第九章--蛋白质的降解和氨基酸代谢课件

第九章第九章 蛋白质的降解和氨基酸代谢蛋白质的降解和氨基酸代谢人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。中。成人每天约有成人每天约有1%-2%1%-2%的体内蛋白质被降解。的体内蛋白质被降解。食物的消化过程基因突变、生物合成误差、自发诱变和疾基因突变、生物合成误差、自发诱变和疾病等可导致反常蛋白产生病等可导致反常蛋白产生具有重要生理功能的酶蛋白，寿命短。具有重要生理功能的酶蛋白，寿命短。维持体内维持体内AA代谢库代谢库防御机制组成部分防御机制组成部分蛋白质前体的裂解加工蛋白质前体的裂解加工3 3、蛋白质降解的意义、蛋白质降解的意义蛋白质的需要量蛋白质的需要量成人每日最低需要量成人每日最低需要量:303050g/d50g/d我国营养学会推荐的我国营养学会推荐的成人每日需要量成人每日需要量:80g/d 80g/d 真核细胞中存在两条不同的降解途径：真核细胞中存在两条不同的降解途径：1.1.不依赖不依赖ATPATP的降解途径：的降解途径：在在溶酶体溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。（酸性系统）膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。（酸性系统）在在胞液胞液中进行，主要降解异中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。常蛋白质和短寿命的蛋白质。需需ATPATP和泛素参与。和泛素参与。泛肽泛肽(ubiquitinubiquitin)是一种小是一种小分子蛋白质，普遍存在于真分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。核细胞中。2.2.依赖依赖ATPATP和和泛肽泛肽的降解途径：的降解途径：泛素化是指泛素分子在一系列特殊的酶作用下，将细胞内的蛋白质分类，从中选出靶蛋白分子，并对靶蛋白进行特异性修饰的过程.泛素化参与了细胞周期、增殖、凋亡、分化、转移、基因表达、转录调节、信号传递、损伤修复、炎症免疫等几乎一切生命活动的调控。泛素化与肿瘤、心血管等疾病的发病密切相关。因此，作为近年来生物化学研究的一个重大成果，它已然成为研究、开发新药物的新靶点。蛋白质的泛素化蛋白质的泛素化(ubiquitinationubiquitination)：泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后泛素与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使后者活化。者活化。泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程蛋白质的泛素化过程蛋白质的泛素化过程E1：泛素活化酶泛素活化酶E2：泛素携带蛋白泛素携带蛋白E3：泛素蛋白连接酶泛素蛋白连接酶 蛋白酶体的降解：蛋白酶体的降解：泛素化的蛋白质与多种泛素化的蛋白质与多种蛋白质蛋白质构成蛋白酶体构成蛋白酶体(proteasomeproteasome)，使蛋白，使蛋白质降解。质降解。氨基酸代谢库的来源与去路氨基酸代谢库的来源与去路氨基酸代谢库氨基酸代谢库食物蛋白质消化吸收食物蛋白质消化吸收组织细胞蛋白质分解组织细胞蛋白质分解非必需氨基酸合成非必需氨基酸合成合成蛋白质和多肽合成蛋白质和多肽脱氨基作用脱氨基作用脱羧基作用脱羧基作用转变为其他含氮物转变为其他含氮物第二节氨基酸的分解代谢第二节氨基酸的分解代谢脱氨基作用尿酸或尿囊素氨基酸氨基酸 酮酸酮酸1、氧化氧化：CO2、H2O、ATP2、提供可转化为、提供可转化为G（燃料）（燃料）的的3碳和碳和4碳单位碳单位NH4+1、再利用生成再利用生成AA2、排泄：排泄：NH4+、尿素、尿酸、尿素、尿酸一、氨基酸的分解代谢一、氨基酸的分解代谢（一）、氨基酸的脱氨基作用（一）、氨基酸的脱氨基作用1 1、氧化脱氨基作用、氧化脱氨基作用谷氨酸脱氢酶 L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶(L-(L-glutamatdehydrogenaseglutamatdehydrogenase)：是一种不需氧脱氢酶，以是一种不需氧脱氢酶，以NADNAD+或或NADPNADP+为辅酶，为辅酶，生成的生成的NADHNADH或或NADPHNADPH可进入呼吸链经氧化磷酸可进入呼吸链经氧化磷酸化产生化产生ATPATP。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大；该该酶活性高，分布广泛，因而作用较大；该酶属于变构酶，其活性受酶属于变构酶，其活性受ATPATP，GTPGTP的抑制，的抑制，受受ADPADP，GDPGDP的激活。的激活。HNH2R-C-COOH-+H2O2+NH3AAAA氧化酶氧化酶+O2+H2OR-C-COOHOL-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)：是一种需氧脱氢酶，以是一种需氧脱氢酶，以FAD或或FMN为辅基，脱下的氢原子为辅基，脱下的氢原子交给交给O2，生成，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。2 2、转氨基作用、转氨基作用氨基酸氨基酸酮戊二酸酮戊二酸 酮酸谷氨酸酮酸谷氨酸转氨酶转氨酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶转氨基作用转氨基作用(transaminationtransamination)可以在各种氨基可以在各种氨基酸与酸与-酮酸之间普遍进行。除酮酸之间普遍进行。除LysLys，ProPro外，均外，均可参加转氨基作用。可参加转氨基作用。各各种种转转氨氨酶酶(transaminasetransaminase)均均以以磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛(胺胺)为辅酶。为辅酶。R-CH-COOH R”-C-COOH NH2 OR-C-COOH R”-CH-COOH O NH2转氨酶转氨酶 转氨基作用机制转氨基作用机制转氨酶转氨酶 丙氨酸氨基转移酶丙氨酸氨基转移酶（alanine alanine transaminasetransaminase,ALTALT），），又称为又称为谷丙转氨酶（谷丙转氨酶（GPTGPT）：ALTALT催化丙氨酸与催化丙氨酸与-酮戊二酸之间的氨基移酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。