11(东方)第十章-蛋白质的降解和氨基酸代谢总结.ppt

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1、第十章第十章 蛋白质的降解和氨基酸代谢蛋白质的降解和氨基酸代谢 v 蛋白质怎样分解成氨基酸蛋白质怎样分解成氨基酸 v 氨基酸怎样分解和合成氨基酸怎样分解和合成 主要内容：主要内容：3/5/20233/5/20231生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 外源蛋白质的消化与吸收外源蛋白质的消化与吸收 小肠：小肠：胰蛋白酶胰蛋白酶（trypsin），胰凝乳蛋白酶，胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）、弹性蛋白酶、弹性蛋白酶（elastase）、羧肽酶（、羧肽酶（A、B）（carboxypeptidase）、氨氨肽酶。肽酶。胃：胃：胃蛋白酶胃蛋白酶（pepsin）1 1、消化、消化 消化消化

2、是指蛋白质在哺乳动物消化道中降是指蛋白质在哺乳动物消化道中降解为氨基酸的过程。解为氨基酸的过程。蛋蛋白白质质的的消消化化过过程程主主要要是是在在胃胃和和小小肠肠中中由由各种蛋白酶催化的酶促水解过程。各种蛋白酶催化的酶促水解过程。一、蛋白质的降解一、蛋白质的降解 3/5/20233/5/20232生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 3/5/20233/5/20233生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶：由赖氨酸、精氨酸的羧基形成的肽键；：由赖氨酸、精氨酸的羧基形成的肽键；胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、亮氨酸、谷氨酸、谷

3、：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、亮氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺等氨基酸的羧基端肽键；氨酰胺等氨基酸的羧基端肽键；胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶：芳香族氨基酸及一些具有大的非极性侧链氨基：芳香族氨基酸及一些具有大的非极性侧链氨基酸的羧基端肽键；酸的羧基端肽键；弹性蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶：缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸及丙氨酸等各种脂肪族：缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸及丙氨酸等各种脂肪族氨基酸的羧基端肽键；氨基酸的羧基端肽键；糜蛋白酶糜蛋白酶糜蛋白酶糜蛋白酶：芳香族氨基酸，苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的羧基：芳香族氨基酸，苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的羧基形成的肽键形成的肽键。各种蛋白酶水解肽键的

4、键位：各种蛋白酶水解肽键的键位：3/5/20233/5/20234生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 内肽酶：内肽酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶弹性蛋白酶（水解蛋白质内部肽键）。（水解蛋白质内部肽键）。外肽酶：外肽酶：氨基肽酶、羧基肽酶氨基肽酶、羧基肽酶（从肽链两（从肽链两 端开始水解肽键）。端开始水解肽键）。蛋白质经各种蛋白酶的协同作用，全部降解为游离氨基酸。3/5/20233/5/20235生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 2 2、吸收、吸收 小肠粘膜细胞吸收氨基酸是需能耗氧的主动运输过程，由肠粘膜细胞上的需由肠粘膜细胞上的需N

5、a+氨基酸载体完成氨基酸载体完成，该载体是一种膜蛋白，其活性受Na+调节。不同氨基酸的吸收由不同的载体完成：不同氨基酸的吸收由不同的载体完成：中性氨基酸载体 碱性氨基酸载体 酸性氨基酸载体 亚氨基酸及甘氨酸载体 1969年，A.Meister提出谷谷氨氨酰酰循循环环（glutamyl cycle）氨氨基基酸酸另另一一吸吸收收机机制制，由由谷胱甘肽谷胱甘肽结合结合氨基酸氨基酸向细胞内转移。向细胞内转移。3/5/20233/5/20236生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 氨氨基基酸酸-谷谷氨酰氨酰基转基转移酶移酶谷胱谷胱甘肽甘肽半胱氨酰甘氨酸半胱氨酰甘氨酸-谷氨谷氨酰酰氨基酸氨基酸-谷氨

