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第 26 章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢

第 26 章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢. 蛋白质的酶促降解. 氨基酸的分解代谢. 尿素的形成. 氨基酸碳链的氧化途径. 生糖氨基酸和生酮氨基酸. 由氨基酸衍生的其它重要物质. 氨基酸缺乏症. 一、 蛋白质降解 ( 一 ) 外源性氨基酸和内源性氨基酸. 食物蛋白经过消化吸收后，以氨基酸的形式通过血液循环运到全身的各组织。这种来源的氨基酸称为 外源性氨基酸 。 机体各组织蛋白质在蛋白酶的催化下，也不断地分解成为氨基酸；机体还能合成部分氨基酸 ( 非必需氨基酸 ) ；这两种来源的氨基酸称为 内源性氨基酸 。

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第 26 章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢

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  1. 第26章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢 蛋白质的酶促降解 氨基酸的分解代谢 尿素的形成 氨基酸碳链的氧化途径 生糖氨基酸和生酮氨基酸 由氨基酸衍生的其它重要物质 氨基酸缺乏症

  2. 一、 蛋白质降解 (一)外源性氨基酸和内源性氨基酸 • 食物蛋白经过消化吸收后，以氨基酸的形式通过血液循环运到全身的各组织。这种来源的氨基酸称为外源性氨基酸。 • 机体各组织蛋白质在蛋白酶的催化下，也不断地分解成为氨基酸；机体还能合成部分氨基酸(非必需氨基酸)；这两种来源的氨基酸称为内源性氨基酸。 • 外源性氨基酸和内源性氨基酸彼此之间没有区别，共同构成了机体的氨基酸代谢库(metabolic pool)。

  3. （二）细胞内蛋白质降解的特性 1、正常成年人的组织蛋白降解与合成处于动态平衡中。 2、细胞能选择性地降解非正常蛋白质。 3、正常细胞内的蛋白质被降解的速度是由其个性所决定的,也受营养及激素状态而有所不同。 4、组织中的蛋白酶可把组织蛋白水解,但这种水解是在严格的调控下进行的。

  4. （三）蛋白质降解的反应机制 真核细胞蛋白质降解有多种机制，了解较清楚的是溶酶体降解途径和依赖于ATP的泛肽降解途径。 1、溶酶体降解途径：溶酶体内含有50多种水解酶类，均为酸性水解酶，最适pH5.0左右。溶酶体把要水解的物质吞噬到溶酶体内进行水解，溶酶体内的酶在细胞溶胶的pH条件下，几乎是无活性的，一旦溶酶体的酶泄漏到细胞溶胶中，对细胞基本无伤害。但如果溶酶体酶释放到细胞外，释放的酶会损伤周围的组织。 溶酶体能降解降解物质没有选择性。

  5. 2、依赖于ATP的泛肽降解的途径： • 泛肽是由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白质，高度保守，广泛存在于真核细胞中，功能是作为无用蛋白质降解的标签。把将要被降解的蛋白质标记，然后降解，蛋白质被标记蛋白质过程,也是氨基酸活化过程，分三步进行。

  6. 胃壁细胞→HCI→使球状蛋白质变性和松散 胃主细胞→胃蛋白酶原→胃蛋白酶 胃黏膜→胃泌素 酸性食糜 小肠→小肠分泌促胰液肽→胰腺→碳酸氢盐→中和胃酸 胰腺→胰蛋白酶原 、胰凝乳蛋白酶原和羧肽酶原肠腺→羧基肽酶和氨基肽酶 （四）哺乳动物对外源蛋白质的消化 ★口腔:无消化蛋白质功能

  7. 二、氨基酸分解代谢 ☆从氨基酸的结构上看，除了侧链R基团不同外，均有α-氨基和α-羧基。所以氨基酸在体内具有共同的分解代谢途径,就是脱氨基、脱羧基作用。 ☆氨基酸分解代谢的主要途径 脱氨基作用 脱羧基作用

  8. （一）脱氨基作用 • 氧化脱氨基作用 • 转氨基作用 • 联合脱氨基作用 • 非氧化脱氨基作用

  9. 1、 氧化脱氨基作用 （1）概念：是指在酶的催化下氨基酸在氧化脱氢的同时脱去氨基的过程。 （2）催化此反应的酶有氨基酸氧化酶和氨基酸脱H酶. ①氨基酸氧化酶分为:L-氨基酸氧化酶和D-氨基酸氧化酶. ②氨基酸脱H酶,起主要作用的是L-谷氨酸脱H酶。

