食品生物化学第9章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢,第一节 蛋白质的降解,人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。,成人每天约有,1%2%,的体内蛋白质被降解。,1不依赖ATP的溶酶体途径，在溶酶体内进行，没有选择性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。蛋白酶的最适pH偏低，5左右,2依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白调节蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要选择性降解。需ATP和泛素参与。,真核细胞中蛋白质的降解途径,泛素是一种,8.5KD,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,aa,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。,蛋白质是否被泛素结合而选择性降解与该蛋白,N,端的,AA,有关，泛素化的蛋白质在,ATP,参与下被蛋白酶水解。,2004,年,6,日瑞典皇家科学院宣布，,2004,年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙,切哈诺沃、阿夫拉姆,赫什科,和,美国科学家欧文,罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。,二蛋白质水解酶,1肽链内切酶：形成各种短肽,2肽链外切酶,羧肽酶,氨肽酶,二肽酶,三蛋白质酶促降解,需内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用,蛋白质,多肽,AA,合成新蛋白质,消化道内几种蛋白酶的专一性,（,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,）,二、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降解产生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(metabolic pool)。,氨基酸代谢库,食物蛋白质,消化吸收,组织,蛋白质,分解,体内合成氨基酸,(,非必需氨基酸,),氨基酸代谢概况,-,酮酸,脱氨基作用,酮 体,氧化供能,糖,胺 类,脱羧基作用,氨,尿素,代谢转变,其它含氮化合物,(,嘌呤、嘧啶等,),合成,第二节 氨基酸的分解与转化,一、脱氨基作用,氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用,氨基酸主要通过五种方式脱氨基,氧化脱氨基,非氧化脱氨基,脱酰胺作用,转氨基作用,联合脱氨基,一 氧化脱氨基作用,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。,氧化脱氨基的反响过程包括脱氢和水解两步，脱氢反响需酶催化，而水解反响那么不需酶的催化。,R-CH-COOH,NH,2,2H,R-C-COOH +,NH,3,O,H,2,O,R-C-COOH,NH,酶,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。,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。,+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,-,-,体内（正）,体外（反）,复原脱氨基、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,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,二非氧化脱氨,例：脱水脱氨基只适于含一个羟基的AA),CH,2,-,CONH,2,CH,2,-,CHNH,3,+,COO,-,-,-,+H,2,O,CH,2,-,COO,-,CH,2,-,CHNH,3,+,COO,-,-,-,+NH,3,谷氨酰胺酶,CH,2,-,CONH,2,CHNH,3,+,COO,-,-,-,+H,2,O,天冬酰胺酶,CH,2,-,COO,-,CHNH,3,+,COO,-,-,-,+NH,3,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,。,三氨基酸的脱酰胺作用,指-AA和酮酸之间氨基的转移作用， -AA的-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，而原来的酮酸那么形成相应的氨基酸。,R-CH-COOH R”-C-COOH,NH,2,O,R-C-COOH R”-CH-COOH,O,NH,2,转氨酶,四转氨基作用,转氨基作用,(transamination),可以在各种氨基酸与,-,酮酸之间普遍进行。,各种转氨酶,(transaminase),均以,磷酸吡哆醛,(,胺,),为辅酶。