6、酸谷氨酸环化酶环化酶5-5-氧脯氧脯氨酸氨酸氨基酸氨基酸谷胱甘肽谷胱甘肽合成酶合成酶甘氨酸甘氨酸-谷氨酰谷氨酰半胱氨酸半胱氨酸-谷氨酰谷氨酰半胱氨酸半胱氨酸合成酶合成酶谷氨酸谷氨酸5-5-氧脯氧脯氨酸酶氨酸酶半胱氨酸半胱氨酸肽酶肽酶细胞膜细胞膜细胞内细胞内|细细胞胞外外-谷氨酰循环谷氨酰循环氨基酸吸收氨基酸吸收3/5/20233/5/20237生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 氨基酸吸收后的去向氨基酸吸收后的去向氨氨基基酸酸被被吸吸收收后后：一一小小部部分分在在肝肝脏脏中中分分解解释释放放能能量量，余余下下大大部部分分由由血血液液循循环环送送到肝外组织参与组织蛋白的更新。到肝外组织参

7、与组织蛋白的更新。3/5/20233/5/20238生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 （一）脱氨基作用（一）脱氨基作用 二、氨基酸的分解代谢二、氨基酸的分解代谢 氨基酸分解代谢的共同形式：氨基酸分解代谢的共同形式：脱氨基、转氨基、脱氨基、转氨基、脱羧基。脱羧基。氨基酸脱去氨基产生氨基酸脱去氨基产生氨氨和和-酮酸酮酸。在陆栖哺乳动物中，氨主要在肝中合成尿素，然后排出体外。酮酸可作为碳骨架转化为葡萄糖及脂肪酸，或进入三羧酸循环彻底氧化成CO2和H2O。氨基酸脱氨基作用主要有氧化脱氨基、转氨基、联合脱氨基及非氧化脱氨基等方式。3/5/20233/5/20239生物化学生物化学 主讲：李盛贤

8、主讲：李盛贤 L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶 D-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶 专一性氨基酸氧化酶：专一性氨基酸氧化酶：L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶（L-glutamate dehydrogenase）催化氨基酸氧化脱氨的酶催化氨基酸氧化脱氨的酶:1.氧化脱氨基氧化脱氨基 氧化脱氨基作用（氧化脱氨基作用（oxidative deamination）：）：氨基酸在酶的催化下氧化脱去氨基并生成酮酸的过程。通式如下：氨氨3/5/20233/5/202310生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 l 分布：真核细胞的线粒体中分布：真核细胞的线粒体中 l 不需氧脱氢酶，辅酶：不需氧脱氢酶，辅酶：NAD+o

9、r NADP+l 别构抑制：别构抑制：GTP、ATP l 别构激活：别构激活：GDP、ADPL-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶:是是催化氧化脱氨基活性最强的酶催化氧化脱氨基活性最强的酶,催化催化L谷谷氨酸氧化脱氨基，生成氨和氨酸氧化脱氨基，生成氨和酮戊二酸酮戊二酸。3/5/20233/5/202311生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 Aa的的-氨基由转氨酶氨基由转氨酶(transaminase)催化转给催化转给-酮酸的羰酮酸的羰基，酮酸变成相应的基，酮酸变成相应的-Aa，原氨基酸变成相应的原氨基酸变成相应的-酮酸的酮酸的反应称为反应称为转氨基作用转氨基作用(aminotransferati

10、on)。转氨酶存在于真核细胞的线粒体基质及细胞质中。转氨酶存在于真核细胞的线粒体基质及细胞质中。参与参与转氨作用的转氨作用的-酮酸主要是酮酸主要是-酮戊二酸，酮戊二酸，多数多数Aa可把氨基转可把氨基转给给-酮戊二酸生成酮戊二酸生成Glu和相应的和相应的-酮酸酮酸。L-Glu与与-酮酸转酮酸转氨体系是最重要的转氨体系。氨体系是最重要的转氨体系。其次是草酰乙酸。其次是草酰乙酸。2.转氨基作用（转氨基作用（transamination）3/5/20233/5/202312生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 GluPyruvate-Ketoglutarate(-KG)AlaGPT谷丙转氨酶谷丙

11、转氨酶(glutamic pyruvic transaminase,GPT),谷草转氨酶谷草转氨酶(glutamic oxaloacetic transaminase,GOT)是最常见、作用最强的两是最常见、作用最强的两种转氨酶。种转氨酶。3/5/20233/5/202313生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 3.联合脱氨基联合脱氨基 通过转氨和氧化脱氨联合作用进行脱氨基通过转氨和氧化脱氨联合作用进行脱氨基-KG谷氨酸谷氨酸转氨酶转氨酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶*联合脱氨基是氨基酸联合脱氨基是氨基酸的主要脱氨基方式。的主要脱氨基方式。3/5/20233/5/202314生物化学生物化学

