第30章蛋白质和氨基酸的降解课件.ppt

1、第第3030章章 蛋白质的降解和氨基酸蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢的分解代谢主要内容蛋白质的降解蛋白质的降解氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢尿素循环尿素循环氨基酸碳骨架的氧化途径氨基酸碳骨架的氧化途径生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸和生酮氨基酸由氨基酸衍生的其它重要物质由氨基酸衍生的其它重要物质一、蛋白质的降解 Degradation of protein细胞不断地从氨基酸合成蛋白质，又不断地把蛋白细胞不断地从氨基酸合成蛋白质，又不断地把蛋白质降解成氨基酸，其意义在于：一是排除不正常的质降解成氨基酸，其意义在于：一是排除不正常的蛋白质；二是通过排除累积过多的酶和调节蛋白使蛋白质；二是通过排除

2、累积过多的酶和调节蛋白使细胞代谢井然有序得以维持。细胞代谢井然有序得以维持。外源蛋白质进入体内必需先经过水解成氨基酸后才外源蛋白质进入体内必需先经过水解成氨基酸后才被吸收利用。主要的消化酶有：胃蛋白酶、胰蛋白被吸收利用。主要的消化酶有：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶（酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶（A和和B）、氨）、氨肽酶等。肽酶等。二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid -氨基酸的功能除了是蛋白质的组成单位外，还氨基酸的功能除了是蛋白质的组成单位外，还是能量代谢的物质，又是许多生物体内重要含氮化是能量代谢的物质，又是许多生物体内重要含氮化

3、合物的前体。合物的前体。氨基酸的分解一般有三步：氨基酸的分解一般有三步：1、脱氨基，脱下的氨或转化为氨或转化为、脱氨基，脱下的氨或转化为氨或转化为Asp/Glu；2、氨与、氨与Asp的氮原子结合，生成尿素而排出；的氮原子结合，生成尿素而排出；3、脱氨后产生的酮酸转化为一般的中间代谢物。、脱氨后产生的酮酸转化为一般的中间代谢物。二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid1、氨基酸的脱氨基作用、氨基酸的脱氨基作用绝大多数氨基酸的脱氨基是出自转氨基作用。绝大多数氨基酸的脱氨基是出自转氨基作用。氨基转移酶为了携带氨基，需要有吡哆醛-5-磷酸（PLP）参与反应，当PLP转化

4、为吡哆胺-5-磷酸时，即接受了一个氨基。实际上PLP以共价键与酶相连，即醛基与E上的Lys的-NH2结合成希夫碱（亚氨型）。二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid1、氨基酸的脱氨基作用、氨基酸的脱氨基作用二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid1、氨基酸的氨基转移反应机制、氨基酸的氨基转移反应机制Step 1: -amino group of substrate displaces the -amino group of the active site Lys, forming a new Schiff base linkage

5、；The pyridoxal phosphate-amino acid Schiff base remains bound to the enzyme by non-covalent Interactions.二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid1、氨基酸的氨基转移反应机制、氨基酸的氨基转移反应机制Step 2: - Rearrangement occurs, and the double bond shifts to a position between the N of the amino acids -amino group and the s C.

6、- Rearranged “ketamine” is hydrolyzed to an -keto acid and pyridoxamine phosphate.- A second -keto acid (ie. -ketoglutarate) reacts with the enzyme-pyridoxamine phosphate complex.- Reaction “pathway” proceeds in reverse.“ketamine”REARRANGEMENT COO- I CH2 I CH2 I C-COO- II OSchiff baseof PLP and subs

7、trate二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid1、氨基酸的氨基转移反应机制、氨基酸的氨基转移反应机制“ketamine”REARRANGEMENT R2 I C-COO- II R2 IH-C-COO- IH2O COO- I CH2 I CH2 I C-COO- II O2nd -KETO ACIDeg. -ketoglutarate R2 IH-C-COO- I COO- I CH2 I CH2 I C-COO- I NH22nd AMINO ACIDeg. GLUTAMATE- Reaction “pathway” proceeds in revers

