Transcript 蛋白质和氨基酸分解-1
第六章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢 • 本章提要： 本章重点介绍外源性和生物体内蛋白质 的降解体系，以及蛋白质的降解产物氨基酸 的分解代谢。包括氨基酸的脱氨、脱羧作用； 氨的代谢途径与尿素循环；以及氨基酸碳骨 架的分解代谢。此外，氨基酸作为多种生物 活性物质的前体，其生物学功能也将予以介 绍。 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 蛋白质的降解 氨基酸的脱氨基作用 氨基酸的脱羧基作用 氨基氮的排泄 氨基酸碳骨架的氧化途径 生糖氨基酸和生酮氨基酸 由氨基酸衍生的其他重要物质 氨基酸代谢缺陷症 第五章 蛋白质降解和 氨基酸的分解代谢 • 氮平衡：机体摄入蛋白质和排出量在正常情况 下处于平衡状态。 负平衡：摄入少于排出。 • 蛋白质寿命：半衰期（t 1/2） • 氨基酸是蛋白质代谢的基本构造单元 • 蛋白质生物氧化产能4 kcal/g。蛋白质氧化提供 的能量只占机体需要量的10 ~ 15%。 第一节 蛋白质的降解 一 机体对外源性蛋白的消化： 胃 分泌 胃泌素 （gastrin） 刺激 胃中柱细胞 （parietal cells） 主细胞 （chief cells） 小肠 分泌 分泌 分泌 HCL 球蛋白变性松散 激活 胃蛋白酶原胃蛋白酶 （pepsinogen） （pepsin） 肠促胰液肽 中和胃酸 小肽 （secretin） 内切 胰蛋白酶，糜蛋白酶，弹性蛋白酶 胰腺 （trypsin） 羧肽酶， （chymotrypsin） （elastase） 小肽+ aa 氨肽酶 ， 二（三）肽酶 （carboxypeptidase）（aminopeptidase） （di，tripeptidase） 血液 aa 二、氨基酸的吸收: • 肠黏膜细胞膜上具有转运氨基酸的载体蛋白： 中性氨基酸载体：主要载体，侧链不带电荷氨基酸 碱性氨基酸载体：Arg、Lys、Orn及中性的Cys等 酸性氨基酸载体：Asp、Glu 亚氨基酸和Gly载体：Pro、Hyp、Gly • 运输机制：依赖Na+离子梯度势能推动的Na+氨基酸同向协同运输。 • 类似的氨基酸主动转运还存在于肾小管、肌细胞等的细 胞膜上。氨基酸富集。 三 细胞内蛋白质的降解 1. 溶酶体（lysosome）降解机制： • 溶酶体含有50多种不同的水解酶，包括多种蛋白酶（组 织蛋白酶），内部pH 5。 • 溶酶体融合和降解： 胞外蛋白、膜蛋白 胞吞作用目的物 废弃细胞器、胞内蛋白 膜包裹 自体吞噬泡 自体器官萎缩；多种慢性炎症（ 如类风湿关节炎） • 溶酶体降解无选择性，不依赖ATP，降解长寿命蛋白 2. ATP依赖性的泛肽降解机制： • 泛肽（ubiguitin）：76个氨基酸构成；序列高度保守 • 功能：泛肽给选择被降解的蛋白加以标记 • 泛 肽 对 选 择 性 降 解 蛋 白 的 标 记 泛肽-蛋白 连接酶 • 蛋白体(proteasome) 结构： • 多种蛋白质组成（25个亚基）的中空的圆桶。内含多种蛋 白酶，特异地消化被泛肽连接的蛋白。是细胞的 “垃圾桶” 第二节 氨基酸的脱氨基作用 • 脱氨作用（deamination）——氨基酸分解代谢的 第一步，先脱去氨基，产物为-酮酸和氨。 • 脱氨作用在体内大多数组织中都可进行，方式不同 一 氧化脱氨基作用 R-CH-COO- NH3+ aa氧化酶(O2) FP R-C -COO- FPH2 NH2+ H2O R-C-COO-+NH3 O • 氨基酸氧化酶： 1. L-aa氧化酶： 有两种类型，分别以FAD 和FMN为辅基， 催化十几种L - 型aa的脱氨基作用。 但不作用于酸性、碱性、羟基氨基酸和Gly 2. D-aa氧化酶：脊椎动物只见于肝和肾。以FAD 为辅基，作用于D-Ala 、D-Met速度最快。 3. 氧化专一氨基酸的酶： Gly氧化酶、D-Asp氧化酶、L-Glu脱氢酶。 • 前两种氧化酶的作用机制与L(D)-aa氧化酶相同， 需要O2分子参与。 NH2-CH2-COOH + 1/2O2 • Gly氧化酶 OHC –COOH + NH3 L- Glu脱氢酶：不需要O2，是唯一以NAD+或 NADP+为辅酶的aa氧化酶。也是aa直接脱氨基活 力最强的酶。 L-Glu L- Glu脱氢酶 H2N+ =C-COO- H2O O=C-COO- + NH3 NAD+ NADH+H+ (CH2) 2-COO- (CH2) 2-COO( NADP+) (NADPH+H+) -亚氨基戊二酸 -酮戊二酸 二 氨基酸的转氨基作用及转氨酶 • 转氨作用（transamination）： aa和酮酸之间进 行的氨基转移作用。 Glu + 丙酮酸 转氨酶 -酮戊二酸 + Ala • 线粒体和胞液中都可进行转氨 • 转氨酶(transaminase)：催化转氨作用的酶。 • 几乎所有的转氨酶都以磷酸吡哆醛为辅酶（基） • 多数转氨酶以-酮戊二酸为氨基受体，少数为草 酰乙酸。对另一个aa无严格要求，但作用快慢有 所差异 • 转氨的结果，使氨基集中到Glu 和Asp上—— 氨基集合作用（细胞质） • 哺乳动物中活性最强的转氨酶: 1 谷丙转氨酶（ glutamic pyruvie transaminase, GPT )，肝脏活性最高 2 谷草转氨酶（ GOT, glutamic oxaloacetate transaminase) , 心肌含量最高 • 正常情况下，血液中转氨酶水平很低；病理条件下细胞 膜通透性改变，胞内转氨酶渗入血液。 • 血液中转氨酶水平是诊断心脏功能和肝功能等的重要指 标。 三 联合脱氨基作用( transdeamination) • 可迅速脱掉不同氨基酸的氨基，主要脱氨方式 1 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用 广泛存在：转氨 + 氧化脱氨 -氨基酸 转氨酶 -酮酸 -酮戊二酸 NADH +H+（脱氨） (NADPH+H+)(氨基化） Glu 脱氢酶 Glu NAD+(脱氨) (NADP+)(氨基化） 2 以嘌呤核苷酸循环为主的联合脱氨基作用: o 来源 于Glu 或氨 基富 集作 用 o • 转氨 + 嘌呤核苷酸合成 * 骨骼肌、心肌、肝脏及脑中Glu脱氢酶的活性较弱， 所以此循环为主要的脱氨方式，脑中占50%。 四 其他脱氨基方式 • 主要是非氧化脱氨： 脱水脱氨、脱硫脱氨、直接脱氨等 氧化脱氨(aa氧化酶) ：需O2的aa氧化酶 L-Glu脱氢酶 脱氨作用 转氨作用(转氨酶)：谷丙、谷草转氨酶 联合脱氨： 以L-Glu脱氢酶为主+转氨 以嘌呤核苷酸为主+转氨 其他脱氨方式 第三节 氨基酸的脱羧基作用 • 脱羧基作用：氨基酸在脱羧酶催化下，脱去羧基， 形成相应的一级胺（伯胺）。 • 氨基酸脱羧酶，专一性很高。 • 除了His不需要辅酶外，氨基酸脱羧酶都是以磷酸吡 哆醛为辅酶（基）。 