生物化学王镜岩第三版第30章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢课件

第30章蛋白质降解和氨基酸的分解代谢蛋白质的降解氨基酸分解代谢尿素的形成氨基酸碳骨架的代谢途径氨基酸衍生的重要物质氨基酸代谢缺陷症学习目的与要求通过本章的学习使学生掌握1.蛋白质的营养作用2.氨基酸分解代谢的一般方式3.氨基酸分解产物在生物体的去路4.三大物质的代谢关系蛋白质的营养作用1.氮平衡氮平衡:摄入氮量与排出氮量的关系总氮平衡:摄入氮量=排出氮量正氮平衡:摄入氮量排出氮量负氮平衡:摄入氮量排出氮量成人每天排出5克氮2.必需氨基酸提供必需氨基酸:Lys,Thr,Val,Leu,Ile,Met,Trp,Phe半必需氨基酸:Arg,His3.生物体的主要组成成分动物生长发育、更新修补氧化供能，转化为其他重要含氮化合物4.参与和调节体内各种代谢活动如血红蛋白运送酶、激素和氧气等(一)体内蛋白质降解特性①选择性的降解非正常蛋白质②蛋白质降解速度与营养和激素状态有关蛋白质的降解①基因突变、生物合成误差、自发诱变和疾病等可导致反常蛋白产生；②具有重要生理功能的酶蛋白，寿命短；③维持体内AA代谢库；④防御机制组成部分；⑤蛋白质前体的裂解加工。1.体内蛋白质降解的意义①排除不正常的蛋白质，避免积累带来的危害；②排除过多的酶和调节蛋白，使代谢正常进行。2.氨基酸-蛋白质-氨基酸的意义动物消化道酶植物果实酶微生物细菌真菌放线菌酶制剂胃酶胰酶/胰凝乳蛋白酶肽酶/氨肽酶/羧肽酶內肽酶外肽酶（二）蛋白质的酶促水解1.水解过程：(酸/碱/酶)protein胨肽AA2.酶促降解3.蛋白质降解的泛肽途径溶酶体系统（酸性系统):水解长寿命蛋白和外来蛋白泛肽系统（碱性系统）：水解短寿命蛋白和反常蛋白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）泛素(三)蛋白质的消化食物蛋白胃，胃蛋白酶作用为小肽小肠，胰蛋白酶、糜蛋白酶作用为更小短肽，肠黏膜的二肽酶、氨肽酶和胰脏分泌的羧肽酶彻底水解为各种AA肠壁细胞肝脏血液组织、细胞。1.常见蛋白水解酶酶位点（或底物）胰蛋白酶(Trypsin）Lys,Arg的羧基端胰凝乳(糜)蛋白酶Phe,TrpTyr的羧基端(Chymotrypsin)胃蛋白酶(Pepsin)Phe,Trp,Tyr的氨基端氨肽酶(aminopeptidase)肽的氨基端羧肽酶(carboxypeptidase)肽的羧基端二肽酶(dipeptidase)二肽2.人体吸收蛋白质的形式过去认为，蛋白质在消化道酶促水解后，主要以氨基酸的形式吸收。近年的科学研究结果表明，人体吸收蛋白质的主要形式不是以氨基酸的形式吸收的，而是以多肽的形式吸收的，这是人体吸收蛋白质机制的重大突破。近30年的研究表明，蛋白质在人体消化中必须降解成小肽才能被人体吸收和利用。大部分水解成2～3个氨基酸残基组成的小肽，然后在小肠中以完整的形式被人体吸收，进入循环系统，被人体组织利用，或转换合成人体蛋白，发挥生理作用。•近10年来，科学家还发现，小分子活性多肽运转系统具有耗能低而不易饱和的特点。人体对肽中氨基酸残基组成的小肽的吸收速度大于对氨基酸的吸收速度。大量试验证明：这就是小肽与氨基酸的吸收机制的不同之处。研究表明小肽为底物时，肠腔刷状缘膜的氨肽酶活性增加，二肽酶和氨基酸载体的活性和数目有所增加。3.多肽吸收机制的十大特点：①不需消化，直接吸收；②吸收快速；③吸收时，多肽体不会被破坏；④多肽具有100%被人体吸收的特点；⑤多肽具有主动吸收的特点；多肽吸收机制的十大特点：⑥多肽具有优先被人体吸收的特点；⑦人体对多肽的吸收不需耗费能量和增加消化道、特别是胃肠功能负担的特点；⑧多肽在人体表现出载体作用；⑨多肽可在人体起运输工具的作用；⑩多肽被人体吸收后，可在人体中起信使作用。4.氨基酸的吸收蛋白质经水解成为aa后，肠粘膜细胞膜上具有运输氨基酸的载体蛋白，能与氨基酸和Na+形成三联体，转入细胞膜内。①.中性氨基酸载体此类载体可转运芳香，脂肪，含硫，组氨酸，谷氨酸胺和天冬酰胺，最快的一类转运载体，其吸收率为:MetIleValPheTrpThr②.