1、第十二章第十二章 蛋白质降解与氨基酸的蛋白质降解与氨基酸的分解代谢分解代谢l蛋白质有自己的存活时间，短到几分钟，长到几蛋白质有自己的存活时间，短到几分钟，长到几周。细胞总是不断地从氨基酸合成蛋白质，又把周。细胞总是不断地从氨基酸合成蛋白质，又把蛋白质降解为氨基酸。这一变化过程有二重功能，蛋白质降解为氨基酸。这一变化过程有二重功能，一是排除那些不正常的蛋白质，它们若积聚将对一是排除那些不正常的蛋白质，它们若积聚将对细胞有害；二是通过排除积累过多的酶和调节蛋细胞有害；二是通过排除积累过多的酶和调节蛋白使细胞代谢的井然有序得以维持。酶的活动能白使细胞代谢的井然有序得以维持。酶的活动能力实际是根据它的
2、合成速度和降解速度决定的。力实际是根据它的合成速度和降解速度决定的。l在细胞在细胞“经济学经济学”中，控制蛋白质的降解与控制中，控制蛋白质的降解与控制其合成速度是同样重要的。本章将讨论细胞内蛋其合成速度是同样重要的。本章将讨论细胞内蛋白质降解及氨基酸的分解代谢。白质降解及氨基酸的分解代谢。第一节第一节 蛋白酶与蛋白质降解蛋白酶与蛋白质降解l蛋白酶是水解蛋白质肽键的一类酶的总称。蛋白酶是水解蛋白质肽键的一类酶的总称。l蛋白酶按照水解方式的不同，可分为蛋白酶按照水解方式的不同，可分为内肽酶（内内肽酶（内切酶）切酶）和和外肽酶（端肽酶）外肽酶（端肽酶）两类。蛋白内切酶切两类。蛋白内切酶切开大分子多肽
3、内部肽键，生成分子量较小的胨等开大分子多肽内部肽键，生成分子量较小的胨等产物。端肽酶是把多肽从一端水解，放出一个氨产物。端肽酶是把多肽从一端水解，放出一个氨基酸的酶，包括基酸的酶，包括羧肽酶，氨肽酶及二肽酶羧肽酶，氨肽酶及二肽酶三种。三种。l根据酶的来源不同，分为植物蛋白酶、动物蛋白根据酶的来源不同，分为植物蛋白酶、动物蛋白酶和微生物蛋白酶。酶和微生物蛋白酶。蛋白酶根据反应的最适蛋白酶根据反应的最适pH分类：分类：l酸性蛋白酶酸性蛋白酶( (最适最适pHpH一般在一般在2-4)2-4)主要来源于哺乳动物的消化道和部分微生物，目前工业主要来源于哺乳动物的消化道和部分微生物，目前工业上主要由黑曲霉
4、发酵生产。上主要由黑曲霉发酵生产。l中性蛋白酶中性蛋白酶 （pH7-8pH7-8）目前工业生产微生物主要有枯草杆菌、耐热解蛋白芽孢目前工业生产微生物主要有枯草杆菌、耐热解蛋白芽孢杆菌、米曲霉、栖土曲霉等。来源于植物的木瓜蛋白酶、无杆菌、米曲霉、栖土曲霉等。来源于植物的木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、菠萝蛋白酶等也都属于此类。热稳定性较差，花果蛋白酶、菠萝蛋白酶等也都属于此类。热稳定性较差，活性中心通常含有锌离子。活性中心通常含有锌离子。l碱性蛋白酶碱性蛋白酶 (pH7-11(pH7-11范围内有活力范围内有活力 ) )主要由微生物产生，广泛应用于洗涤剂、皮革工业、丝主要由微生物产生，广泛应用于洗涤剂
