第 30 章蛋白质的降解及氨基酸的分解代谢

第30章蛋白质的降解 及氨基酸的分解代谢

蛋白质的水解 • 氨基酸的代谢 • 氨基酸的分解 • 氨基酸的合成

外源蛋白质 一、蛋白质的水解吸收入胞外酶水解氨基酸蛋白质不能储备。作为氮源和能源进行代谢。

？泛肽识别并在溶酶体中水解水解氨基酸 • 细胞内能有选择的降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能？内源过期蛋白质

氨基酸 泛肽 • 泛肽过期蛋白质溶酶体泛肽复合体

被标记后的内源蛋白质 双层膜各种水解酶白细胞杀菌时被该细菌同样溶解 50~500nm 溶酶体小分子单元白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关游离于细胞质中，过于微小难以观察

NH3+— NH3+— COO-— COO-— 特定氨基酸间随机提问：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？ • 外切酶—氨肽酶内切酶限制性内切酶 • 外切酶—羧肽酶最终产物—氨基酸

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）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。

NH3、尿素、尿酸 CO2、H2O、ATP 分解？氨基酸合成合成其他？四大物质、激素等二、氨基酸的分解代谢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。

O O （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。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　　　　　　　　　　联合脱氨基作用脱氨酶？ NH3 α酮酸

指α-AA和酮酸之间氨基的转移作用， α-AA的α-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。丙酮酸交换三羧酸循环 α-氨基酸 1.转氨基作用 • 特点：a. 可逆，受平衡影响 b. 氨基大多转给了α-酮戊二酸（产物谷氨酸） α-酮酸逆过程转氨酶 α酮戊二酸 α-氨基酸 α-酮酸提问：为什么多转给α-酮戊二酸？答案：来源有保证，谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生α-酮戊二酸。

COO- COO- - - CH2 CH2 - - CH2 CH2 - - C=O CH+NH3 - - COO- COO- COO- COO- - - CH2 CH2 - - CH+NH3 C=O - - COO- COO- • 转氨基作用举例谷氨酸 + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + 丙氨酸天冬氨酸 + α-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： 1）. 2）. 谷丙转氨酶（glutamic pyruvic transaminase, GPT）〔或丙氨酶氨基转移酶（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α-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。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α-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。

查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？ • 提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍 • 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）转氨基本质上没有真正脱氨。

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

2H+H+ 2 酶 • 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。 2.氧化脱氨作用 • 脱氨酶——脱氢氧化酶 H2O+H+ α-酮酸 NH4+ 脱氢亚氨基酸不稳定水解加氧酶——L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶？！ L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）提问：那种酶作用最重要？本应是L-氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该酶分布不普遍，活力低（pH=7)，作用小。

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-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。是别构酶，别构抑制剂：ATP﹑GTP、DADH；别构激活剂：ADP﹑GDP COOH COOH - - CHNH2 C=O - - CH2 CH2 - - CH2 CH2 - - COOH COOH 体内（正）谷氨酸脱氢酶 +NAD(P)++H2O +NAD(P)H+NH3 体外（反）

有毒！ NAD++H2O NADH+H++NH4+ L-谷氨酸脱氢酶 α-酮戊二酸 α-谷氨酸谷氨酸氧化脱氨

丙酮酸 NAD++H2O NADH+H++NH4+ 三羧酸循环？ L-谷氨酸脱氢酶 α酮戊二酸 α-酮戊二酸 α-谷氨酸氨中毒原理若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累 • α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。

产物反应物 3. 联合脱氨————转氨与氧化脱氨的联合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。 1. 转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用 NH4+ NADH+H+ α-氨基酸 α-酮戊二酸 NH3 2H α-酮酸 NAD++H2O 谷氨酸转氨酶 L-谷氨酸脱氢酶由于两种酶活性强，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。

2 .嘌呤核苷酸循环（肌肉中的联合脱氨基方式）天冬氨酸次黄苷酸 α-氨基酸 α-酮戊二酸 NH3 H2O NH3 α- 酮酸谷氨酸转氨酶产物腺苷酸琥珀酸 NADH+H+ 草酰乙酸延胡索酸 NAD+ 苹果酸腺苷酸嘌呤核苷酸联合脱氨基反应物 NH3 谷-草转氨酶 H2O H2O

