蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢2010

蛋白质的降解及氨基酸的分解代谢意义:（1）清除异常蛋白；（2）细胞对代谢进行调控的一种方式一、蛋白质降解特征居于重要代谢调控位点的酶或调节蛋白，降解速度快（短寿蛋白多是调节蛋白或调节酶）“持家蛋白”的降解速度慢（长寿蛋白多是持家蛋白）蛋白质的降解速度受到细胞营养及激素状态的调节，营养缺乏，周转速度加快。第一节蛋白质的降解二、蛋白质降解的反应机制真核细胞中蛋白质的降解有两条途径：1.溶酶体途径:无选择地降解蛋白质，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。2.泛素途径:给选择降解的蛋白质加以标记，依赖ATP，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。50~500nm各种水解酶单层膜游离于细胞质中，过于微小难以观察小分子单元溶酶体溶酶体途径泛素(Ubiquitin)是一种8.5KD（76a.a.残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个a.a残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。AaronCiechanoverAvramHershkoIrwinRose泛素途径E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3（ubiquitin）26S蛋白酶体E1：泛素激活酶E2：泛素载体蛋白E3：泛素-蛋白质连接酶异肽键硫酯键三、机体对外源蛋白质的需要及其消化作用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶A、B、氨肽酶（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氨基酸代谢库：食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。第二节氨基酸分解代谢氨基酸的去向：重新合成蛋白质（蛋白质周转）合成血红素、活性胺、GSH、核苷酸、辅酶等彻底分解，提供能量多余的氨基酸转化为葡萄糖、脂肪酸、酮体等氨基酸的分解一般分三步：第一步：脱氨基作用，脱下来的氨基或转变为氨（NH3），或转化为天冬氨酸或谷氨酸的氨基。第二步：氨与天冬氨酸的氮原子结合，成为尿素并被释放。第三步：氨基酸的碳骨架转化为一般的代谢中间体。（一）脱氨基作用定义：氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用。脱氨基作用是氨基酸分解代谢最主要的反应。氨基酸脱氨基的主要方式：转氨基（氨基转移）作用氧化脱氨基作用联合脱氨基作用非氧化脱氨1.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酮戊二酸为什么多转给α-酮戊二酸？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,三羧酸循环亦可产生α-酮戊二酸。指α-氨基酸和酮酸之间氨基的转移作用，α-氨基酸的α-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。转氨基作用的机制：转氨酶的辅酶：迄今发现的转氨酶都以磷酸吡哆醛（PLP）为辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。转氨酶(transaminase)/氨基转移酶(aminotransferase)催化氨基转移的酶，广泛存在于各组织中，以心肝脑肾含量较高。重要的转氨酶有：谷丙转氨酶（glutamicpyruvictransaminase,GPT）或丙氨酶氨基转移酶（alanineaminotransferase,ALT）谷草转氨酶（glutamicoxaloacetictransaminase,GOT）或天冬氨酸氨基转移酶（aspartateaminotransferase,AST）哺乳动物细胞中氨基的集合作用是在细胞质中。起催化作用的酶是细胞质中的天冬氨酸转氨酶，该酶催化的转氨产物是谷氨酸。谷氨酸进入线粒体，谷氨酸或直接脱氨，或在天冬氨酸转氨酶作用下将α-氨基转移给草酰乙酸又形成天冬氨酸。在线粒体内，天冬氨酸是尿素形成时氨基的直接供给者，又可形成腺苷(酸代)琥珀酸。酸肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍。血清酶检测常包括丙氨酸氨基转移酶（ALT）和门冬氨酸氨基转移酶（AST）等。在各种酶试验中，ALT和AST能敏感地反映肝细胞损伤与否及损伤程度。各种急性病毒性肝炎、药物或酒精引起急性肝细胞损伤时，血清ALT最敏感，在临床症状如黄疸出现之前ALT就急剧升高，同时AST也升高，但是AST升高程度不如ALT。而在慢性肝炎和肝硬化时，AST升高程度超过ALT，因此AST主要反映的是肝脏损伤程度。（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？葡萄糖-丙氨酸循环，氨运入肝脏肌肉中的氨基转移酶，可把丙酮酸作为它的-酮酸的载体。在它们的作用下，产物为丙氨酸，丙氨酸被释放到血液，经血液循环进入肝脏，在肝脏中经转氨作用又产生丙酮酸，通过葡萄糖异生途径形成葡萄糖，葡萄糖通过血液循环回到肌肉中，通过糖酵解作用降解为丙酮酸。称为葡萄糖-丙氨酸循环L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）2.氧化脱氨作用•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+水解脱氢NH4+-CORCOOα-酮酸2定义：-氨基酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。•AA氧化酶的种类L-氨基酸氧化酶：催化L-氨基酸氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。在动物体内仅分布于肝﹑肾，且活性不高，因此作用不大。D-氨基酸氧化酶：主要存在于肾脏，以FAD为辅基。但体内D-氨基酸不多。