碱性氨基酸载体此类载体可转运Lys,Arg，转运速率为中性氨基酸转运速率的10%。③.酸性氨基酸载体此类载体可转运Asp,Glu,转运速率与碱性氨基酸载体差不多。④.亚氨基酸及甘氨酸载体此类载体可转运Pro,Hyp,Gly，转运速率最低。急性胰腺炎（Acutepancteatitis）胰液分泌到肠内的分泌途径障碍，蛋白水解酶酶原预先成熟转变为催化的活性形式，这些活性水解酶在胰腺细胞内攻击自身组织，损伤器官，严重时可致命。严重者死亡率为20%，有并发症者可达50%。急性胰腺炎是多种病因导致胰酶在胰腺内被激活后引起胰腺组织自身消化、水肿、出血甚至坏死的炎症反应。食物蛋白过敏人体在正常情况下，对食物蛋白分解的蛋白胨容易消化而不被或很少吸入血液，但如果一次食量过多（过食猪肉和海鲜），同时精神激动和大量饮酒时，蛋白胨可以通过肠粘膜吸收入血而致病，出现皮肤充血发红、风团，伴头痛、乏力。这种显现也叫蛋白胨性荨麻疹。氨基酸分解代谢（一）氨基酸代谢概况（三）氨基酸的脱羧基作用（二）氨基酸的脱氨基作用（四）氨基酸分解产物的转化血液中的氨基酸食物消化吸收组织蛋白分解非蛋白物转化合成组织蛋白氧化分解转变为糖和脂肪合成其他含氮物氨基酸的来源与去路氨基酸代谢图氨基酸分解的共同途径（一）氨基酸代谢概况氨基酸的分解代谢•部位：肝脏•氨基酸的功能合成蛋白质；能量代谢；含氮化合物的前体分解步骤•脱氨作用•氨与天冬氨酸的氮原子结合，生成尿素•氨基酸的碳骨架转化为代谢中间体氨基酸代谢概况食物蛋白质氨基酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物TCA鸟氨酸循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤SO42-（次生物质代谢）CO2胺脱氨作用是氨基酸失去氨基的作用。氨基酸的脱氨基作用由氨基酸氧化酶催化。包括：氧化脱氨：动、植物中普遍存在；非氧化脱氨：微生物中，不普遍。动物的脱氨主要发生在肝脏中。（二）氨基酸的脱氨基作用（二）氨基酸的脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用1、氧化脱氨基作用2、转氨基作用3、联合脱氨基作用1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。大部分的氧化脱氨基作用发生于谷氨酸的氧化脱氨基作用（此反应中-酮戊二酸具有接受脱下的氨基的优势），在谷氨酸脱氢酶作用下产生氨。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-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H氨基酸脱氢酶（不需氧）氨基酸氧化酶（需氧）氧化脱氨由氨基酸氧化酶催化，酶是一种黄素蛋白1．L-aaoxidase，分布不广、活力低，一类以FAD为辅基、另一类以FMN为辅基（人和动物）。对Gly;L-Ser,L-Thr;L-Glu,L-Asp;Lys,Arg,Ornithine无作用。2．D-aaoxidase，以FAD为辅基，分布广，但作用不大。3．氧化专一aa的酶。L-谷氨酸脱氢酶（L-GluDehydrogenase：L-GludHE）L-Glu+NAD(P)+-ketoglutarate+NH3+NAD(P)H+H+味精生产发酵菌的L-GludHE活力非常高，利用糖代谢的中间产物-ketoglutarate发酵生产味精，NADPH来自于异柠檬酸脱氢。L-GludHEL-GludHE的反应及调节2.转氨基作用（Transamination）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转氨酶在转氨酶（Transaminase）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。谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)酶均以磷酸吡哆醛为辅基。