH+H+（2）轉(zhuǎn)氨基作用在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，α-氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到α-酮酸的酮基碳原子上，結(jié)果原來的α-氨基酸生成相應(yīng)的α-酮酸，而原來的α-酮酸則形成了相應(yīng)的α-氨基酸，這種作用稱為轉(zhuǎn)氨基作用

大多數(shù)α-氨基酸都能參加轉(zhuǎn)氨基作用，但是賴氨酸，脯氨酸和羥脯氨酸不發(fā)生轉(zhuǎn)氨基作用局限性：只轉(zhuǎn)移氨基而并沒有脫氨谷丙轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（3）聯(lián)合脫氨基作用

兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，使氨基酸脫下α-氨基生成α-酮酸的過程。主要有兩種類型脫氫酶作用相偶聯(lián)轉(zhuǎn)氨基作用與嘌：轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)此種方式既是氨基酸脫氨基的主要方式，也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的主要方式。

主要在肝、腎和腦組織進(jìn)行。骨骼肌、心肌以及腦的脫氨方式都是以嘌呤核苷酸循環(huán)為主。腦組織中的氨有50％是經(jīng)過嘌呤核苷酸循環(huán)產(chǎn)生的。（4）非氧化脫氨基作用

①直接脫氨基作用

②脫硫化氨基作用

③水解脫氨基作用

④脫水脫氨基作用（5）脫酰胺基作用11.2.2氨基酸的脫羧基作用氨基酸在脫羧酶的作用下脫掉羧基生成相應(yīng)的一級(jí)胺類化合物的作用。脫羧酶的輔酶為磷酸吡哆醛一種氨基酸一種脫羧酶，只對(duì)L-氨基酸起作用，其中組氨酸脫羧酶不需要輔酶。有機(jī)胺大多數(shù)對(duì)機(jī)體有毒性。類型：直接脫羧→胺羥化脫羧→羥胺氨基酸脫羧酶氨基酸胺類RCH2NH2

+CO2磷酸吡哆醛谷氨酸經(jīng)谷氨酸脫羧酶催化生成γ-氨基丁酸（γ-aminobutyricacid，GABA）GABACOOH(CH2)2CH2NH2

CO2L-谷氨酸脫羧酶COOH(CH2)2CHNH2COOHL-谷氨酸GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，對(duì)中樞神經(jīng)有抑制作用組氨酸經(jīng)組氨酸脫羧酶催化生成組胺組胺是強(qiáng)烈的血管舒張劑，可增加毛細(xì)血管的通透性，還可刺激胃蛋白酶原及胃酸的分泌。L-組氨酸組胺組氨酸脫羧酶CO2HNNCH2CHCOOHNH2HNNCH2CH2NH2色氨酸經(jīng)5-羥色胺酸生成5-羥色胺

5-HT在腦內(nèi)作為神經(jīng)遞質(zhì)起，抑制作用；在外周組織有收縮血管的作用。5-羥色氨酸5-HT色氨酸羥化酶5-羥色氨酸脫羧酶CO2色氨酸－CH2CHCOOHNH2HO－CH2CHCOOHNH2HO－CH2CH2NH2腸道細(xì)菌通過脫羧基作用產(chǎn)生胺類組氨酸→組胺色氨酸→色胺酪氨酸→酪胺賴氨酸→尸胺假神經(jīng)遞質(zhì)（falseneurotransmitter）某些物質(zhì)結(jié)構(gòu)(如苯乙醇胺，β-羥酪胺）與神經(jīng)遞質(zhì)（如兒茶酚胺）結(jié)構(gòu)相似，可取代正常神經(jīng)遞質(zhì)從而影響腦功能，稱假神經(jīng)遞質(zhì)。苯乙胺苯乙醇胺酪胺β-羥酪胺兒茶酚胺（catecholamine）