5、、皮革工业、丝绸脱胶等领域。酶活性中心的主要活性基团是丝氨酸。除水绸脱胶等领域。酶活性中心的主要活性基团是丝氨酸。除水解肽键外，还具有较强的水解酯键的能力。解肽键外，还具有较强的水解酯键的能力。根据酶的活性中心基团分类：根据酶的活性中心基团分类：l丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶（胰蛋白酶、糜蛋白酶、凝血蛋白胰蛋白酶、糜蛋白酶、凝血蛋白酶等，活性中心的丝氨酸通过其羟基与底物多肽的羧酶等，活性中心的丝氨酸通过其羟基与底物多肽的羧基结合而形成酶与底物的络合物，水解底物基结合而形成酶与底物的络合物，水解底物）；）；l金属蛋白酶金属蛋白酶（大多数微生物的中性蛋白酶都属于大多数微生物的中性蛋白酶都属于此类，酶活
6、性中心的锌离子起着同底物之间的桥梁作此类，酶活性中心的锌离子起着同底物之间的桥梁作用，有的还含有钙离子，具有稳定构象的作用）；用，有的还含有钙离子，具有稳定构象的作用）；l巯基蛋白酶巯基蛋白酶（木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、某些木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、某些链球菌的蛋白酶，活性中心含有半胱氨酸链球菌的蛋白酶，活性中心含有半胱氨酸）。）。 内肽酶的作用具有一定的专一性，即对肽键两内肽酶的作用具有一定的专一性，即对肽键两侧的氨基酸有一定的要求。侧的氨基酸有一定的要求。l胰蛋白酶：肽键的羧基端是碱性氨基酸；胰蛋白酶：肽键的羧基端是碱性氨基酸；l胰凝乳蛋白酶：肽键的羧基端是芳香族氨基酸及一些胰凝乳蛋白酶：
7、肽键的羧基端是芳香族氨基酸及一些具有大的非极性侧链的氨基酸；具有大的非极性侧链的氨基酸；l弹性蛋白酶：肽键的羧基端是脂肪族氨基酸；弹性蛋白酶：肽键的羧基端是脂肪族氨基酸；l枯草杆菌碱性蛋白酶：肽键的羧基端是疏水性芳香族枯草杆菌碱性蛋白酶：肽键的羧基端是疏水性芳香族氨基酸；氨基酸；l霉菌的酸性蛋白酶：多数情况下肽键的羧基端是赖氨霉菌的酸性蛋白酶：多数情况下肽键的羧基端是赖氨酸残基；酸残基；l胃蛋白酶：专一性较低，多作用于酸性氨基酸和芳香胃蛋白酶：专一性较低，多作用于酸性氨基酸和芳香族氨基酸的羧基端肽键。族氨基酸的羧基端肽键。l二、端肽酶（外肽酶）二、端肽酶（外肽酶）l1 1、氨肽酶：从多肽的游离
8、氨基端开始水、氨肽酶：从多肽的游离氨基端开始水解，逐个切下氨基酸分子。解，逐个切下氨基酸分子。l2 2、羧肽酶：从多肽的游离羧基端开始水、羧肽酶：从多肽的游离羧基端开始水解，逐个切下氨基酸分子。解，逐个切下氨基酸分子。l3 3、二肽酶：水解二肽为单个氨基酸的酶。、二肽酶：水解二肽为单个氨基酸的酶。第二节第二节 氨基酸降解氨基酸降解l脱氨基作用脱氨基作用 氧化脱氨基普遍存在于动植物及需氧微生物中，催化氧化性氧化脱氨基普遍存在于动植物及需氧微生物中，催化氧化性脱氨基反应的酶有两类：氨基酸氧化酶和氨基酸脱氢酶。脱氨基反应的酶有两类：氨基酸氧化酶和氨基酸脱氢酶。前者是黄素蛋白，以前者是黄素蛋白，以FA
9、D或者或者FMN为辅基，脱下的氢与分为辅基，脱下的氢与分子氧结合生成过氧化氢；子氧结合生成过氧化氢；后者属于不需氧脱氢酶，其中活性最强、分布最广泛的是后者属于不需氧脱氢酶，其中活性最强、分布最广泛的是L-谷氨酸脱氢酶（以谷氨酸脱氢酶（以NAD或或NADP为辅酶），催化为辅酶），催化L-谷氨酸氧谷氨酸氧化脱氨生成化脱氨生成-酮戊二酸，此反应为可逆反应。酮戊二酸，此反应为可逆反应。l转氨基作用转氨基作用（transamination）是）是-氨基酸和氨基酸和酮酸之间氨基的转移作用；酮酸之间氨基的转移作用；-氨基酸的氨基酸的-氨氨基借助酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结基借助酶的催化作用转移到酮酸的
