1、第三十章 蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢,1. 蛋白质的降解2. 氨基酸的分解代谢3. 尿素的形成4. 氨基酸碳骨架的氧化途径5. 由氨酸酸衍生的其它重要物质6. 氨基酸代谢缺陷症,一蛋白质的降解,蛋白质降解的功能:1. 排除那些不正常的蛋白质，它们若一旦积聚，将对细胞有害；2.通过排除累积过多的酶和调节蛋白维持细胞正常代谢。,(一) 蛋白质降解的特性,1. 细胞有选择的降解非正常的蛋白质 血红蛋白与缬氨酸的类似物-氨基-氯丁 酸结合物在网织红细胞中半存活期为10分种, 而正常血红蛋白的半存活期达120天,2. 正常的胞内蛋白质被降解的速度由它们 的个性所决定,3. 细胞中蛋白质降解的速度还因
2、它的营养 及激素状态而有所不同,(二) 蛋白质降解的反应机制,1溶酶体无选择的降解蛋白质,溶酶体(lysosomes) 单层膜约含有50种水解酶，包括不同种的蛋白酶，称之为组织蛋白酶。内部pH在5.0 左右胞吞作用无选择性,细胞内如何能有选择的降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能？,2泛肽(ubiquitin)给选择降解的蛋白质加以标记,ATP-依赖的蛋白质有选择性的分解,内源过期蛋白质,泛肽:76个氨基酸残基的蛋白质单体，高度保守, 在真核细胞中无所不在(ubiquitous)， 因而得名“ubiquitin”，,第1步：泛肽的羧基在ATP水解的推动下，以巯基与E1相接 第2步：活化了的
3、泛肽立即与E2的巯基相连接 第3步：在E3的催化下，泛肽与宣布无用的蛋白质之一Lys的-氨基相接。 此复合物被”泛肽-连接的降解酶”水解E1：泛肽活化酶， E2：泛肽携带蛋白， E3：泛肽蛋白连接酶,(三) 机体对外源蛋白质的需要及其消化作用,1. 生理需要量,一个体重70公斤人，吃一般膳食，每天可有400克蛋白质发生变化。14氧化降解或转变为糖，并由外源蛋白质加以补充；34在体内进行再循环。机体每天由尿中以含氮化合物排出的氨基氮约为6-20克成人每日蛋白质最低需要量为30-50克,我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80克., 必须氨基酸(essential amino acid)指体内需
4、要而自身不能合成,必须由食物供给的氨基酸,共8种:Met, Trp, Lys, Val, Ile, Leu, Phe, Thr蛋白质的营养价值蛋白质营养价值取决于必须氨基酸的数量、种类和量质比。,2. 蛋白质的营养价值,3. 蛋白质的消化,（1）胃中消化 胃分泌胃泌素， 刺激胃中壁细胞分泌盐酸，主细胞分泌胃蛋白酶原, 胃液的酸性(pH1.5-2.5)可促使酶原的激活。 自身激活作用胃蛋白酶原 胃蛋白酶（ 失去N端的42个氨基酸） 它催化具有苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸以及亮氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺等肽键的断裂，,2.肠中消化 （主要消化器官） 蛋白质在胃中消化后，连同胃液进入小肠。在胃液的酸性刺激下
5、，小肠分泌肠促胰液肽(secretin)进入血液，刺激胰腺分泌碳酸进入小肠中,食物中的氨基酸刺激十二指肠分泌一系列蛋白酶.,胰蛋白酶：赖氨酸、精氨酸的羧基形成的肽键内肽酶 糜蛋白酶：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的羧基形成的肽键 弹性蛋白酶:缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸、丙氨酸等各 脂肪族氨基酸羧基形成的肽键 羧肽酶A:中性氨基酸为羧基末端的肽键外肽酶 羧肽酶B :赖氨酸、精氨酸等碱性AA为羧基末端的肽键 氨肽酶: 氨基末端的肽键,提问：不同蛋白酶之间功能上可能有什么区别？,氨肽酶,羧肽酶,最终产物氨基酸,二 氨基酸分解代谢,食物蛋白质消化成氨基酸组织蛋白质分解成的氨基酸体内合成的非必需氨基酸,氨基酸的来
6、源:,氨基酸的分解过程：1、脱氨（转化成氨或转化成天冬氨酸或谷氨酸的氨基）2、氨与天冬氨酸的氮原子结合，成为尿素被排放3、C骨架转变成代谢中间物,（一）氨基酸的脱氨基作用,转氨基作用（氨基转移反应） 氧化脱氨基作用 其它脱氨基作用联合脱氨基作用,1.转氨基作用,转氨基作用（transamination)a-氨基酸上的a- 氨基借助酶的催化作用转移到a-酮酸的酮基上，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，原来的酮酸生成相应的氨基酸。,氨基转移反应,(1) 任意的氨基酸在氨基转移酶的作用下，把氨基转移到酶分子上，自身形成a-酮酸。 (2) 酶分子上的氨基转移到酮酸受体上(例如a-酮戊二酸)，形成产物氨基