11.2.3氨的代謝去路NH3的重要去路形成尿素，排出體外，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)的N平衡，這是最主要的去路合成非必需氨基酸及其它含氮化合物合成酰胺類化合物，如谷氨酰胺谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi氨基酸脫氨基作用腸道蛋白質(zhì)的腐敗谷氨酰胺（腎）NH3尿素合成谷氨酰胺合成核苷酸、非必需AANH4＋

→尿水生生物直接擴(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。均來自轉(zhuǎn)氨不溶于水、毒性很小、需更多能量高等植物，以Gln/Asn形式儲(chǔ)存氨，不排氨鳥類、爬蟲排尿酸水循環(huán)太慢，保留水分同時(shí)不中毒，付出高能量代價(jià)（1）氨的排泄方式排氨，氨經(jīng)Gln運(yùn)送到排泄部位（如魚鰓），Gln酶裂解出游離氨借助擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)排出體外。排尿素—尿素（鳥氨酸）循環(huán)。排尿酸，爬蟲類和鳥類以尿酸作為氨的主要排泄形式（靈長類、鳥類和陸生爬蟲類嘌呤代謝的產(chǎn)物也是尿酸）。自然界還有許多排氨方式，蜘蛛以鳥嘌呤作為氨基氮的排泄方式；許多魚類以氧化三甲胺排氮；高等植物則以Gln和Asn的形式把氨基氮儲(chǔ)存于體內(nèi)。氨中毒的可能機(jī)制TAC↓腦供能不足

腦內(nèi)α-酮戊二酸↓α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3（2）氨的轉(zhuǎn)運(yùn)氨是有毒物質(zhì)，血中的NH3主要是以無毒的Ala及Gln兩種形式運(yùn)輸?shù)?。丙氨?葡萄糖循環(huán)（肌肉）使肌肉的氨以無毒的丙氨酸形式運(yùn)輸?shù)礁喂劝滨０返倪\(yùn)氨作用（腦）氨的解毒產(chǎn)物，氨的貯存和運(yùn)輸形式谷氨酰胺的運(yùn)氨（3）鳥氨酸循環(huán)尿素生成的過程由HansKrebs和KurtHenseleit提出，稱為鳥氨酸循環(huán)（orinithinecycle0，又稱尿素循環(huán)（ureacycle）或Krebs-Henseleit循環(huán)分成三個(gè)階段

第一階段為鳥氨酸與二氧化碳和氨作用，合成瓜氨酸第二階段為瓜氨酸與氨作用，合成精氨酸

第三階段精氨酸被肝中精氨酸酶水解產(chǎn)生尿素和重新放出鳥氨酸

反應(yīng)從鳥氨酸開始，結(jié)果又重新產(chǎn)生鳥氨酸大鼠肝臟切成薄片置培養(yǎng)液中37℃孵育加入NH4ClNH3減少，尿素增加加入Orn或Ccp尿素增加加速不加NH4Cl，只加Orn或Ccp尿素不增加①從鳥氨酸合成瓜氨酸NH3、CO2和ATP縮合生成氨基甲酰磷酸反應(yīng)部位：線粒體CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）（N-乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO

~

PO32-+2ADP+Pi氨基甲酰磷酸激活劑氨基甲酰磷酸與鳥氨酸反應(yīng)生成瓜氨酸反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行，瓜氨酸生成后進(jìn)入胞液鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶OCTH3PO4+氨基甲酰磷酸OCT常與CPS-Ⅰ構(gòu)成復(fù)合體瓜氨酸與天冬氨酸反應(yīng)生成精氨酸代琥珀酸反應(yīng)部位：胞液②從瓜氨酸合成精氨酸

