復(fù)旦大學(xué)生物化學(xué)代謝部分課件-蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝1

1、蛋白質(zhì)降解和氨基酸代謝Protein Degradation and Metabolism of Amino Acids一氮循環(huán)及生物固氮二蛋白質(zhì)降解三脫氨基作用四轉(zhuǎn)氨基作用五聯(lián)合脫氨作用六脫羧作用七氨的去路尿素循環(huán) 八. 個(gè)別氨基酸代謝 蛋白質(zhì)的需要量(一)氮平衡 蛋白質(zhì)的平均含氮量為16%，食物中含氮物絕大部分為蛋白質(zhì)，因此，測(cè)定食物中的含氮量、以及測(cè)定尿與糞中的含氮量可以反映人體蛋白質(zhì)的代謝概況。 1.氮的總平衡 攝入氮=排出氮, 收支平衡 反映正常成人的蛋白質(zhì)代謝情況。 2.氮的正平衡 攝入氮 排出氮 反應(yīng)兒童，孕婦及恢復(fù)期病人的代謝情況。 3.氮的負(fù)平衡 攝入氮排出氮反映饑餓或消耗性

2、疾病患者。(二)生理需要量 中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量是為80 g。(三)蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 必需氨基酸：體內(nèi)需要但自身又不能合成，必須由食物供應(yīng)的氨基酸。 8種必需氨基酸：甲硫氨酸、色氨酸、賴氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和蘇氨酸（假設(shè)來寫一兩本書）。蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值1. 必需氨基酸的種類和數(shù)量2. 必需氨基酸的比例食物蛋白組織蛋白酶、蛋白質(zhì)、激素等氨基酸庫(kù)過剩的氨基酸轉(zhuǎn)氨作用脫氨作用合成新肽、蛋白質(zhì)等非蛋白質(zhì)含氮化合物嘌呤、嘧啶、膽堿、肌酸、煙酰胺、卟啉、腎上腺素、甲狀腺素、膽汁鹽、黑色素等。-酮酸糖或酮體TCAATPH2O + CO2氨的來源及去路尿氨基酸糖或脂氨尿素哺

3、乳動(dòng)物氨基酸分解總圖蛋白質(zhì)的消化 食物蛋白胃，pepsin作用為小肽小腸，腸trypsin、chymotrypsin作用，變?yōu)楦《屉?，腸粘膜的dipeptidase、aminopeptidase和胰臟分泌的carboxypeptidase徹底水解為各種AA腸壁細(xì)胞肝臟血液組織、細(xì)胞。 消化系統(tǒng)及蛋白酶的分泌幾種常見的蛋白水解酶酶 位點(diǎn)（或底物） 胰蛋白酶(Trypsin） Lys, Arg的羧基端胰凝乳(糜)蛋白酶 Phe, Trp, Tyr 的羧基端 (Chymotrypsin)胃蛋白酶(Pepsin) Phe, Trp ,Tyr的氨基端氨肽酶(aminopeptidase) 肽的氨基端羧

4、肽酶(carboxypeptidase) 肽的羧基端二肽酶(dipeptidase) 二肽彈性蛋白酶(elastase) 各種脂肪族AA形成的肽腸激酶(Enterokinase)對(duì)胰酶的激活胰蛋白酶原(trypsinogen )胰蛋白酶(trypsin)腸激酶糜蛋白酶原糜蛋白酶羧肽酶原A和B羧肽酶A和B彈性蛋白酶原彈性蛋白酶 胰腺最初分泌出來的各種蛋白酶和肽酶均以無活性的酶原形式存在，胰液中還存在胰蛋白酶抑制劑，能保護(hù)胰組織免受蛋白酶的自身消化作用。 小腸粘膜細(xì)胞對(duì)蛋白質(zhì)的消化作用胃液：胰液中蛋白酶水解蛋白質(zhì)產(chǎn)物：1/3氨基酸，2/3寡肽 小腸粘膜細(xì)胞的刷狀象及泡液中存在寡肽酶，把寡肽水解成氨