Lys,Arg,Thr,Pro不能通过转氨酶转氨。GPT主要存在于肝脏GOT存在于心脏及其它的组织谷氨酰胺的生成和利用+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺α-酮戊二酸谷氨酸转氨基作用——葡萄糖-丙氨酸循环•与常规的转氨作用相反，存在肌肉氨基转移酶。把丙酮酸作为-酮酸底物，产物为丙氨酸，产物进入血液，运送到肝脏，在肝脏经转氨基作用，产生丙酮酸，进行糖异生，葡萄糖回到肌肉中，以酵解的方法产生丙酮酸，即葡萄糖-丙氨酸循环。葡萄糖-丙氨酸循环3联合脱氨基作用（UnitedDeamination）（1）概念转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式。氨基酸脱氨通过转氨作用和L-谷氨酸脱氢酶催化的Glu氧化脱氨作用联合完成。弥补氨基酸氧化酶分布少、活力低的缺陷。广泛存在，但并不是所有组织细胞的主要脱氨方式。（2）类型a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联通过转氨和脱氢酶联合脱氨（UnitedDeamination)除心肌和骨骼肌外的器官内的主要脱氨方式尿素转氨酶与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-谷氨酸通过核苷酸联合脱氨作用（UnitedDeamination）嘌呤核苷酸循环的联合脱氨作用，次黄嘌呤核苷一磷酸(IMP)与Asp形成腺苷酸代琥珀酸(adenylosuccinate)，再经裂合酶分解AMP和延胡索酸，AMP水解产生游离NH3和IMP。骨骼肌、心肌、肝脏及脑中主要的脱氨方式。转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联AMPIMPAMP代琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸AspGlua-酮戊二酸a-酮酸氨基酸GOT合成酶裂解酶H2ONH3NAD+NADH+H+NH3通过腺苷酸联合脱氨脱酰胺作用非氧化脱氨基作用（自学）（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）氧化还原脱氨基作用2.脱水脱氨：（动物及微生物）3.脱硫化氢脱氨（动物及微生物）ASP延胡索酸+NH3COOHCHNH2CH2OHCOOHCNH2CH2COOHC=NH2CH3COOHC=OCH3NH3+脱水酶H2OH2OCOOHCHNH2CH2SH+COOHCNH2CH2COOHC=NH2CH3COOHC=OCH3NH3脱硫酶H2SH2O1.直接脱氨（微生物）4.水解脱氨（微生物）COOHCHNH2HOCHCH3COOHCH2CH3COOHCH2CH2CH3NH3CO2H2O+++5.还原脱氨（微生物）COOHCHNH2RCOOHCH2R+NH32H(三)、氨基酸的脱羧基作用1、概念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。作用专一性很高，一般一种氨基酸只有一种脱羧酶，且只对L-型氨基酸起作用，只有His脱羧酶不需要辅酶。3、生理意义：生理效应。如:γ--氨基丁酸—中枢神经抑制,神经系统的能量来源,组胺—降低血压,扩张血管,5-羟色胺--血管收缩,血压升高.生物合成的前体。如:β-丙氨酸,色胺4、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）直接脱羧胺羟化脱羧羟胺2、类型:氨基酸的脱羧作用如:谷氨酸γ--氨基丁酸+CO2组氨酸组胺+CO2色氨酸5-羟色胺+CO2氨基酸脱羧酶•氨基酸脱羧酶专一性很高，一种氨基酸对应一种脱羧酶，仅对L-氨基酸发生作用。只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。脱羧作用胺的分解代谢•多数胺类物质有毒•体内有胺氧化酶胺胺氧化酶醛氨脂肪酸尿