换反应，为可逆反应。ALTALT在肝中活性较高，在在肝中活性较高，在肝的疾病肝的疾病时，可引时，可引起血清中起血清中ALTALT活性明显升高。活性明显升高。重要的转氨酶重要的转氨酶丙氨酸丙氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸 ALT丙酮酸丙酮酸+谷氨酸谷氨酸 天冬氨酸氨基转移酶天冬氨酸氨基转移酶（aspartateaspartate transaminasetransaminase,ASTAST），），又称为又称为谷草转氨酶谷草转氨酶（GOTGOT）：ASTAST催化天冬氨酸与催化天冬氨酸与-酮戊二酸之间的氨基酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。移换反应，为可逆反应。ASTAST在心肌中活性较高，故在在心肌中活性较高，故在心肌疾患心肌疾患时，时，血清中血清中ASTAST活性明显升高。活性明显升高。天冬氨酸天冬氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸+谷氨酸谷氨酸AST3 3、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用 转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为氨基酸脱去氨基并氧化为-酮酸酮酸(-ketoacidketoacid)的过程，称为的过程，称为联合脱氨基作用联合脱氨基作用。联合脱氨基作用可在联合脱氨基作用可在肝、肾肝、肾等大多数组织细胞中等大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。进行，是体内主要的脱氨基的方式。联合脱氨基作用联合脱氨基作用嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环 嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle,purine nucleotide cycle,PNCPNC）是存在于）是存在于骨骼肌骨骼肌和和心肌心肌中的一种特殊的中的一种特殊的联联合脱氨基作用合脱氨基作用方式。方式。在骨骼肌和心肌中，由于在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶的活性的活性较低，而较低，而腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶(adenylate(adenylate deaminasedeaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶(adenylate(adenylate deaminasedeaminase)可催化可催化AMPAMP脱氨基，脱氨基，此反应与转氨基反应联系，即构成嘌呤核苷酸循环此反应与转氨基反应联系，即构成嘌呤核苷酸循环(PNC)(PNC)的脱氨基作用。的脱氨基作用。腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶+NH3腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸（AMP）次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP）+H2OIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸氨基酸氨基酸-酮酸酮酸NH3H2O-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸AMP延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺苷酸脱腺苷酸脱氢酶氢酶（二）、氨基酸的脱羧基作用（二）、氨基酸的脱羧基作用二、氨在血中的转运二、氨在血中的转运 肌肉肌肉中的氨基酸将氨基转给中的氨基酸将氨基转给丙酮酸丙酮酸生成生成丙氨酸丙氨酸，后者经血液循环转运至后者经血液循环转运至肝肝再脱氨基，生成的再脱氨基，生成的丙丙酮酸酮酸异生为异生为葡萄糖葡萄糖后再经血液循环转运至后再经血液循环转运至肌肉肌肉重新分解产生重新分解产生丙酮酸丙酮酸，这一循环反应过程就称，这一循环反应过程就称为为丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环(alaninealanine-glucose-glucose cycle)cycle)。（一）丙氨酸（一）丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环肝肝liver血液血液blood骨骼肌骨骼肌muscleGGGpyruvateNH3analine analine pyruvateNH3analine 丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环（二）谷氨酰胺的运氨作用（二）谷氨酰胺的运氨作用 肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌，氨在肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌，氨在谷氨酰谷氨酰胺合成酶（胺合成酶（glutamine synthetase)glutamine synthetase)的催化下，的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环转运到肝，再由液循环转运到肝，再由谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶将其分解，将其分解，产生的氨即可用于合成尿素。产生的氨即可用于合成尿素。因此，因此，谷氨酰胺谷氨酰胺(glutamine)(glutamine)对氨具有对氨具有运输运输、贮贮存存和和解毒解毒作用。作用。ATPATP+NHNH3 3ADP+PiADP+Piglutamine synthetaseglutamicglutamic acid acidglutamineglutamineglutaminaseNHNH3 3 H H2 2OO肝外组织细胞肝外组织细胞肝细胞肝细胞血液血液谷氨酰胺的运氨作用谷氨酰胺的运氨作用（三）、氨的命运（三）、氨的命运鸟鸟氨氨酸酸循循环环氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基质基质线线粒粒体体胞液胞液NH2-C-NH2NH2-C-NH2OO尿素尿素尿素的生成尿素的生成 体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素(urea)(urea)。