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1、第九章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢,第一节 蛋白质的降解,人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。 成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降解。,（1）不依赖ATP的溶酶体途径，在溶酶体内进行，没有选择性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。（蛋白酶的最适pH偏低，5左右） （2）依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白（调节蛋白），此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要（选择性降解）。需ATP和泛素参与。,真核细胞中蛋白质的降解途径,泛素是一种8.5KD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aa残基，它能与被降解的蛋白质共价
2、结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。 蛋白质是否被泛素结合而选择性降解与该蛋白N端的AA有关，泛素化的蛋白质在ATP参与下被蛋白酶水解。,2004年6日瑞典皇家科学院宣布，2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙切哈诺沃、阿夫拉姆赫什科和美国科学家欧文罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。,（二）蛋白质水解酶,（1）肽链内切酶：形成各种短肽,（2）肽链外切酶,羧肽酶 氨肽酶 二肽酶,（三）蛋白质酶促降解,需内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用,蛋白质,多肽,AA,合成新蛋白质,消化道内几种蛋白酶的专一性,二、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）与体内组织蛋白降解
3、产生的氨基酸（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(metabolic pool)。,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,第二节 氨基酸的分解与转化,一、脱氨基作用,氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用 氨基酸主要通过五种方式脱氨基 氧化脱氨基 非氧化脱氨基 脱酰胺作用 转氨基作用 联合脱氨基,（一） 氧化脱氨基作用,定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。,氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。,AA氧化酶的种类 L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN
4、为辅基。 D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA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。,还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。 （在微生物中个别AA进行,但不普遍）,（二）非氧化脱氨,例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA),上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。,（三）氨基酸的脱酰胺作用,指-AA和酮酸之间氨基的转移作用， -AA的-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。,（四）转氨基作用,转氨基作用(
5、transamination)可以在各种氨基酸与-酮酸之间普遍进行。 各种转氨酶(transaminase)均以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。,（五）联合脱氨基（动物组织主要采取的方式）,由于转氨基作用不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基作用与氧化脱氨基作用联合在一起才能迅速脱氨，这种作用就称为联合脱氨作用。,单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。 机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。,a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,类型,大
6、多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。 因为生成的谷氨酸可在谷氨酸脱氢酶的催化下氧化脱氨，使-酮戊二酸再生。,转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 (骨骼肌心脏肝脏脑组织中),因为这些组织中的谷氨酸脱氢酶活性较低。,氧化脱氨 非氧化脱氨 氨基酸的脱酰胺作用 转氨基作用 联合脱氨基（两种类型）,脱氨基作用,小 结,二、脱羧基作用,脱羧基作用(decarboxylation),由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。,在脱羧酶催