5、基酸。多肽的吸收機(jī)制過去認(rèn)為，蛋白質(zhì)經(jīng)消化道酶促水解后，主要以氨基酸的形式吸收。近年的研究結(jié)果表明，人體吸收蛋白質(zhì)的主要形式不是以氨基酸的形式吸收的，而是以多肽的形式吸收的，這是人體吸收蛋白質(zhì)機(jī)制的重大突破。科學(xué)試驗(yàn)證明，多肽的吸收機(jī)制具有十大特點(diǎn)：多肽吸收機(jī)制的特點(diǎn)不需消化，直接吸收吸收快速吸收時(shí)，多肽體不會(huì)被破壞多肽具有100%被人體吸收的特點(diǎn)多肽具有主動(dòng)吸收的特點(diǎn)多肽具有優(yōu)先被人體吸收的特點(diǎn)人體對(duì)多肽的吸收不需耗費(fèi)能量和增加消化道，特別是胃腸功能負(fù)擔(dān)的特點(diǎn)多肽在人體表現(xiàn)出載體作用多肽可在人體起運(yùn)輸工具的作用多肽被人體吸收后，可在人體中起信使作用體腔（腹腔）疾?。ㄈ槊訛a，Celiac di

6、sease） 消化酶不能分解小麥面粉中的水不溶性蛋白（麥角蛋白，醇溶朊或麩朊，gliadin），先天免疫性障礙造成對(duì)小腸黏膜的炎癥和萎縮，對(duì)腸襯細(xì)胞產(chǎn)生不利作用，引起體腔（腹腔）疾病。 急性胰腺炎（Acute Pancteatitis） 胰液分泌到腸內(nèi)的分泌途徑障礙，蛋白水解酶酶原預(yù)先成熟轉(zhuǎn)變?yōu)榇呋幕钚孕问?，這些活性水解酶在胰腺細(xì)胞內(nèi)攻擊自身組織，損傷器官。嚴(yán)重時(shí)可致命，死亡率為20%，有并發(fā)癥者可達(dá)50%。食物蛋白過敏有時(shí)體內(nèi)蛋白酶受抑制或缺失，少量蛋白可直接被吸收進(jìn)入血液，導(dǎo)致食物蛋白過敏。 蛋白質(zhì)的腐敗 I腸道細(xì)菌對(duì)未被消化的蛋白質(zhì)及蛋白質(zhì)的消化產(chǎn)物起的作用稱為腐敗作用。（一）胺類的生

7、成 細(xì)菌蛋白酶 脫羧基蛋白質(zhì) 氨基酸 胺類 脫羧基 組氨酸 組胺 脫羧基 賴氨酸 尸胺 脫羧基 色氨酸 色胺 脫羧基 酪氨酸 酪胺 脫羧基 笨丙氨酸 苯乙胺 蛋白質(zhì)的腐敗 II(二)氨的生成腸道氨的兩個(gè)來源1.未被吸收的氨基酸在腸道細(xì)菌作用下脫氨基生成.2.血液中尿素深入腸道,受腸菌尿素酶的水解生成氨可被吸收入血液,降低腸道pH,可減少氨的吸收。(三)其它有害物質(zhì)生成腐敗作用還可產(chǎn)生其它有害物質(zhì)。如:苯酚、吲哚、甲基吲哚、硫化氫，大部分有害物質(zhì)隨糞便排出，只有小部分被吸收經(jīng)肝代謝解毒，正常情況下不會(huì)發(fā)生中毒現(xiàn)象。脫氨（基）作用（Deamination） 氨基酸失去氨基的作用，包括：氧化脫氨，動(dòng)

8、、植物中普遍存在；非氧化脫氨，微生物中，不普遍。氨基酸的脫氨基作用由氨基酸氧化酶催化。動(dòng)物的脫氨主要發(fā)生在肝臟中。 脫氨（基）作用 AA oxidase 2 AA + O22 Ketoacid + 2 NH3氧化脫氨氨基酸的氧化脫氨由氨基酸氧化酶催化，酶是一種黃素蛋白:1L-aa oxidase，分布不廣、活力低，一類以FAD為輔基、另一類以FMN為輔基（人和動(dòng)物）。對(duì)Gly; L-Ser, L-Thr; L-Glu, L-Asp; Lys, Arg, Ornithine（鳥氨酸）無作用。2D-aa oxidase，以FAD為輔基，分布廣，但作用不大。3氧化專一aa的酶。氧化專一氨基酸的酶Gl