R-CH-NH3+ + O=CH-R COO- 脱羧酶 CO2 R-CH –N=CH-R+ H2O COO- （醛亚胺） R-CH2 –N=CH-R R-CH2-NH3+ + O=CH-R • 多数伯胺有毒性，少数具有特定的生理 功能： L – Glu L – Glu 脱羧酶 - 氨基丁酸： 抑制性神经递质(脑） His His 脱羧酶 组(织)胺（histamine）： 降血压：刺激胃液分泌 Tyr Tyr 脱羧酶 酪胺（tyramine）：升血压 第四节 氨基氮的排泄 • 高氨血症；氨中毒：1%的氨将引起脑中枢神经中毒 轻度：视力和语言障碍； 重度：昏迷、死亡 • 原因：脑线粒体将氨与-酮戊二酸结合生成 Glu，一方面 占用了大量的-酮戊二酸，使TCA循环受阻，脑供 能不足。此外，NADPH的过量消耗，将影响各种 生物合成过程。 -酮戊二酸 + NH3 NADH +H+（脱氨） (NADPH+H+)(氨基化） Glu 脱氢酶 Glu NAD+(脱氨) (NADP+)(氨基化） 一 氨的转运： 1 主要通过Gln形式： 负责从脑、肌肉等组织中向肝脏和肾脏转运氨。 • Gln合成酶催化Glu与一分子氨结合形成Gln，需要消耗一个 ATP。 • Gln经过血液运送到肝脏后，由Gln酶水解放出氨 2 肌肉主要利用葡萄糖-丙氨酸循环(glucose-alanine cycle)转运 氨基： 肌肉中丙酮酸转氨酶将Glu上的氨转给丙酮酸合成Ala 血液运输在肝脏转氨 丙酮酸 糖异生 葡萄糖 肌肉。 二 氨的排泄 （一）动物对氨的排泄方式： 1 排氨动物：以氨的形式排出多余的氨基氮。原生动 物、鱼类、水生阶段的两栖类。以Gln形式运输 氨至排氨部位，由Gln酶分解放氨。 2 排尿酸动物：陆生爬虫类和鸟类等以尿酸的形式排 氨；蜘蛛：鸟嘌呤。 3 排尿素动物：陆生动物，尿素循环(urea cycle) 尿素在肝脏合成，经血液运到肾脏分离排出。 （二） 尿素的形成： • 尿素循环，也称Krebs循环、鸟氨酸循环。 • 包括5步酶反应。3步在细胞质中，2步在线粒体中。 （1）氨甲酰磷酸合成酶I（carbamoyl phosphate synthetase，CPSI），线粒体酶。限速酶。 （2）鸟氨酸转氨甲酰酶（ornithine transcarbamoylase），线粒体酶。 （3）精氨琥珀酸合成酶（argininosuccinate synthetase） （4）精氨琥珀酸酶（argininosuccinase） （5）精氨酸酶（arginase） Glu脱氢酶 （三） 尿素循环的要点： • 尿素循环包括5步酶反应。3步在细胞质中，2步 在线粒体中。 • 合成1分子尿素可清除2分子氨基氮及1分子CO2 ， 消耗4个高能磷酸键。 • 氨基氮来源：一个Asp；另一个是氨。 CO2来源：HCO3- • 尿素循环产生2个NADH，相当于产生5ATP： Glu脱氨； 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 Asp。 （四） 尿素循环的调节： • 线粒体酶之一的氨甲酰磷酸合成酶I催化不可逆过 程，是调控关键酶。别构调节物：N-乙酰-Glu Glu +乙酰CoA N-乙酰谷氨酸合酶 N-乙酰-Glu（+ ） • 总的调节过程 ： 氨基酸降解 氨含量增高 转氨反应加速 Glu浓度增高 N-乙酰-Glu合成 氨甲酰磷酸合成酶I活性提高 尿素循环加速 • 尿素循环其它酶受其各自底物浓度的控制。