二十六蛋白质降解和氨基酸分解代谢.ppt

氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢 尿素的形成尿素的形成 第第26章章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢蛋白质降解和氨基酸分解代谢 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解氨基酸碳链的氧化途径氨基酸碳链的氧化途径氨基酸碳链的氧化途径氨基酸碳链的氧化途径生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸和生酮氨基酸由氨基酸衍生的其它重要物质由氨基酸衍生的其它重要物质由氨基酸衍生的其它重要物质由氨基酸衍生的其它重要物质氨基酸缺乏症氨基酸缺乏症氨基酸缺乏症氨基酸缺乏症 食物蛋白经过消化吸收后，以氨基酸的形式通过血液循环食物蛋白经过消化吸收后，以氨基酸的形式通过血液循环运到全身的各组织。这种来源的氨基酸称为运到全身的各组织。这种来源的氨基酸称为外源性氨基酸外源性氨基酸。机体各组织蛋白质在蛋白酶的催化下，也不断地分解成为机体各组织蛋白质在蛋白酶的催化下，也不断地分解成为氨基酸；机体还能合成部分氨基酸氨基酸；机体还能合成部分氨基酸(非必需氨基酸非必需氨基酸)；这两种来源；这两种来源的氨基酸称为的氨基酸称为内源性氨基酸内源性氨基酸。外源性氨基酸和内源性氨基酸彼此之间没有区别，共同构外源性氨基酸和内源性氨基酸彼此之间没有区别，共同构成了机体的成了机体的氨基酸代谢库氨基酸代谢库(metabolic pool)metabolic pool)。一、一、蛋白质降解蛋白质降解(一一一一)外源性氨基酸和内源性氨基酸外源性氨基酸和内源性氨基酸外源性氨基酸和内源性氨基酸外源性氨基酸和内源性氨基酸（二）细胞内蛋白质降解的特性1 1、正常成年人的组织蛋白降解与合成处于动态平衡中。、正常成年人的组织蛋白降解与合成处于动态平衡中。2 2、细胞能选择性地降解非正常蛋白质。、细胞能选择性地降解非正常蛋白质。3 3、正常细胞内的蛋白质被降解的速度是由其个性所决定正常细胞内的蛋白质被降解的速度是由其个性所决定的的,也受营养及激素状态而有所不同也受营养及激素状态而有所不同。4 4、组织中的蛋白酶可把组织蛋白水解、组织中的蛋白酶可把组织蛋白水解,但这种水解是在严但这种水解是在严格的调控下进行的。格的调控下进行的。（三）蛋白质降解的反应机制（三）蛋白质降解的反应机制真核细胞蛋白质降解有多种机制，了解较清楚的是真核细胞蛋白质降解有多种机制，了解较清楚的是溶酶体溶酶体降解途径降解途径和和依赖于依赖于ATPATP的泛肽降解途径。的泛肽降解途径。1 1、溶酶体降解途径：溶酶体降解途径：溶酶体内含有溶酶体内含有5050多种水解酶类，均多种水解酶类，均为为酸性水解酶酸性水解酶，最适最适pH5.0pH5.0左右左右。溶酶体把要水解的物。溶酶体把要水解的物质吞噬到溶酶体内进行水解，溶酶体内的酶在细胞溶胶质吞噬到溶酶体内进行水解，溶酶体内的酶在细胞溶胶的的pHpH条件下，几乎是无活性的，一旦溶酶体的酶泄漏到条件下，几乎是无活性的，一旦溶酶体的酶泄漏到细胞溶胶中，对细胞基本无伤害。但如果溶酶体酶释放细胞溶胶中，对细胞基本无伤害。但如果溶酶体酶释放到细胞外，释放的酶会损伤周围的组织。到细胞外，释放的酶会损伤周围的组织。溶酶体能降解降解物质没有选择性。溶酶体能降解降解物质没有选择性。2 2、依赖于、依赖于ATPATP的泛肽降解的途径：的泛肽降解的途径：l泛肽是由泛肽是由7676个氨基酸残基组成的小分子蛋白质，高度保个氨基酸残基组成的小分子蛋白质，高度保守，广泛存在于真核细胞中，功能是作为无用蛋白质降守，广泛存在于真核细胞中，功能是作为无用蛋白质降解的标签。把将要被降解的蛋白质标记，然后降解，蛋解的标签。