7、酸(例如谷氨酸)，同时，酶又再生。,氨基转移酶的辅酶是吡哆醛-5-磷酸， 起传递氨基的作用,催化转氨基反应的酶称为转氨酶(transaminase)，或称氨基转移酶。转氨酶专一性并不是很高,某种酶对某种氨基酸有较高的活力，但对其他氨基酸也有一定作用。酶的命名是根据其催化活力最大的氨基酸命名，当今已发现至少有50种以上的转氨酶,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）,查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？,转氨基本质上没有真正脱氨。,氨基转移酶由于第一
8、步的底物氨基酸特性不同而异，转氨后产生了不同的a-酮酸产物。但作为a-酮酸底物的，仅能是a-酮戊二酸，或者(少部分的)草酰乙酸，因此只可能产生谷氨酸或天冬氨酸。绝大多数氨基就这样形成谷氨酸或天冬氨酸，,氨基大多转给了-酮戊二酸（产物谷氨酸）,提问：为什么氨基大多数转给-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-酮戊二酸。,（二）氧化脱氨基作用,脱氢酶(L-谷氨酸脱氢酶) L-氨基酸氧化酶 D-氨基酸氧化酶,脱氢酶,常误认为是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。,！,提问：那种酶作用最重要？,谷氨酸氧化脱氨,若外环境NH3大量进入细
9、胞，或细胞内NH3大量积累,酮戊二酸大量转化NADH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。,氨中毒原理,（四）联合脱氨基作用,联合脱氨转氨与氧化脱氨的联合,1 指氨基酸的a 氨基先借助转氨作用转移到a酮戊二酸分子上，生成相应的a酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸在L谷氨酸脱氢酶的催化下，脱氨基生成a酮戊二酸同时释放出氨2 嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用 次黄嘌呤核苷酸与天冬氨酸作用形成腺苷酸代琥珀酸，后者在裂合酶的作用下，分裂成腺嘌呤核苷酸和延胡索酸，腺嘌呤核苷酸水解后即产生游离氨和次黄嘌呤核苷酸(p307),由于两种酶活性强，分布
10、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循环的联合脱氨基为主。,天冬氨酸：主要来源于谷氨酸，由草酰乙酸与谷氨酸转氨而来，催化此反应的酶为谷氨酸草酰乙酸转氨酶，简称谷草转氨酶(p308),（五）氨基酸的脱羧基作用,机体内部分氨基酸可进行脱羧基作用而生成相应的一级胺酶：脱羧酶辅酶：磷酸吡哆醛,(六) 氨的命运,体内氨的来源1. 组织分解产生的氨*(主要来源)2. 肠道吸收氨(细菌的腐败作用): 氨基酸 细菌 氨 尿素 细菌 氨3. 肾小管上皮细胞分泌的氨 谷氨酰胺 谷氨酸 + 氨(NH3),氨的去路：,高等动物的脑对氨极为敏感，血液中1%的氨就可引起中枢神经系
11、统中毒。,1. 氨的排泄(人:肝脏合成尿素)2. 氨与谷氨酸合成谷氨酰胺3. 氨的再利用 ： 参与合成非必需氨基酸 或其它含氮化合物（如嘧啶碱）4. 肾排氨： 中和酸以铵盐形式排出,直接排氨，毒性大，不消耗能量。转化为排氨形式越复杂，越安全，但越耗能。,体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。,体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,1. 氨的排泄-安全、价廉,鸟类、爬虫排尿酸,高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。,2.氨的转运,(1) 氨的转运主要是通过谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶NH4+ + 谷氨酸+ATP 谷氨酰胺+AD