精氨酸代琥珀酸合成酶ATPAMP+PPiH2OMg2++天冬氨酸精氨酸代琥珀酸NHCHCOOHNH2NH2CO(CH2)3瓜氨酸精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸反應(yīng)部位：胞液COOHCHCHHOOC+NH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOHNH(CH2)3CHCOOHNH2NH2CNCOOHCHCH2COOH精氨酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸精氨酸水解釋放尿素并再生成鳥氨酸反應(yīng)部位：胞液③精氨酸水解生成尿素尿素鳥氨酸精氨酸H2O鳥氨酸循環(huán)要點(diǎn)：①尿素分子中的氮，一個(gè)來自氨甲酰磷酸（或游離的NH3），另一個(gè)來自Asp；②每合成1分子尿素需消耗4個(gè)~P；③循環(huán)中消耗的Asp可通過延胡索酸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜幔偻ㄟ^轉(zhuǎn)氨基作用，從其他α-氨基酸獲得氨基而再生；④精氨酸代琥珀酸合成酶（ASS）為尿素合成的限速酶。（4）以酰胺的形式貯存11.2.4α-酮酸的代謝去路經(jīng)氨基化生成營養(yǎng)非必需氨基酸可轉(zhuǎn)變成糖及脂類化合物徹底氧化分解并提供能量谷氨酸脫氫酶α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酸α-酮戊二酸α-酮酸氨基酸轉(zhuǎn)氨酶植物和大多數(shù)微生物能合成全部氨基酸，人有10種氨基酸不能合成。甲色賴?yán)i異亮苯蘇：8種完全不能合成必需氨基酸。精氨酸和組氨酸：人體合成的能力不足于滿足自身的需要，需要從食物中攝取一部分，人們稱之為半必需氨基酸。11.3氨基酸的合成代謝必需——分解不可逆，缺乏碳骨架供給氨基酸的合成由糖代謝中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化而來。動(dòng)物蛋白質(zhì)氨基酸非必需氨基酸（10種）糖必需氨基酸（10種）酮體11.3.1氨基酸的合成途徑各種氨基酸的生物合成途徑各異，但其碳骨架的形成卻具有共性，主要來源于幾條代謝的中間產(chǎn)物，分為六類：①α-酮戊二酸衍生類型②草酰乙酸衍生類型③丙酮酸衍生類型④3-磷酸甘油酸衍生類型

⑤經(jīng)酵解及磷酸戊糖中間產(chǎn)物

⑥His有自己獨(dú)特的合成途徑，與其它氨基酸無關(guān)①α-酮戊二酸衍生類型：

Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈類、眼蟲）與AA分解進(jìn)入α-酮酸的途徑比較，少了一種AA，即His。由-酮戌二酸合成谷氨酸這一族氨基酸有Glu、Gln、Pro、Arg由-酮戌二酸合成谷氨酰胺谷氨酸激酶谷氨酸脫氫酶谷氨酰--半醛自動(dòng)環(huán)化二氫吡咯-5-羧酸還原酶由-酮戌二酸合成脯氨酸由α-酮戌二酸合成精氨酸Cit+氨甲酰磷酸②草酰乙酸衍生類型Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys（植物、細(xì)菌）經(jīng)TCA中間產(chǎn)物（α-酮戊二酸、草酰乙酸）可合成10種AA，即Glu、Gln、Pro、Arg、Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys。天冬氨酸生物合成天冬酰胺生物合成Asp+GlnAsn+Glu③丙酮酸衍生類型Ala、Val（Ile）、Leu④3-磷酸甘油酸衍生類型Ser、Gly、Cys

經(jīng)酵解中間產(chǎn)物（3-磷酸甘油酸、丙酮酸），可合成Ser、Cys、Gly、Ala、Val、Leu等6種AA。⑤經(jīng)酵解及磷酸戊糖中間產(chǎn)物（磷酸烯醇丙酮酸、4-磷酸赤蘚糖），可合成Phe、Tyr、Trp等3種芳香族AA⑥His有自己獨(dú)特的合成途徑，與其它氨基酸之間沒有關(guān)系氨基酸合成概貌His和芳香族絲氨酸族丙氨酸族天冬氨酸族谷氨酸族各種氨基酸的前體及相互關(guān)系11.3.2氨基酸代謝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(gè)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，還參與嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成－CH＝NH亞氨甲基H－CO－

甲?；瑿H2OH甲醇基－CH＝

次甲基－CH2－

亞甲基