9、y Oxidase：Gly+1/2O2Glyoxylate+NH3Asp Oxidase：Asp+1/2O2Oxaloacetate+NH3L-谷氨酸脫氫酶L-Glu Dehydrogenase L-Glu dHE L-Glu+NAD(P)+ -ketoglutarate+NH3+NAD(P)H+H+味精生產(chǎn)發(fā)酵菌的L-Glu dHE活力非常高，利用糖代謝的中間產(chǎn)物-ketoglutarate發(fā)酵生產(chǎn)味精，NADPH來自于異檸檬酸脫氫。 L-Glu dHEL-Glu dHE的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)氨(基)作用（Transamination）Transaminase催化，一個(gè)L-aa的-NH2轉(zhuǎn)移到一個(gè)-酮酸上

10、使之變成相應(yīng)的-aa，自身轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)應(yīng)的-酮酸。酶均以磷酸吡哆醛為輔基。Lys, Arg, Thr, Pro不能通過轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨。 GPT Glu + Py Ala + -ketoglutaric acid GOT Glu + oxaloacetate Asp+-ketoglutaric acid 轉(zhuǎn)氨作用（Transamination)轉(zhuǎn)氨基作用L-Glu dHE磷酸吡哆醛參與氨基向酮基的轉(zhuǎn)移 所有的氨基轉(zhuǎn)移酶都是一個(gè)共同的輔基和作用機(jī)理，輔基是磷酸吡哆醛PLP。PLP作為轉(zhuǎn)氨酶活性位點(diǎn)的氨基中間載體起作用，在磷酸吡哆醛的受氨形式與磷酸吡哆胺的供氨形式間進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)換。PLP通常共價(jià)結(jié)合到酶的活

11、性位點(diǎn)（與酶的Lys的-氨基結(jié)合）。 PLP參與氨基酸、和碳原子的多種反應(yīng)，碳原子上的反應(yīng)包括轉(zhuǎn)氨作用、脫羧作用及外消旋作用，PLP在這些反應(yīng)中承擔(dān)同樣的作用。與碳原子連接的一個(gè)鍵被打斷， 碳上保留一個(gè)氫或一個(gè)羧基、一個(gè)自由電子對(duì)。這種負(fù)碳離子中間物極不穩(wěn)定，PLP通過提供一個(gè)高度結(jié)合的結(jié)合來起穩(wěn)定作用并允許負(fù)電荷離開。維生素B6PLP，氨基酸轉(zhuǎn)氨酶的輔基PLP，與天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶二聚體酶的一個(gè)或兩個(gè)活性位點(diǎn)結(jié)合PLP活性位點(diǎn)特寫：PLP紅色（帶有黃色的磷酸）與酶的Lys258 （紫色）以酰胺鍵相連另一個(gè)活性位點(diǎn)特寫：PLP與底物類似物2-甲基天冬氨酸（綠色）通過Schiff base相連。

12、轉(zhuǎn)氨作用反應(yīng)機(jī)理醛亞胺類醌中間物酮亞胺一些氨基酸-碳原子上的轉(zhuǎn)化受到磷酸吡哆醛的促進(jìn)轉(zhuǎn)氨外消旋脫羧聯(lián)合脫氨作用（United Deamination）氨基酸脫氨通過轉(zhuǎn)氨作用和L-Glu dHE催化的L-Glu氧化脫氨作用聯(lián)合完成。彌補(bǔ)L-aa oxidase分布少、活力低的缺陷。廣泛存在，但并不是所有組織細(xì)胞的主要脫氨方式。通過轉(zhuǎn)氨和脫氫酶聯(lián)合脫氨（United Deamination)通過嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨（United Deamination） 嘌呤核苷酸循環(huán)的聯(lián)合脫氨作用，次黃嘌呤核苷一磷酸(IMP)與Asp形成腺苷酸代琥珀酸(adenylosuccinate)，再經(jīng)裂合酶分解產(chǎn)生A

