第30章蛋白質(zhì)和氨基酸的降解課件

第30章蛋白質(zhì)的降解和氨基酸的分解代謝第30章蛋白質(zhì)的降解和氨基酸的分解代謝1主要內(nèi)容蛋白質(zhì)的降解氨基酸的分解代謝尿素循環(huán)氨基酸碳骨架的氧化途徑生糖氨基酸和生酮氨基酸由氨基酸衍生的其它重要物質(zhì)主要內(nèi)容蛋白質(zhì)的降解2一、蛋白質(zhì)的降解Degradationofprotein細(xì)胞不斷地從氨基酸合成蛋白質(zhì)，又不斷地把蛋白質(zhì)降解成氨基酸，其意義在于：一是排除不正常的蛋白質(zhì)；二是通過(guò)排除累積過(guò)多的酶和調(diào)節(jié)蛋白使細(xì)胞代謝井然有序得以維持。外源蛋白質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)必需先經(jīng)過(guò)水解成氨基酸后才被吸收利用。主要的消化酶有：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶、羧肽酶（A和B）、氨肽酶等。一、蛋白質(zhì)的降解Degradationofpro3二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid-氨基酸的功能除了是蛋白質(zhì)的組成單位外，還是能量代謝的物質(zhì)，又是許多生物體內(nèi)重要含氮化合物的前體。氨基酸的分解一般有三步：1、脫氨基，脫下的氨或轉(zhuǎn)化為氨或轉(zhuǎn)化為Asp/Glu；2、氨與Asp的氮原子結(jié)合，生成尿素而排出；3、脫氨后產(chǎn)生的酮酸轉(zhuǎn)化為一般的中間代謝物。二、氨基酸的分解代謝Degradationofami4二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid1、氨基酸的脫氨基作用絕大多數(shù)氨基酸的脫氨基是出自轉(zhuǎn)氨基作用。氨基轉(zhuǎn)移酶為了攜帶氨基，需要有吡哆醛-5‘-磷酸（PLP）參與反應(yīng)，當(dāng)PLP轉(zhuǎn)化為吡哆胺-5‘-磷酸時(shí)，即接受了一個(gè)氨基。實(shí)際上PLP以共價(jià)鍵與酶相連，即醛基與E上的Lys的

-NH2結(jié)合成希夫堿（亞氨型）。二、氨基酸的分解代謝Degradationofami5二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid1、氨基酸的脫氨基作用二、氨基酸的分解代謝Degradationofami6二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid1、氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)機(jī)制Step1:a-aminogroupofsubstrateaadisplacesthee-aminogroupoftheactivesiteLys,forminganewSchiffbaselinkage；Thepyridoxalphosphate-aminoacidSchiffbaseremainsboundtotheenzymebynon-covalentInteractions.二、氨基酸的分解代謝Degradationofami7二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid1、氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)機(jī)制Step2:-Rearrangementoccurs,andthedoublebondshiftstoapositionbetweentheNoftheaminoacid’sa-aminogroupandtheaa’sCa.-Rearranged“ketamine”ishydrolyzedtoana-ketoacidandpyridoxaminephosphate.-Asecond

a-ketoacid(ie.a-ketoglutarate)reactswiththeenzyme-pyridoxaminephosphatecomplex….-Reaction“pathway”proceedsinreverse………….“ketamine”REARRANGEMENTCOO-ICH2ICH2IC-COO-IIOSchiffbaseofPLPandaasubstrate二、氨基酸的分解代謝Degradationofami8二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid1、氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)機(jī)制“ketamine”REARRANGEMENTR2IC-COO-IIR2IH-C-COO-IH2OCOO-ICH2ICH2IC-COO-IIO2nda-KETOACIDeg.a-ketoglutarateR2IH-C-COO-ICOO-ICH2ICH2IC-COO-I

