生物化学——第八章 氨基酸代谢.ppt

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1、第八章第八章 蛋白质的降解和氨基酸蛋白质的降解和氨基酸 代谢代谢 第一节 蛋白质的酶促降解 细胞内蛋白质的降解 外源蛋白的酶促降解 一、细胞内蛋白质降解 （一）两类蛋白酶： 1、相对分子质量较小、专一性较低，催化过程不需要ATP的 蛋白酶和肽酶 2、高分子量的多酶复合物，需要ATP，专一性较强 （二）降解系统： 1、溶酶体系统： 主要是酸性pH下活化的小分子蛋白酶,水解长寿命蛋白质 和外来蛋白。 2、泛肽系统： 水解短寿命蛋白和反常蛋白 （三）细胞内蛋白质降解的意义 1）及时降解清除反常蛋白的产生 有些可恢复为正常蛋白 2）短寿命的蛋白在生物体的特殊作用 经常是一些代谢限速酶，便于通过基因表达

2、和降解对其含量 加以调控。 3）维持细胞内氨基酸库 4）防御机制组成部分 将吞入的病原体、异物等降解和清除 5）蛋白质前提的裂解加工 （四）蛋白质降解的泛肽途径 E1-S-E1-S- E1-SHE1-SH E2-S-E2-S- E1-SHE1-SH E2-SHE2-SH E2-SHE2-SH ATP AMP+PPiATP AMP+PPiE3E3 多泛肽化蛋白多泛肽化蛋白 ATPATP 2626S S蛋白酶体蛋白酶体 2020S S蛋白酶体蛋白酶体 ATPATP 1 19S9S调节亚基调节亚基 去折叠去折叠 水解水解 E1E1：泛肽激活酶：泛肽激活酶 E2E2：泛肽载体蛋白：泛肽载体蛋白 E3E

3、3：泛肽：泛肽- -蛋白质连接酶蛋白质连接酶 （ubiquitin） 小肽小肽 二、外源蛋白质的酶促降解 NH3+ NH3+ COO- COO- 外切酶氨肽酶 随机内切酶特定氨基酸间 外切酶羧肽酶 最终产物氨基酸 （一）蛋白水解酶： 1、动物蛋白酶 Stomach：胃蛋白酶 Small Intestine： 胰液 胰蛋白酶，糜蛋白酶，弹性蛋白酶，羧肽酶 小肠粘膜：氨肽酶，二肽酶 胰蛋白酶原 肠激酶 胰蛋白酶 糜蛋白酶原 糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶 羧基肽酶原A及B 羧基肽酶A及B 胃蛋白酶胃蛋白酶原 胃酸 胰蛋白酶：R1=Lys、Arg（专一性较强，快） 糜蛋白酶：R1=Phe、Trp、T

4、yr（快）；Leu、Met、His（稍 慢）；R2=Pro（抑制水解） 胃蛋白酶：R2=Phe、Trp、Tyr、Leu等疏水性AA（快）； R1=Pro（抑制水解） 嗜热菌蛋白酶：R2= Leu、Ile、Val、Phe、Trp、Tyr等疏水 性强的AA（快）；R2=Gly、Pro（不水解）；R1 / R3 =Pro （抑制水解） 2、植物蛋白酶 种类：木瓜、菠萝、无花果 分布：高等植物的种子及幼苗 用途：消化不良；啤酒澄清；嫩肉粉 氨基酸代谢概况 氨基酸代谢库 (metabolic pool) 食物蛋白质 消化吸收 组织蛋白质 分解 合成 合成 脱氨基作用 NH3- 酮酸 尿素糖氧化供能酮体

5、脱羧基作用 CO2 胺类 其他含氮化合物 转变 第二节 氨基酸的分解代谢 O + NH3 R-CH2NH2 + CO2 脱氨基 脱羧基 氨基酸 -酮酸酮酸 胺 L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程） 一、脱氨基作用 酶L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶 酶 2H+H+ 亚氨基酸不稳定 H2O+H+ 水解加氧脱氢 NH4+ -酮酸 3 （一）氧化脱氨基作用 本应是L-氨基酸氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该 酶分布不普遍，活力低（最适pH=10)，作用小。 D-氨基酸氧化酶分布广，活力强，但D-氨基酸在体内不 多。 问题：哪种酶作用最重要？ 有毒！ L-谷氨酸脱氢酶 NAD+H2O

