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1、蛋白质的降解 及氨基酸的分解代谢,意义:（1）清除异常蛋白； （2）细胞对代谢进行调控的一种方式 一、蛋白质降解特征 居于重要代谢调控位点的酶或调节蛋白，降 解速度快（短寿蛋白多是调节蛋白或调节酶） “ 持家蛋白”的降解速度慢（长寿蛋白多是 持家蛋白） 蛋白质的降解速度受到细胞营养及激素状态 的调节，营养缺乏，周转速度加快。,第一节 蛋白质的降解,二、蛋白质降解的反应机制 真核细胞中蛋白质的降解有两条途径： 1.溶酶体途径:无选择地降解蛋白质，主要降解外源蛋 白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。 2.泛肽途径:给选择降解的蛋白质加以标记，依赖ATP， 在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，
2、此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。,游离于细胞质中，过于微小难以观察,小分子单元,溶酶体,溶酶体途径,泛素(Ubiquitin)是一种8.5KD（76 a.a.残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个a.a残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。,Aaron Ciechanover,Avram Hershko,Irwin Rose,三、机体对外源蛋白质的需要及其消化作用,胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶A、B、氨肽酶,消化道内几种蛋白酶的专一性,氨基酸代谢库：食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸） 与
3、体内组织蛋白质降解的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布 于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。,第二节 氨基酸分解代谢,氨基酸的去向 ： 重新合成蛋白质（蛋白质周转） 合成血红素、活性胺、GSH、核苷酸、辅酶等 彻底分解，提供能量 多余的氨基酸转化为葡萄糖、脂肪酸、酮体等,氨基酸的分解一般分三步： 第一步：脱氨基作用，脱下来的氨基或转变为氨 （NH3），或转化为天冬氨酸或谷氨酸的 氨基。 第二步：氨与天冬氨酸的氮原子结合，成为尿素 并被释放。 第三步：氨基酸的碳骨架转化为一般的代谢中间 体。,（一）脱氨基作用,定义：氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用。 脱氨基作用是氨基酸分解代谢最主要的反应
4、。,氨基酸脱氨基的主要方式： 转氨基（氨基转移）作用 氧化脱氨基作用 联合脱氨基作用 非氧化脱氨,转氨基作用举例,谷氨酸 + 丙酮酸,-酮戊二酸 + 丙氨酸,天冬氨酸 + -酮戊二酸,草酰乙酸 +谷氨酸,+,+,转氨基作用的机制： 转氨酶的辅酶：迄今发现的转氨酶都以磷酸吡哆醛（PLP）为辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。,转氨酶(transaminase) /氨基转移酶(aminotransferase) 催化氨基转移的酶，广泛存在于各组织中，以心肝脑肾含量较高。 重要的转氨酶有： 谷丙转氨酶（glutamic pyruvic transaminase, GPT） 或 丙氨酶氨基转移酶（
5、alanine aminotransferase, ALT） 谷草转氨酶（glutamic oxaloacetic transaminase, GOT） 或 天冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase, AST）,哺乳动物细胞中氨基的集合作用是在细胞质中。起催化作用的酶是细胞质中的天冬氨酸转氨酶，该酶催化的转氨产物是谷氨酸。谷氨酸进入线粒体，谷氨酸或直接脱氨，或在天冬氨酸转氨酶作用下将-氨基转移给草酰乙酸又形成天冬氨酸。在线粒体内，天冬氨酸是尿素形成时氨基的直接供给者，又可形成腺苷(酸代)琥珀酸。,酸,肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍。血清酶
6、检测常包括丙氨酸氨基转移酶（ALT）和门冬氨酸氨基转移酶（AST）等。在各种酶试验中，ALT和AST能敏感地反映肝细胞损伤与否及损伤程度。各种急性病毒性肝炎、药物或酒精引起急性肝细胞损伤时，血清ALT最敏感，在临床症状如黄疸出现之前ALT就急剧升高，同时AST也升高，但是AST升高程度不如ALT。而在慢性肝炎和肝硬化时，AST升高程度超过ALT，因此AST主要反映的是肝脏损伤程度。（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）,查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？,葡萄糖-丙氨酸循环，氨运入肝脏 肌肉中的氨基转移酶，可把丙酮酸作为它的-酮酸的载体。在它们的作用下，产物为丙氨酸，丙氨酸被释放到
