蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢-课件.ppt

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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v蛋白质降解的功能:v 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；v 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v 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v 3.细胞中蛋白质降解的速度还因它的营养 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

2、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v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？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

3、酶 1.生理需要量v 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。v 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v 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.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。v 自身激活作用v 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，v 2.肠中消

4、化（主要消化器官）v 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，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.提问：不同蛋白酶之间功能上可能有什么区别？NH3+NH3+COO-COO-氨肽酶特定氨基酸间羧肽酶最终产物氨基酸二 氨基酸分解代谢v食物蛋白质消化成氨基酸v组织蛋白质分解成的氨基酸v体内合成的非必需氨基酸氨基酸的来源: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u 转氨基作用（氨基

5、转移反应）u 氧化脱氨基作用 u 其它脱氨基作用u 联合脱氨基作用1.转氨基作用v 转氨基作用（transamination)v 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。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 v 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v 抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织

6、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。v 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。-氨基酸-酮酸转氨酶-氨基酸-酮酸逆过程交换三羧酸循环丙酮酸 酮戊二酸（二）氧化脱氨基作用v 脱氢酶(L-谷氨酸脱氢酶)v L-氨基酸氧化酶v D-氨基酸氧化酶有毒！L-谷氨酸脱氢酶NAD+H2O NADH+H+NH4+-谷氨酸-酮戊二酸谷氨酸氧化脱氨若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累v 酮戊二酸大

7、量转化v NADH大量消耗v 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。v 表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。氨中毒原理L-谷氨酸脱氢酶NAD+H2O NADH+H+NH4+-谷氨酸-酮戊二酸？（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

8、苷酸(p307)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循环的 嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基 联合脱氨基为主。产物反应物谷氨酸L-谷氨酸脱氢酶-酮戊二酸转氨酶NH4+-氨基酸NAD+H2O-酮酸NH3 2HNADH+H+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

9、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统中毒。v 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。哺乳、两栖动物排尿素？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。水生生物直接扩散排氨（NH3）？1.氨的排泄-安全、价廉鸟类、爬

10、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。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。2.氨的转运v(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+ADP+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-酮 戊二酸葡萄糖丙酮酸丙氨酸丙氨酸 丙氨酸丙酮酸-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

11、丙氨酸的形式转运氨呢？答案：经济,高效（一举两得）。肌肉剧烈运动丙酮酸NH3丙 丙氨 氨酸 酸糖异生糖原 糖原脱氨酵解蛋白质分解产能(主要是肌肉)各组织细胞脱氨NH NH3 3谷氨酸-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸 丙酮酸丙 丙氨 氨酸 酸谷氨酰胺 谷氨酰胺血 血液 液肝脏脱氨，转 脱氨，转化为 化为排泄 排泄形式 形式三.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。鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸(orn

12、ithine)(citrulline)(arginine)v 尿素循环学说 1932年Hanks Krebs和Kurt Hensleit 提出了鸟氨酸循环学说1.鸟氨酸与氨、CO2结合生成瓜氨酸2.瓜氨酸接受一分子氨生成精氨酸3.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氨甲酰磷酸。它是尿素循环的两个含氮底物

13、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)NH(CH2)3CHNH2COOHNH2 CNHCOOHCH2CHCO

14、OH精氨酸珀酸酶延胡索酸 精氨酸 5.精氨酸酶(arginase)循环的特点：1.耗能:消耗3个ATP中的个高能磷酸键2.原料：NH3、CO2、ATP、天冬氨酸3.两个来源不同的氮原子，1个来自氨，1个来自天冬氨酸4.限速酶:氨甲酰磷酸合成酶I 5.部位:反应在线粒体和胞浆6.与三羧酸循环的联系物质：延胡索酸7.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8.总反应式：9.意义:解除氨毒以保持血氨的低浓度水平2NH3+CO2+3ATP+3H2O+2ADP+AMP+4Piv 尿素合成的调节 CPS-的调节：AGA（N-乙酰谷氨酸）是其激活剂,AG

15、A在 AGA合成酶的催化下合成，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 v 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

16、羟丁酸，因此这5种氨基酸称为生酮氨基酸v 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。v 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

17、酸: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v 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.v 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v 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。v 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p332v 酪氨酸在酪氨

18、酸酶作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 v 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.色氨酸代谢与5

19、-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-v 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。v 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MB型CPK活性

20、增高，可作辅助诊断的指标之一。v 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v 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 v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v 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。v 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。氨基酸代谢

21、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病因：肝脏合成的苯丙氨酸羟化酶缺乏。化酶缺乏。主征：智力低下，尿有霉味或主征：智力低下，尿有霉味

22、或鼠尿味鼠尿味诊断：血中苯丙氨酸增高诊断：血中苯丙氨酸增高(20mg/ml)(20mg/ml)，尿中苯丙氨酸、，尿中苯丙氨酸、苯丙酮酸增高苯丙酮酸增高治疗：新生儿诊断明确后，即治疗：新生儿诊断明确后，即用低苯丙氨酸饮食控制血中苯用低苯丙氨酸饮食控制血中苯丙氨酸浓度在丙氨酸浓度在3-10mg/ml3-10mg/ml1.苯 丙 酮 酸 尿 症2.尿黑酸症v 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v 1.简述体内氨的来源和去路v 2.什么是联合脱氨基作用？试用结构式 说明其过程。v 3.氨是如何转运的？v 4.简述尿素生成的过程、部位及能量消耗。v 5.什么是一碳单位，有何生理功能？