生物化学第30章蛋白质降解和氨基酸的分解代谢教学材料.ppt

第30章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢(Protein degradation and amino acids catabolism)一、蛋白质的降解 二、氨基酸的分解代谢三、尿素的形成四、氨基酸碳骨架的氧化途径五、生糖氨基酸和生酮氨基酸六、由氨基酸衍生的其他重要物质七、氨基酸代谢缺陷症一、蛋白质的降解机体对外源蛋白质的消化吸收 高等动物摄入的蛋白质在消化道内被胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等降解，全部转变成氨基酸，被小肠吸收细胞内蛋白质降解的机构 蛋白质降解是限制在细胞内的特定区域的，一种是称为蛋白酶体的大分子结构，另一种是具有单层膜的溶酶体（细胞器） 溶酶体中含有约50种水解酶，它与吞噬泡及细胞内产生的一些自噬泡融合，然后将摄取的各种蛋白质全部降解，对被降解的蛋白质没有选择性 被降解的蛋白质在进入蛋白酶体降解之前，需要被泛肽标记泛肽 泛肽（ubiquitin）又名遍在蛋白质、泛素，它是一个由76个氨基酸残基组成的小蛋白质它通过其C端Gly的羧基与被降解的蛋白质的氨基共价结合，通常结合在Lys的氨基上，这是一个需要消耗ATP的反应这样给被降解的蛋白质作了一个标记，随后将靶蛋白质引入蛋白酶体中降解。

可有多个泛肽连接到靶蛋白上，形成多泛肽链，后面的每一个泛肽的C端羧基连接到前一个泛肽的Lys48的氨基上泛肽与靶蛋白的连接E1:泛肽活化酶E2:泛肽载体蛋白E3:泛肽蛋白质连接酶泛肽蛋白酶体 蛋白酶体是一个大的寡聚体结构，有一个中空的腔古细菌Thermoplasma acidophilum的蛋白酶体为20S、700kD的桶状结构，由两种不同的亚基和组成，它们缔合成7777四个堆积的环这个桶有15nm高，直径11nm，中间有一个可分为3个区域的空腔，蛋白质降解就发生在这个腔中两端的7环解折叠被降解的蛋白质，并将其送入中央的腔内，而亚基具有蛋白裂解活性蛋白酶体降解蛋白质的产物为79个氨基酸残基的寡肽二、氨基酸分解代谢 氨基酸是合成蛋白质和肽类物质的基本成分，可以氧化释放出能量，还可以转变成各种其他含氮物质 氨基酸的分解一般有三步：1.脱氨基；2.脱下的氨基排出体外，或转变成尿素或尿酸排 出体外；3.氨基酸脱氨后的碳骨架进入糖代谢途径彻底氧 化 碳骨架也可以进入其他代谢途径用于合成其他物质一）氨基酸的转氨作用转氨酶谷草转氨酶 -酮酸1 氨基酸2 氨基酸1 -酮酸2转氨反应机制 转氨酶以磷酸吡哆醛为辅基，从氨基酸上脱下的氨基先结合在磷酸吡哆醛上，氨基酸转变成酮酸，然后氨基转到另一个酮酸的碳上，产生新的氨基酸。

结合氨的反应是脱氨反应的逆反应转氨酶（aminotransferase) 催化转氨反应的酶很多，大多数转氨酶以酮戊二酸为氨基受体，而对氨基供体无严格要求 动物和高等植物的转氨酶一般只催化L-氨基酸的转氨，某些细菌中也有可以催化D-和L-两种构型氨基酸转氨的转氨酶 葡萄糖丙氨酸循环 在肌肉中有一组转氨酶，可把肌肉中糖酵解产生的丙酮酸当作氨基的受体形成的丙氨酸进入血液，运输到肝脏，在肝脏中再次转氨产生丙酮酸，丙酮酸可进入糖异生途径产生葡萄糖，再回到肌肉中 通过葡萄糖丙氨酸循环，将肌肉中的氨运输到了肝脏中肝脏中的氨可转变成尿素，从尿液中排出二）谷氨酸氧化脱氨作用 转氨作用产生了大量的谷氨酸，谷氨酸可以在谷氨酸脱氢酶的作用下发生氧化脱氨谷氨酸脱氢酶由6个亚基组成，存在于细胞溶胶中，它受GTP和ATP的别构抑制，受ADP的别构激活该酶既可以用NAD+也可以用NADP + 作为氧化剂谷氨酸的氧化脱氨反应谷氨酸-亚氨基戊二酸-酮戊二酸（三）其他氧化脱氨作用 L氨基酸氧化酶和D氨基酸氧化酶以FAD为辅基，催化L及D氨基酸的氧化脱氨反应产生的FADH2又被O2氧化氨基酸 + FAD + H2O 酮酸 + NH3 + FADH2FADH2 + O2 FAD + H2O2定义： 由两种（或两种以上）酶的联合催化时，氨基酸脱下-氨基产生游离氨的过程。