13、MP和延胡索酸，AMP在腺苷酸脫氨酶作用下生成NH3和IMP。骨骼肌、心肌、肝臟及腦中主要的脫氨方式。通過嘌呤核苷酸循環(huán)脫氨延胡索酸蘋果酸IMPAMP脫氨酶裂解酶脫酰胺作用glutaminaseasparaginase血氨的來源 氨基酸脫氨基作用產(chǎn)生的氨是血氨的主要來源, 胺類的分解也可以產(chǎn)生氨； RCH2NH2RCHO + NH3胺氧化酶 腸道吸收的氨；氨基酸在腸道細(xì)菌作用下產(chǎn)生的氨尿素經(jīng)腸道細(xì)菌尿素酶水解產(chǎn)生的氨 腎小管上皮細(xì)胞分泌的氨主要來自谷氨酰胺 谷氨酰胺谷氨酸 + NH3谷氨酰胺酶血氨的去路 在肝內(nèi)合成尿素，是最主要的去路 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 合成谷氨酰胺谷氨酸 +

14、NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi 腎小管泌氨分泌的NH3在酸性條件下生成NH4+，隨尿排出。血氨升高的原因（l）氨清除不足：鳥氨酸循環(huán)障礙 （2）氨的產(chǎn)生過多： 上消化道出血蛋白質(zhì)在腸道內(nèi)細(xì)菌作用下產(chǎn)氨。 肝硬化(門靜脈血流受阻、膽汁分泌） 細(xì)菌分解蛋白質(zhì)產(chǎn)氨。 肝腎綜合征氮質(zhì)血癥(azotemia)胃腸道的尿素 腸內(nèi)細(xì)菌尿素酶作用產(chǎn)氨。 肌肉中腺苷酸分解肌肉收縮 血氨（3）腸道pH的影響：pH, NH3NH4+；pH, NH4+NH3脫羧(基)作用（Decarboxylation） Decarboxylase催化生成相應(yīng)的一級(jí)胺，放出CO2，反應(yīng)需要磷酸吡哆醛，作用專一性很高，

15、一般一種氨基酸只有一種脫羧酶，且只對(duì)L-型氨基酸起作用，只有His脫羧酶不需要輔酶。His histamine（降血壓、刺激胃酸分泌） Tyr tyramine(升高血壓）Glu -氨基丁酸（神經(jīng)介質(zhì),強(qiáng)神經(jīng)抑制性氨基酸，具有鎮(zhèn)靜、催眠、抗驚厥、降血壓等。 ）脫羧作用氨的轉(zhuǎn)運(yùn)-通過Gln帶到肝臟主要是通過Gln，多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞有Gln synthetase，催化 NH3+Glu+ATPGln+ADP+Pi。Gln運(yùn)送到肝臟或腎臟，谷氨酰胺酶（glutaminase）催化其水解，釋放NH4+。 谷氨酰胺在血液中轉(zhuǎn)移氨氨的轉(zhuǎn)運(yùn)-Glc-Ala循環(huán)肌肉中利用Ala將氨運(yùn)送到肝臟，即Glc-Ala Cy

16、cle，循環(huán)中氨在Glu dHE作用下轉(zhuǎn)變?yōu)镚lu，進(jìn)一步在GPT的作用下把氨轉(zhuǎn)移給Py生成Ala，Ala隨血液運(yùn)送到肝臟，在肝臟GPT作用下轉(zhuǎn)回到Py和Glu。肌肉中Py由糖酵解提供，肝臟中的Py可異生為Glc。 葡萄糖-丙氨酸循環(huán)Ala-Glc循環(huán)氨的排泄1. 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。2.排尿素尿素（鳥氨酸）循環(huán)。3.排尿酸，爬蟲類和鳥類以尿酸作為氨的主要排泄形式（靈長(zhǎng)類、鳥類和陸生爬蟲類嘌呤代謝的產(chǎn)物也是尿酸）。4.自然界還有許多其他排氨方式，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