把将要被降解的蛋白质标记，然后降解，蛋白质被标记蛋白质过程白质被标记蛋白质过程,也是氨基酸活化过程，分三步也是氨基酸活化过程，分三步进行。进行。酸性食糜酸性食糜小肠小肠小肠分泌促胰液肽小肠分泌促胰液肽胰腺胰腺碳酸氢盐碳酸氢盐中和胃酸中和胃酸胰腺胰腺胰蛋白酶原胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原和羧肽酶原肠腺、胰凝乳蛋白酶原和羧肽酶原肠腺羧基肽酶和氨基肽酶羧基肽酶和氨基肽酶（四）哺乳动物对外源蛋白质的消化（四）哺乳动物对外源蛋白质的消化口腔口腔:无消化蛋白质功能无消化蛋白质功能胃壁细胞胃壁细胞HCI使球状蛋白质变性和松散使球状蛋白质变性和松散胃主细胞胃主细胞胃蛋白酶原胃蛋白酶原胃蛋白酶胃蛋白酶胃黏膜胃黏膜胃泌素胃泌素二、氨基酸分解代谢二、氨基酸分解代谢从氨基酸的结构上看，除了侧链从氨基酸的结构上看，除了侧链R R基团不同外，均有基团不同外，均有-氨基和氨基和-羧基。所以氨基酸在体内具有共同的分解代谢羧基。所以氨基酸在体内具有共同的分解代谢途径途径,就是脱氨基、脱羧基作用。就是脱氨基、脱羧基作用。氨基酸分解代谢的主要途径氨基酸分解代谢的主要途径 脱氨基作用脱氨基作用 脱羧基作用脱羧基作用（一）脱氨基作用（一）脱氨基作用l氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用l转氨基作用转氨基作用l联合脱氨基作用联合脱氨基作用l非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用1 1 1 1、氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用（1）概念：是指在酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时是指在酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时脱去氨基的过程。脱去氨基的过程。（2 2）催化此反应的酶有）催化此反应的酶有氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶和和氨基酸脱氨基酸脱H H酶酶.氨基酸氧化酶分为氨基酸氧化酶分为:L-:L-氨基酸氧化酶和氨基酸氧化酶和D-D-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶.氨基酸脱氨基酸脱H H酶酶,起主要作用的是起主要作用的是L-L-谷氨酸脱谷氨酸脱H H酶。酶。2 2 2 2、转氨基作用转氨基作用转氨基作用转氨基作用（1 1）概念：是指在转氨酶催化下，将）概念：是指在转氨酶催化下，将-氨基酸的氨基转氨基酸的氨基转给给-酮酸，生成相应的酮酸，生成相应的-酮酸和一种新的酮酸和一种新的-氨基酸。氨基酸。（2 2）体内绝大多数氨基酸通过转氨基作用脱氨。构成天）体内绝大多数氨基酸通过转氨基作用脱氨。构成天然蛋白质的然蛋白质的2020种种-氨基酸中，除赖氨酸、苏氨酸不参加氨基酸中，除赖氨酸、苏氨酸不参加转氨基作用，其余均可由特定的转氨基作用，其余均可由特定的转氨酶转氨酶催化参加转氨基作催化参加转氨基作用。用。3 3 3 3、联合脱氨基作用联合脱氨基作用联合脱氨基作用联合脱氨基作用联合脱氨基作用主要有两种反应途径：联合脱氨基作用主要有两种反应途径：（1 1）L L谷氨酸脱氢酶和转氨酶谷氨酸脱氢酶和转氨酶联合催化的脱氨基作用：联合催化的脱氨基作用：转转氨氨酶酶L-谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶（2 2）嘌呤核苷酸循环）嘌呤核苷酸循环(purine nucleotide cycle)(purine nucleotide cycle)：一种：一种氨基酸经过两次转氨作用可将氨基酸经过两次转氨作用可将-氨基转移至草酰乙酸生氨基转移至草酰乙酸生成天冬氨酸。