10、酮基上，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮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。酸则形成相应的氨基酸。 l催化转氨基反应的酶为转氨酶。催化转氨基反应的酶为转氨酶。l大多数转氨酶需要大多数转氨酶需要-酮戊二酸酮戊二酸作为氨基的受体，作为氨基的受体，因此它们对两个底物中的一个，即因此它们对两个底物中的一个，即-酮戊二酸酮戊二酸（或谷氨酸）是专一的，而对另一个底物则无（或谷氨酸）是专一的，而对另一个底物则无严格的专一性。严格的专一性。l正常情况下，转氨酶主要分布在细胞内，尤其正常情况下，转氨酶主要分布在细胞内，尤其是肝脏和心脏中活性最高，而血清中的活性很是肝脏和心脏中
11、活性最高，而血清中的活性很低。当心脏或者肝脏出现炎症时，由于细胞膜低。当心脏或者肝脏出现炎症时，由于细胞膜透性增加，转氨酶可大量进入血液。临床上通透性增加，转氨酶可大量进入血液。临床上通过测定血清转氨酶的活力可诊断肝脏、心脏的过测定血清转氨酶的活力可诊断肝脏、心脏的疾病。疾病。l联合脱氨基作用联合脱氨基作用 氨基酸的转氨作用虽然在生物体内普遍存氨基酸的转氨作用虽然在生物体内普遍存在，但是并不能最终脱掉氨基。单靠氧化脱氨在，但是并不能最终脱掉氨基。单靠氧化脱氨作用也不能满足机体对脱氨基的需要，因为只作用也不能满足机体对脱氨基的需要，因为只有谷氨酸脱氢酶的活力最高，其余的有谷氨酸脱氢酶的活力最高，
12、其余的L-氨基酸氨基酸氧化酶活力都较低。氧化酶活力都较低。机体可借助联合脱氨基作用，迅速地使各机体可借助联合脱氨基作用，迅速地使各种不同的氨基酸脱掉氨基。种不同的氨基酸脱掉氨基。l脱羧基作用脱羧基作用 氨基酸脱羧酶的专一性很高，一般是一种氨基酸脱羧酶的专一性很高，一般是一种氨基酸对应一种脱羧酶，而且只对氨基酸对应一种脱羧酶，而且只对L-型氨基酸型氨基酸起作用。起作用。脱羧基反应并不是氨基酸代谢的主要方式。脱羧基反应并不是氨基酸代谢的主要方式。氨基酸脱羧后生成相应的胺和二氧化碳。一元氨基酸脱羧后生成相应的胺和二氧化碳。一元胺和二元胺有臭味，为碱性，对人体有毒性。胺和二元胺有臭味，为碱性，对人体有
13、毒性。l脱氨脱羧作用脱氨脱羧作用l在有些微生物如细菌或酵母细胞中，能进行加在有些微生物如细菌或酵母细胞中，能进行加水分解，同时进行脱氨基与脱羧基，生成少一水分解，同时进行脱氨基与脱羧基，生成少一碳原子的一元醇、碳原子的一元醇、NH3和和CO2。l酒类酿造中生成的微量高级醇芳香成分（杂醇酒类酿造中生成的微量高级醇芳香成分（杂醇油），大多来自支链氨基酸的脱氨脱羧反应。油），大多来自支链氨基酸的脱氨脱羧反应。第三节第三节 氨基酸代谢产物的去路氨基酸代谢产物的去路l一、酮酸的去路一、酮酸的去路1、合成新的氨基酸：沿着脱氨基作用的逆反应、合成新的氨基酸：沿着脱氨基作用的逆反应进行，主要发生转氨作用和还原
