蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢

蛋白质的降解,及氨基酸的分解代谢,1,意义,:,（,1,）,清除异常蛋白；,（,2,）细胞对代谢进行调控的一种方式,一、蛋白质降解特征,居于重要代谢调控位点的酶或调节蛋白，降,解速度快（短寿蛋白多是调节蛋白或调节酶）,“,持家蛋白,”,的降解速度慢（长寿蛋白多是,持家蛋白）,蛋白质的降解速度受到细胞营养及激素状态,的调节，营养缺乏，周转速度加快。,第一节 蛋白质的降解,二、蛋白质降解的反应机制,真核细胞中蛋白质的降解有两条途径：,1.,溶酶体途径,:,无选择地降解蛋白质，主要降解外源蛋,白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。,2.,泛肽途径,:,给选择降解的蛋白质加以标记，依赖,ATP,，,在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，,此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。,50,500nm,各种,水解酶,单层膜,游离于细胞质中，过于微小难以观察,小分子单元,溶酶体,溶酶体途径,泛素,(Ubiquitin),是一种,8.5KD,（,76 a.a.,残基）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,a.a,残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。,Aaron Ciechanover,Avram Hershko,Irwin Rose,三、机体对外源蛋白质的需要及其消化作用,胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶,A,、,B,、氨肽酶,（,Phe.Tyr.Trp,）,（,Arg.Lys,）,（脂肪族）,胰凝乳蛋白酶,胃蛋白酶,弹性蛋白酶,羧肽酶,胰蛋白酶,氨肽酶,羧肽酶,（,Phe. Trp,）,消化道内几种蛋白酶的专一性,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。,第二节 氨基酸分解代谢,氨基酸的去向 ：,重新合成蛋白质（蛋白质周转）,合成血红素、活性胺、,GSH,、核苷酸、辅酶等,彻底分解，提供能量,多余的氨基酸转化为葡萄糖、脂肪酸、酮体等,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,（,NH,3,），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。,（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,非氧化脱氨,转氨基作用举例,谷氨酸,+,丙酮酸,-,酮戊二酸,+,丙氨酸,天冬氨酸,+ -,酮戊二酸,草酰乙酸,+,谷氨酸,CH,2,-,COO,-,CH,+,NH,3,COO,-,-,-,CH,2,-,COO,-,CH,2,-,C=O,COO,-,-,-,CH,2,-,COO,-,C=O,COO,-,-,-,CH,2,-,COO,-,CH,2,-,CH,+,NH,3,COO,-,-,-,+,+,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：,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,-,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。,酸,肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的,100,倍。血清酶检测常包括丙氨酸氨基转移酶（,ALT,）和门冬氨酸氨基转移酶（,AST,）等。在各种酶试验中，,ALT,和,AST,能敏感地反映肝细胞损伤与否及损伤程度。各种急性病毒性肝炎、药物或酒精引起急性肝细胞损伤时，血清,ALT,最敏感，在临床症状如黄疸出现之前,ALT,就急剧升高，同时,AST,也升高，但是,AST,升高程度不如,ALT,。而在慢性肝炎和肝硬化时，,AST,升高程度超过,ALT,，因此,AST,主要反映的是肝脏损伤程度。（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？,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,L-,谷氨酸脱氢酶,（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）,2.,氧化脱氨作用,脱氢、氧化酶,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,H,2,O,+,H,+,水解,脱氢,NH,4,+,-,酮酸,2,定义：,-,氨基酸在酶的作用下，氧化生成,-,酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。,AA,氧化酶的种类,L-,氨基酸氧化酶：,催化,L-,氨基酸氧化脱氨，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-,氨基酸氧化酶：,主要存在于肾脏，以,FAD,为辅基。