L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。是别构酶，别构抑制剂：ATP﹑GTP；别构激活剂：ADP﹑GDP+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH--+NAD(P)++H2O谷氨酸脱氢酶CH2-COOHC=O-CH2COOH--产物反应物3.联合脱氨————转氨与氧化脱氨的联合谷氨酸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脱氨基为主。NADH+H+由于转氨并不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基和氧化脱氨联合在一起才能迅速脱氨。1.转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用产物-NNNNRNHCHCH2COOCOO5P`-腺苷酸代琥珀酸COOCOCH2COO--草酰乙酸谷氨酸α-酮戊二酸转氨酶α-氨基酸α-酮酸NH3NH3COCOOHCHNH3CH2COO-+天冬氨酸NNNNROH5P`次黄苷酸H2ONH3H2ONAD+NADH+H+NNNNRNH25P`腺苷酸COOCHCHCOO延胡索酸COOCHOHCOOCH2苹果酸HH谷-草转氨酶H2O反应物2.嘌呤核苷酸联合脱氨基还原脱氨基脱水脱氨基水解脱氨基脱硫氢基脱氨基（在微生物中个别氨基酸中进行,但不普遍）4、非氧化脱氨L-丝氨酸CH2COO-C-NH3+=-CH3COO-C=NH2+--COOHCH2OHNH2-C-H--COOHCH3C=O--丝氨酸脱水酶+NH3丙酮酸α-氨基丙烯酸亚氨基丙酸5、脱羧基作用AA胺类化合物脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）R1COOHH-C-NH2--HR2O=C--+AA胺类化合物脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）磷酸吡哆醛R1COOHH-C-N=C---H-R2醛亚胺+H2OR1HH-C-N=C---H-R2CO2H2OHR2O=C--+R1HH-C-NH2--专一性强谷AAγ-氨基丁酸+CO2天冬AAβ-丙AA+CO2赖AA尸胺+CO2鸟AA腐胺+CO2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组氨酸组胺降压酪氨酸酪胺升压胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸。RCH2NH2+O2+H2ORCHO+H2O2+NH3RCHO+1/2O2RCOOHCO2+H2OAA尿素若外环境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NADPH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。三羧酸循环丙酮酸α酮戊二酸氨中毒原理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+（1）氨的去路：排氨生物：以NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类）以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）重新利用合成AA：合成酰胺（高等植物中）嘧啶环的合成（核酸代谢）6.NH3的转运与排泄（2）氨的转运（向动物肝脏的运输）•以Gln的形式（氨的主要运输形式）：NH4++Glu+ATPGln+ADP+Pi+H+Gln+H2OGlu+NH4+Gln合成酶Gln酶尿素循环以Ala转运（葡萄糖-丙氨酸转运：肌肉）NH4++-酮戊二酸+NADPH+H+Glu+NADP++H2OGlu+丙酮酸-酮戊二酸+AlaAla+-酮戊二酸Glu+丙酮酸Glu脱氢酶转氨酶肌肉转氨酶肝尿素循环第三节尿素的形成——尿素循环（鸟氨酸循环）部位——肝脏细胞氨基酸（外来的或自身的）α-酮戊二酸（转氨作用）谷氨酸谷氨酸α酮戊二酸NH4+CO22ADP+Pi+H+2ATPPi鸟氨酸瓜氨酸氨甲酰磷酸Pi瓜氨酸天冬氨酸精氨琥珀酸ATPAMP+PPi延胡索酸鸟氨酸精氨酸H2O尿素CONH2NH2消耗4ATP能量一、尿素循环的详细步骤1.氨甲酰磷酸的合成（线粒体）2.瓜氨酸的合成（线粒体）3.精氨琥珀酸的合成（细胞质）4.精氨酸的合成（细胞质）5.精氨酸水解生成尿素（细胞质）1.氨甲酰磷酸的合成（线粒体）线粒体中的氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ（CPS-Ⅰ）：变构酶，变构激活剂：N-乙酰谷氨酸（AGA），用氨做氮的供体，参与尿素的合成。细胞质内还有两外一类氨甲酰磷酸合成酶，即氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ（CPS-Ⅱ），用谷氨酸做氮的供给体，参与嘧啶生物合成。HCO3-+2.瓜氨酸的合成（线粒体）3、4.精氨琥珀酸和精氨酸的合成（细胞质）精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸精氨琥珀酸酶5.精氨酸水解生成尿素（细胞质）尿素的两个氨基，一个来源于氨，另一个来源于天冬氨酸；一个碳原子来源于HCO3-，共消耗4个高能磷酸键，是一个需能过程，但谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸反应生成1分子NADH；延胡索酸经草酰乙酸转化为天冬氨酸也形成1分子NADH。两个NADH再氧化，可产生5个ATP。总反应二、尿素合成的调节1.食物蛋白质的影响：高蛋白饮食→尿素合成速度↑2.CPS-Ⅰ的调节：精氨酸↑→尿素合成速度↑N-乙酰谷氨酸激活该酶3.尿素合成酶系的调节：（主要由底物浓度控制）精氨琥珀酸合成酶鸟氨酸转氨甲酰酶CO2＋NH3＋H2O＋2ATP氨甲酰磷酸＋2ADP＋Pi精氨酸AGA乙酰CoA＋谷氨酸AGA合成酶CPS-Ⅰ（+）（+）CPS-Ⅰ的调节高血氨症正常血氨浓度﹤0.6μmol/L血氨浓度↑高血氨症常见原因：肝功能严重损害尿素合成的酶缺陷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。第四节氨基酸碳架