14、氨基化。进行，主要发生转氨作用和还原氨基化。2、氧化成二氧化碳和水、氧化成二氧化碳和水3、转变成糖及脂肪、转变成糖及脂肪 生糖氨基酸生糖氨基酸 生酮氨基酸生酮氨基酸 生糖兼生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸酮体：丙酮、乙酰乙酸、酮体：丙酮、乙酰乙酸、-羟丁酸。羟丁酸。l二、氨的去路二、氨的去路游离的氨对生物体是有毒的，所以正常情游离的氨对生物体是有毒的，所以正常情况下，体内游离氨并不积累，形成后立刻进行况下，体内游离氨并不积累，形成后立刻进行代谢，方式主要是以下两种：代谢，方式主要是以下两种：1、以酰胺形式储存、以酰胺形式储存储存在酰胺基上的氨基可用于合成新的氨储存在酰胺基上的氨基可用于合成新的氨基酸
15、或其它含氮化合物如嘌呤、嘧啶、核苷酸基酸或其它含氮化合物如嘌呤、嘧啶、核苷酸等；酰胺也可以直接参与蛋白质的合成。等；酰胺也可以直接参与蛋白质的合成。2 2、转变成废物排泄到体外、转变成废物排泄到体外尿素的形成尿素的形成l尿素循环也称为鸟氨酸循环（尿素循环也称为鸟氨酸循环（ornithine ornithine cyclecycle），是最早发现的代谢循环之一，），是最早发现的代谢循环之一，19321932年年H HA AKrebsKrebs和和K.HenseleitK.Henseleit对肝等器官通过切对肝等器官通过切片分析，并后来由同位素标记实验证明，片分析，并后来由同位素标记实验证明，合成
16、合成尿素的原料是尿素的原料是 NHNH3 3和和COCO2 2，但二者不能直接化，但二者不能直接化合，而是经过一个环式代谢途径后，称为鸟氨合，而是经过一个环式代谢途径后，称为鸟氨酸循环酸循环(ornithine cycle)(ornithine cycle)，NHNH3 3和和COCO2 2才能转变才能转变为尿素。为尿素。l三、 COCO2 2的去路的去路大部分可以直接排出细胞外，小部分参与大部分可以直接排出细胞外，小部分参与COCO2 2的固定形成细胞组分（丙酮酸羧化支路）。的固定形成细胞组分（丙酮酸羧化支路）。l四、胺的去路四、胺的去路在胺氧化酶的作用下氧化成醛，经醛脱氢酶催在胺氧化酶的作
17、用下氧化成醛，经醛脱氢酶催化生成有机酸，再经化生成有机酸，再经-氧化生成乙酰氧化生成乙酰CoA，进入三，进入三羧酸循环，彻底氧化成水和羧酸循环，彻底氧化成水和COCO2 2。l糖、脂肪和蛋白质等物质在代谢过程中糖、脂肪和蛋白质等物质在代谢过程中都是彼此影响，相互转化和密切相关的。都是彼此影响，相互转化和密切相关的。三羧酸循环不仅是各类物质共同的代谢三羧酸循环不仅是各类物质共同的代谢途径，而且也是它们之间相互联系的渠途径，而且也是它们之间相互联系的渠道。道。l糖、蛋白质合成脂肪的趋势较大糖、蛋白质合成脂肪的趋势较大l糖、脂肪合成蛋白质的趋势较小糖、脂肪合成蛋白质的趋势较小l因此，食物中应含丰富的蛋白质。因此，食物中应含丰富的蛋白质。l1 1蛋白质是怎样水解成氨基酸？蛋白质是怎样水解成氨基酸？l2. 2. 什么是氨肽酶？羧肽酶？什么是氨肽酶？羧肽酶？l3 3氨基酸脱氨基后的碳链如何进入三羧氨基酸脱氨基后的碳链如何进入三羧酸循环。酸循环。l4 4 什么是氨基酸的脱羧基作用？什么是氨基酸的脱羧基作用？l5 5 说明尿素形成的机理和意义说明尿素形成的机理和意义