8、e, producing glutamate and regenerating the covalent enzyme pyridoxal phosphate complex.在大部分情况下，能作为氨基转移酶底物的仅为-酮戌二酸或草酰乙酸，因此只可能生成谷氨酸和天冬氨酸。二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid1、氨基酸的转氨基作用、氨基酸的转氨基作用葡萄糖葡萄糖-丙氨酸循环丙氨酸循环与前述以酮戌二酸和草酰乙酸作为转氨酶底物不同与前述以酮戌二酸和草酰乙酸作为转氨酶底物不同的是，有一组肌肉氨基转移酶，可把丙酮酸当作其的是，有一组肌肉氨基转移酶，可把丙酮酸当作其 -

9、酮酸的底物，生成丙氨酸。丙氨酸进入血液运送酮酸的底物，生成丙氨酸。丙氨酸进入血液运送到肝脏，在肝脏中经转氨基作用生成丙酮酸，又可到肝脏，在肝脏中经转氨基作用生成丙酮酸，又可用于葡萄糖的异生作用，这样形成的葡萄糖又回到用于葡萄糖的异生作用，这样形成的葡萄糖又回到肌肉中，以糖酵解方式降解为丙酮酸。此称为葡萄肌肉中，以糖酵解方式降解为丙酮酸。此称为葡萄糖糖-丙氨酸循环。丙氨酸循环。二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid2、氧化脱氨基作用：谷氨酸脱氢酶、氧化脱氨基作用：谷氨酸脱氢酶虽然大部分的脱氨基作用出自于转氨基作用，但也虽然大部分的脱氨基作用出自于转氨基作用，但也

10、有谷氨酸的有谷氨酸的“氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用”，它是在谷氨酸脱，它是在谷氨酸脱氢酶催化下生成氢酶催化下生成 -酮戌二酸和氨。谷氨酸脱氢酶既酮戌二酸和氨。谷氨酸脱氢酶既可以把可以把NAD+也可将也可将NADP+作为其氧化还原辅酶。作为其氧化还原辅酶。它是一变构调节酶，受它是一变构调节酶，受GTP、ATP的抑制，的抑制，ADP激激活。活。二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid2、氧化脱氨基作用：谷氨酸脱氢酶、氧化脱氨基作用：谷氨酸脱氢酶Citric acid cycleGlucose synthesis COO- IH2N+=C-H I CH2 I CH2

11、I COO-HYDRIDEIMINO INTERMEDIATEH2O-亚氨基戌二酸二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid3、其它的脱氨基作用、其它的脱氨基作用L-氨基酸氧化酶及氨基酸氧化酶及D-氨基酸氧化酶是二个非专一性氨基酸氧化酶是二个非专一性的氨基酸氧化酶，它们把的氨基酸氧化酶，它们把FAD作为辅酶，催化作为辅酶，催化L-及及D-氨基酸的氧化，产生的氨基酸的氧化，产生的FADH2又被又被O2再氧化。再氧化。氨基酸 + FAD + H2O 酮酸 + NH3 + FADH2 FADH2 + O2 FAD + H2O2二、氨基酸的分解代谢 Degradation

12、 of amino acid4、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用转氨酶谷氨酸脱氢酶联合脱氨基作用之一二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid4、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用联合脱氨基作用之二Asp草酰乙酸苹果酸次黄嘌呤核苷酸IMP腺苷酸代琥珀酸延胡索酸腺苷酸AMPNH3H2O催化谷氨酸与草酰乙酸转氨基作用生成Asp的酶是谷氨酸-草酰乙酸转氨酶，简称谷草转氨酶。二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid5、氨基酸的脱羧基作用、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机体内部分氨基酸可进行脱羧基作用而生成相应的一级

13、胺。催化该反应的酶为脱羧酶，这类酶的辅酶一级胺。催化该反应的酶为脱羧酶，这类酶的辅酶多为多为磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛。a-aminoacidPLPH2O醛亚胺CO2H2O氨基酸脱羧酶专一性很高，一般是一种氨基酸一种脱羧酶，而且只对L-氨基酸起作用。谷氨酸脱羧生成重要的神经递质GABA二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid6、氨的命运、氨的命运氨基酸通过脱氨基作用后将氨基氮转化为氨，而氨氨基酸通过脱氨基作用后将氨基氮转化为氨，而氨对生物机体是有毒物质，必需排泄出。对生物机体是有毒物质，必需排泄出。NH4+ + -酮戌二酸酮戌二酸 + NADPH + H+Glu +

