蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢

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蛋白质新陈代谢的功能: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α-氨基-β-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(ubiguitin)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水解氨基酸？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ε-氨基相接。此复合物被”泛肽-连接发降解酶”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水解水解酶氨基酸吸收入外源蛋白质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。1／4氧化降解或转变为糖，并由外源蛋白质加以补充；3／4在体内进行再循环。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.①必须氨基酸(essentialaminoacid)指体内需要而自身不能合成,必须由食物供给的氨基酸,共8种:Met,Trp,Lys,Val,Ile,Leu,Phe.Thr②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）内肽酶：胰蛋白酶、糜蛋白酶，弹性蛋白酶外肽酶：羧肽酶、氨肽酶胰蛋白酶：赖氨酸、精氨酸的羧基形成的肽键•内肽酶糜蛋白酶：芳香族氨基酸（苯、酪、色）弹性蛋白酶羧肽酶A(中性氨基酸为羧基未端的肽键)•外肽酶羧肽酶B(赖氨酸、精氨酸等碱性AA)氨肽酶提问：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？NH3+—NH3+—COO-—COO-—•外切酶—氨肽酶特定氨基酸间•外切酶—羧肽酶最终产物—氨基酸氨基酸的代谢氨基酸RCHNH2COOH？分解NH3、尿素、尿酸CO2、H2O、ATP合成其他合成？四大物质、激素等二氨基酸分解代谢氨基酸的来源•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•组织的氨基酸代谢池释放氨基酸的分解过程：1、脱氨（转化成氨或转化成天冬氨酸或谷氨酸的氨）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氧化脱氨基作用联合脱氨基作用非氧化脱氨基作用第三节转氨基作用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。机制：辅酶磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺相互转变，来传递氨基转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛，起传递氨基的作用转氨基作用特点：a.可逆，受平衡影响b.氨基大多转给了α-酮戊二酸（产物谷氨酸）转氨酶CHR1NH3COO+-α-氨基酸CHR2OCOO-α-酮酸CHR2NH3COO+-CHR1OCOO-α-氨基酸α-酮酸逆过程交换三羧酸循环丙酮酸α酮戊二酸提问：为什么多转给α-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α-酮戊二酸。谷氨酸氧化脱氨L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2OCOO(CH2)2OCCOONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-酮戊二酸COO(CH2)2CHNH3COO+氧化脱氨转氨基谷—某转氨酶O（酮酸）NH4+(A)转氨基制谷氨酸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。（二）氧化脱氨基作用L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）氧化脱氨脱氨酶——脱氢氧化酶酶——L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶CHRNH3COO+--CNHRCOO酶2H+H+亚氨基酸不稳定H2O+H+水解加氧脱氢NH4+-CORCOOα-酮酸本应是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？2氧化专一氨基酸的酶有毒！L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2OCOO(CH2)2OCCOONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-酮戊二酸COO(CH2)2CHNH3COO+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α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L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2OCOO(CH2)2OCCOONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-酮戊二酸COO(CH2)2CHNH3COO+氨基酸的非氧化脱氨基作用（三）氨基酸的脱酰胺基作用（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产物反应物谷氨酸L-谷氨酸脱氢酶α-酮戊二酸转氨酶NH4+α-氨基酸NAD++H2Oα-酮酸NH32H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联合脱氨基为主。NADH+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（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：磷酸吡哆醛第六节-酮酸的代谢1.经氨基化后生成非必需氨基酸2.转变成糖及脂类:生酮氨基酸;生糖氨基酸;生酮兼生糖氨基酸.(329)生糖氨基酸生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸3.氧化供能(经三羧酸循环)异柠檬酸柠檬酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环乙酰CoAα-酮戊二酸琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸丙酮酸精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸谷氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬酰胺谷氨酰胺除亮氨酸、赖氨酸外的氨基酸可由？转化为糖。糖异生第七节氨的代谢一.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酸谷氨酰胺氨(NH3)H+NH4氨的去路：1.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注：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。水生生物直接扩散脱氨（NH3）哺乳、两栖动物排尿素各种生物根据安全、价廉的原则排氨。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。？体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。CONH2NH2？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。NNNNOOO---鸟类、爬虫排尿酸均来自转氨不溶于水，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。高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。(主要是肌肉)NH3的转运与排泄各组织细胞脱氨NH3谷氨酸α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸丙氨酸谷氨酰胺血液肝脏脱氨，转化为排泄形式提问：为什么以谷氨酰胺、丙氨酸转运氨呢？答案：经济性高效（一举两得）。肌肉剧烈运动丙酮酸NH3丙氨酸糖异生糖原脱氨蛋白质分解产能2.谷氨酰胺的运氨作用谷氨酰胺既是氨的解毒产物也是氨的储存及运输形式•主要从脑、肌肉等组织向肝、肾运氨•脑中解氨毒的一种重要方式•是氨的运输形式，也是氨的贮存、利用形式三.尿素的生成1.尿素生成的主要器官：肝脏。反应部位：肝细胞线粒体及胞液2.鸟氨酸循环学说（Ornithinecycle):尿素合成的鸟氨酸循环学说•1932年HanksKrebs和KurtHensleit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)，重新生成鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸精氨酸(ornithine)(citrulline)(arginine)3尿素合成的反应1.氨基甲酰磷酸的合成2.瓜氨酸的合成3.精氨酸的合成4.精氨酸水解生成尿素氨基甲酰磷酸合成酶I（carbamoylphosphatesynthelaseI,CPS-I)N-乙酰谷氨酸（N-acetylglutamaticacid,AGA)氨基甲酰磷酸的合成该反应消耗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。循环的特点：1.耗能:消耗3个ATP中的４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:精氨酸代琥珀酸合成酶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尿素合成的调节1.食物蛋白质的影响精氨酸代琥珀酸合成酶的调节2.尿素合成酶的调节CPS-的调节：AGA（N-乙酰谷氨酸）是其激活剂、精氨酸是AGA合成酶的激活剂高血氨与氨中毒•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，氨可与谷氨酸结合生成谷氨酰胺。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、精氨酸；肠道抑菌药；酸性盐水灌肠；限制蛋白质进食量。（一）氨基酸的脱羧基作用１.谷氨酸－氨基丁酸（－aminbutricacid,GABA):抑制性神经递质p332２.半胱氨酸牛磺酸（taurine)：为胆汁酸的成分.四个别氨基酸的代谢3.组氨酸组胺：强烈的血管舒张剂，刺激胃液分泌,与过敏反应有关４.色氨酸５－羟色胺（５－ＨＴ）：抑制性神经递质；缩血管作用四、一碳单位的代谢定义：含有一个碳原子的基团,(onecarbonunit)１.四氢叶酸: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2.体内的一碳单位：甲基（–CH3）、甲烯基（–CH2–）、甲炔基（–CH=）、甲酰基（–