6、NADH+H+NH4+ -谷氨酸 -酮戊二酸 谷氨酸氧化脱氨 （二）转氨基作用 特点：a. 可逆，受平衡影响 b. 氨基大多转给了-酮戊二酸 转氨酶 -酮酸 -氨基酸 -酮酸 -氨基酸 交换 谷丙转氨酶和谷草转氨酶 谷丙转氨酶 （GPT） 谷草转氨酶 (GOT) 正常成人各组织中GOT和GPT活性 组织 GOT（U/g）GPT（U/g） 心1560007100 肝14200044000 骨骼肌990004800 肾肾9100019000 脾140001200 肺10000700 血清2016 提示：肝细胞中GPT活力比其他组织高出许多 抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受 损破裂，肝

7、细胞的转氨酶进入血液。（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？ 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛的作用机理的作用机理 1、是非必需氨基酸合成代谢的重要步骤； 2、是连接糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。 特别注意三种氨基酸的转化： 丙氨酸 丙酮酸 天冬氨酸 草酰乙酸 谷氨酸 -酮戊二酸 转氨作用 转氨基本质上没有真正脱氨。 （三）联合脱氨作用 1、转氨与氧化脱氨的联合（L-谷氨酸脱氢酶） NH4+NADH+H+ NAD+H2O 2 2、嘌呤核苷酸联合脱氨基、嘌呤核苷酸联合脱氨基 （四）非氧化脱氨基作用 1、直接脱氨基 2、脱水脱氨基 3、脱硫化氢脱氨基 4、水解脱氨

8、基 （五）脱酰胺基作用 Gln Glu Asn Asp 二、氨基酸的脱羧作用 氨基酸 胺 + CO2 脱羧酶 由肺呼出 随尿排出，或转为其他物质 不是氨基酸代谢的主要方式 直接脱羧 色氨酸 吲哚丙氨酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸 丝氨酸 乙醇胺 胆碱 CO 2 co2 O2 Glu-氨基丁酸 (对中枢神经系统传导有抑制作用) Asp-Ala (泛酸组分) Trp(脱氨、脱羧、氧化) 吲哚乙酸(植物生长素) His组胺 (降血压作用) Tyr酪胺 (升血压作用) Ser(脱羧)乙醇胺甲基化成胆碱二者分别合成脑磷 脂和卵磷脂，可作为生物膜的成分。 Lys尸胺 Met亚精胺，精胺 多胺 Arg鲱精胺，腐胺

9、植物适量吸收，刺激细胞分裂，生长和防止衰老等 作用植物生长调节剂 胺的氧化 三、氨的代谢去路 氨基酸 CO2+胺 NH3+-酮酸 ? ? ? 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 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。 三羧酸循环 丙酮酸 酮戊二酸 氨中毒原理 L-谷氨酸脱氢酶 NAD+H2ONADH+H+NH4+ -谷氨酸 -酮戊二酸 ？ 水生生物直接扩散脱NH3 哺乳、两栖动物排尿素 （一）氨的排泄方式 各种生物根据安全、价廉的原则排氨。 体内水循环迅速，NH3浓度 低，扩散流失快，

10、毒性小。 体内水循环慢，NH3浓度较 高，需要消耗能量使其转化 为简单低毒的尿素形式。 （二）氨的转运 1、以Gln的形式转运 NH3+谷氨酸+ATP 谷氨酰胺+ADP+H3PO4 谷氨酰胺酶 肝 谷氨酸NH3 谷氨酰胺合成酶 是动物体(脑等组织)向肝和肾运氨的一种方式 尿素 2、以丙氨酸形式转运 肌肉血液肝 丙氨酸-葡萄糖循环 3、尿素的形成鸟氨酸循环 1932年，Hans Krebs 和Kurt Henseleit 根据一系列的实 验，提出了尿素循环(urea cycle)学说，又称为鸟氨酸循 环(ornithine cycle) 。 鸟 氨 酸 循 环 草酰乙酸氨基酸谷氨酸 -酮戊二酸

