氨基酸分解代謝

第十一章蛋白質的酶促降解和氨基酸的分解與轉化

基本要求：（1）掌握氨基酸的脫氨基、脫羧基作用具體過程、鳥氨酸循環(huán)（2）理解必須氨基酸、氨基酸的脫氨基、脫羧基作用的相關概念（3）了解泛肽途徑、氨基酸的衍生物教學重點及難點：（1）氨基酸的脫氨基、脫羧基作用具體過程（2）鳥氨酸循環(huán)

本章主要內(nèi)容蛋白質的酶促降解氨基酸的分解與轉化一、蛋白質的酶促降解機體必須不斷地拆除衰老和受損的組織細胞，構建新的組織和細胞。在生物體內(nèi)，蛋白質處于不斷降解和不斷合成的動態(tài)平衡中。蛋白質周轉：已有蛋白質的降解和降解產(chǎn)物氨基酸用以合成新的蛋白質。蛋白質的降解是指蛋白質在酶的作用下，使肽鍵水解生成AA的過程。1.蛋白水解酶1.1肽鏈內(nèi)切酶和外切酶肽鏈外肽酶肽鏈內(nèi)肽酶/蛋白酶蛋白水解酶氨肽酶羧肽酶消化道內(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1.2蛋白酶按其活性部位的結構特征分為四類：①Ser蛋白酶類(EC3.4.2.1)活性部位含有Ser殘基，受二丙基氟磷酸(DIFP)的強烈抑制。胰蛋白酶、胰凝乳、蛋白酶、彈性蛋白酶、枯草桿菌蛋白酶等均屬此類。②Cys蛋白酶(EC3.4.2.2)活性部位含有Cys殘基,對于碘乙酸、對-羥基汞苯甲酸等抑制劑十分敏感。植物蛋白酶和組織蛋白酶大多屬于此類。③Asp蛋白酶(EC3.4.2.3)活性中心含有兩個Asp殘基,最適pH一般為2～4。抑胃肽(pepstatin)專一地抑制這類酸性蛋白酶。胃蛋白酶、凝乳酶均屬此類。④金屬蛋白酶(EC3.4.2.4)含有Zn2+、Mg2+等金屬離子，受金屬螯合劑如EDTA等的抑制。嗜熱菌蛋白酶、信號肽酶以及氨肽酶、羧肽酶等屬于這一類。2.蛋白消化吸收3.細胞內(nèi)蛋白質降解3.1蛋白降解對細胞生長發(fā)育和適應內(nèi)外環(huán)境有重要功能：①反常蛋白清除；②便于調控；③維持體內(nèi)AA代謝庫；④防御機制的組成部分；⑤蛋白質前體的裂解加工。細胞質內(nèi)最重要的蛋白質降解系統(tǒng)溶酶體系統(tǒng)包括多種在酸性pH下活化的小分子量蛋白酶，因此又稱為酸性系統(tǒng)，主要水解長壽命蛋白質和外來蛋白。泛肽系統(tǒng)在pH=7.2的胞液中起作用，稱為堿性系統(tǒng)，主要水解短壽命蛋白和反常蛋白。溶酶體系統(tǒng)泛肽系統(tǒng)蛋白質降解的泛肽途徑E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶體20S蛋白酶體ATP19S調節(jié)亞基去折疊水解E1：泛肽激活酶E2：泛肽載體蛋白

E3：泛肽-蛋白質連接酶（ubiquitin）E1：泛素活化酶E2：泛素攜帶蛋白E3：泛素蛋白連接酶泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPi泛素COS

E1HS-E2HS-E1泛素COSE2泛素COSE1被降解蛋白質HS-E2泛素COSE2泛素CNH被降解蛋白質OE3泛素化過程二、氨基酸的分解與轉化1.脫氨基作用1.1氧化脫氨基作用催化脫氨基酶有脫氫酶和氧化酶，脫氫酶中最重要的是谷氨酸脫氫酶，以NAD或NADP為輔酶，催化Glu氧化脫氨，生成-酮戊二酸。氧化酶存在于動物肝、腎和某些細菌、真菌中，以FAD或FMN為輔基，在有氧條件下催化AA氧化脫氨生成相應酮酸和H2O2.L-AA氧化酶最適pH為10。(次要作用)