7、化下，氨基酸脱羧产生CO2 和有机胺（一级胺）的过程称为脱羧基作用。,脱羧酶 氨基酸脱羧酶催化氨基酸脱羧的专一性很高，一般是一种氨基酸脱羧酶只对一种L-型氨基酸起作用。 氨基酸脱羧酶中，除组氨酸脱羧酶不需要辅酶外，各种脱羧酶都以磷酸吡哆醛为辅酶。,谷AA -氨基丁酸+CO2 天冬AA -丙AA +CO2 赖AA 尸胺+ CO2 鸟AA 腐胺+ CO2,胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应维持在一定水平，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。,氨的去路：,排氨生物：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
8、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（细菌） 生成铵盐,三、氨基酸分解产物的代谢,体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素(urea)。 合成尿素的主要器官是肝，但在肾及脑中也可少量合成。 尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithine cycle)的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在于胞液和线粒体中。,尿素的生成,（1）氨基甲酰磷酸的合成 此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoyl phosphate s
9、ynthetase - , CPS-）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。,1、尿素循环（鸟氨酸循环）,在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithine carbamoyl trans-ferase, OCT）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。,（2） 瓜氨酸的合成,转运至胞液的瓜氨酸在精氨琥珀酸合成酶(argininosuccinate synthetase)催化下，消耗能量合成精氨酸代琥珀酸。,（3） 精氨酸代琥珀酸的合成,限速酶,在胞液中由精氨琥珀酸裂解酶(arginino-succinate lyase）精氨酸催化，将精氨琥珀酸裂
10、解生成精氨酸和延胡索酸。,（4）精氨琥珀酸的裂解,在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。,（5）精氨酸的水解,1、合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行； 2、合成一分子尿素需消耗4分子ATP； 3、精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶； 4、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。,尿素合成的特点,总反应和过程,是动物细胞排NH3+CO2的方式,尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。,-酮戊二酸,尿素循环,(1)形成一分子尿素消耗4个高能磷酸键 (2)两个氨基分别来自游离氨和Asp,一个
11、CO2来自TCA循环.,（三）AA碳骨架的去路（AA脱氨基的意义）,AA分解产生5种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解。 五种产物为：乙酰CoA 、草酰乙酸、 -酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸 再合成氨基酸 转变成糖和脂肪 转为酮体,生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的氨基酸，按糖代谢途径进行代谢。 生酮氨基酸：凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA（可转化为乙酰乙酸、-丁酸）的氨基酸，按脂肪代谢途径进行代谢。 既属生酮氨基酸，又属生糖氨基酸的有：苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸。,氨基酸碳骨架进入TCA,a、含义 在代谢过程中，某些化合物可以分解生成一个碳原
12、子的基团，这种一个碳原子的基团就称为一碳单位。 例如，丝氨酸变为甘氨酸时，其分子中减少了一个碳单位，这一个碳单位由四氢叶酸（FH4）分子携带着，后者又可参加某些化合物的合成，如嘌呤的生物合成。 凡是属于这种有关一个碳原子的转移和代谢的过程，统称为一碳单位代谢。,四、AA与其它含氮化合物的关系,b、一碳单位的来源: 亚氨甲基（-CH=NH）， 甲酰基（ HC=O-）， 羟甲基（-CH2OH）， 亚甲基（又称甲叉基，-CH2）， 次甲基（又称甲川基，-CH=）， 甲基（-CH3） COOH、CO2 、HCO3-不属于一碳单位 一碳基团的利用：参与合成反应， 如磷脂、核苷酸等的合成。,c、一碳单位的
13、辅酶 四氢叶酸是一碳单位代谢的辅酶（载体）。 四氢叶酸由叶酸转变而来。叶酸由一分子喋呤，一分子对氨基苯甲酸和一分子谷氨酸组成，有时叶酸分子中可以有数个分子的谷氨酸。 在叶酸分子的第5,6,7,8位上加四个氢原子，即是四氢叶酸。 四氢叶酸分子上的第5和第6位上是携带一碳单位的位置，通常在FH4的前面以N5、N10字样，即表示其携带一碳单位的位置。 一碳单位的另一个载体是S-腺苷甲硫氨酸，其分子中硫原子上的甲基，也可作为一碳单位被利用。,d、一碳单位和氨基酸的代谢 甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸和组氨酸等几种氨基酸经过分解代谢产生一碳单位。,a) 甘氨酸 甘氨酸在甘氨酸氨解酶催化下脱氨基生成乙醛酸，再与四氢叶酸反应产生N5,N10-次甲基四氢叶酸，而N5,N10-次甲基四氢叶酸可为胸腺嘧啶核苷酸的合成提供一碳单位。,b) 苏氨酸 苏氨酸可分解成甘氨酸和乙醛，所以苏氨酸亦可参加一碳单位代谢。但苏氨酸也可转变成丙酰辅酶A而进行代谢，并非全部转变为甘氨酸。,c) 丝氨酸 在羟甲基转移酶催化下，丝氨酸转变为甘氨酸时，生成N5,N10-次甲基四氢叶酸。,d）组氨酸 在亚氨甲基转移酶催化下，组氨酸转变为谷氨酸时，四氢叶酸接受其分子中的亚氨甲基生成N5-亚氨甲基四氢叶酸。,