但体内,D-,氨基酸不多。,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：,ATPGTP,；别构激活剂：,ADPGDP,+NAD(P)H+NH,3,CH,2,-,COOH,CHNH,2,-,CH,2,COOH,-,-,+NAD(P),+,+H,2,O,谷氨酸,脱氢酶,CH,2,-,COOH,C=O,-,CH,2,COOH,-,-,产物,反应物,3.,联合脱氨,转氨,与,氧化脱氨,的联合,谷氨酸,L-,谷氨酸脱氢酶,-,酮戊二酸,转氨酶,NH,4,+,-,氨基酸,NAD,+,+H,2,O,-,酮酸,NH,3,2H,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。,NADH+H,+,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,产物,腺苷酸代琥珀酸,草酰乙酸,谷氨酸,-,酮戊二酸,转氨酶,-,氨基酸,-,酮酸,NH,3,NH,3,天冬氨酸,次黄苷酸,H,2,O,NH,3,H,2,O,NAD,+,NADH+H,+,腺苷酸,延胡索酸,苹果酸,谷,-,草,转氨酶,H,2,O,反应物,2 .,嘌呤核苷酸联合脱氨基,还原脱氨基,脱水脱氨基,水解脱氨基,脱硫氢基脱氨基,（,在微生物中个别氨基酸中进行,但不普遍）,4,、非氧化脱氨,L-,丝氨酸,CH,2,COO,-,C-NH,3,+,=,-,CH,3,COO,-,C=NH,2,+,-,-,COOH,CH,2,OH,NH,2,-C-H,-,-,COOH,CH,3,C=O,-,-,丝氨酸脱水酶,+NH,3,丙酮酸,-H,2,O,+H,2,O,-,氨基丙烯酸,亚氨基丙酸,5,、脱 羧 基 作 用,AA,胺类化合物,脱羧酶,（辅酶为磷酸吡哆醛）,R,1,COOH,H-C-NH,2,-,-,H,R,2,O=C,-,-,+,AA,胺类化合物,脱羧酶,（辅酶为磷酸吡哆醛）,磷酸吡哆醛,R,1,COOH,H-C-N= C,-,-,-,H,-,R,2,醛亚胺,+H,2,O,R,1,H,H-C-N= C,-,-,-,H,-,R,2,CO,2,H,2,O,H,R,2,O=C,-,-,+,R,1,H,H-C-NH,2,-,-,专一性强,谷,AA -,氨基丁酸,+CO,2,天冬,AA -,丙,AA+CO,2,赖,AA,尸胺,+ CO,2,鸟,AA,腐胺,+ CO,2,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。,RCH,2,NH,2,+O,2,+H,2,O RCHO+H,2,O,2,+NH,3,RCHO+1/2O,2,RCOOH CO,2,+H,2,O,AA,尿素,若外环境,NH,3,大量进入细胞，或细胞内,NH,3,大量积累,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。,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,+,+H,2,O,NADH+H,+,+,NH,4,+,-,谷氨酸,-,酮戊二酸,？,（,1,）氨的去路：,排氨生物：,以,NH,3,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,NH,3,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,NH,3,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）,6.NH,3,的转运与排泄,（,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）：,NH,4,+,+ Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H,+,Gln+H,2,O Glu + NH,4,+,以,Ala,转运（葡萄糖,-,丙氨酸转运,：肌肉）,NH,4,+,+,-,酮戊二酸,+NADPH+H,+,Glu+NADP,+,+H,2,O,Glu+,丙酮酸,-,酮戊二酸,+Ala,Ala+,-,酮戊二酸,Glu+,丙酮酸,Gln,合成酶,Gln,酶,Glu,脱氢酶,丙酮酸转氨酶,丙酮酸转氨酶,在肌肉,在肝脏,尿素循环,尿素循环,第三节 尿素的形成,尿素循环,（,鸟氨酸循环）,部位,肝脏细胞,氨基酸,（外来的或自身的）,-,酮戊二酸,（转氨作用）,谷氨酸,谷氨酸,酮戊二酸,NH,4,+,CO,2,2ADP+Pi+H,+,2ATP,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,氨甲酰,磷酸,Pi,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨琥珀酸,ATP,AMP+PPi,延胡索酸,鸟氨酸,精氨酸,H,2,O,尿素,消耗,4ATP,能量,一、 尿素循环的详细步骤,1.,氨甲酰磷酸的合成（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）,线粒体中的氨甲酰磷酸合成酶,（,CPS-,） ： 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,（,CPS- ,），用谷氨酸做氮的供给体，参与嘧啶生物合成 。