12、主讲：李盛贤主讲：李盛贤 4.以腺嘌呤核苷酸循环脱氨基以腺嘌呤核苷酸循环脱氨基腺苷酸基腺苷酸基 琥珀酸裂合酶琥珀酸裂合酶延胡索酸延胡索酸腺苷酸基腺苷酸基 琥珀酸合成酶琥珀酸合成酶腺苷酸基琥珀酸腺苷酸基琥珀酸AMP+H2ONH3-酮酸酮酸-氨基酸氨基酸Glu-KGAOAAAsp+IMP转氨酶转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶在在L-Glu脱氢酶含量少、活性低的心脱氢酶含量少、活性低的心肌、骨骼肌等肌肉组织，肌、骨骼肌等肌肉组织，Aa以腺嘌以腺嘌呤核苷酸循环进行联合脱氨基。呤核苷酸循环进行联合脱氨基。腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶3/5/20233/5/202315生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 （

13、二）脱羧基作用（二）脱羧基作用 脱羧基作用（脱羧基作用（decarboxylation）：）：氨基酸在脱氨基酸在脱羧酶作用下，脱羧产生羧酶作用下，脱羧产生CO2和一级胺的过程和一级胺的过程。胺胺脑组织中富含L谷氨酸脱羧酶，可使L谷氨酸脱羧形成-氨基丁酸，后者是重要的神经递质。氨基酸脱羧酶专一性强，一般为一种氨基氨基酸脱羧酶专一性强，一般为一种氨基酸一种脱羧酶，且只对酸一种脱羧酶，且只对L氨基酸起作用。氨基酸起作用。醛醛 脂肪酸脂肪酸胺胺3/5/20233/5/202316生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 （三）氨的代谢去路（三）氨的代谢去路 氨的去路：氨的去路：合成酰胺、合成氨基酸、

14、合成嘌合成酰胺、合成氨基酸、合成嘌呤，合成嘧啶，但呤，合成嘧啶，但绝大部分排到体外绝大部分排到体外。3/5/20233/5/202317生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 NH4+Uric acidUrea 动物排泄氨有动物排泄氨有3种形式：种形式：排排氨氨多数水生动物，排泄时多数水生动物，排泄时需要少量的水；排需要少量的水；排尿酸尿酸鸟类和陆生爬行动物；排鸟类和陆生爬行动物；排尿素尿素大多数陆生脊椎动物。大多数陆生脊椎动物。3/5/20233/5/202318生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 1932,德国学者德国学者Hans Krebs提出尿素形成的提出尿素形成的循环代谢

15、机制循环代谢机制 尿素循环尿素循环(urea cycle)或称或称鸟氨酸循环鸟氨酸循环(ornithine cycle)。尿素合成（尿素合成（Urea Biosynthesis）(Arg)(Orn)3/5/20233/5/202319生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 1.氨甲酰磷酸的氨甲酰磷酸的合成合成2.瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成 3.由瓜氨酸合成由瓜氨酸合成精氨琥珀酸精氨琥珀酸 4.生成生成Arg 5.Arg水解成尿素水解成尿素和鸟氨酸和鸟氨酸尿素循环（尿素循环（urea cycle）反应先在肝反应先在肝细胞的线粒体中进细胞的线粒体中进行，再转入细胞质行，再转入细胞质中进行。中进行

16、。线粒体线粒体细胞质细胞质1.氨甲酰磷氨甲酰磷酸合成酶酸合成酶I 2.2.鸟氨酸氨甲鸟氨酸氨甲酰基转移酶酰基转移酶 3.3.精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸合成酶 4.4.精氨琥珀酸裂解酶精氨琥珀酸裂解酶 5.5.精氨酸酶精氨酸酶 3/5/20233/5/202320生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 尿素循环总结尿素循环总结 总方程式：总方程式：尿素循环的调控：尿素循环的调控：氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶 I 其余酶受底物浓度的调控其余酶受底物浓度的调控3/5/20233/5/202321生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 （四）酮酸的代谢去路（四）酮酸的代谢去路 1.-1.-