丝氨酸脱水酶 +NH3 CH2 CH3 L-丝氨酸丙酮酸 -H2O +H2O COO- COO- α-氨基丙烯酸亚氨基丙酸 COOH COOH - - - = C=NH2+ NH2-C-H C=O C-NH3+ - - - - CH2OH CH3 4、非氧化脱氨 • 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）

CH2-CHNH2-COOH (OH) • 由解氨酶催化 CH=CH-COOH PAL +NH3 (OH) L-苯丙氨酸 (酪氨酸) 反式肉桂酸 (反式香豆酸) 单宁等次生物辅酶Q

谷氨酰胺酶 谷氨酰胺 5.谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨？脱氨 NH3 H2O 谷氨酸天冬酰胺与之类似。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。 NH3何处去呢？

专一性强 脱羧酶脱羧酶胺类化合物胺类化合物 AA AA （辅酶为磷酸吡哆醛）（辅酶为磷酸吡哆醛） H H H H - - - - R2 R2 R2 R2 R1 R1 R1 R1 - - - - - - H-C-NH2 H-C-N= C H-C-N= C O=C H-C-NH2 O=C - - - - - - H H COOH COOH 6、脱羧基作用 + +H2O 醛亚胺磷酸吡哆醛 CO2 H2O +

谷AA γ-氨基丁酸+CO2 天冬AA β-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。 AA RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3 RCHO+1/2O2 RCOOH CO2+H2O 尿素

7.NH3的转运与排泄 （1）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（核酸代谢）

（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 酶尿素循环 Glu脱氢酶丙酮酸转氨酶在肌肉尿素循环丙酮酸转氨酶在肝脏

消耗4ATP能量 （3）尿素的形成——尿素循环（鸟氨酸循环）氨基酸（外来的或自身的）部位——肝脏细胞 α-酮戊二酸（转氨作用） H2O 谷氨酸精氨酸延胡索酸尿素鸟氨酸谷氨酸 α酮戊二酸 NH4+ 2ATP CO2 精氨琥珀酸鸟氨酸 Pi 2ADP+Pi+H+ 氨甲酰磷酸 Pi 瓜氨酸转氨基—氨瓜氨酸 AMP+PPi ATP

（三）尿素循环的详细步骤 1. 氨基甲酰磷酸的合成（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） HCO3-+ 线粒体中的氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）：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Ⅱ（CPS- Ⅱ ），用谷氨酸做氮的供给体，参与嘧啶生物合成。

CPS-Ⅰ CO2＋ NH3＋ H2O ＋ 2ATP 氨甲酰磷酸＋ 2ADP ＋ Pi （+）精氨酸（+） AGA合成酶 AGA 乙酰CoA ＋谷氨酸

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）

5. 精氨酸水解生成尿素（细胞质）

总反应 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酸也形成1分子NADH。两个NADH再氧化，可产生5个ATP。

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-Ⅰ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酸代琥珀酸合成酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶（肝细胞再生时，活性↓）

高血氨症 正常血氨浓度﹤0.6 μmol / 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：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。

生酮氨基酸 (只能转化为脂肪） 6. α-酮酸的转化 • (1)合成氨基酸（合成代谢占优势时） • (2)进入三羧酸循环彻底氧化分解! • (3)转化为糖及脂肪除亮氨酸、赖氨酸外的氨基酸可由？转化为糖。糖异生

CoASH 柠檬酸乙酰CoA 异柠檬酸草酰乙酸 α-酮戊二酸琥珀酰CoA 苹果酸延胡索酸三羧酸循环丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸碳骨架的氧化（肝脏中）谷氨酸丙酮酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸乙酰乙酰CoA 天冬酰胺谷氨酰胺苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸苯丙氨酸酪氨酸

三羧酸循环—焚烧炉

第二节氨基酸的合成 由糖代谢中间产物转化而来。非必需氨基酸 (10种) 糖动物蛋白质氨基酸必需氨基酸 (10种) 酮体必需——分解不可逆，缺乏碳骨架供给。

CO2+H2O 微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。葡萄糖色氨酸苯丙氨酸酪氨酸葡糖-6-磷酸戊糖磷酸途径组氨酸核糖-5-磷酸丝氨酸半胱氨酸甘氨酸 3磷酸-甘油酸亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙氨酸酵解丙酮酸天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酰胺赖氨酸精氨酸脯氨酸三羧酸循环乙醛酸循环 α-酮戊二酸

第 30 章蛋白质的降解及氨基酸的分解代谢