,HCO,3,-,+,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）,精氨琥珀酸合成酶,精氨琥珀酸,精氨琥珀酸酶,5.,精氨酸水解生成尿素（细胞质）,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,HCO,3,-,，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,。,总反应,二、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-,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,精氨琥珀酸合成酶,鸟氨酸转氨甲酰酶,CO,2,NH,3,H,2,O,2ATP,氨甲酰磷酸,2ADP,Pi,精氨酸,AGA,乙酰,CoA, 谷氨酸,AGA,合成酶,CPS-,（,+,）,（,+,）,高血氨症,正常血氨浓度,0.6 mol / 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。,第四节 氨基酸碳架的去向,有三种去路,（,1,）重新氨基化生成氨基酸。,（,2,）氧化成,CO,2,和水。,（,3,）生糖、生脂。,20,种氨基酸的碳架可转化成,7,种物质：,丙酮酸、乙酰,CoA,、乙酰乙酰,CoA,、,-,酮戊二酸、琥珀酰,CoA,、延胡索酸、,草酰乙酸。,最后集中为,5,种物质进入,TCA,：,乙酰,CoA,、,-,酮戊二酸、琥珀酰,CoA,、延胡索酸、草酰乙酸。,碳骨架的氧化（肝脏中）,异柠檬酸,柠檬酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,CoASH,三羧酸循环,乙酰,CoA,-,酮戊二酸,琥珀酰,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,丙酮酸,精氨酸,组氨酸,谷氨酰胺,脯氨酸,谷氨酸,异亮氨酸,甲硫氨酸,缬氨酸,苯丙氨酸,酪氨酸,天冬氨酸,天冬酰胺,苏氨酸醛缩酶,丝氨酸转羟甲基酶,丝氨酸脱水酶,半胱氨酸脱巯基酶,一、形成乙酰,-CoA,的途径,1,、,通过丙酮酸到乙酰,-CoA,的途径（,Ala,、,Gly,、,Ser,、,Thr,、,Cys,）,2,、通过乙酰乙酰,CoA,到乙酰,-CoA,的途径,（,Phe,、,Tyr,、,Leu,、,Lys,、,Trp,）,6,步反应,5,步反应,8,步反应,4,步反应,a-,酮己二酸,延胡索酸,4,步反应,二、形成,-,酮戊二酸途径,（,Arg,、,His,、,Gln,、,Pro,、,Glu,）,三、形成琥珀酰,CoA,途径（,Met,、,Ile,、,Val,）,四、 延胡索酸途径,Phe,、,Tyr,可生成延胡索酸（前面已讲过）。,五、形成 草酰乙酸途径,Asp,和,Asn,可转变成草酰乙酸进入,TCA,，,Asn,先转变成,Asp,（,Asn,酶），,Asp,经转氨作用生成草酰乙酸,.,生酮氨基酸：,Phe,、,Tyr,、,Trp,、,Leu,、,Lys,。,在分解过程中转变为乙酰乙酰,CoA,，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和,-,羟丁酸,-(,酮体）。,生糖氨基酸：,凡能生成丙酮酸、,-,酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸，它们都能生成葡萄糖。,Phe,、,Tyr,是生酮兼生糖氨基酸。,第五节、生糖氨基酸与生酮氨基酸,第六节、由氨基酸衍生的其他重要物质,一、氨基酸与一碳单位,在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括,CO,2,），称为一碳基团，一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与,嘌呤和嘧啶及磷脂的生物合成。,一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，,其辅酶为,FH,4,-,CH=NH,亚氨甲基,H-CO-,甲酰基,-CH,2,OH,甲醇基,-CH=,次甲基,-CH,2,-,亚甲基,-CH,3,甲基,叶酸,和 四氢叶酸（,FH,4,或,THFA,）,叶酸,四氢叶酸,H,H,10,5,N,5,，,N,10,-CH,2,-FH,4,N,5,-CHO-FH,4,CH,2,CHO,一碳基团的来源与转变,S-,腺苷蛋氨酸,N,5,-,CH,3,-FH,4,N,5,，,N,10,-,CH,2,-FH,4,N,5,，,N,10,=,CH,-FH,4,N,5,，,N,10,-CH,2,-FH,4,还原酶,N,5,，,N,10,-CH,2,-FH,4,脱氢酶,丝,氨酸,组氨酸甘氨酸,参与,甲基化,反应,为,胸腺嘧啶,合成提供,甲基,FH,4,FH,4,NAD,+,NDAH+H,+,NAD,+,NDAH+H,+,参与,嘌呤,合成,二、氨基酸与生物活性物质,酪氨酸代谢与黑色素的形成,色氨酸代谢与,5-,羟色胺与吲哚乙酸,谷氨酸与,-,氨基丁酸,组氨酸与组胺,半胱氨酸和牛磺酸,