第十二章：蛋白質(zhì)降解和氨基酸分解代謝(本)

第十二章：蛋白質(zhì)降解和氨基酸分解代謝(本)第一頁，共91頁。第一部分概論第二頁，共91頁。1

機體對外源蛋白質(zhì)的需要及其消化作用機體攝入的蛋白質(zhì)量和排出量在正常情況下處于平衡狀態(tài)，稱為氮平衡。高等動物攝入的蛋白質(zhì)在消化道內(nèi)消化后形成游離的氨基酸，吸收入血液，供給細(xì)胞合成自身蛋白質(zhì)的需要。氨基酸的分解代謝主要在肝臟進(jìn)行。第三頁，共91頁。蛋白質(zhì)在哺乳動物消化道中降解為氨基酸經(jīng)過一系列的消化過程。蛋白質(zhì)經(jīng)各種酶的協(xié)同作用，最后全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣被?。第四頁，?1頁。必需氨基酸與非必需氨基酸：體內(nèi)不能合成，必須由食物蛋白質(zhì)供給的氨基酸稱為必需氨基酸。反之，體內(nèi)能夠自行合成，不必由食物供給的氨基酸就稱為非必需氨基酸。必需氨基酸一共有八種：賴氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、蘇氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、異亮氨酸（Ile）、纈氨酸（Val）。精氨酸和組氨酸必需以必需氨基酸為原料來合成，故被稱為半必需氨基酸。第五頁，共91頁。蛋白質(zhì)的消化蛋白質(zhì)的消化：胃蛋白酶水解食物蛋白質(zhì)為多肽，再在小腸中完全水解為氨基酸。胃蛋白酶：催化水解芳香族氨基酸（Phe/Tyr/Trp）和蛋氨酸、亮氨酸。胰蛋白酶：水解堿性氨基酸（Lys/Arg）羧基；胰凝乳蛋白酶：催化斷裂芳香族氨基酸（Phe/Tyr/Trp）彈性蛋白酶：水解脂肪族氨基酸（Ala/Ser/Thr）等。第六頁，共91頁。Trypsin

：R1=賴氨酸Lys和精氨酸Arg側(cè)鏈（專一性較強，水解速度快）。肽鏈水解位點胰蛋白酶第七頁，共91頁?；蛞饶榈鞍酌福–hymotrypsin）：R1=苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr;亮氨酸Leu，蛋氨酸Met和組氨酸His水解稍慢。肽鏈水解位點糜蛋白酶第八頁，共91頁。氨基酸的吸收氨基酸的吸收：主要在小腸進(jìn)行，是一種主動轉(zhuǎn)運過程，需由特殊載體攜帶。除此之外，也可經(jīng)γ-谷氨酰循環(huán)進(jìn)行。

γ-谷氨酰循環(huán)：是指氨基酸在小腸內(nèi)被吸收，其吸收及向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運過程是通過谷胱甘肽起作用的，首先是谷胱甘肽對氨基酸的轉(zhuǎn)運，其次是谷胱甘肽的在合成，稱為γ-谷氨酰循環(huán)。第九頁，共91頁。氨基酸谷胱甘肽膜外膜膜內(nèi)γ-谷氨酰氨基酸氨基酸若干步反應(yīng)γ-谷氨酰循環(huán)轉(zhuǎn)肽酶第十頁，共91頁。蛋白質(zhì)的腐敗作用在消化過程中，一部分未經(jīng)消化的蛋白質(zhì)，以及未被吸收的消化產(chǎn)物進(jìn)入大腸后，受到大腸后部細(xì)菌的作用，細(xì)菌對蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)消化產(chǎn)物的作用，稱為蛋白質(zhì)的腐敗作用第十一頁，共91頁。生理解毒作用在肝臟中發(fā)生解毒作用。氧化解毒：有毒物質(zhì)在專一性酶的催化下，被氧化成CO2/H2O/NH3,在排出體外。結(jié)合解毒：有毒物質(zhì)和機體內(nèi)常有的無毒物質(zhì)結(jié)合，生成一種無毒的產(chǎn)物，隨尿排出體外。第十二頁，共91頁。第二部分氨基酸的分解代謝第十三頁，共91頁。

氨基酸失去氨基的作用稱為脫氨基作用。氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用氨基轉(zhuǎn)換作用聯(lián)合脫氨作用

1

氨基酸的脫氨基作用第十四頁，共91頁。

1.1

氧化脫氨基作用

1.1.1

氧化脫氨基作用一般過程第十五頁，共91頁。實際上：黃素蛋白第十六頁，共91頁。氨基酸的脫氨基作用如果由不需氧脫氫酶催化，則脫出的氫不以分子氧為直接受體，而以輔酶作為受體，然后經(jīng)細(xì)胞色素體系與氧結(jié)合成水。第十七頁，共91頁。

1.1.2

催化氧化脫氨基作用的酶

1.

