蛋白質(zhì)及氨基酸代謝

1、第十一章 蛋白質(zhì)及氨基酸代謝,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的降解,一、蛋白質(zhì)降解的特性,細胞可以有選擇的降解蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的存活期與其對細胞的代謝需求、營養(yǎng)狀態(tài)和激素的作用相關,二、蛋白質(zhì)降解的反應機制 真核細胞降解蛋白質(zhì)有兩種體系，溶酶體無選擇的降解蛋白質(zhì)，而泛肽給選擇降解蛋白質(zhì)加以標記，這一過程需要消耗ATP,有關的機制將在蛋白質(zhì)生物合成一章介紹,蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶體,20S蛋白酶體,ATP,19S調(diào)節(jié)亞基,去折疊,水解,E1：泛肽激活酶 E2：泛肽載體蛋白 E3：泛肽-蛋白質(zhì)連接酶,ub

2、iquitin,三、機體對外源蛋白質(zhì)的需要及消化作用 外源蛋白質(zhì)在哺乳動物的消化道被分解為氨基酸才能吸收，一個70kg的人每天大約有400g的蛋白質(zhì)周轉，其中約1/4被降解或轉變?yōu)槠咸烟?，需要外源蛋白質(zhì)補充，其余3/4在體內(nèi)再循環(huán)。 細胞內(nèi)不同的蛋白質(zhì)周轉速度差別很大,消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性,Phe.Tyr.Trp,Arg.Lys,脂肪族,胰凝乳蛋白酶,胃蛋白酶,彈性蛋白酶,羧肽酶,胰蛋白酶,氨肽酶,羧肽酶,Phe. Trp,氨基酸代謝庫,第二節(jié) 氨基酸的分解代謝,一、脫氨基作用,1、氧化脫氨基作用,氧化脫氨基作用,氨基酸在酶的催化下脫去氨基生成相應的-酮酸的過程稱為氧化脫氨基作用。主要有

3、以下兩種類型,氨基酸,氨基酸氧化酶（FAD、FMN,酮酸,R-CH-COO- NH+3,R-C-COO-+NH3 O,H2O+O2,H2O2,L-谷氨酸脫氫酶,谷氨酸+ H2O,酮戊二 酸+ NH3,NAD（P）,NAD（P）H,2、轉氨基作用,轉氨基作用,轉氨酶 （輔酶：磷酸吡哆醛,在轉氨酶的催化下， -氨基酸的氨基轉移到-酮酸的酮基碳原子上，結果原來的-氨基酸生成相應的-酮酸，而原來的-酮酸則形成了相應的-氨基酸，這種作用稱為轉氨基作用或氨基移換作用,轉氨酶,谷丙轉氨酶（GPT,谷草轉氨酶（GOP,轉氨酶的輔酶只有一種,磷酸吡哆醛,3、聯(lián)合脫氨基作用,1）概念,2）舉例,轉氨酶與L-谷氨酸

4、脫氫酶作用相偶聯(lián),轉氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián),轉氨酶,L-谷氨酸脫氫酶,H20+NAD,NH3+NADH,酮酸,氨基酸,酮戊二酸,L-谷氨酸,二、氨基酸的脫羧基作用,概念,氨基酸脫羧基生成的胺類有不少是生理活性物質(zhì)，如-氨基丁酸是重要的神經(jīng)遞質(zhì)，組胺有降血壓作用，酪胺有升血壓作用。過多的胺類有毒，可以被氧化成醛類和氨，醛類氧化成脂肪酸，氨生成尿素,三、氨基酸分解產(chǎn)物的排泄,高血氨癥與肝昏迷氨中毒,氨的代謝轉變,一）、氨的排泄方式,水生動物,直接排出,鳥類、爬行類,尿酸,人、哺乳類,尿素,二）、氨的轉運,A）丙氨酸-葡萄糖循環(huán) (alanine-glucose cycle)： 肌肉中的氨

5、基酸將氨基轉給丙酮酸生成丙氨酸，后者經(jīng)血液循環(huán)轉運至肝臟再脫氨基，生成的丙酮酸經(jīng)糖異生合成葡萄糖后再經(jīng)血液循環(huán)轉運至肌肉重新分解產(chǎn)生丙酮酸，通過這一循環(huán)反應過程即可將肌肉中氨基酸的氨基轉移到肝臟進行處理。這一循環(huán)反應過程就稱為丙氨酸-葡萄糖循環(huán),B）谷氨酰胺(glutamine)的運氨作用,肝外組織，如腦、骨骼肌、心肌在谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase)的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式將氨基經(jīng)血液循環(huán)帶到肝臟，再由谷氨酰胺酶將其分解， 產(chǎn)生的氨即可用于合成尿素。因此，谷氨酰胺對氨具有運輸、貯存和解毒作用,三）、尿素的生成 1、尿素循環(huán)的發(fā)現(xiàn) 1932年德國學者H

6、ans Krebs等發(fā)現(xiàn)在肝臟切片懸浮液中加入鳥氨酸，瓜氨酸和精氨酸可以促進尿素生成, 早就知道精氨酸可以分解生成鳥氨酸和尿素，尿素循環(huán)因此提出,NH3+CO2,NH3,尿素,鳥氨酸,瓜氨酸,精氨酸,從鳥氨酸合成瓜氨酸,從瓜氨酸合成精氨酸,精氨酸水解生成尿素和鳥氨酸,2、鳥氨酸循環(huán)（ornithine cycle)的主要反應過程為： 1氨基甲酰磷酸的合成： 此反應在線粒體中進行，由氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoyl phosphate synthetase - ,CPS-）催化，該酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作為變構激活劑，反應不可逆。 氨基甲酰磷酸合成酶(AGA，Mg2+) NH3 +