,五联合脱氨基动物组织主要采取的方式,转氨酶,氨基酸,-,酮酸,L-,谷氨酸脱氢酶,NH,3,+ NAD,H,+,H,+,H,2,O + NAD,+,-,酮戊二酸,谷氨酸,由于转氨基作用不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有,谷氨酸脱氢酶活力高,，转氨基作用与氧化脱氨基作用联合在一起才能迅速脱氨，这种作用就称为联合脱氨作用。,单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有,Glu,脱氢酶活力最高，其余,L-,氨基酸氧化酶的活力都低。,机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。,a,、转氨酶与,L-,谷氨酸脱氢酶作用相偶联,b,、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,类型,大多数转氨酶，优先利用,-,酮戊二酸,作为氨基的受体，生成,Glu,。,因为生成的谷氨酸可在谷氨酸脱氢酶的催化下氧化脱氨，使,-,酮戊二酸再生。,转氨酶与,L-,谷氨酸脱氢酶作用相偶联,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,(,骨骼肌,心脏,肝脏,脑组织中,),-,氨基酸,-,酮酸,-,酮戊二酸,谷氨酸,草酰乙酸,天冬氨酸,腺苷酰琥珀酸,苹果酸,延胡索酸,腺苷酸,次黄苷酸,因为这些组织中的谷氨酸脱氢酶活性较低,。,氧化脱氨,非氧化脱氨,氨基酸的脱酰胺作用,转氨基作用,联合脱氨基两种类型,脱氨基作用,小 结,二、脱羧基作用,脱羧基作用,(decarboxylation),氨基酸脱羧酶,氨基酸,胺类,RCH,2,NH,2,+,CO,2,磷酸吡哆醛,由氨基酸脱羧酶,(decarboxyase),催化，辅酶为,磷酸吡哆醛,，产物为,CO,2,和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为,CO,2,和水。,在脱羧酶催化下，氨基酸脱羧产生CO2 和有机胺一级胺的过程称为脱羧基作用。,脱羧酶,氨基酸脱羧酶催化氨基酸脱羧的,专一性,很高，,一般是一种氨基酸脱羧酶只对一种,L-,型氨基酸起作用,。,氨基酸脱羧酶中，除,组氨酸脱羧酶不需要辅酶,外，各种脱羧酶都以,磷酸吡哆醛,为辅酶。,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,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。,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,嘧啶环的合成细菌,生成铵盐,三、氨基酸分解产物的代谢,体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素(urea)。,合成尿素的主要器官是肝，但在肾及脑中也可少量合成。,尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithine cycle)的反响过程来完成的。催化这些反响的酶存在于胞液和线粒体中。,尿素的生成,1氨基甲酰磷酸的合成,此反响在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶carbamoyl phosphate synthetase - , CPS-催化，该酶需N-乙酰谷氨酸AGA作为变构激活剂，反响不可逆。,1、尿素循环鸟氨酸循环,NH,3,+ CO,2,H,2,O+ 2ATP,2ADP + Pi,氨基甲酰磷酸合成酶,AGA,，,Mg,2+,NH,2,O PO,3,2-,C,O,氨基甲酰磷酸,在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶ornithine carbamoyl trans-ferase, OCT催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。,NH,2,O PO,3,2-,C,O,(CH,2,),3,NH,2,H,2,N-,CH,COOH,C,O,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,+ H,3,PO,4,+,氨基甲酰磷酸,鸟氨酸,瓜氨酸,鸟氨酸氨基,甲酰转移酶,2 瓜氨酸的合成,转运至,胞液,的瓜氨酸在,精氨琥珀酸合成酶,(argininosuccinate synthetase),催化下，消耗能量合成,精氨酸代琥珀酸,。,3 精氨酸代琥珀酸的合成,C,O,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,精氨琥珀,酸合成酶,ATP,AMP + PPi,+ H,2,O,CH,2,- CH,COOH,COOH,H,2,N,CH,2,- CH,COOH,COOH,C,N,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,+,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,限速酶,在胞液中由精氨琥珀酸裂解酶(arginino-succinate lyase精氨酸催化，将精氨琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。