NH22ndAMINOACIDeg.GLUTAMATE-Reaction“pathway”proceedsinreverse,producingglutamateandregeneratingthecovalentenzyme

pyridoxalphosphatecomplex.在大部分情況下，能作為氨基轉(zhuǎn)移酶底物的僅為-

酮戌二酸或草酰乙酸，因此只可能生成谷氨酸和天冬氨酸。二、氨基酸的分解代謝Degradationofami9二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid1、氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用——葡萄糖-丙氨酸循環(huán)與前述以酮戌二酸和草酰乙酸作為轉(zhuǎn)氨酶底物不同的是，有一組肌肉氨基轉(zhuǎn)移酶，可把丙酮酸當(dāng)作其-酮酸的底物，生成丙氨酸。丙氨酸進(jìn)入血液運(yùn)送到肝臟，在肝臟中經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成丙酮酸，又可用于葡萄糖的異生作用，這樣形成的葡萄糖又回到肌肉中，以糖酵解方式降解為丙酮酸。此稱為葡萄糖-丙氨酸循環(huán)。二、氨基酸的分解代謝Degradationofami10二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid2、氧化脫氨基作用：谷氨酸脫氫酶雖然大部分的脫氨基作用出自于轉(zhuǎn)氨基作用，但也有谷氨酸的“氧化脫氨基作用”，它是在谷氨酸脫氫酶催化下生成

-酮戌二酸和氨。谷氨酸脫氫酶既可以把NAD+也可將NADP+作為其氧化還原輔酶。它是一變構(gòu)調(diào)節(jié)酶，受GTP、ATP的抑制，ADP激活。二、氨基酸的分解代謝Degradationofami11二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid2、氧化脫氨基作用：谷氨酸脫氫酶CitricacidcycleGlucosesynthesis

COO-

IH2N+=C-H

I

CH2ICH2ICOO-HYDRIDEIMINOINTERMEDIATEH2O-亞氨基戌二酸二、氨基酸的分解代謝Degradationofami12二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid3、其它的脫氨基作用L-氨基酸氧化酶及D-氨基酸氧化酶是二個(gè)非專一性的氨基酸氧化酶，它們把FAD作為輔酶，催化L-及D-氨基酸的氧化，產(chǎn)生的FADH2又被O2再氧化。氨基酸+FAD+H2O酮酸+NH3+FADH2FADH2+O2FAD+H2O2二、氨基酸的分解代謝Degradationofami13二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid4、聯(lián)合脫氨基作用轉(zhuǎn)氨酶谷氨酸脫氫酶聯(lián)合脫氨基作用之一二、氨基酸的分解代謝Degradationofami14二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid4、聯(lián)合脫氨基作用聯(lián)合脫氨基作用之二Asp草酰乙酸蘋果酸次黃嘌呤核苷酸IMP腺苷酸代琥珀酸延胡索酸腺苷酸AMPNH3H2O催化谷氨酸與草酰乙酸轉(zhuǎn)氨基作用生成Asp的酶是谷氨酸-草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶，簡(jiǎn)稱谷草轉(zhuǎn)氨酶。二、氨基酸的分解代謝Degradationofami15二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid5、氨基酸的脫羧基作用機(jī)體內(nèi)部分氨基酸可進(jìn)行脫羧基作用而生成相應(yīng)的一級(jí)胺。催化該反應(yīng)的酶為脫羧酶，這類酶的輔酶多為磷酸吡哆醛。a-aminoacidPLPH2O醛亞胺CO2H2O氨基酸脫羧酶專一性很高，一般是一種氨基酸一種脫羧酶，而且只對(duì)L-氨基酸起作用。谷氨酸脫羧生成重要的神經(jīng)遞質(zhì)——GABA二、氨基酸的分解代謝Degradationofami16二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid6、氨的命運(yùn)氨基酸通過(guò)脫氨基作用后將氨基氮轉(zhuǎn)化為氨，而氨對(duì)生物機(jī)體是有毒物質(zhì)，必需排泄出。NH4++