7、血液，经血液循环进入肝脏，在肝脏中经转氨作用又产生丙酮酸，通过葡萄糖异生途径形成葡萄糖，葡萄糖通过血液循环回到肌肉中，通过糖酵解作用降解为丙酮酸。称为葡萄糖-丙氨酸循环,L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）,2.氧化脱氨作用,脱氢、氧化酶,酶L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶,亚氨基酸不稳定,H2O+H+,水解,脱氢,NH4+,-酮酸,定义：-氨基酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。,AA氧化酶的种类 L-氨基酸氧化酶：催化L-氨基酸氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。在动物体内仅分布于肝肾，且活性不高，因此作用不大。 D-氨
8、基酸氧化酶：主要存在于肾脏，以FAD为辅基。但体内D-氨基酸不多。 L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。是别构酶，别构抑制剂：ATPGTP；别构激活剂：ADPGDP,3. 联合脱氨转氨与氧化脱氨的联合,谷氨酸,L-谷氨酸脱氢酶,-酮戊二酸,转氨酶,NH4+,-氨基酸,NAD+ +H2O,-酮酸,NH3,2H,由于两种酶活性强，分布广，动物体内大部分氨基酸联合脱氨。,骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要以嘌呤核苷酸脱氨基为主。,NADH+H+,由于转氨并不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基和氧化脱氨联合在一起才能迅速脱氨。
9、,1. 转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用,腺苷酸代琥珀酸,草酰乙酸,NH3,天冬氨酸,次黄苷酸,H2O,NH3,H2O,苹果酸,谷-草转氨酶,反应物,2 .嘌呤核苷酸联合脱氨基,还原脱氨基 脱水脱氨基 水解脱氨基 脱硫氢基脱氨基 （在微生物中个别氨基酸中进行,但不普遍）,4、非氧化脱氨,5、脱 羧 基 作 用,+,磷酸吡哆醛,醛亚胺,+H2O,CO2,H2O,+,谷AA -氨基丁酸+CO2 天冬AA -丙AA+CO2 赖AA 尸胺+ CO2 鸟AA 腐胺+ CO2 丝氨酸 乙醇胺 胆碱 卵磷脂 色氨酸 吲哚丙酮酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸,胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应维持
10、在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸。,RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3 RCHO+1/2O2 RCOOH CO2+H2O,AA,尿素,若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累,酮戊二酸大量转化 NADPH大量消耗 三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。 表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。,氨中毒原理,？,（1）氨的去路：,排氨生物：以NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类） 以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫
11、及鸟类） 以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物） 重新利用合成AA： 合成酰胺（高等植物中） 嘧啶环的合成（核酸代谢）,6.NH3的转运与排泄,（2）氨的转运（向动物肝脏的运输）,以Gln的形式（氨的主要运输形式）： NH4+ + Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+ Gln+H2O Glu + NH4+ 以Ala转运（葡萄糖-丙氨酸转运：肌肉） NH4+ -酮戊二酸+NADPH+H+ Glu+NADP+H2O Glu+丙酮酸 -酮戊二酸+Ala Ala+ -酮戊二酸 Glu+丙酮酸,Gln合成酶,Gln 酶,Glu脱氢酶,丙酮酸转氨酶,丙酮酸转氨酶,在肌
12、肉,在肝脏,尿素循环,尿素循环,第三节 尿素的形成尿素循环 （鸟氨酸循环）,部位肝脏细胞,氨基酸,（外来的或自身的）,-酮戊二酸 （转氨作用）,谷氨酸,谷氨酸,酮戊二酸,NH4+,CO2,2ADP+Pi+H+,2ATP,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,氨甲酰磷酸,Pi,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨琥珀酸,ATP,AMP+PPi,延胡索酸,鸟氨酸,精氨酸,H2O,尿素,消耗4ATP能量,一、 尿素循环的详细步骤 1. 氨甲酰磷酸的合成（线粒体） 2. 瓜氨酸的合成（线粒体） 3. 精氨琥珀酸的合成（细胞质） 4. 精氨酸的合成（细胞质） 5. 精氨酸水解生成尿素（细胞质）,1. 氨甲酰磷酸的合成（线粒体）,线粒