7、CO2 + H2O + 2ATP H2NCOOPO3H2 + 2ADP + Pi,2瓜氨酸的合成： 在線粒體內(nèi)進行，由鳥氨酸氨基甲酰轉移酶（ornithine carbamoyl trans-ferase,OCT）催化（該酶需生物素作輔基），將氨基甲?；D移到鳥氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。 OCT H2NCOOPO3H2 + H2N（CH2）3CH（NH2）COOH H2NCOHN（CH2）3CH（NH2）COOH + Pi,3精氨酸琥珀酸的合成： 轉運至胞液的瓜氨酸在精氨酸琥珀酸合成酶(argininosuccinate synthetase)催化下，消耗能量合成精氨酸琥珀酸。精氨酸琥珀酸合

8、成酶是尿素合成的關鍵酶。 H2NCOHN（CH2）3CH（NH2）COOH + HOOCCH2CH（NH2）COOH + ATP HOOCCHCH2COOH 精氨琥珀酸合成酶 N=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH +AMP+PPi+ H2O,4精氨酸琥珀酸的裂解： 在胞液中由精氨酸琥珀酸裂解酶(argininosuccinate lyase)催化，將精氨酸琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。 HOOCCHCH2COOH N=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH HN=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH+HOOCCH=CHCOOH,精氨酸琥珀酸裂解酶,

9、5精氨酸的水解： 在胞液中由精氨酸酶的催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鳥氨酸(ornithine)。鳥氨酸可再轉運入線粒體繼續(xù)進行循環(huán)反應。 精氨酸酶 HN=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH + H2O H2NCONH2 + H2N（CH2）3CH（NH2）COOH,鳥氨酸循環(huán),氨基酸,谷氨酸,谷氨酸,氨甲酰磷酸,鳥氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨琥珀酸,鳥氨酸,精氨酸,延胡索酸,草酰乙酸,氨基酸,谷氨酸,酮戊二酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,H2O,2ATP+CO2+NH3+H2O,2ADP+Pi,基質(zhì),線粒體,胞液,尿素,鳥氨酸,精氨酸琥珀酸,NH3 + CO2 +

10、 H2 O,線 粒 體,鳥 氨 酸 循 環(huán),每合成一分子尿素,共解除了2分子的氨毒,一分子來自于AA的脫氨基作用,另一分子來自于天冬氨酸,關鍵酶,精氨酸琥珀酸合成酶,鳥 氨 酸 循 環(huán),尿素循環(huán)的總結,1、總反應和過程,2、合成尿素的主要器官是肝臟，但在腎及腦中也可少量合成,3、尿素合成是經(jīng)稱為鳥氨酸循環(huán)的反應過程來完成的。催化這些反應的酶存在于胞液和線粒體中。 4、耗能過程：4ATP/urea 5、尿素分子中的兩個氮原子，一個來源于NH3，一個來源于天冬氨酸。 6、意義：是體內(nèi)解除氨毒的最主要方式,也是氨在體 內(nèi)的主要代謝去路,四）、酰胺的生成,五）、其它代謝途徑,四、 -酮酸的代謝轉變,再

11、合成 氨基酸,轉變成糖 和脂肪,氧化成CO2 和H2O,生糖、生酮氨基酸,生糖氨基酸(丙、天、谷等） 生糖兼生酮氨基酸（苯、等） 生酮氨基酸（亮、色等,草酰乙酸,磷酸烯醇式酸,酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰氨,丙酮酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,乙酰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,谷氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 組氨酸 脯氨酸,異亮氨酸 亮氨酸 纈氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸,異亮氨酸 甲硫氨酸 纈氨酸,葡萄糖,檸檬酸,第三節(jié) 氨基酸的合成代謝,必需氨基酸、非必需氨基酸,氨基酸的合成,還原氨 基化,轉氨基 作用,氨基酸之 間的轉化

12、,谷氨酰胺的生成和利用,NH2,H2O,ATP ADP+Pi,谷氨酰胺合成酶,Mg2,2H,谷氨酸合成酶,一碳單位的定義和化學結構： 一碳單位(one carbon unit)是指只含一個碳原子的有機基團，這些基團通常由其載體攜帶參加代謝反應。 常見的一碳單位有甲基（-CH3）、亞甲基或甲烯基（-CH2-）、次甲基或甲炔基（=CH-）、甲酰基（-CHO）、亞氨甲基（-CH=NH）、羥甲基（-CH2OH）等,一碳單位（one carbon unit)通常由其載體攜帶，常見的載體有四氫葉酸（FH4）和S-腺苷同型半胱氨酸，有時也可為VitB12。 常見的一碳單位的四氫葉酸衍生物有： 1N10-甲酰

13、四氫葉酸（N10-CHO FH4）。 2N5-亞氨甲基四氫葉酸（N5-CH=NH FH4）。 3N5,N10-亞甲基四氫葉酸 （N5,N10-CH2-FH4）。 4N5,N10-次甲基四氫葉酸 （N5,N10=CH-FH4）。 5N5-甲基四氫葉酸（N5-CH3 FH4,L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase) 及D-氨基酸氧化酶（D-amino acid oxidase)是一種需氧脫氫酶，以FAD或FMN為輔基，脫下的氫原子交給O2，生成H2O2。該酶活性不高，在各組織器官中分布局限，因此作用不大,L-谷氨酸脫氫酶(L-glutamate dehydro-genase)是一種不需氧脫氫酶，以NAD+或NADP+為輔酶，生成的NADH或NADPH可進入呼吸鏈進行氧化磷酸化。該酶活性高，分布廣泛，因而作用較大。該酶屬于變構酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活,丙氨酸氨基轉移酶（alanine trans-aminase,ALT），又稱為谷丙轉氨酶（GPT）。催化丙