12、P+Pi+ H+,谷氨酰胺:中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式；谷氨酸带有负电荷，不能透过细胞膜。,肌肉 蛋白质,氨基酸,NH3,谷氨酸,a-酮 戊二酸,葡萄糖,丙酮酸,丙氨酸,丙氨酸,丙氨酸,丙酮酸,a-酮 戊二酸,谷氨酸,糖异生,葡萄糖,葡萄糖,糖分解,转氨酶,转氨酶,NH3,尿素,鸟氨酸循环,血液,肝,肌肉,(2) 葡萄糖丙氨酸循环,总结,提问：为什么肌肉中选择以丙氨酸的形式转运氨呢？答案：经济, 高效（一举两得）。,三.尿素的形成,1932年发现柠檬酸循环的同一人，Hans A Krebs和他的学生观察到，当往悬浮有肝脏切片的缓冲液中加入鸟氨酸、瓜氨酸或精氨酸的任何一种时，都可
13、促使肝脏切片显著加快尿素的合成，而其他任何氨基酸或含氮化合物都不能起到上述3种氨基酸的促进作用。,尿素循环学说,1932年Hanks Krebs和Kurt Hensleit 提出了鸟氨酸循环学说,鸟氨酸与氨、CO2结合生成瓜氨酸瓜氨酸接受一分子氨生成精氨酸精氨酸水解产生尿素(urea)，重新生成鸟氨酸,尿素生成的主要器官：肝脏。反应部位：肝细胞线粒体及胞液,(一) 尿素合成的反应,1氨甲酰磷酸合成酶 ，尿素的第一个氮原子的获取氨甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase，CPS )严格地说，其实不属于尿素循环的一员。它催化NH4+及HCO3-使之活化并缩合形成
14、氨甲酰磷酸。它是尿素循环的两个含氮底物中的一个。,氨基甲酰磷酸合成酶 I（carbamoyl phosphate synthelase I, CPS-I)N-乙酰谷氨酸（N-acetyl glutamatic acid, AGA),该反应消耗2分子ATP， CPS-I是一种变构酶，AGA是其变构激活剂。CPS-I、AGA都存在于肝细胞线粒体中。,2鸟氨酸转氨甲酰酶(ornithine transcarbamoylase),3.精氨琥珀酸合成酶(argininosuccinate Synthetase) 尿素第二个氮原子的获取,4精氨琥珀酸酶(argininosuccinase),延胡索酸,精氨
15、酸,5. 精氨酸酶(arginase),循环的特点：耗能:消耗3个ATP中的个高能磷酸键原料：NH3 、 CO2、 ATP、 天冬氨酸两个来源不同的氮原子，1个来自氨，1个来自天冬氨酸限速酶: 氨甲酰磷酸合成酶I 部位: 反应在线粒体和胞浆与三羧酸循环的联系物质：延胡索酸涉及的氨基酸及其衍生物： 6种:鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸、 精氨酸代琥珀酸、N-乙酰谷氨酸总反应式：意义:解除氨毒以保持血氨的低浓度水平,2NH3 + CO2 + 3ATP + 3H2O,+ 2ADP + AMP + 4Pi,尿素合成的调节,CPS- 的调节：AGA （N-乙酰谷氨酸）是其激活剂, AGA在 AGA合成
16、酶的催化下合成，肝中的尿素合成速度与此酶的浓度相关,高血氨与氨中毒,正常情况下血氨保持动态平衡：肝中合成尿素是维持平衡的关键。高血氨症：肝功能严重损伤时昏迷：氨与脑中的-酮戊二酸结合生成谷氨酸。脑中氨的增加使脑中-酮戊二酸减少，导致三羧酸循环减弱，从而使脑组织中的ATP生成减少，引起大脑功能障碍，严重时发生肝昏迷。降血氨的常用方法：给予谷氨酸；肠道抑菌药；酸性盐水灌肠；限制蛋白质进食量。,四氨基酸碳骨架的氧化途径,天冬氨酸,五生糖氨基酸和生酮氨基酸,有些氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、色氨酸，在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，而乙酰乙酰-CoA在动物的肝脏中可转变为乙酰乙酸和羟丁酸，因此这5
17、种氨基酸称为生酮氨基酸 凡能形成丙酮酸、酮戊二酸、琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸。因为这些物质都能导致生成葡萄糖和糖原。 有的氨基酸如苯丙氨酸和酪氨酸，既可生成酮体又可生成糖，因此，称为生酮和生糖氨基酸。,六由氨基酸衍生的其他重要物质,某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团称为一碳单位(one carbon unit),（一）氨基酸与一碳单位,体内的一碳单位：甲基（CH3）、甲烯基（CH2）、甲炔基（CH=）、甲酰基（CHO）、亚胺甲基（CH=NH）CO2不是一碳单位一碳单位的来源:Ser, Gly , His, Trp,一碳单位不能游离存在，常与四氢叶酸结合四氢叶酸:
18、是一碳单位的辅酶或载体。一碳单位通常结合在四氢叶酸分子的N5、N10上,1一碳单位的载体,2一碳单位的相互转变,3一碳单位的生理功能,1. 合成嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的原料，与DNA、RNA的合成关系密切. 如N5，N10 CHFH4直接提供甲基用于dUMP向dTMP的转化。N10CHOFH4和N5，N10 CHFH4分别参与嘌呤碱中C2，C8原子的生成2. 一碳单位代谢将氨基酸代谢与核苷酸及一些重要物质的生物合成联系起来。磺胺药及某抗癌药(氨甲喋呤等)正是分别通过干扰细菌及瘤细胞的叶酸、四氢叶酸合成，进而影响核酸合成而发挥药理作用的。,(二)氨基酸与生物活性物质,p332,酪氨酸在酪氨酸酶作
19、用下形成二羟苯丙氨酸，再被同一酶作用形成多巴醌(dopaquinone)又称苯丙氨酸-3,4-醌。酮式的苯丙氨酸-3,4-醌是不稳定物质，自发进行一系列反应形成吲哚5,6-醌，后者聚合形成黑色素(melanin pigment)。,1. 黑色素形成,酪氨酸酶,黑色素的合成,2. 酪氨酸代谢和肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴及多巴胺的形成,肾上腺素和去甲肾上腺素最早发现于肾上腺髓质，其生理功能除对心脏、血管有作用外，还发现它们与多巴(dopa)、多巴胺(dopamine)这些由酪氨酸衍生来的系列物，都在神经系统中起重要作用。它们和神经活动、行为以及大脑皮层的醒觉和睡眠节律等都有关系。,3. 色氨酸代
20、谢与5-羟色胺及吲哚乙酸,5-羟色胺是抑制性神经递质,缩血管作用吲哚乙酸是一种植物生长激素,4. 肌酸的合成,肌酸激酶（creatine kinase,CK） 或称肌酸磷酸激酶（creatine phosphokinase,CPK）,主要器官：肝脏原料：甘氨酸、精氨酸、SAM,-,肌酸和磷酸肌酸在能量储存及利用中起重要作用。肌酸在肝和肾中合成，广泛分布于骨骼肌、心肌、大脑等组织中。在肌酸激酶催化下将ATP中P转移到肌酸分子中形成磷酸肌酸储备起来。 CPK由两种亚基组成；即M亚基(肌型)与B亚基(脑型)。有三种同工酶；即MM型(在骨骼肌中)，BB型（在脑中)和MB型(在心肌中)。心肌梗塞时，血中
21、MB型CPK活性增高，可作辅助诊断的指标之一。 肌酸和磷酸肌酸代谢的终产物肌酐。正常成人，每日尿中肌酐量恒定。肾功能障碍时，检查血或尿中肌酐含量以帮助诊断。,5组胺的形成,组胺：强烈的血管舒张剂，刺激胃液分泌,与过敏反应有关,6.腐胺、精胺、亚精胺(精脒)的形成,生物体的生产调节剂，可能在转录和细胞分裂的调节中起作用。,7谷氨酸和-氨基丁酸,谷氨酸在动物脑中含量占全身各组织的首位。在脑和脊髓中是一种广泛存在的具有兴奋作用的神经递质。谷氨酸脱羧形成-氨基丁酸，简称GABA，可增加突触后神经细胞膜对Na+的通透性，使神经膜超极化，从而提高动作电位的启动阈值，因此，是脑组织中具有抑制作用的神经递质。
22、,氨基酸代谢中缺乏某一种酶，都可能引起疾患，这种疾病称为代谢缺陷症。这类先天性代谢缺陷症，大部分发生在婴儿时期，常在幼年就导致死亡，发病的症状表现有智力迟钝、发育不良、周期性呕吐、沉睡、共济失调及昏迷等。目前已发现的氨基酸代谢病已达30多种。,七、氨基酸代谢缺陷症,先天性氨基酸代谢缺陷症,(p336),酪氨酸,苯丙氨酸,多巴,多巴,羟苯丙氨酸,去甲肾上腺素,多巴胺,黑色素,多巴醌,尿黑酸,延胡索酸、乙酰乙酸,酪氨酸酶(黑色素细胞),酪氨酸羟化酶(神经组织、肾上腺组织),苯丙氨酸羟化酶,苯乙酸,苯丙酮酸,肾上腺素,尿黑酸氧化酶,病因：肝脏合成的苯丙氨酸羟化酶缺乏。主征：智力低下，尿有霉味或鼠尿味
23、诊断：血中苯丙氨酸增高(20mg/ml)，尿中苯丙氨酸、苯丙酮酸增高治疗：新生儿诊断明确后，即用低苯丙氨酸饮食控制血中苯丙氨酸浓度在3-10mg/ml,1. 苯 丙 酮 酸 尿 症,2. 尿黑酸症,尿黑酸症是酪氨酸代谢中缺乏尿黑酸氧化酶引起。这种病人尿中含有尿黑酸，在碱性条件下暴露于氧气中即氧化并聚合成为类似黑色素的物质而使尿显黑色,因此称为尿黑酸症。,病因：黑色素细胞中酪氨酸酶缺乏。主征：皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色等诊断：临床诊断与酶学分析治疗：避免日光照射，防止皮肤癌变,3.白化病,思考题,1. 简述体内氨的来源和去路2. 什么是联合脱氨基作用？试用结构式 说明其过程。3. 氨是如何转运的？4. 简述尿素生成的过程、部位及能量消耗。5. 什么是一碳单位，有何生理功能？,