13、体中的氨甲酰磷酸合成酶（CPS-） ： 变构酶，变构激活剂： N-乙酰谷氨酸（AGA），用氨做氮的供体，参与尿素的合成。细胞质内还有两外一类氨甲酰磷酸合成酶，即氨甲酰磷酸合成酶（CPS- ），用谷氨酸做氮的供给体，参与嘧啶生物合成 。,HCO3-+,2. 瓜氨酸的合成（线粒体）,3、4.精氨琥珀酸和精氨酸的合成（细胞质）,精氨琥珀酸合成酶,精氨琥珀酸,精氨琥珀酸酶,5. 精氨酸水解生成尿素（细胞质）,尿素的两个氨基，一个来源于氨，另一个来源于天冬氨酸；一个碳原子来源于HCO3-，共消耗4个高能磷酸键，是一个需能过程，但谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸反应生成1分子NADH；延胡索酸经草酰乙酸转化为天冬氨
14、酸也形成1分子NADH。两个NADH再氧化，可产生5个ATP。,总反应,二、尿素合成的调节 1. 食物蛋白质的影响 ： 高蛋白饮食尿素合成速度 2. CPS-的调节： 精氨酸尿素合成速度 N-乙酰谷氨酸激活该酶 3. 尿素合成酶系的调节 精氨琥珀酸合成酶 鸟氨酸转氨甲酰酶,CO2 NH3 H2O 2ATP 氨甲酰磷酸 2ADP Pi,精氨酸,AGA 乙酰CoA 谷氨酸,AGA合成酶,CPS-,（+）,（+）,高血氨症 正常血氨浓度0.6 mol / L 血氨浓度 高血氨症 常见原因：肝功能严重损害 尿素合成的酶缺陷,鸟类、爬虫排尿酸,均来自转氨,不溶于水，毒性很小，合成需要更多的能量。,提问：
15、为什么这类生物如此排氨？,水循环太慢，保留水分同时不中毒得付出高能量代价。,高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。,第四节 氨基酸碳架的去向,有三种去路 （1）重新氨基化生成氨基酸。 （2）氧化成CO2和水。 （3）生糖、生脂。,20种氨基酸的碳架可转化成7种物质： 丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、 -酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、 草酰乙酸。 最后集中为5种物质进入TCA： 乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。,碳骨架的氧化（肝脏中）,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸,丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸,丙酮酸,精氨酸
16、组氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸,谷氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸,天冬氨酸 天冬酰胺,苏氨酸醛缩酶,丝氨酸转羟甲基酶,丝氨酸脱水酶,半胱氨酸脱巯基酶,一、形成乙酰-CoA的途径 1、通过丙酮酸到乙酰-CoA的途径（Ala、Gly、Ser、Thr、Cys）,2、通过乙酰乙酰CoA到乙酰-CoA的途径 （Phe、Tyr、Leu、Lys、Trp）,4步反应,二、形成-酮戊二酸途径（ Arg、His、Gln、Pro、Glu）,三、形成琥珀酰CoA途径（ Met、Ile、Val）,四、 延胡索酸途径 Phe、Tyr可生成延胡索酸（前面已讲过）。,五、形成 草酰乙酸途径 Asp和Asn可转变
17、成草酰乙酸进入TCA，Asn先转变成Asp （Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.,生酮氨基酸：Phe、Tyr、 Trp 、Leu、Lys。 在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸-(酮体）。 生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸，它们都能生成葡萄糖。 Phe、Tyr是生酮兼生糖氨基酸。,第五节、生糖氨基酸与生酮氨基酸,第六节、由氨基酸衍生的其他重要物质,一、氨基酸与一碳单位,在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO2），称为一碳基团，一碳基团的转移除了和许多
18、氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和嘧啶及磷脂的生物合成。, 一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化， 其辅酶为FH4,-CH=NH 亚氨甲基 H-CO- 甲酰基 -CH2OH 甲醇基 -CH= 次甲基 -CH2- 亚甲基 -CH3 甲基,叶酸和 四氢叶酸（FH4或THFA）,叶酸,N5，N10-CH2-FH4,一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH3-FH4,N5 ，N10 - CH2-FH4,N5， N10 = CH-FH4,N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶,N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶,丝氨酸,组氨酸甘氨酸,参与 甲基化反应,为胸腺嘧啶合成提供甲基,FH4,FH4,NAD+,NDAH+H+,NAD+,NDAH+H+,参与嘌呤合成,二、氨基酸与生物活性物质,酪氨酸代谢与黑色素的形成 色氨酸代谢与5-羟色胺与吲哚乙酸 谷氨酸与-氨基丁酸 组氨酸与组胺 半胱氨酸和牛磺酸,