10-氨基酸代谢.

第十章蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢本章着重讨论蛋白质在机体内的降解，以及氨基酸的分解和合成的共同代谢途径。思考第一节蛋白质的酶促降解第二节氨基酸的分解与转化第三节氨基酸的生物合成第一节蛋白质的酶促降解一、蛋白质水解酶二、外源蛋白的消化吸收三、组织蛋白的胞内降解蛋白质是生物体内最重要的生物大分子，是生命的载体，具有多种功能，是人体组织更新和修补的主要原料，它的周转对生物是非常重要的。一、蛋白水解酶国际生化协会命名委员会将作用于蛋白质分子中肽键的酶归属于第三大类（水解酶类）第四亚类，该亚类又分二个亚亚类，即蛋白酶和肽酶（按酶的作用特点分类）。肽酶（Peptidase）：肽链外切酶蛋白酶(Proteinase)：肽链内切酶肽酶的种类和专一性编号名称作用特征3、4、113、4、13氨肽酶(aminoacylpeptidehydrolase)作用于多肽链的N-末端羧肽酶(carboxylpeptidehydrolase)作用于多肽链的C-末端羧肽酶A：芳香族氨基酸提供羧基形成的肽键羧肽酶B：碱性氨基酸提供羧基形成的肽键3、4、14二肽酶(depeptidehydrolase)水解二肽蛋白酶的种类和专一性编号名称作用特征实例3、4、2、13、4、2、2丝氨酸蛋白酶类(serinepritelnase)活性中心含Ser3、4、2、33、4、2、4硫醇蛋白酶类(Thiolpritelnase)活性中心含Cys羧基（酸性）蛋白酶类[carboxyl(asid)pritelnase]活性中心含Asp,最适pH在5以下金属蛋白酶类(metallopritelnase)活性中心含有Zn2+、Mg2+等金属胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶木瓜蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶胃蛋白酶凝乳酶枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶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）消化道内几种蛋白酶的专一性胃蛋白酶：芳香族aa－NH2形成的肽键。胰蛋白酶：Lys或Arg－COOH形成的肽键（碱性，高度专一）；Pro抑制水解。胰凝乳蛋白酶：芳香族aa－COOH形成的肽键，Leu、Met、His水解速度次之。Pro抑制水解。嗜盐菌蛋白酶：疏水性强的残基（Leu、Ile、Phe、Trp、Val、Tyr、Met）；Pro或Gly不水解。弹性蛋白酶：各种脂肪族AA形成的肽，尤其赖氨酸或精氨酸溴化氰：Met（高度专一）蛋白质消化吸收•食物蛋白质必须在消化道彻底消化成氨基酸，多肽以消除其种属特异性后才能经吸收进入血液，否则易致过敏、中毒。•唾液中无蛋白酶，故食物蛋白质消化吸收开始于胃，主要在小肠中进行。胃及小肠的消化胃蛋白酶原胃蛋白酶+六个多肽HCl或胃蛋白酶胰蛋白酶原胰蛋白酶+六肽肠激酶或胰蛋白酶糜蛋白酶原弹性蛋白酶原羧基肽酶原胰蛋白酶糜蛋白酶+2个二肽弹性蛋白酶羧基肽酶（A及B）食物蛋白胃，pepsin作用为小肽小肠，trypsin、chymotrypsin作用为更小短肽，肠黏膜的dipeptidase、aminopeptidase和胰脏分泌的carboxypeptidase彻底水解为各种AA肠壁细胞肝脏血液组织、细胞。氨基酸小肠吸收Na+依赖性蛋白质转运蛋白•食物中残留的蛋白质、多肽及未被吸收的氨基酸，在结肠下部受细菌作用进行发酵和腐败，该过程称蛋白质的腐败作用。•腐败作用实质上是细菌本身对蛋白质的代谢过程，其产物除少数（如维生素K、B12、B6、叶酸及某些少量脂肪酸等）具有一定营养作用外，大部分产物对人体有害的胺类、氨、酚类、吲哚、硫化氢及甲烷等。蛋白质的腐败作用排除生物体内不正常蛋白质：基因突变，环境胁迫，合成误差组织蛋白胞内降解的意义代谢途径调节酶类：糖酵解中的磷酸果糖激酶防御机制组成成分：吞噬细胞的溶酶体：病原菌，异物降解体内氨基酸代谢库：成人蛋白质最低需要量30～50g/d，推荐80g/d，氨基酸库：外源氨基酸70g/d，内源40/d蛋白质前体的加工，酶原的激活组织蛋白胞内降解方式真核生物中蛋白质的降解有两条途径•不依赖ATP，酸性系统（pH5）•利用组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白②依赖泛素(ubiquitin)的降解过程①溶酶体内降解过程•依赖ATP，碱性系统（pH7.8）•降解异常蛋白和短寿命蛋白及癌基因蛋白泛素:给选择降解的蛋白质加上标记Hershko,A.