L-氨基酸氧化酶

①

以黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）為輔基②

以黃素單核苷酸（FMN）為輔基。說明：人和動物體中的L-氨基酸氧化酶屬于后一類。該酶能催化十幾種氨基酸的脫氨基作用。對一些氨基酸必須由特殊的，專一性強的氨基酸氧化酶催化脫氨基。第十八頁，共91頁。2.D-氨基酸氧化酶，以FAD為輔基。3.

氧化專一氨基酸的酶

已發(fā)現(xiàn)的有甘氨酸氧化酶、D-天冬氨酸氧化酶，L-谷氨酸脫氫酶等。第十九頁，共91頁。（1）甘氨酸氧化酶以FAD為輔酶。第二十頁，共91頁。（2）D-天冬氨酸氧化酶以FAD為輔酶。第二十一頁，共91頁。（3）L-谷氨酸脫氫酶

該酶是能使氨基酸直接脫去氨基活力最高的酶。存在于線粒體中。第二十二頁，共91頁。

1.2

氨基酸的非氧化脫氨基作用1、還原脫氨基作用第二十三頁，共91頁。2、水解脫氨基作用第二十四頁，共91頁。3、脫水脫氨基作用以磷酸吡哆醛為輔酶第二十五頁，共91頁。4、脫疏基脫氨基作用第二十六頁，共91頁。5、氧化-還原脫氨基作用第二十七頁，共91頁。

1.3氨基酸的脫酰胺基作用第二十八頁，共91頁。第二十九頁，共91頁。⑴

轉(zhuǎn)氨基作用的一般概念

轉(zhuǎn)氨基作用是α-氨基酸和酮酸之間胺基的轉(zhuǎn)移作用；α-氨基酸的α-氨基借助酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來的氨基酸生成相應(yīng)的酮酸，而原來的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸。1.4

氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用第三十頁，共91頁。例：第三十一頁，共91頁。第三十二頁，共91頁。第三十三頁，共91頁。說明：轉(zhuǎn)氨作用是氨基酸脫去氨基的一種重要方式。

構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸除甘氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、脯氨酸及羥脯氨酸外，都能以不同程度參加轉(zhuǎn)氨作用。第三十四頁，共91頁。

⑵

轉(zhuǎn)氨酶催化胺基反應(yīng)的酶稱為轉(zhuǎn)氨酶，或稱氨基轉(zhuǎn)換酶。它們對兩個底物中的一個底物，即α-酮戊二酸（或谷氨酸）是專一的，而對另外一個底物則無嚴(yán)格的轉(zhuǎn)移性。參與氨基轉(zhuǎn)換的α-酮酸主要是α-酮戊二酸、其次為草酰乙酸。第三十五頁，共91頁。動物和高等植物的轉(zhuǎn)氨酶一般只催化L-氨基酸和α-酮酸的轉(zhuǎn)氨作用。轉(zhuǎn)氨酶催化的反應(yīng)都是可逆的。真核細(xì)胞的線粒體和胞液中都可進(jìn)行轉(zhuǎn)氨作用。在細(xì)胞不同部位的轉(zhuǎn)氨酶，雖然功能相同，但結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并不相同。哺乳動物細(xì)胞中氨基酸氨基的集合作用是在胞液中進(jìn)行的。第三十六頁，共91頁。第三十七頁，共91頁。

⑶

轉(zhuǎn)氨酶的輔基及其作用機制轉(zhuǎn)氨酶是以磷酸吡哆醛（胺）作為輔酶，磷酸吡哆醛與酶蛋白是以牢固的共價鍵形式結(jié)合的。第三十八頁，共91頁。第三十九頁，共91頁。4