11、天冬氨酸 氨基酸 谷氨酸 谷氨酸 氨甲酰磷酸 2ATP+NH3+CO2+H2O 2ADP+Pi 基质 线 粒 体 胞液 鸟氨酸 瓜氨酸 瓜氨酸 精氨琥珀酸 鸟氨酸 精氨酸 延胡索酸 ATP AMP+PPi H2O NHNH 2 2 -C-NH-C-NH 2 2 OO 尿素 Pi （1）氨甲酰磷酸的生成 （2）瓜氨酸的合成 鸟氨酸转氨甲酰酶 （3）合成精氨酸 精氨琥珀酸裂合酶 （4）生成尿素 4、酰胺的生成储存氨的形式 谷氨酰胺是动物体内氨的主要运输方式； 高等植物主要以天冬酰胺形式储存和运载氨。 谷氨酰胺 谷氨酸 NH3+ATP ADP+Pi Mg 2+ 5、重新合成氨基酸和其它含氮物 1）通

12、过还原性加氨的方式固定在-酮戊二酸上而生成 谷氨酸。 2）谷氨酸又可通过转氨基作用，转移给其他-酮酸， 生成某些非必需氨基酸。 3）氨基甲酰磷酸经环化化二氢乳清酸尿苷酸嘧啶 类化合物 四、-酮酸酮酸的代谢 1、合成氨基酸（合成代谢占优势时） -酮酸酮酸 + + NHNH 3 3 - -氨基酸氨基酸 氨基化 -酮戊二酸酮戊二酸 + + NHNH 3 3 谷氨酸谷氨酸 氨基化 l其余氨基酸是通过Glu与-酮酸酮酸的转氨作用合成。 l是合成非必需氨基酸的途径之一。 2、进入三羧酸循环分解成CO2 + H2O 3、转变成糖及脂肪 生糖氨基酸：大多数 生成糖 生酮氨基酸 ：亮氨酸 生成脂肪 生糖兼生酮氨

13、基酸：异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸， 酪氨酸、色氨酸 u 生糖氨基酸：能在体内转化为糖的氨基酸。 能转化为丙酮酸及三羧酸循环的中间体，如草酰乙酸、 -酮戊二酸、延胡索酸和琥珀酸。 u 生酮氨基酸：在体内能转化成酮体的氨基酸。 能转化为乙酰辅酶A、乙酰乙酸或乙酰乙酰辅酶A的氨基 酸。 u 生糖兼生酮氨基酸：既可以生成糖，又可以生成酮体的 氨基酸。 氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径 草酰乙酸 2-磷酸烯醇 式丙酮酸 -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 赖氨酸 色氨酸 丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 谷氨酸 谷氨

14、酰胺 精氨酸 组氨酸 脯氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸 葡萄糖 柠檬酸 第三节 氨基酸的合成代谢概况 无机态N NH3 氨基酸 + -+ -酮酸酮酸 在植物体内，合成氨基酸所利用的碳源主要来自糖、 脂肪产生的-酮酸酮酸，而直接利用的，而直接利用的氮源氮源则是 则是NHNH 3 3 。 一、NH3的合成 （一）微生物固氮作用合成NH3 N2 + 3H2 2NH3 固氮酶 ATP （二）NO3-、NO2-还原成NH3 NO3- NO2- NH3 硝酸还原酶 亚硝酸还原酶 二、 NH3的同化 无机态的N合成氨基酸主要通过下面两条途径： 1、谷氨

15、酸的形成途径 2、氨甲酰磷酸形成 其他氨基酸则是通过转氨作用。 L-谷氨酸脱氢酶 NAD+H2ONADH+H+ -谷氨酸 -酮戊二酸 1、谷氨酸的形成 + NH4+ 氨基甲酰磷酸 CPS- AGA 2、氨基甲酰磷酸的合成： 氨基甲酰磷酸合成酶（CPS-） 三、氨基酸的合成 原料 NH3：主要由谷氨酸提供通过转氨作用 碳架：- - 酮酸，酮酸，来源于糖代谢中间产物 根据氨基酸合成的碳架来源不同，可将氨基酸分为若 干族。 五个族： 1、丙氨酸族： 2、丝氨酸族： 3、谷氨酸族： 4、天冬氨酸族： 5、组氨酸和芳香族氨基酸（莽草酸途径） (1) Ala族 Ala；Val；Leu 共同碳架：丙酮酸(E