合成尿素的合成尿素的主要器官主要器官是是肝肝，但在肾及脑中也可，但在肾及脑中也可少量合成。少量合成。尿素合成是经称为尿素合成是经称为鸟氨酸循环鸟氨酸循环(ornithineornithine cycle)cycle)的反应过程来完成的。的反应过程来完成的。1 1氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成：在在线粒体线粒体中进行。中进行。由由氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoyl carbamoyl phosphate synthetase-,phosphate synthetase-,CPS-CPS-）催化，催化，需需N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸（AGAAGA）作为变构激活剂。作为变构激活剂。反应不可逆。反应不可逆。尿素生成的鸟氨酸循环尿素生成的鸟氨酸循环NH3+CO2 H2O+2ATP2ADP+Pi氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶AGA，Mg2+NH2O PO32-CO氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成2 2瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成：在在线粒体线粒体内进行。内进行。反应由反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithine ornithine carbamoyl trans-carbamoyl trans-feraseferase,OCTOCT）催化，将）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成氨基上，生成瓜瓜氨酸氨酸。NH2O PO32-CO(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸鸟氨酸氨基鸟氨酸氨基甲酰转移酶甲酰转移酶瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成3 3精氨酸代琥珀酸的合成精氨酸代琥珀酸的合成：在在胞液胞液中进行。中进行。瓜氨酸在瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶(arginino-arginino-succinatesuccinate synthetase)synthetase)催化下，消耗催化下，消耗ATPATP合合成成精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸。精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的是尿素合成的限速酶限速酶。CO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀精氨酸代琥珀酸合成酶酸合成酶ATPAMP+PPi+H2OCH2-CHCOOHCOOHH2NCH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸的合成精氨酸代琥珀酸的合成4 4精氨酸代琥珀酸的裂解精氨酸代琥珀酸的裂解：在在胞液胞液中进行。中进行。反应由反应由精氨酸代琥珀酸裂解酶精氨酸代琥珀酸裂解酶(arginino-arginino-succinatesuccinate lyase)lyase)催化，将精氨酸代琥珀酸催化，将精氨酸代琥珀酸裂解生成裂解生成精氨酸精氨酸和和延胡索酸延胡索酸。精氨酸代琥精氨酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶CH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸CHCH COOHCOOH+CNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸精氨酸代琥珀酸的裂解精氨酸代琥珀酸的裂解5 5精氨酸的水解精氨酸的水解：在在胞液胞液中进行。中进行。反应由反应由精氨酸酶精氨酸酶催化，精氨酸水解生成催化，精氨酸水解生成尿尿素素(urea)(urea)和和鸟氨酸鸟氨酸(ornithine)(ornithine)。鸟氨酸可鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。再转运入线粒体继续进行循环反应。(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸-NH2H2N-OC+鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素精氨酸酶精氨酸酶H2O精氨酸的水解精氨酸的水解胞液胞液线粒体线粒体2ATP+CO2+NH3+H2O氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 2ADP+Pi瓜氨酸瓜氨酸精氨酸代精氨酸代琥珀酸琥珀酸ATP+AspAMP+PPiNH3 草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸 鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸Pi延胡索酸延胡索酸精氨酸精氨酸尿素尿素鸟氨酸鸟氨酸H2O尿素合成的鸟氨酸循环尿素合成的鸟氨酸循环 1 1合成主要在合成主要在肝细胞肝细胞的的线粒体线粒体和和胞液胞液中进行；中进行；2 2合成一分子尿素需消耗合成一分子尿素需消耗4 4分子分子ATPATP；3 3精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速是尿素合成的限速酶；酶；4 4尿素分子中的两个氮原子，一个来源于尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NHNH3 3，一个来源于一个来源于天冬氨酸天冬氨酸。尿素合成的特点尿素合成的特点Krebss bicycleOverview of the catabolism of amino acids in mammals