等1978年从网织红细胞依赖ATP的蛋白质水解系统中分离出一种热稳定因子，由76个氨基酸组成，后来发现它广泛存在于各类真核细胞因而名民为泛肽（ubiquitin)。被选定的蛋白质先加以标记，在一个需ATP的反应中有泛肽－激活酶（E1)、泛肽－载体蛋白（E2）和泛肽－蛋白连接酶（E3）的共同作用下形成多泛肽化蛋白。这样，泛肽连接的蛋白质，即在ATP－依赖的反应过程中被降解。蛋白质降解的泛肽途径E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶体20S蛋白酶体ATP19S调节亚基去折叠水解E1：泛肽激活酶E2：泛肽载体蛋白E3：泛肽-蛋白质连接酶（ubiquitin）26S蛋白酶体复合物功能18－20种不同的亚基组成，其中６种具有ATPase活性识别并结合多泛肽化的靶蛋白激活20S蛋白酶体的蛋白酶活性参与底物蛋白的伸展切除(Ub)n链并将其降解成Ub单体氨基酸的生理功用1.合成蛋白质以维持细胞、组织的生长、更新和修补2.合成许多重要生理作用的含氮化合物:激素，次生代谢产物5.氧化供能：人体每日15%能量由蛋白质提供。3.本身具有特殊功能：Gly为抑制性神经递质，Glu&Asp兴奋性神经递质，Ala及Gln参与氨转运4.食品添加剂：谷氨酸单钠盐和甘氨酸是世界上用量最在大调味品，氨基酸的分解与转化1、氨基酸代谢基本概况2、氨基酸的脱氨基作用3、氨基酸的脱羧基作用4、氨的转运和排泄5、氨基酸碳骨架的转化途径6、氨基酸与一碳基团7、氨基酸衍生的生物活性物质氨基酸代谢概况食物蛋白质NH4+体蛋白生物固氮硝酸还原糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物特殊途径尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤（次生物质代谢）CO2胺脱氨基脱羧基TCACO2H2O糖呼吸链2H糖异生鸟氨酸循环重新利用尿素合成AA氨基酸-酮酸2、氨基酸的脱氨基作用其它脱氨基作用氧化脱氨基作用转氨基作用联合脱氨基作用转氨基作用α-氨基酸1R1-CH-COO-NH+3|α-酮酸1R1-C-COO-O||R2-C-COO-O||α-酮酸2R2-CH-COO-NH+3|α-氨基酸2转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）在转氨酶的催化下，α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的α-氨基酸生成相应的α-酮酸，而原来的α-酮酸则形成了相应的α-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。-氨基酸磷酸吡哆醛醛亚胺酮亚胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛的作用机理-酮酸互变异构特点：生理意义：接受氨基的主要酮酸有：*只有氨基的转移，没有氨的生成*催化的反应可逆*其辅酶都是磷酸吡哆醛是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。丙酮酸-酮戊二酸草酰乙酸转氨基作用特点及意义谷丙转氨酶（GPT）临床意义：急性肝炎患者血清GPT升高谷草转氨酶(GOT)临床意义：心肌梗患者血清GOT升高GPT谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸GOT谷氨酸+草酰乙酸-酮戊二酸+天冬氨酸重要的转氨酶谷丙转氨酶(glutamate-pyruvatetransaminase)和谷草转氨酶(glutamate-oxaloacetatetransaminase)谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)谷氨酸谷氨酸丙氨酸天冬氨酸丙酮酸草酰乙酸-酮戊二氨酸-酮戊二氨酸氧化脱氨基作用氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的α-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：α-氨基酸氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸R-CH-COO-NH+3|R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2L-谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOH谷氨酸-酮戊二氨酸L-氨基酸氧化酶活性低，以FAD、FMN为辅基、分布于肝及肾脏最适pH10L-谷氨酸脱氢酶活性强，分布于肝、肾及脑组织，辅酶为NAD+或NADP+专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反应可逆氨基酸氧化脱氨的主要酶联合脱氨基作用（1）概念（2）类型a、转氨偶联氧化脱氨（普遍存在各组织）b、转氨偶联AMP循环脱氨（骨骼肌，心肌，肝脏，脑）转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用。转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联α-氨基酸α-酮酸α-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微生物中其它脱氨基作用（1）直接脱氨基作用（2）还原脱氨基作用（3）水解脱氨基作用（4）脱水脱氨基作用（5）解氨脱氨基作用其它脱氨基作用（自学）主要在微生物中进行。其方式有以下几种：•①还原脱氨基•②脱水脱氨基•③解氨脱氨基R-CH-COOHR-CH2-COOH+NH3NH2NH2氢化酶脱水酶SerPyr+NH3H2O解氨酶Phe反肉桂酸Phe+NH3CH2CHCOOHNH2CH=CH-COOH+NH3亚氨基丙酸3、氨基酸的脱羧基作用概念脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。直接脱羧胺羟化脱羧羟胺类型:机理及举例仅His不需磷酸吡哆醛作辅酶直接脱羧Gluγ-氨基丁酸+CO2(抑制中枢神经传导)Aspβ-Ala+CO2(泛酸组分)His组胺＋CO2(降低血压)Tyr酪胺＋CO2(升高血压)Cys巯基乙胺＋CO2(CoA组分)Lys尸胺+CO2(促进细胞增殖)鸟AA腐胺+CO2(促进细胞增殖)丝氨酸乙醇胺胆碱卵磷脂色氨酸吲哚丙酮酸吲哚乙醛吲哚乙酸羟化脱羧基多巴胺是脑神经递质，含量减少可导致帕金森症，另外也可转化为吲哚醌形成黑色素4、氨的转运和排泄1、以谷氨酰胺的形式转运2、以丙氨酸的形式转运3、尿素的生成——尿素循环以谷氨酰胺的形式转运氨+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2+谷氨酸合成酶HADPH+H+NADP+以谷氨酰胺的形式转运氨•谷氨酰胺的生成不仅是解氨毒的重要方式，也是氨的运输和贮存形式，也可作为生物合成反应中氨基的供体。•谷氨酰胺主要是从脑、肌肉等组织向肝或肾运输氨。葡萄糖—丙氨酸循环谷氨酸-酮戊二酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖（肌肉）（血液）（肝脏）丙酮酸糖异生丙酮酸其它氨基酸NH3-酮酸糖酵解尿素尿素葡萄糖—丙氨酸循环•这种通过丙氨酸和葡萄糖的互变而把氨从肌肉运输到肝及的循环称为丙氨酸-葡萄糖循环。•经此循环，收到一举两得的功效，不但使肌组织中的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝，用于尿素的合成；同时，肝又为肌组织提供了由丙酮酸糖异生生成的葡萄糖。尿素的生成（1）概念（2）1932年Krebs提出尿素循环过程（3）尿素循环的总反应和氨中毒机制在排尿动物体内由NH3合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环。尿素循环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氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸+2ADP+Pi2ATP+CO2+NH3+H2O细胞溶液线粒体NH2-C-NH2O尿素-酮戊二酸-酮戊二酸②PNH2-C-O-O145321932年HansKrebs提出1）氨基甲酰磷酸的合成CO2+NH3+H2O+2ATP氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(肝mito）N-乙酰谷氨酸(+)，Mg2+NH2-C-O-P=O+2ADP+PiO