类型： 转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸 谷氨酸 -酮酸-酮戊二酸H2O+NAD+转氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶 * 此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式，也为体内合成非必需氨基酸的主要方式主要在肝、肾组织进行四）联合脱氨基作用嘌呤核苷酸循环：此种方式主要在肌肉组织进行苹果酸腺苷酸脱氢酶H2ONH3延胡索酸NNNNR-5-PNH2腺嘌呤核苷酸(AMP)NNNNHNHCCOOHCH2HOOCR-5-P 腺苷酸代琥珀酸NNNHNR-5-PO次黄嘌呤 核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥珀酸合成酶-酮戊 二酸氨基酸 谷氨酸-酮酸转氨酶1草酰乙酸天冬氨酸转氨酶 2（五）氨基酸的脱羧基作用 机体内部分氨基酸可进行脱羧反应，生成相应的一级胺催化脱羧反应的酶称为脱羧酶（decarboxylase），这类酶的辅基为磷酸吡哆醛 氨基酸 磷酸吡哆醛 醛亚胺 一级胺 磷酸吡哆醛（六）氨的命运 氨对生物机体是有毒物质，特别是高等动物的脑对氨极为敏感，血液中1%的氨就可引起中枢神经系统中毒，因此氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需的1.排氨动物：某些水生或海洋动物，如原生动物和线虫以及鱼类、水生两栖类等2.排尿酸动物：鸟类和陆生的爬行动物。

3.排尿素动物：绝大多数陆生动物氨、尿素及尿酸的结构氨 尿素尿酸氨的转运 氨的转运主要是通过谷氨酰胺的形式多数动物细胞中有谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase），它催化氨和谷氨酸反应生成谷氨酰胺，同时消耗1个ATPNH4+ + 谷氨酸 + ATP 谷氨酰胺 + ADP + Pi + H + 谷氨酰胺合成酶 谷氨酰胺由血液运送到肝脏，肝细胞的谷氨酰胺酶又将其分解为谷氨酸和氨谷氨酰胺的合成酶酶谷氨酰-5-磷酸三、尿素的形成 氨是通过尿素循环合成尿素的尿素循环是由发现柠檬酸循环的Krebs和他的学生Kurt Henseleitfa发现的，并且比发现柠檬酸循环还早5年 Krebs和他的学生观察到，往悬浮有肝脏切片的缓冲液中加入鸟氨酸、瓜氨酸或精氨酸中的任何一种时，都可以促使肝脏切片显著加快尿素的合成，而其他任何氨基酸或含氮化合物都没有这个作用他们研究了这3氨基酸的结构关系，提出了尿素循环途径Krebs和Henseleit最早提出的尿素循环尿素循环全图1.氨甲酰磷酸合成酶2.鸟氨酸转氨甲酰酶3.精氨琥珀酸合成酶4.精氨琥珀酸酶5.精氨酸酶尿素循环与柠檬酸循环的联系四、氨基酸碳骨架的氧化途径（一）形成乙酰CoA的途径1.经丙酮酸到乙酰CoA的途径经此途径降解的氨基酸有： 丙氨酸 丝氨酸 甘氨酸 半胱氨酸 苏氨酸ThrGlySer苏氨酸醛缩酶丝氨酸羟甲基转移酶甘氨酸苏氨酸丝氨酸Ser、Cys、Ala乙酰CoA半胱氨酸丙氨酸丝氨酸丝氨酸脱水酶乙酰CoA加氧 转氨 脱硫甘氨酸的主要分解代谢途径H3N - CH2 - COO + THF + NAD+ N 5, N 10 -甲烯THF + CO 2 + NH 4+ + NADH + H +苏氨酸的其他分解代谢途径苏氨酸脱水酶苏氨酸脱氢酶（一）形成乙酰CoA的途径2.经乙酰乙酰CoA到乙酰CoA的途径经此途径降解的氨基酸有： 苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸Lys、Trp、Phe、Tyr、Leu经乙酰乙酰CoA到乙酰CoA色氨酸苯丙氨酸亮氨酸赖氨酸酪氨酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA延胡索酸go单加氧酶（二）-酮戊二酸途径经此途径降解的氨基酸有： 精氨酸 组氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 谷氨酸Arg、His、Pro、Gln、Glu 酮戊二酸脯氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸谷氨酸酮戊二酸（三）形成琥珀酰CoA的途径经此途径降解的氨基酸有： 甲硫氨酸 异亮氨酸 缬氨酸Met、Ile、Val 琥珀酰CoA异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸琥珀酰CoA（四）形成延胡索酸途径back经此途径降解的氨基酸有： 苯丙氨酸 酪氨酸（五）形成草酰乙酸途径经此途径降解的氨基酸有： 天冬氨酸 天冬酰胺Asp、Asn 草酰乙酸天冬酰胺天冬氨酸草酰乙酸五、生糖氨基酸和生酮氨基酸 凡能形成丙酮酸、酮戊二酸、琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸称为生糖氨基酸（glucogenic amino acids）。