14、NADP+ +H2O此反应：一方面大量消耗了此反应：一方面大量消耗了 -酮戌二酸酮戌二酸 ，从而破坏，从而破坏了柠檬酸循环的进行；另一方面对了柠檬酸循环的进行；另一方面对NADPH的大量消的大量消耗，严重影响了需要还原力（耗，严重影响了需要还原力（NADPH+H+）反应的）反应的正常进行。正常进行。二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid6、氨的命运、氨的命运氨基酸通过脱氨基作用后将氨基氮转化为氨，而氨氨基酸通过脱氨基作用后将氨基氮转化为氨，而氨对生物机体是有毒物质，必需排泄出。氨的排泄有对生物机体是有毒物质，必需排泄出。氨的排泄有三种：三种：（I）直接以氨的形

15、式排泄，如水生或海洋动）直接以氨的形式排泄，如水生或海洋动物；（物；（II）将氨转化为尿素排泄，如大部分动物均）将氨转化为尿素排泄，如大部分动物均如此；（如此；（III）将氨转化为固体的尿酸排泄，如鸟类）将氨转化为固体的尿酸排泄，如鸟类和陆生的爬虫类。和陆生的爬虫类。氨在生物体内的运输形式通常是谷氨酰胺，因为它氨在生物体内的运输形式通常是谷氨酰胺，因为它对生物机体是无毒的。对生物机体是无毒的。二、氨基酸的分解代谢 Degradation of amino acid6、氨的命运、氨的命运氨的转运氨的转运谷氨酸谷氨酰-5-磷酸谷氨酰胺ATPADPNH4+Pi + H+E:谷氨酰胺合成酶三、尿素循环

16、 Urea Cycle尿素循环部分发生在线粒体，部分发生在细胞溶胶Glu三、尿素循环 Urea Cycle1、氨甲酰磷酸合成酶、氨甲酰磷酸合成酶123 该反应发生在线粒体中；反应基本是不可逆的，因此是尿素 循环的限速反应。 反应形成的氨甲酰磷酸中的氨即是尿素循环终产物尿素的一 个氮的来源。 反应机理:HCO3-接受ATP而活化，形成羰基磷酸；氨对 羰基磷酸进攻形成氨基甲酸酯；受第2个ATP作用，发生 磷酸化，形成氨甲酰磷酸和ADP。三、尿素循环 Urea Cycle2、鸟氨酸转氨甲酰酶、鸟氨酸转氨甲酰酶 该反应发生在线粒体中；但是鸟氨酸产生于细胞溶胶，因此 它必需通过特异运送体系进入线粒体。

17、催化该反应的酶是鸟氨酸转氨甲酰酶，生成瓜氨酸。 反应不需要ATP的消耗。三、尿素循环 Urea Cycle3、精氨琥珀酸合成酶、精氨琥珀酸合成酶 该反应发生在细胞溶胶中；催化瓜氨酸与天冬氨酸合成精氨琥珀酸。反应形成的中是产物是瓜氨酸-AMP。 反应消耗1分子ATP的二个高能磷酸键。三、尿素循环 Urea Cycle4、精氨琥珀酸酶、精氨琥珀酸酶 该反应发生在细胞溶胶中；催化精氨琥珀酸裂解，形成精氨酸和延胡索酸。 反应生成的延胡索酸进入TCA循环。TCA中草酰乙酸可通过转氨基作用形成天冬氨酸而进入尿素循环。三、尿素循环 Urea Cycle5、精氨酸酶、精氨酸酶 该反应发生在细胞溶胶中；催化精氨

18、酸裂解，形成鸟氨酸和尿素。生成的鸟氨酸经特异运输体系进入线粒而又回到循环中去。 到此，循环一次结束。整个循环，消耗4个高能磷酸键。三、尿素循环 Urea Cycle尿素循环与尿素循环与TCA的联系的联系三、尿素循环 Urea Cycle6、尿素循环的调节、尿素循环的调节 氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶I 受受N-乙酰谷氨酸变构激活，乙酰谷氨酸变构激活，尿素循环中其它酶则由尿素循环中其它酶则由其底物控制。其底物控制。Accumulateswhen urea cyleslows down!四、氨基酸碳骨架的氧化途径 20种氨基酸碳骨架种氨基酸碳骨架进入进入TCA的途径的途径通过五种物质进入TCA