天冬氨酸又可将此氨基转移给次黄嘌呤核苷成天冬氨酸。天冬氨酸又可将此氨基转移给次黄嘌呤核苷酸生成腺核苷酸，在骨骼肌中有丰富的腺苷酸脱氨酶，腺酸生成腺核苷酸，在骨骼肌中有丰富的腺苷酸脱氨酶，腺核苷酸在腺苷酸脱氨酶催化下加水、脱氨再生成次黄嘌呤核苷酸在腺苷酸脱氨酶催化下加水、脱氨再生成次黄嘌呤核苷酸核苷酸(IMP)(IMP)。GTP GDP4 4 4 4、非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用(nonoxidative deamination)可分为(1)还原脱氨基，在无氧条件下，由氢化酶催化(2)水解脱氨基，由水解酶催化(3)脱水脱氨基，由脱水酶催化(4)脱硫氢基脱氨基，由脱硫氢基酶催化(5)氧化还原脱氨基(6)直接脱氨基，由解氨酶催化某些氨基酸可以进行非氧化脱氨。脱水脱氨基如丝氨酸可在丝氨酸脱水酶的催化下生成氨和丝氨酸可在丝氨酸脱水酶的催化下生成氨和丙酮酸。丙酮酸。NH2CHRCOOCOOHRCH2NH2 +COCO2 2（二）脱羧基作用脱羧基作用概念：氨基酸可在氨基酸脱羧酶催化下进行脱羧基生成二概念：氨基酸可在氨基酸脱羧酶催化下进行脱羧基生成二氧化碳和一个伯胺的过程，除氧化碳和一个伯胺的过程，除组氨酸组氨酸外，所以脱羧酶的辅外，所以脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。脱羧酶专一性高，脱羧后生成的绝大多酶为磷酸吡哆醛。脱羧酶专一性高，脱羧后生成的绝大多数胺对动物有毒数胺对动物有毒,体内胺氧化酶能将胺氧化成醛和氨体内胺氧化酶能将胺氧化成醛和氨,醛再醛再氧化成脂酸氧化成脂酸.但有些胺具有重要的生理作用。但有些胺具有重要的生理作用。L-谷氨酸-氨基丁酸 天冬氨酸-丙氨酸 组氨酸组胺 酪氨酸酪胺L-L-色氨酸色氨酸 5-5-羟色胺羟色胺三、氨基酸分解产物的代谢氨基酸分解产物的代谢 氨的代谢氨的代谢 -酮酸的代谢酮酸的代谢 COCO2 2的代谢的代谢 胺：少数微量时有调节作用，多数有过量时有毒胺：少数微量时有调节作用，多数有过量时有毒下一页上一页THANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二17可编辑（一）氨的转运l肝外组织产生的氨向肝内转运有两种方式：一种是以肝外组织产生的氨向肝内转运有两种方式：一种是以谷谷氨氨酰胺酰胺的形式转运，另一种是以的形式转运，另一种是以丙氨酸丙氨酸的形式转运。的形式转运。（二）氨的排泄l不同动物排氨的方式不同：不同动物排氨的方式不同：l水生动物体直接排氨，水生动物体直接排氨，因为这类动物体内外的水供应都因为这类动物体内外的水供应都极充足，氨随水排出体外，氨可被大量水稀释不会发生极充足，氨随水排出体外，氨可被大量水稀释不会发生不良现象。也有部分氨转转变为三甲胺排出。不良现象。也有部分氨转转变为三甲胺排出。l鸟类和爬行类是排尿酸的，鸟类和爬行类是排尿酸的，因这类动物生活在较干燥缺因这类动物生活在较干燥缺水环境中，氨转变成溶解度较小的尿酸再排出体外。水环境中，氨转变成溶解度较小的尿酸再排出体外。l两栖类、人和哺乳类是排尿素的两栖类、人和哺乳类是排尿素的，两栖类生活环境不缺，两栖类生活环境不缺水，人和哺乳类虽环境缺水，但体内水不太缺，氨转变水，人和哺乳类虽环境缺水，但体内水不太缺，氨转变成溶解度较大的尿素排出体外。成溶解度较大的尿素排出体外。（三）氨的代谢转变（三）氨的代谢转变l合成尿素合成尿素l合成酰胺合成酰胺l合成嘧啶环合成嘧啶环l合成谷氨酸合成谷氨酸1 1、尿素合成尿素合成（1 1）尿素合成器官）尿素合成器官肝脏是尿素合成的主要器官，肾脏是尿素排泄的主要器官。