Arg、His、Pro、Gln、Glu、Met、Ile、Val、Asp、Asn ） 在分解过程中转变成乙酰乙酰CoA的氨基酸称为生酮氨基酸（ketogenic amino acids），因为乙酰乙酰CoA可以转变为 酮体Lys、Trp、Phe、Tyr、Leu ） 苯丙氨酸和酪氨酸既可生成酮体又可生成糖，称为生酮和生糖氨基酸 Phe、Tyr） 经丙酮生成乙酰CoA的氨基酸也是既可生酮也可生糖Ala、Gly、Ser、Thr、Cys） 六、由氨基酸衍生的其他重要物质见P332表30-2七、氨基酸代谢缺陷症苯丙酮尿症 苯丙酮尿症是一种先天性的苯丙氨酸代谢的缺陷，它有严重的影响患苯丙酮尿症的人不经治疗几乎总是在智力发育上严重迟滞这些病人的脑重量低于正常，他们的神经鞘化不完全，而且他们的反射过分活跃未经治疗的苯丙酮尿症患者的估计寿命很短，一半在二十岁以前死亡，四分之三在三十岁数以前死亡苯丙酮尿症的病因 苯丙酮尿症是由于没有或缺少苯丙氨酸羟化酶而引起的，或者更少见是由于缺少四氢生物喋呤辅助因子而引起的苯丙氨酸不能转变成酪氨酸因而所有体液中均积累苯丙氨酸在正常人体内微不足道的一些苯丙氨酸的变化在苯丙酮尿症患者体内变得很突出。

这些变化中最明显的是苯丙氨酸发生转氨作用形成苯丙酮酸苯丙酮尿症患者的治疗 苯丙酮尿症患者初生时看起来是正常的，但若不经治疗，到一周岁以前就会有严重的缺陷苯丙酮尿症的疗法就是低苯丙氨酸饮食其目的是只提供刚好满足生长和代谢所需要的苯丙氨酸将原来苯丙氨酸含量低的蛋白质，如奶中的酪蛋白进行水解，并用吸附法除去苯丙氨酸苯丙酮尿症患者的治疗 必须在出生后不久就开始用低苯丙氨酸的饮食一防止对脑的不可逆的损害在一项研究中，出生后数周内就治疗的苯丙酮尿症患者的平均智商为93,而在一岁时开始治疗的患者平均智商为53 通过大规模的普查发现，出现苯丙酮尿的频率大约是0.5/万新生儿这种病是常染色体隐性遗传的。