  10. 2 、 转氨基作用 （1）概念：是指在转氨酶催化下，将α-氨基酸的氨基转给α-酮酸，生成相应的α-酮酸和一种新的α-氨基酸。 （2）体内绝大多数氨基酸通过转氨基作用脱氨。构成天然蛋白质的20种α-氨基酸中，除赖氨酸、苏氨酸不参加转氨基作用，其余均可由特定的转氨酶催化参加转氨基作用。

  11. 3、 联合脱氨基作用 ★联合脱氨基作用主要有两种反应途径： （1）L－谷氨酸脱氢酶和转氨酶联合催化的脱氨基作用： L-谷氨酸脱氢酶 转氨酶

  12. （2）嘌呤核苷酸循环(purine nucleotide cycle)：一种氨基酸经过两次转氨作用可将α-氨基转移至草酰乙酸生成天冬氨酸。天冬氨酸又可将此氨基转移给次黄嘌呤核苷酸生成腺核苷酸，在骨骼肌中有丰富的腺苷酸脱氨酶，腺核苷酸在腺苷酸脱氨酶催化下加水、脱氨再生成次黄嘌呤核苷酸(IMP)。

  13. GTP GDP

  14. 4 、 非氧化脱氨基作用 非氧化脱氨基作用(nonoxidative deamination)可分为 (1)还原脱氨基，在无氧条件下，由氢化酶催化 (2)水解脱氨基，由水解酶催化 (3)脱水脱氨基，由脱水酶催化 (4)脱硫氢基脱氨基，由脱硫氢基酶催化 (5)氧化还原脱氨基 (6)直接脱氨基，由解氨酶催化 某些氨基酸可以进行非氧化脱氨。 脱水脱氨基如丝氨酸可在丝氨酸脱水酶的催化下生成氨和丙酮酸。

  15. （二） 脱羧基作用 概念：氨基酸可在氨基酸脱羧酶催化下进行脱羧基生成二氧化碳和一个伯胺的过程，除组氨酸外，所以脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。脱羧酶专一性高，脱羧后生成的绝大多数胺对动物有毒,体内胺氧化酶能将胺氧化成醛和氨,醛再氧化成脂酸.但有些胺具有重要的生理作用。 L-谷氨酸 γ-氨基丁酸 天冬氨酸 β-丙氨酸 组氨酸 组胺 酪氨酸 酪胺 RCH2NH2 + CO2 NH2CHRCOOH L-色氨酸 5-羟色胺

  16. 三、 氨基酸分解产物的代谢 ● 氨的代谢 ● α-酮酸的代谢 ● CO2的代谢 ● 胺：少数微量时有调节作用，多数有过量时有毒

  17. （一）氨的转运 • 肝外组织产生的氨向肝内转运有两种方式：一种是以谷氨酰胺的形式转运，另一种是以丙氨酸的形式转运。

  18. （二）氨的排泄 • 不同动物排氨的方式不同： • 水生动物体直接排氨，因为这类动物体内外的水供应都极充足，氨随水排出体外，氨可被大量水稀释不会发生不良现象。也有部分氨转转变为三甲胺排出。 • 鸟类和爬行类是排尿酸的，因这类动物生活在较干燥缺水环境中，氨转变成溶解度较小的尿酸再排出体外。 • 两栖类、人和哺乳类是排尿素的，两栖类生活环境不缺水，人和哺乳类虽环境缺水，但体内水不太缺，氨转变成溶解度较大的尿素排出体外。

  19. （三）氨的代谢转变 • 合成尿素 • 合成酰胺 • 合成嘧啶环 • 合成谷氨酸

  20. 1、 尿素合成 （1）尿素合成器官 肝脏是尿素合成的主要器官，肾脏是尿素排泄的主要器官。精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸可加速尿素的合成。Krebs等人提出了鸟氨酸循环(ornithine cyclc)学说。其后由Ratner和Cohen详细论述了其各步反应。

  21. （2）尿素合成途径 ①氨基甲酰磷酸的合成 ②瓜氨酸的生成 ③ 精氨酸代琥珀酸的合成 ④精氨酸的生成 ⑤尿素的生成

  22. HCOOC HOOCH =

  23. （3）尿素合成小结 ①尿素合成的总反应式： 2ADP+ AMP+4Pi 3ATP NH+4+CO2+天冬氨酸+2H2O 尿素+延胡索酸 ②生成1mol尿素消耗的3分子ATP，4个高能键；从体内清除2mol氨和1molCO2。其中一个氨基由天冬氨酸提供。 ③尿素循环的前2个步骤，即氨甲酰磷酸和瓜氨酸的合成是在线粒体中完成的，这样有利于将氨控制在线粒体中，防止扩散到血液中引起氨中毒。