17、的形式把氨基氮儲(chǔ)存于體內(nèi)。生成Gln解除氨氨的去路尿素循環(huán)（Urea Cycle, 鳥氨酸循環(huán)） Hans Krebs, Kurt Henseleit1932發(fā)現(xiàn)，氨基酸代謝產(chǎn)生的氨在肝臟中代謝為尿素解毒，必須有精氨酸酶Arginase，水解精氨酸為尿素而實(shí)現(xiàn)在肝臟中解除氨的毒性，被稱為尿素循環(huán)鳥氨酸循環(huán)或Krebs-Henseleit Cycle。氨進(jìn)入尿素循環(huán)的反應(yīng)尿素循環(huán)簡(jiǎn)圖 Enzymes: 1: carbamoyl phosphate synthetase-I (CPS-I) 2: ornithine transcarbamoylase (OTC) 3: argininosuccin

18、ate synthetase 4: argininosuccinase 5: arginase氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸合成酶I催化的反應(yīng)碳磷酸酐氨甲酸氨甲酰磷酸尿素循環(huán)的遺傳缺陷危及生命 任何尿素循環(huán)酶遺傳缺陷的人都不能耐受蛋白質(zhì)豐富的食物，超過蛋白質(zhì)合成需要的過多的氨基酸在肝中脫氨，產(chǎn)生的氨不能被轉(zhuǎn)化為尿素而進(jìn)入血液引起氨的毒性。人類不能離開無蛋白質(zhì)的食物生存，我們不能合成20種氨基酸中近一半的氨基酸，必須由食物中獲得。 尿素循環(huán)缺陷的個(gè)體治療，服食含芳香酸苯甲酸或苯乙酸的食物可以降低血漿中氨的水平。氨甲酰磷酸合成酶缺失的治療N-苯甲?；拾彼幔R尿酸其他治療方法 其他治療更為特異，要針對(duì)

19、缺陷的個(gè)別酶，如N-乙酰谷氨酸合成酶缺陷，因而缺乏氨甲酰磷酸合成酶I的激活劑，用N-乙酰谷氨酸的類似物氨甲酰谷氨酸治療，可以激活氨甲酰磷酸合成酶I的活性。食物中添加Arg也是一種有效的治療鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶、精氨琥珀酸合成酶及精氨琥珀酸裂解酶缺陷的手段。 所有這些治療手段必須伴隨嚴(yán)格的食物控制和補(bǔ)充必須氨基酸。在極少可能的精氨酸酶缺陷時(shí)，補(bǔ)充的精氨酸必須排除在外。瓜氨酸合成精氨琥珀酸合成Arg的合成尿素生成Arg裂解生成尿素檸檬酸循環(huán)和尿素循環(huán)相連接 精氨酸裂解酶生成的延胡索酸也是TCA的中間產(chǎn)物，原則上說，兩個(gè)循環(huán)是相互連接的。然而兩個(gè)循環(huán)可以獨(dú)立進(jìn)行，也可以相互連接，取決于線粒體和細(xì)胞質(zhì)間關(guān)

20、鍵中間物的運(yùn)輸。TCA的幾個(gè)酶，包括延胡索酸酶和蘋果酸脫氫酶在細(xì)胞質(zhì)中也有同工酶存在。細(xì)胞質(zhì)精氨酸合成中生成的延胡索酸可以被轉(zhuǎn)化為蘋果酸，草酰乙酸。這些中間物可以進(jìn)一步在胞質(zhì)中被代謝或運(yùn)輸?shù)骄€粒體中參與TCA循環(huán)。線粒體中生產(chǎn)的Asp可被運(yùn)輸?shù)桨|(zhì)作為氮供體參與尿素循環(huán)。尿素循環(huán)與TCA尿素循環(huán)與TCA的連接尿素循環(huán)的活性在兩個(gè)水平被調(diào)節(jié) 通過尿素循環(huán)的氮流量因生物體的食物而不同，以蛋白質(zhì)為主要食物，碳架作為“燃料”，產(chǎn)生更多的尿素。過分饑餓時(shí)肌肉分解蛋白質(zhì)供能，尿素產(chǎn)生也多。 尿素循環(huán)的五個(gè)酶在饑餓的動(dòng)物和高蛋白質(zhì)食物動(dòng)物肝臟的合成速率更高，尿素產(chǎn)生多，缺乏蛋白質(zhì)食物的動(dòng)物的尿素循環(huán)活性低。