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2轉氨基作用是-氨基酸和-酮酸之間的氨基轉移反應。轉氨酶廣泛存在于生物體內(nèi)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的轉氨酶至少有50多種。1.2轉氨基作用

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2轉氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）維生素B6又稱抗皮炎維生素,是一類吡啶衍生物，包括吡哆醇,吡哆醛,吡哆胺。體內(nèi)均以磷酸酯形式存在。參加代謝作用主要是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，是氨基酸轉氨基、脫羧和消旋作用的輔酶。7.5維生素B6和磷酸吡哆醛在反應中,磷酸吡哆醛的醛基與底物-aa的氨基結合成醛亞胺中間復合物,醛亞胺再根據(jù)不同酶蛋白的特性使AA發(fā)生轉氨，脫羧或消旋等作用。通過轉氨基作用和氧化脫氨基作用偶聯(lián)進行的脫氨基作用，稱為聯(lián)合脫氨基作用。類型1.3聯(lián)合脫氨基作用①轉氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)②轉氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)①轉氨酶-谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合脫氨作用②轉氨酶-嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨作用①還原脫氨基作用在無氧條件下，某些含有氫化酶的微生物能利用還原脫氨基方式使AA脫去氨基。1.4非氧化脫氨基作用②脫水脫氨基作用Ser、Thr脫氨基也可經(jīng)脫水方式完成，催化該反應的酶以磷酸吡哆醛為輔酶。③由解氨酶催化的脫氨基反應

Phe解氨酶催化Phe、Tyr發(fā)生脫氨，生成肉桂酸和香豆酸進一步轉變成木質素和單寧等植物次生物質。當植物組織照光后，Phe解氨酶水平顯著增加。1.5脫酰胺基作用2.脫羧基作用氨基酸脫掉羧基生成相應的胺類化合物的作用。類型：直接脫羧胺羥化脫羧羥胺

2.1直接脫羧基作用氨基酸在脫羧酶的作用下脫掉羧基生成相應的胺類化合物的作用。脫羧酶的輔酶為磷酸吡哆醛。2.2羥化脫羧基作用3氨基酸降解產(chǎn)物的去向3.1氨的去路游離氨對動、植物機體是有毒害作用的，在正常情況下細胞中游離氨濃度非常低。（1）重新生成氨基酸（2）谷氨酰胺和天冬酰胺的生成（3）生成銨鹽（4）尿素的生成-尿素循環(huán)（UreaCycle）鳥氨酸循環(huán)/尿素循環(huán)在排尿動物體內(nèi)由NH3合成尿素是在肝臟中通過一個循環(huán)機制完成的，這一個循環(huán)稱為尿素循環(huán)。UreaCycle鳥氨酸氨甲?；D移酶鳥氨酸精氨酸氨甲?；姿岚奔柞Ａ姿岷铣擅妇被晁岷铣擅?ATP瓜氨酸精氨琥珀酸精氨基琥珀酸裂解酶AspATPAMPPPi2ADP延胡索酸精氨酸酶H2O脲3

正常生理情況下，血氨處于較低水平。尿素循環(huán)是維持血氨低濃度的關鍵。當肝功能嚴重損傷時，尿素循環(huán)發(fā)生障礙，血氨濃度升高，稱為高氨血癥。TCA↓

腦供能不足α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺NH3NH3

腦內(nèi)α-酮戊二酸↓植物體含有脲酶，尤其是在豆科植物種子中脲酶活性較大，能專一地催化尿素水解并放出氨。氨基酸碳骨架進入三羧酸循環(huán)的途徑

草酰乙酸-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色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色氨酸蘇氨酸苯丙氨酸酪氨酸異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸蘇氨酸檸檬酸3.2-酮酸的去路生糖氨基酸：可以降解為丙酮酸、草酰乙酸、酮戊二酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等糖代謝中間產(chǎn)物的氨基酸