  24. ④尿素循环中生成的延胡索酸将尿素循环和三羧酸循环联系起来，延胡索酸也可生成苹果酸，再生成草酰乙酸，草酰乙酸可进入三羧酸循环，也可再形成天冬氨酸进入尿素循环。将尿素循环与柠檬酸循环联系起来。④尿素循环中生成的延胡索酸将尿素循环和三羧酸循环联系起来，延胡索酸也可生成苹果酸，再生成草酰乙酸，草酰乙酸可进入三羧酸循环，也可再形成天冬氨酸进入尿素循环。将尿素循环与柠檬酸循环联系起来。 ⑤尿素生成的主要器官是肝脏。在肝细胞的线粒体和细胞溶胶中. ⑥氨甲酰磷酸合成酶是尿素合成的关键酶

  25. （4）尿素合成的调节 ①食物蛋白的影响：高蛋白膳食或严重饥饿时合成尿素的速度加快，排除的尿素量增加，反之则少。 ②氨甲酰磷酸合成酶I(CPS-I)的活性调节：氨甲酰磷酸合成酶I(CPS-I)是一种别构酶,N-乙酰谷氨酸（AGA)是该酶的激活剂，N-乙酰谷氨酸是由谷氨酸和乙酰CoA在N-乙酰谷氨酸合成酶催化下合成的。精氨酸可激活N-乙酰谷氨酸合成酶，所以，精氨酸和谷氨酸也是氨甲酰磷酸合成酶I的激活剂。 ③尿素循环中其他酶的活性由它们的底物所控制。

  26. COO- │ C—H │ CH2 │ CH2 │ COO- COO- │ C—H │ CH2 │ CH2 │ C=O ATP ADP+Pi H3N— H3N— + H+ + NH4+ 谷氨酰胺合成酶 │ NH2 2、合成酰胺 • 谷氨酸与氨在谷氨酸合成酶催化下合成谷氨酰胺； • 天冬氨酸与氨在天冬氨酸合成酶催化下合成天冬酰胺 3、氨用来合成嘧啶环

  27. 四、氨基酸碳骨架的分解代谢 氨基酸脱氨后生成的α-酮酸可通过各自特有的代谢途径最终转变为丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酸CoA、延胡索酸和草酰乙酸，分别进入糖代谢和脂代谢途径，将糖代谢、脂代谢和氨基酸代谢联系起来。

  28. 1、生糖氨基酸和生酮氨基酸 • 凡能在分解过程中转变为乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的氨基酸叫生酮氨基酸，因这两种物质在肝脏中能转变为酮体。包括赖氨酸和亮氨酸。 • 生糖氨基酸：凡能在分解代谢中转变为丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸CoA、延胡索酸和草酰乙酸的氨基酸叫生糖氨基酸。 • 生糖兼生酮氨基酸：在体内既能转变为酮体也能转变为葡萄糖叫生糖兼生酮氨基酸，包括异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。 • 所以生酮和生糖氨基酸无严格界限。

  29. 2、个别氨基酸的分解代谢 （1）生成乙酰CoA的氨基酸：丙氨酸、色氨酸、半胱氨酸、丝氨酸和甘氨酸5种。有些生物，苏氨酸也能降解为丙酮酸再转变为乙酰CoA，在人类中，则降解为琥珀酰CoA （2）生成乙酰乙酰CoA的氨基酸：色氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、异亮氨酸 （3）生成α-酮戊二酸的氨基酸：脯氨酸、精氨酸、组氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺。 （4）生成琥珀酰CoA的氨基酸：甲硫氨酸、异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸。 （5）生成草酰乙酸的氨基酸：天冬氨酸和天冬酰胺 • 脊椎动物分解代谢主要在肝脏中进行,肾中也比较活跃.肌肉中氨基酸的分解代谢是很少的.

  30. 经丙酮酸生成乙酰CoA；经乙酰乙酰CoA再生成乙酰CoA；经丙酮酸生成乙酰CoA；经乙酰乙酰CoA再生成乙酰CoA； 经谷氨酸生成α-酮戊二酸；形成琥珀酰CoA；形成草酰乙酸

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