16、MP) Ala 丙酮酸 Val -酮异戊酸 -酮异己酸Leu (2) Ser族 Ser；Gly；Cys 共同碳架：3-P-甘油酸(EMP) 乙醛酸 Gly CO2 NH3 3-P-甘油酸 Ser Cys (3) Glu族 Glu；Gln；Pro；羟脯氨酸；Arg 共同碳架：-酮戊二酸(TCA) Gln -酮戊二酸 Glu Pro 羟脯氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸 Arg (4)Asp族 Asp Asn Thr Met Ile Lys 共同碳架：OAA(TCA) Asn OAA Asp Lys Met Thr Ile (5) His 碳架：5-P-核糖(HMP)、ATP、Glu、Gln (6)芳香族AA

17、(莽草酸途径) 4-P-赤藓糖 (HMS) 莽草酸分枝酸Trp PEP (EMP) 预苯酸Tyr Phe CO2+H2 O 戊糖磷戊糖磷 酸途径酸途径 葡萄糖 葡糖-6-磷酸 3-磷酸-甘油酸 丙酮酸 三羧酸循环三羧酸循环 乙醛酸循环乙醛酸循环 核糖-5-磷酸 酵解酵解 组氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 缬氨酸 丙氨酸 草酰乙酸 -酮戊二酸 天冬氨酸 天冬酰胺 甲硫氨酸 苏氨酸 微生物和植物可以合 成所有类型氨基酸。 谷氨酸 谷氨酰胺 赖氨酸 精氨酸 脯氨酸 总结： 1、无论N素来源如何，生物体最先合成的氨基酸都是 谷氨酸或谷氨酰胺。 2、大多数氨基

18、酸的合成需要转氨作用。转氨作用的NH3 来源于谷氨酸，碳架来源于糖代谢中间产生的-酮酸酮酸 ，但由糖代谢中-酮酸酮酸直接转氨合成的氨基酸只有丙 氨酸和天冬氨酸，其他氨基酸的合成还需要别的步骤 。 四、一碳基团代谢四、一碳基团代谢 1 1、一碳基团的概念、一碳基团的概念 2 2、一碳基团和氨基酸代谢、一碳基团和氨基酸代谢 Gly、Ser、Thr、His都可以作为一碳基团的供体。 3 3、一碳基团的利用、一碳基团的利用 参与合成反应，如磷脂、核苷酸等的合成。 一碳基团一碳基团 在代谢过程中，某些化合物（在代谢过程中，某些化合物（ 如氨基酸）可以分解产生具有如氨基酸）可以分解产生具有 一个碳原子的基

19、团（不包括一个碳原子的基团（不包括COCO 2 2 ），），称为称为一碳基团一碳基团。一碳基团一碳基团 的转移除了和许多氨基酸的代的转移除了和许多氨基酸的代 谢直接有关外，还参与嘌呤和谢直接有关外，还参与嘌呤和 胸腺嘧啶的生物合成。胸腺嘧啶的生物合成。 一碳基团转移酶的辅酶：FHFH 4 4 一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名 -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） 叶 酸 四 氢 叶 酸H H 10 5 N N5 5 ，N N10 10-CH -CH 2

20、 2 -FH-FH 4 4 N N5 5 -CHO-FH-CHO-FH 4 4 CHCH 2 2 CHOCHO 一碳基团的来源 与转变 S-S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸 N N5 5 -CH-CH 3 3 -FH-FH 4 4 N N 5 5 ， N N 10 10 -CH -CH 2 2 -FH-FH 4 4 N N5 5 , , N N 10 10 = CH-FH = CH-FH 4 4 N N 10 10 -CHO-FH -CHO-FH 4 4 N N5 5 , , N N 10 10 -CH -CH 2 2 -FH-FH 4 4 还原酶还原酶 N N5 5 , , N N 10 10 -CH -CH 2 2 -FH-FH 4 4 脱氢酶脱氢酶 环水化酶环水化酶 丝丝氨酸氨酸 组氨酸、组氨酸、 甘氨酸甘氨酸 参与参与 甲基化反应甲基化反应 为为胸腺嘧啶胸腺嘧啶合合 成提供甲基成提供甲基 参与嘌呤合成参与嘌呤合成 FHFH 4 4 FHFH 4 4 FHFH 4 4 HCOOHHCOOH HH 2 2 OO NADNAD + + NDAH+HNDAH+H + + NADNAD + + NADH+HNADH+H + + HH + + 参与嘌呤合成参与嘌呤合成