肝脏是尿素合成的主要器官，肾脏是尿素排泄的主要器官。精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸可加速尿素的合成。精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸可加速尿素的合成。KrebsKrebs等人等人提出了鸟氨酸循环提出了鸟氨酸循环(ornithine cyclc)(ornithine cyclc)学说。其后由学说。其后由RatnerRatner和和CohenCohen详细论述了其各步反应。详细论述了其各步反应。（2 2）尿素合成途径）尿素合成途径氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成瓜氨酸的生成瓜氨酸的生成瓜氨酸的生成瓜氨酸的生成 精氨酸代琥珀酸的合成精氨酸代琥珀酸的合成精氨酸代琥珀酸的合成精氨酸代琥珀酸的合成精氨酸的生成精氨酸的生成精氨酸的生成精氨酸的生成尿素的生成尿素的生成尿素的生成尿素的生成 HCOOC HCOOCHOOCH HOOCH=生成生成1mol1mol尿素消耗的尿素消耗的3 3分子分子ATPATP，4 4个高能键；从体内清个高能键；从体内清除除2mol2mol氨和氨和1molCO1molCO2 2。其中一个氨基由。其中一个氨基由天冬氨酸提供。尿素循环的前尿素循环的前2 2个步骤，即氨甲酰磷酸和瓜氨酸的合成个步骤，即氨甲酰磷酸和瓜氨酸的合成是在线粒体中完成的，这样有利于将氨控制在线粒体中，是在线粒体中完成的，这样有利于将氨控制在线粒体中，防止扩散到血液中引起氨中毒。防止扩散到血液中引起氨中毒。（3 3）尿素合成小结）尿素合成小结尿素合成的总反应式尿素合成的总反应式：NH+4+CO2+天冬氨酸+2H2O3ATP2ADP+AMP+4Pi尿素尿素+延胡索酸延胡索酸尿素循环中生成的尿素循环中生成的延胡索酸将尿素循环和三羧酸循环联延胡索酸将尿素循环和三羧酸循环联系起来，延胡索酸也可系起来，延胡索酸也可生成苹果酸，再生成草酰乙酸，生成苹果酸，再生成草酰乙酸，草酰乙酸可进入三羧酸循环，也可再形成天冬氨酸进入草酰乙酸可进入三羧酸循环，也可再形成天冬氨酸进入尿素循环。将尿素循环与柠檬酸循环联系起来。尿素循环。将尿素循环与柠檬酸循环联系起来。尿素生成的主要器官是肝脏。在肝细胞的线粒体和细胞尿素生成的主要器官是肝脏。在肝细胞的线粒体和细胞溶胶中溶胶中.氨甲酰磷酸合成酶是尿素合成的关键酶氨甲酰磷酸合成酶是尿素合成的关键酶（4）尿素合成的调节食物蛋白的影响：高蛋白膳食或严重饥饿时合成尿素的食物蛋白的影响：高蛋白膳食或严重饥饿时合成尿素的速度加快，排除的尿素量增加，反之则少。速度加快，排除的尿素量增加，反之则少。氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶I(CPS-I)I(CPS-I)的活性调节：氨甲酰磷酸合的活性调节：氨甲酰磷酸合成酶成酶I(CPS-I)I(CPS-I)是一种别构酶是一种别构酶,N-N-乙酰谷氨酸（乙酰谷氨酸（AGA)AGA)是该是该酶的激活剂，酶的激活剂，N-N-乙酰谷氨酸是由谷氨酸和乙酰乙酰谷氨酸是由谷氨酸和乙酰CoACoA在在N-N-乙酰谷氨酸合成酶催化下合成的。精氨酸可激活乙酰谷氨酸合成酶催化下合成的。精氨酸可激活N-N-乙酰乙酰谷氨酸合成酶，所以，精氨酸和谷氨酸也是氨甲酰磷酸谷氨酸合成酶，所以，精氨酸和谷氨酸也是氨甲酰磷酸合成酶合成酶I I的激活剂。的激活剂。尿素循环中其他酶的活性由它们的底物所控制。尿素循环中其他酶的活性由它们的底物所控制。