聯(lián)合脫氨基作用4.1轉(zhuǎn)氨酶—谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合脫氨基作用氨基酸的α-氨基先借助轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)移到α-酮戊二酸的分子上，生成相應(yīng)的α-酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸在L-谷氨酸脫氫酶的催化下，脫胺基生成α-酮戊二酸同時釋放出氨。第四十頁，共91頁。第四十一頁，共91頁。4.2轉(zhuǎn)氨酶—嘌呤核苷酸的聯(lián)合脫氨基作用第四十二頁，共91頁。第四十三頁，共91頁。第四十四頁，共91頁。從α-氨基酸開始的聯(lián)合脫氨反應(yīng)：腺嘌呤核苷酸循環(huán)第四十五頁，共91頁。機體內(nèi)部分氨基酸可進(jìn)行脫羧基作用而生成相應(yīng)的一級胺。

催化脫羧反應(yīng)的酶稱為脫羧酶。輔酶為磷酸吡哆醛。5

氨基酸的脫羧基作用第四十六頁，共91頁。第四十七頁，共91頁。

說明：氨基酸脫羧酶的專一性很高。在脫羧酶中只有組氨酸脫羧酶不需要輔酶。氨基酸的脫羧反應(yīng)普遍存在于微生物、高等動、植物組織中。氨基酸脫羧后形成的胺，有許多重要的生理作用。第四十八頁，共91頁。絕大多數(shù)胺類是對動物有毒的。體內(nèi)有胺氧化酶，能將胺氧化為醛和氨。第四十九頁，共91頁。氨的去路：①在肝臟轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?；②合成氨基酸；③合成其他含氮物；④合成天冬酰胺和谷氨酰胺；⑤直接排出?/p>

第五十頁，共91頁。6

氨基氮的排泄如氨中毒：第五十一頁，共91頁。說明：有些微生物部分用于進(jìn)行生物合成外，多余的氨即排到周圍環(huán)境中。某些水生的或海洋動物，都以氨的形式將氨基氮排除體外，這些動物稱為排氨動物。陸生動物加將脫下的轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?。鳥類爬蟲類稱為排尿酸動物。有些兩棲類處于中間位置。第五十二頁，共91頁。氨在血液循環(huán)中的轉(zhuǎn)運，需以無毒的形式進(jìn)行，將氨轉(zhuǎn)運至肝臟或腎臟進(jìn)行代謝。

利用谷氨酰胺進(jìn)行轉(zhuǎn)化

6.1

氨的轉(zhuǎn)運第五十三頁，共91頁。反應(yīng)機理：谷氨酰胺是中性無毒物質(zhì)，容易透過細(xì)胞膜，是氨的主要運輸形式第五十四頁，共91頁。谷氨酰胺由血液運送到肝臟后：第五十五頁，共91頁。2、

通過葡萄糖—丙氨酸循環(huán)轉(zhuǎn)運丙氨酸通過血液運至肝臟：第五十六頁，共91頁。

丙氨酸-葡萄糖循環(huán)：肌肉中的氨基酸將氨基轉(zhuǎn)給丙酮酸生成丙氨酸，后者經(jīng)血液循環(huán)轉(zhuǎn)運至肝臟再脫氨基，生成的丙酮酸經(jīng)糖異生轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟呛笤俳?jīng)血液循環(huán)轉(zhuǎn)運至肌肉重新分解產(chǎn)生丙酮酸，這一循環(huán)過程就稱為丙氨酸-葡萄糖循環(huán)。

在肌肉中，丙酮酸由糖酵解提供。在肝臟中，多余的丙酮酸又可通過葡糖異生作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖。將丙酮酸與氨轉(zhuǎn)化為丙氨酸，收到一舉兩得的功效。第五十七頁，共91頁。（1）尿素循環(huán)的提出第五十八頁，共91頁。尿素循環(huán)：第五十九頁，共91頁。（2）尿素的形成過程返回蘋果酸草酰乙酸NADNADH+H+第六十頁，共91頁。①肝細(xì)胞液的谷氨酸，透過線粒體膜進(jìn)入線粒體基質(zhì)，由谷氨酸脫氫酶將氨基脫下形成游離氨。酶：正調(diào)節(jié)劑是N-乙酰谷氨酸第六十一頁，共91頁。②形成瓜氨酸。第六十二頁，共91頁。③瓜氨酸形成后即離開線粒體進(jìn)入細(xì)胞液。第六十三頁，共91頁。④精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶催化下分解為精氨酸及延胡索酸。第六十四頁，共91頁。⑤精氨酸在精氨酸酶催化下，水解為鳥氨酸和尿素?？偡磻?yīng)：第六十五頁，共91頁。說明：形成一分子尿素可清除兩分子氨基氮及一分子二氧化碳。尿素循環(huán)的優(yōu)越性：解除氨的毒性，減少血液的酸性