19、四、氨基酸碳骨架的氧化途径 1、形成乙酰、形成乙酰CoA的途径的途径 氨基酸形成成乙酰氨基酸形成成乙酰CoA有三条途径：其一是经有三条途径：其一是经丙丙酮酸酮酸形成，如形成，如Ala、Gly、Thr、Ser、Cys；其二；其二是经是经乙酰乙酰乙酰乙酰CoA途径，如途径，如Phe、Tyr、Leu、Trp、Lys；其三是；其三是直接形成乙酰直接形成乙酰CoA，如，如Ile、Met、Val。（1）经丙酮酸生成乙酰）经丙酮酸生成乙酰CoAAla: 经与经与 -酮戌二酸转氨基作用，生成丙酮酸。酮戌二酸转氨基作用，生成丙酮酸。Gly： 先转变成先转变成Ser，再由，再由Ser转化成丙酮酸。转化成丙酮酸。四

20、、氨基酸碳骨架的氧化途径 1、形成乙酰、形成乙酰CoA的途径的途径（1）经丙酮酸生成乙酰）经丙酮酸生成乙酰CoAGly： 先转变成先转变成Ser，再由，再由Ser转化成丙酮酸。转化成丙酮酸。甘氨酸甘氨酸 + N5,N10-甲烯基四氢叶酸甲烯基四氢叶酸L-丝氨酸丝氨酸 + 四氢叶酸四氢叶酸丝氨酸转羟甲基酶H3N+-CH2-COO- + THF + NAD+N5,N10-甲烯甲烯THF + CO2+ NH4+ + NADH + H+Gly作为C1单位提供者四、氨基酸碳骨架的氧化途径 1、形成乙酰、形成乙酰CoA的途径的途径（1）经丙酮酸生成乙酰）经丙酮酸生成乙酰CoASer： Ser经脱水、脱氨生

21、成丙酮酸。催化反应的酶为丝经脱水、脱氨生成丙酮酸。催化反应的酶为丝氨酸脱水酶，它氨酸脱水酶，它PLP（磷酸吡哆醛）为辅基。（磷酸吡哆醛）为辅基。四、氨基酸碳骨架的氧化途径 1、形成乙酰、形成乙酰CoA的途径的途径（1）经丙酮酸生成乙酰）经丙酮酸生成乙酰CoAThr： 由苏氨酸醛缩酶催化其裂解成甘氨酸和乙醛，后者由苏氨酸醛缩酶催化其裂解成甘氨酸和乙醛，后者氧化成乙酸，乙酸继续氧化成乙酰氧化成乙酸，乙酸继续氧化成乙酰CoA。Cys: Cys二加氧酶半胱氨酸硫酸转氨-亚磺酰丙酮酸脱硫丙酮酸四、氨基酸碳骨架的氧化途径 1、形成乙酰、形成乙酰CoA的途径的途径（2）经乙酰乙酰）经乙酰乙酰CoA生成乙酰生

22、成乙酰CoAPhe： 在分解代谢中先转变成在分解代谢中先转变成Tyr，然而进入，然而进入Tyr的分解代的分解代谢。谢。CH2-CH-COO-NH3+CH2-CH-COO-NH3+HOO2+四氢生物蝶呤四氢生物蝶呤H2ONADPHNADP+苯丙氨酸-4-单加氧酶PheTyr四、氨基酸碳骨架的氧化途径 CH2-CH-COO-NH3+CH2-CH-COO-NH3+HOCCH3CH3HCH2CNH3+COO-HCH3CH2C|OC|O-OHCH3CH2C|OC|O-S-CoACH3C|OS-CoACNH3+COO-HNHCH2C=OCOO-CH2COO-CH2CH2COO-CH2NH3+CH2CH2H

23、-C-NH3+LysTrp -酮己二酸酮己二酸PheTyr乙酰乙酸乙酰乙酰CoA乙酰CoALeuAcetyl CoA延胡索酸四、氨基酸碳骨架的氧化途径 2、形成、形成 -酮戌二酸的途径酮戌二酸的途径NH2+COO-NHNCH2-CH-COO-NH3+NH2C=NH2+CH2CH-NH3+COO-NH2CH2CH2CH2CH-NH3+COO-CH2H-C=OCH2CH-NH3+COO-CH2COO-CH2C=OCOO-CH2COO-CH2C=OCOO-CH2C=ONH2Arg谷氨酸-半醛ProGlua-KetoglutamateGlnHisTCA cycle四、氨基酸碳骨架的氧化途径 3、形成、