-酮戌二酸+NADPH+H+Glu+NADP++H2O此反應(yīng)：一方面大量消耗了

-酮戌二酸，從而破壞了檸檬酸循環(huán)的進(jìn)行；另一方面對(duì)NADPH的大量消耗，嚴(yán)重影響了需要還原力（NADPH+H+）反應(yīng)的正常進(jìn)行。二、氨基酸的分解代謝Degradationofami17二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid6、氨的命運(yùn)氨基酸通過(guò)脫氨基作用后將氨基氮轉(zhuǎn)化為氨，而氨對(duì)生物機(jī)體是有毒物質(zhì)，必需排泄出。氨的排泄有三種：（I）直接以氨的形式排泄，如水生或海洋動(dòng)物；（II）將氨轉(zhuǎn)化為尿素排泄，如大部分動(dòng)物均如此；（III）將氨轉(zhuǎn)化為固體的尿酸排泄，如鳥類和陸生的爬蟲類。氨在生物體內(nèi)的運(yùn)輸形式通常是谷氨酰胺，因?yàn)樗鼘?duì)生物機(jī)體是無(wú)毒的。二、氨基酸的分解代謝Degradationofami18二、氨基酸的分解代謝Degradationofaminoacid6、氨的命運(yùn)——氨的轉(zhuǎn)運(yùn)谷氨酸谷氨酰-5-磷酸谷氨酰胺ATPADPNH4+Pi+H+E:谷氨酰胺合成酶二、氨基酸的分解代謝Degradationofami19三、尿素循環(huán)UreaCycle尿素循環(huán)部分發(fā)生在線粒體，部分發(fā)生在細(xì)胞溶膠Glu三、尿素循環(huán)20三、尿素循環(huán)UreaCycle1、氨甲酰磷酸合成酶123該反應(yīng)發(fā)生在線粒體中；反應(yīng)基本是不可逆的，因此是尿素循環(huán)的限速反應(yīng)。反應(yīng)形成的氨甲酰磷酸中的氨即是尿素循環(huán)終產(chǎn)物尿素的一個(gè)氮的來(lái)源。反應(yīng)機(jī)理:①HCO3-接受ATP而活化，形成羰基磷酸；②氨對(duì)羰基磷酸進(jìn)攻形成氨基甲酸酯；③受第2個(gè)ATP作用，發(fā)生磷酸化，形成氨甲酰磷酸和ADP。三、尿素循環(huán)21三、尿素循環(huán)UreaCycle2、鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶該反應(yīng)發(fā)生在線粒體中；但是鳥氨酸產(chǎn)生于細(xì)胞溶膠，因此它必需通過(guò)特異運(yùn)送體系進(jìn)入線粒體。催化該反應(yīng)的酶是鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，生成瓜氨酸。反應(yīng)不需要ATP的消耗。三、尿素循環(huán)22三、尿素循環(huán)UreaCycle3、精氨琥珀酸合成酶該反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞溶膠中；催化瓜氨酸與天冬氨酸合成精氨琥珀酸。反應(yīng)形成的中是產(chǎn)物是瓜氨酸-AMP。反應(yīng)消耗1分子ATP的二個(gè)高能磷酸鍵。三、尿素循環(huán)23三、尿素循環(huán)UreaCycle4、精氨琥珀酸酶該反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞溶膠中；催化精氨琥珀酸裂解，形成精氨酸和延胡索酸。反應(yīng)生成的延胡索酸進(jìn)入TCA循環(huán)。TCA中草酰乙酸可通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用形成天冬氨酸而進(jìn)入尿素循環(huán)。三、尿素循環(huán)24三、尿素循環(huán)UreaCycle5、精氨酸酶該反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞溶膠中；催化精氨酸裂解，形成鳥氨酸和尿素。生成的鳥氨酸經(jīng)特異運(yùn)輸體系進(jìn)入線粒而又回到循環(huán)中去。到此，循環(huán)一次結(jié)束。整個(gè)循環(huán)，消耗4個(gè)高能磷酸鍵。三、尿素循環(huán)25三、尿素循環(huán)UreaCycle尿素循環(huán)與TCA的聯(lián)系三、尿素循環(huán)26三、尿素循環(huán)UreaCycle6、尿素循環(huán)的調(diào)節(jié)