17、酮酸合成新氨基酸酮酸合成新氨基酸当机体需要氨基酸时，-酮酸的氨基化作用增强。-酮酸的还原氨基化和转氨作用是生成氨基酸的重要途径。由L谷氨酸脱氢酶催化酮戊二酸还原氨基化作用在所有氨基酸合成中均重要，它是生物同化氨，固定氮的重要反应。-酮酸酮酸+NH3-氨基酸氨基酸3/5/20233/5/202322生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 2.-酮酸酮酸转变成糖和脂肪转变成糖和脂肪生生糖糖氨氨基基酸酸（glucogenic amino acid）14种种：丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸。生糖氨基酸的-酮酸

18、直接或间接地生成酵解、三羧酸循环中的丙酮酸、酮戊二酸、草酰乙酸等，经糖异生作用转变为糖。3/5/20233/5/202323生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 生糖兼生酮氨基酸（生糖兼生酮氨基酸（Glucogenic and ketogenic amino acids）5种：种：酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、异亮氨酸。这些氨基酸产生的酮酸既能转变成糖又能转变成酮体。例如：酪氨酸酪氨酸 乙酰乙酸乙酰乙酸 +延胡索酸延胡索酸只生酮氨基酸（只生酮氨基酸（ketogenic amino acid）1种：种：亮氨酸。亮氨酸亮氨酸 乙酰乙酸乙酰乙酸+乙酰乙酰CoA3/5/20233/5/202

19、324生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 3.直接氧化成直接氧化成H2O和和CO2-酮酸可直接或间接通过TCA氧化。可直接进入TCA的有：丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸等。3/5/20233/5/202325生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 糖、脂糖、脂肪和氨肪和氨基酸基酸（蛋白（蛋白质）三质）三大物质大物质代谢紧代谢紧密相关，密相关，它们通它们通过一定过一定中间物中间物质相互质相互联系。联系。3/5/20233/5/202326生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成 合成氨基酸的主要途径：合成氨基酸的主要途

20、径：1.酮酸的还原氨基化酮酸的还原氨基化 2.转氨基作用转氨基作用 3.氨基酸的相互转化氨基酸的相互转化 3/5/20233/5/202327生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 在氨基酸的生物合成中，各种氨基酸碳骨架的形成，源于代谢的几条“主要干线”（TCA、EMP、HMS等）中的关键中间产物。根据生物合成起始物代谢中间体的不同，可将氨基酸的生物合成途径归纳为6类。它们的氨基基团多来自谷氨酸的转氨反应。3/5/20233/5/202328生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 1、-酮戊二酸族合成酮戊二酸族合成5种种氨基酸氨基酸:3/5/20233/5/202329生物化学生物化学

21、 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 2、Asp族族(或草酰乙酸族或草酰乙酸族)合成合成5种氨基酸：种氨基酸：3/5/20233/5/202330生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 3 3、丙酮酸族合成、丙酮酸族合成3 3种氨基酸：种氨基酸：3/5/20233/5/202331生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 4、3-磷酸甘油酸族合成磷酸甘油酸族合成3种氨基酸：种氨基酸：3/5/20233/5/202332生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 5 5、芳香族合成、芳香族合成3 3种氨基酸：种氨基酸：3/5/20233/5/202333生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 6

22、、独立合成系统：独立合成系统：His合成的起始物是合成的起始物是5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸焦磷酸(PRPP)。His生物合成，从生物合成，从ATP与与PRPP缩合开始。缩合开始。ATP嘌呤环的嘌呤环的N1与与PRPP的核糖的的核糖的C1结合。反应过结合。反应过程的一个中间产物程的一个中间产物5-氨基咪唑氨基咪唑-4-氨基甲酰核苷氨基甲酰核苷酸也是嘌呤生物合成的中间产物，因此酸也是嘌呤生物合成的中间产物，因此His的的生物合成与嘌呤的生物合成是相互联系的。生物合成与嘌呤的生物合成是相互联系的。3/5/20233/5/202334生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 小结：氨基酸合成途径小结：氨基酸合成途径3/5/20233/5/202335生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤 第十章第十章 蛋白质的降解和氨基酸代谢蛋白质的降解和氨基酸代谢 结束结束 谢谢谢谢!3/5/20233/5/202336生物化学生物化学 主讲：李盛贤主讲：李盛贤