24、形成琥珀酰琥珀酰-CoA的途径的途径Succinyl-CoATCA cycle-OOC-CH2-CH2-C-S-CoAO-OOC-CH-C-S-CoACH3O甲基丙二酰CoACH3-CH2-C-S-CoAO丙酰CoACOO-NH3+CHCH2CH2SCH3COO-NH3+CHCHCH2CH3CH3COO-NH3+CHCHCH3CH3MetIleValL-methymalonyl-CoAL-methymalonyl-CoA mutase四、氨基酸碳骨架的氧化途径 4、形成延胡索酸途径、形成延胡索酸途径 主要是主要是Phe和和Tyr。CH2-CH-COO-NH3+CH2-CH-COO-NH3+HO

25、CH3CH2C|OC|O-OHPheTyr乙酰乙酸延胡索酸CH3CH2C|OC|O-S-CoACH3C|OS-CoATCA cycle四、氨基酸碳骨架的氧化途径 5、形成草酰乙酸途径、形成草酰乙酸途径 主要是主要是sp和和Asn。C-CH2-CH-C-O-ONH3+ONH2C-CH2-CH-C-O-ONH3+OOC-CH2-CH-C-O-OOOAsnAspOxaloacetate谷草转氨酶酮戌二酸谷氨酸TCA Cycle五、生糖和生酮氨基酸 1、生糖氨基酸、生糖氨基酸 凡能形成丙酮酸、酮戌二酸、琥珀酸和草酰乙酸的凡能形成丙酮酸、酮戌二酸、琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸称为生糖氨基酸，因为这些物质可导

26、致生氨基酸称为生糖氨基酸，因为这些物质可导致生成葡萄糖和糖原。成葡萄糖和糖原。2、生酮氨基酸、生酮氨基酸 Phe、Tyr、Leu、Trp、Lys等分解成乙酰乙酰等分解成乙酰乙酰-CoA，后者在动物肝脏中转变成乙酰乙酸和，后者在动物肝脏中转变成乙酰乙酸和 -羟丁羟丁酸。因此称为生酮氨基酸。酸。因此称为生酮氨基酸。3、生糖和生酮氨基酸、生糖和生酮氨基酸 如如Phe和和Tyr既可生成酮体又可生成糖，故称生糖既可生成酮体又可生成糖，故称生糖和生酮氨基酸。和生酮氨基酸。六、氨基酸和一碳单位 1、一碳单位、一碳单位 亚氨甲基亚氨甲基 -HC=NH- 甲酰基甲酰基 H-C- 羟甲基羟甲基 -CH2OH 亚甲

27、基亚甲基 -CH2- 次甲基次甲基 -CH= 甲基甲基 -CH3 q 许多氨基酸都可作为一碳单位的来源。许多氨基酸都可作为一碳单位的来源。q 一碳单位不仅与氨基酸代谢密切，也与嘌呤和嘧一碳单位不仅与氨基酸代谢密切，也与嘌呤和嘧啶的生成合成及啶的生成合成及S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)的生物合成的生物合成相关。相关。SAM是许多生物合成的甲基来源。是许多生物合成的甲基来源。O六、氨基酸和一碳单位 2、一碳单位的转移、一碳单位的转移 一碳单位的转移主要靠四氢叶酸（一碳单位的转移主要靠四氢叶酸（THF），一碳），一碳单位与单位与THF的的N5,N10以共价键相连。以共价键相连。 NHHNNH

28、NH2NHHHCH2HNOCONHCHCOOCH2CH2COOTetrahydrofolate (THF) pteridine -aminobenzoate glutamate 六、氨基酸和一碳单位 2、一碳单位的转移、一碳单位的转移 一碳单位的转移主要靠四氢叶酸（一碳单位的转移主要靠四氢叶酸（THF），一碳），一碳单位与单位与THF的的N5,N10以共价键相连。以共价键相连。NHHNNHNH2NHHHCH2NRONHNNHNH2NHHHCH2NROCHHHHNN5-formimino-THF 510六、氨基酸和一碳单位 2、一碳单位的转移、一碳单位的转移 一碳单位的转移主要靠四氢叶酸（一碳单位的转移主要靠四氢叶酸（THF），一碳），一碳单位与单位与THF的的N5,N10以共价键相连。以共价键相连。N5,N10-亚甲基THFTHFHO-CH2-CH-COO-NH3+CH2-COO-NH3+丝氨酸羟甲基转移酶