形成一分子尿素需消耗4個高能磷酸鍵水解釋放的自由能。尿素形成過程在機體的不同器官，組織及細(xì)胞內(nèi)的職能分工有利于生物體的自身保護(hù)。精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的關(guān)鍵酶第六十六頁，共91頁。6.1.3

尿酸的形成排尿酸動物如陸生爬蟲類和鳥類，以尿酸作為氨基酸基排泄的主要形式。

第六十七頁，共91頁。說明：

尿素、氨、尿酸并不是自然氨基排泄的僅有形式，蜘蛛以鳥嘌呤作為氨基氮的排泄形式。許多魚類以氧化三甲胺作為排氮形式。高等植物則將氨基氮以谷氨酰胺和天冬酰胺形式貯存于體內(nèi)。第六十八頁，共91頁。再氨基化為氨基酸。轉(zhuǎn)變?yōu)樘腔蛑貉趸┠埽哼M(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解供能。20氨基酸的氧化分解途徑各異，但它們都集中形成5種產(chǎn)物而進(jìn)入三羧酸循環(huán)，最后氧化為CO2和水。7

氨基酸碳骨架的氧化途徑第六十九頁，共91頁。返回第七十頁，共91頁。構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸通過轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸以及草酰乙酸五種物質(zhì)而進(jìn)入三羧酸循環(huán)。第七十一頁，共91頁。7.1經(jīng)生成乙酰CoA的途徑1、經(jīng)丙酮酸到乙酰CoA的途徑第七十二頁，共91頁。2、經(jīng)乙酰乙酰CoA到乙酰CoA的途徑第七十三頁，共91頁。7.2α-酮戊二酸途徑第七十四頁，共91頁。7.3形成琥珀酰CoA的途徑第七十五頁，共91頁。7.4

延胡索酸途徑有苯丙氨酸和酪氨酸。7.5

草酰乙酸途徑：天冬酰胺和天冬氨酸可轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜岫M(jìn)入三羧酸循環(huán)。第七十六頁，共91頁。

8

.生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸:降解為檸檬酸循環(huán)中間代謝物的氨基酸可以進(jìn)入糖異生途徑生成葡萄糖，這樣的氨基酸稱之生糖氨基酸；生酮氨基酸:而那些形成乙酰CoA的氨基酸可以成為脂肪酸或酮體的前體，因此這類氨基酸稱之生酮氨基酸

生酮和生糖氨基酸:還有的氨基酸降解時既可生成檸檬酸循環(huán)中間代謝物，又可生成乙酰CoA，這樣的氨基酸稱之既生糖又生酮氨基酸生酮氨基酸和生糖氨基酸的界限并不是非常嚴(yán)格的。第七十七頁，共91頁。9

由氨基酸衍生的其他重要物質(zhì)9.1

氨基酸與一碳單位9.1.1

一碳單位概念一碳單位就是指含有一個碳原子的基團，體內(nèi)一碳單位有多種形式。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?；?CHO）、亞氨甲基（-CH=NH）、羥甲基（-CH2OH）等在物質(zhì)代謝過程中常遇到一碳單位的轉(zhuǎn)移，這類反應(yīng)需要一碳單位轉(zhuǎn)移酶參加，這一類酶的輔酶為四氫葉酸。第七十八頁，共91頁。第七十九頁，共91頁。攜帶甲基的部位是在N5,N10位。第八十頁，共91頁。各種不同形式的一碳單位四氫葉酸：第八十一頁，共91頁。第八十二頁，共91頁。常見的一碳單位四氫葉酸衍生物①N10-甲酰四氫葉酸（N10-CHOFH4）；②N5-亞氨甲基四氫葉酸（N5-CH=NHFH4）；