2 2、合成酰胺、合成酰胺l谷氨酸与氨在谷氨酸合成酶催化下合成谷氨酰胺；谷氨酸与氨在谷氨酸合成酶催化下合成谷氨酰胺；l天冬氨酸与氨在天冬氨酸合成酶催化下合成天冬酰胺天冬氨酸与氨在天冬氨酸合成酶催化下合成天冬酰胺COO-COO-CHCH CH2CH2 CH2CH2 COO-COO-HH3 3NN+NH+NH4 4+谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi+H+COO-COO-CHCH CH2CH2 CH2CH2 C=OC=OHH3 3NN NH23 3、氨用来合成嘧啶环、氨用来合成嘧啶环四、氨基酸碳骨架的分解代谢四、氨基酸碳骨架的分解代谢氨基酸脱氨后生成的氨基酸脱氨后生成的-酮酸可通过各自特有的代谢途径酮酸可通过各自特有的代谢途径最终转变为丙酮酸、乙酰最终转变为丙酮酸、乙酰CoACoA、乙酰乙酰、乙酰乙酰CoACoA、-酮戊二酮戊二酸、琥珀酸酸、琥珀酸CoACoA、延胡索酸和草酰乙酸，分别进入糖代谢、延胡索酸和草酰乙酸，分别进入糖代谢和脂代谢途径，将糖代谢、脂代谢和氨基酸代谢联系起来。和脂代谢途径，将糖代谢、脂代谢和氨基酸代谢联系起来。1、生糖氨基酸和生酮氨基酸l凡能在分解过程中转变为乙酰凡能在分解过程中转变为乙酰CoACoA和乙酰乙酰和乙酰乙酰CoACoA的氨基的氨基酸叫生酮氨基酸，因这两种物质在肝脏中能转变为酮体。酸叫生酮氨基酸，因这两种物质在肝脏中能转变为酮体。包括赖氨酸和亮氨酸。包括赖氨酸和亮氨酸。l生糖氨基酸：凡能在分解代谢中转变为丙酮酸、生糖氨基酸：凡能在分解代谢中转变为丙酮酸、-酮酮戊二酸、琥珀酸戊二酸、琥珀酸CoACoA、延胡索酸和草酰乙酸的氨基酸叫、延胡索酸和草酰乙酸的氨基酸叫生糖氨基酸。生糖氨基酸。l生糖兼生酮氨基酸：在体内既能转变为酮体也能转变为生糖兼生酮氨基酸：在体内既能转变为酮体也能转变为葡萄糖叫生糖兼生酮氨基酸，包括异亮氨酸、苯丙氨酸、葡萄糖叫生糖兼生酮氨基酸，包括异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。色氨酸和酪氨酸。l所以生酮和生糖氨基酸无严格界限。所以生酮和生糖氨基酸无严格界限。2、个别氨基酸的分解代谢（1 1）生成乙酰）生成乙酰CoACoA的氨基酸：丙氨酸、色氨酸、半胱氨酸、的氨基酸：丙氨酸、色氨酸、半胱氨酸、丝氨酸和甘氨酸丝氨酸和甘氨酸5 5种。有些生物，苏氨酸也能降解为丙种。有些生物，苏氨酸也能降解为丙酮酸再转变为乙酰酮酸再转变为乙酰CoACoA，在人类中，则降解为琥珀酰，在人类中，则降解为琥珀酰CoACoA（2 2）生成乙酰乙酰）生成乙酰乙酰CoACoA的氨基酸：色氨酸、赖氨酸、苯丙的氨基酸：色氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、异亮氨酸氨酸、酪氨酸、亮氨酸、异亮氨酸（3 3）生成）生成-酮戊二酸的氨基酸：脯氨酸、精氨酸、组氨酮戊二酸的氨基酸：脯氨酸、精氨酸、组氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺。酸、谷氨酸、谷氨酰胺。（4 4）生成琥珀酰）生成琥珀酰CoACoA的氨基酸：甲硫氨酸、异亮氨酸、缬的氨基酸：甲硫氨酸、异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸。氨酸和苏氨酸。（5 5）生成草酰乙酸的氨基酸：天冬氨酸和天冬酰胺）生成草酰乙酸的氨基酸：天冬氨酸和天冬酰胺l脊椎动物分解代谢主要在肝脏中进行脊椎动物分解代谢主要在肝脏中进行,肾中也比较活跃肾中也比较活跃.肌肉中氨基酸的分解代谢是很少的肌肉中氨基酸的分解代谢是很少的.经丙酮酸生成乙酰经丙酮酸生成乙酰CoACoA；经乙酰乙酰；经乙酰乙酰CoACoA再生成乙酰再生成乙酰CoACoA；经谷氨酸生成经谷氨酸生成-酮戊二酸；形成琥珀酰酮戊二酸；形成琥珀酰CoACoA；形成草酰乙酸；形成草酰乙酸下一页上一页THANK YOUSUCCESS2024/5/7 周二33可编辑