21、 關(guān)鍵酶氨甲酰磷酸合成酶I被N-乙酰谷氨酸變構(gòu)激活。N-乙酰谷氨酸的合成及對(duì)氨甲酰磷酸合成酶I的激活。N-乙酰谷氨酸合成酶是植物及微生物中精氨酸由谷氨酸全程合成的第一步反應(yīng)的催化酶。然而哺乳動(dòng)物的肝臟中存在此酶的活性，但缺乏其他轉(zhuǎn)化Glu合成Arg的酶。因此用N-乙酰谷氨酸激活哺乳動(dòng)物尿素循環(huán)的第一步反應(yīng)是高深莫測(cè)的。高血氨癥與氨中毒血氨氨基酸脫氨腸道吸收腎小管分泌合成尿素合成合成氨基酸等 含氮化合物銨鹽生成排出合成谷氨酰胺高血氨癥與肝昏迷氨中毒尿素脲酶高血氨癥和氨中毒血氨濃度 高血氨癥常見原因：肝功能嚴(yán)重?fù)p害、尿素合成的酶缺陷肝昏迷氨中毒的機(jī)理：肝損害解氨毒血NH3NH3- 酮戊二酸GluG

22、lnATP腦功能障礙NH3血腦屏障血液腦組織肝昏迷（Hepatic coma） 肝臟病變不能解除AA代謝產(chǎn)生的氨的毒性，一般通過在腦中與Glu形成Gln實(shí)現(xiàn)解毒，Glu用于解毒，須消耗TCA的中間產(chǎn)物-酮戊二酸而導(dǎo)致TCA中間產(chǎn)物的流失，阻滯TCA的進(jìn)行，影響腦中能量代謝，造成昏迷肝昏迷。 氨對(duì)腦組織的毒性作用（1）干擾腦組織的能量代謝ATP（2）使腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)生改變興奮性神經(jīng)遞質(zhì)（谷氨酸、乙酸膽堿）抑制性神經(jīng)遞質(zhì)（-氨基丁酸、谷氨酰胺）（3）氨對(duì)神經(jīng)細(xì)胞膜的抑制作用氨干擾神經(jīng)細(xì)胞膜上的Na+、K+-ATP酶的活性氨基酸轉(zhuǎn)化為糖或脂類物質(zhì)氨基酸的分解分類生糖氨基酸（Glycogenic AA

23、），分解產(chǎn)物為糖代謝的中間物（除乙酰CoA），如Py, Oxaloacetate, -Ketoglutaric acid, Fumarate 等。15AAs。生酮氨基酸（Ketogenic AA），分解產(chǎn)物為Acetyl CoA, 或Acetoacetate。Leu。生糖生酮氨基酸，Ile, Lys, Phe, Tyr。 生糖生酮氨基酸總圖氨基酸轉(zhuǎn)變成糖類或脂類co2co2ketonebodiesAsp Asnglycerolglucosetriose-pfat acidTGPhe TyrLeu Lys PheTyr TrpArg Gln His ProIie Met Ser Thr ValIle Leu TrpAla Cys GlySer Thr TrpPEPpyruvateGluacetoacetyl-CoAacetyl-CoAcitrate-ketoglutaratesuccinyl-CoAfumarateoxaloacetate氨基酸碳架的氧化途徑人體10-15%的能量可來自于氨基酸的氧化分解，氨基酸的碳架以5種產(chǎn)物形式進(jìn)入TCA（分別為Py or Acetyl CoA, -Ketoglutaric acid, Succinyl CoA, Fumarate, Oxaloacetate）徹底氧化為H2O和CO