氨甲酰磷酸合成酶I受N-乙酰谷氨酸變構(gòu)激活，尿素循環(huán)中其它酶則由其底物控制。Accumulateswhenureacyleslowsdown!三、尿素循環(huán)27四、氨基酸碳骨架的氧化途徑20種氨基酸碳骨架進(jìn)入TCA的途徑通過(guò)五種物質(zhì)進(jìn)入TCA四、氨基酸碳骨架的氧化途徑20種氨基酸碳骨架通過(guò)五種物質(zhì)進(jìn)28四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑氨基酸形成成乙酰CoA有三條途徑：其一是經(jīng)丙酮酸形成，如Ala、Gly、Thr、Ser、Cys；其二是經(jīng)乙酰乙酰CoA途徑，如Phe、Tyr、Leu、Trp、Lys；其三是直接形成乙酰CoA，如Ile、Met、Val。（1）經(jīng)丙酮酸生成乙酰CoAAla:經(jīng)與

-酮戌二酸轉(zhuǎn)氨基作用，生成丙酮酸。Gly：

先轉(zhuǎn)變成Ser，再由Ser轉(zhuǎn)化成丙酮酸。四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑29四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑（1）經(jīng)丙酮酸生成乙酰CoAGly：

先轉(zhuǎn)變成Ser，再由Ser轉(zhuǎn)化成丙酮酸。甘氨酸+N5,N10-甲烯基四氫葉酸L-絲氨酸+四氫葉酸絲氨酸轉(zhuǎn)羥甲基酶H3N+-CH2-COO-+THF+NAD+N5,N10-甲烯THF+CO2+NH4++NADH+H+Gly作為C1單位提供者四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑甘氨酸30四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑（1）經(jīng)丙酮酸生成乙酰CoASer：Ser經(jīng)脫水、脫氨生成丙酮酸。催化反應(yīng)的酶為絲氨酸脫水酶，它PLP（磷酸吡哆醛）為輔基。四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑31四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑（1）經(jīng)丙酮酸生成乙酰CoAThr：由蘇氨酸醛縮酶催化其裂解成甘氨酸和乙醛，后者氧化成乙酸，乙酸繼續(xù)氧化成乙酰CoA。Cys:

Cys二加氧酶半胱氨酸硫酸轉(zhuǎn)氨

-亞磺酰丙酮酸脫硫丙酮酸四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑Cys32四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑（2）經(jīng)乙酰乙酰CoA生成乙酰CoAPhe：在分解代謝中先轉(zhuǎn)變成Tyr，然而進(jìn)入Tyr的分解代謝。O2+四氫生物蝶呤四氫生物蝶呤H2ONADPHNADP+苯丙氨酸-4-單加氧酶PheTyr四、氨基酸碳骨架的氧化途徑1、形成乙酰CoA的途徑O2+33四、氨基酸碳骨架的氧化途徑LysTrp

-酮己二酸PheTyr乙酰乙酸乙酰乙酰CoA乙酰CoALeuAcetylCoA延胡索酸四、氨基酸碳骨架的氧化途徑LysTrp-酮己二酸Phe34四、氨基酸碳骨架的氧化途徑2、形成

-酮戌二酸的途徑Arg谷氨酸-

-半醛ProGlua-KetoglutamateGlnHisTCAcycle四、氨基酸碳骨架的氧化途徑2、形成-酮戌二酸的途徑Ar35四、氨基酸碳骨架的氧化途徑3、形成琥珀酰-CoA的途徑Succinyl-CoATCAcycle甲基丙二酰CoA丙酰CoAMetIleValL-methymalonyl-CoAL-methymalonyl-CoAmutase四、氨基酸碳骨架的氧化途徑3、形成琥珀酰-CoA的途徑S36四、氨基酸碳骨架的氧化途徑4、形成延胡索酸途徑主要是Phe和Tyr。PheTyr乙酰乙酸延胡索酸TCAcycle四、氨基酸碳骨架的氧化途徑4、形成延胡索酸途徑PheTy37四、氨基酸碳骨架的氧化途徑5、形成草酰乙酸途徑主要是Ａsp和Asn。AsnAspOxaloacetate谷草轉(zhuǎn)氨酶

－酮戌二酸谷氨酸TCACycle四、氨基酸碳骨架的氧化途徑5、形成草酰乙酸途徑AsnAs38