,4精氨琥珀酸的裂解,精氨琥,珀酸裂解酶,CH,2,- CH,COOH,COOH,C,N,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,精氨酸代琥珀酸,CH,CH,COOH,COOH,+,C,NH,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,精氨酸,延胡索酸,在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反响。,5精氨酸的水解,(CH,2,),3,NH,2,H,2,N-,CH,COOH,C,NH,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,精氨酸,- NH,2,H,2,N -,O,C,+,鸟氨酸,尿素,精氨酸酶,H,2,O,1,、合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行；,2,、合成一分子尿素需消耗,4,分子,ATP,；,3,、精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；,4,、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于,NH,3,，一个来源于天冬氨酸。,尿素合成的特点,总反响和过程,NH,3,+CO,2,+3ATP+,天冬氨酸,+2H,2,O,NH,2,-CO-NH,2,+,2ADP +2Pi+,AMP +PPi+,延胡索酸,是动物细胞排,NH,3,+CO,2,的方式,氨基酸,谷氨酸,谷氨酸,氨甲酰磷酸,鸟氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨琥珀酸,鸟氨酸,精氨酸,延胡索酸,草酰乙酸,氨基酸,谷氨酸,-,酮戊二酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,H,2,O,2ATP+CO,2,+H,2,O,2ADP+Pi,基质,线粒体,胞液,NH,2,-C-NH,2,O,尿素,Pi,NH,3,-,酮戊二酸,尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。,-,酮戊二酸,尿素循环,(1),形成一分子尿素消耗,4,个高能磷酸键,(2),两个氨基分别来自游离氨和,Asp,一个,CO,2,来自,TCA,循环,.,三AA碳骨架的去路AA脱氨基的意义,AA,分解产生,5,种产物进入,TCA,循环，进行彻底的氧化分解。,五种产物为：,乙酰,CoA,、草酰乙酸、,-,酮戊二酸、琥珀酰,CoA,、延胡索酸,再合成氨基酸,转变成糖和脂肪,转为酮体,生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的氨基酸，按糖代谢途径进行代谢。,生酮氨基酸：凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA可转化为乙酰乙酸、-丁酸的氨基酸，按脂肪代谢途径进行代谢。,既属生酮氨基酸，又属生糖氨基酸的有：苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸。,氨基酸碳骨架进入,TCA,a、含义,在代谢过程中，某些化合物可以分解生成一个碳原子的基团，这种一个碳原子的基团就称为一碳单位。,例如，丝氨酸变为甘氨酸时，其分子中减少了一个碳单位，这一个碳单位由四氢叶酸FH4分子携带着，后者又可参加某些化合物的合成，如嘌呤的生物合成。,但凡属于这种有关一个碳原子的转移和代谢的过程，统称为一碳单位代谢。,四、,AA,与其它含氮化合物的关系,b、一碳单位的来源:,亚氨甲基-CH=NH，,甲酰基 HC=O-，,羟甲基-CH2OH，,亚甲基又称甲叉基，-CH2，,次甲基又称甲川基，-CH=，,甲基-CH3,COOH、CO2 、HCO3-不属于一碳单位,一碳基团的利用：参与合成反响， 如磷脂、核苷酸等的合成。,c、一碳单位的辅酶,四氢叶酸是一碳单位代谢的辅酶载体。,四氢叶酸由叶酸转变而来。叶酸由一分子喋呤，一分子对氨基苯甲酸和一分子谷氨酸组成，有时叶酸分子中可以有数个分子的谷氨酸。,在叶酸分子的第5,6,7,8位上加四个氢原子，即是四氢叶酸。,四氢叶酸分子上的第5和第6位上是携带一碳单位的位置，通常在FH4的前面以N5、N10字样，即表示其携带一碳单位的位置。,一碳单位的另一个载体是S-腺苷甲硫氨酸，其分子中硫原子上的甲基，也可作为一碳单位被利用。,d,、一碳单位和氨基酸的代谢,甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸和组氨酸等几种氨基酸经过分解代谢产生一碳单位。,a) 甘氨酸,甘氨酸在甘氨酸氨解酶催化下脱氨基生成乙醛酸，再与四氢叶酸反响产生N5,N10-次甲基四氢叶酸，而N5,N10-次甲基四氢叶酸可为胸腺嘧啶核苷酸的合成提供一碳单位。,b),苏氨酸,苏氨酸可分解成甘氨酸和乙醛，所以苏氨酸亦可参加一碳单位代谢。但苏氨酸也可转变成丙酰辅酶,A,而进行代谢，并非全部转变为甘氨酸。,c),丝氨酸,在羟甲基转移酶催化下，丝氨酸转变为甘氨酸时，生成,N,5,N,10,-,次甲基四氢叶酸。,d组氨酸,在亚氨甲基转移酶催化下，组氨酸转变为谷氨酸时，四氢叶酸接受其分子中的亚氨甲基生成N5-亚氨甲基四氢叶酸。,