普通生物化学第四版蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢.ppt

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1、MSE 120-1999,第九章 蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢,MSE 120-1999,目 录,第一节、蛋白质的酶促降解,第二节、氨基酸的一般分解代谢,一、脱氨基作用,二、脱羧基作用,三、氨基酸分解产物的代谢,第三节、氨基酸合成代谢概述,MSE 120-1999,各种生物体各有其特殊蛋白质。这些蛋白质皆是利用氨基酸来合成的。动物利用食物蛋白质的氨基酸，但蛋白质不能直接进入细胞组织，必须在消化道中经蛋白水解酶水解成氨基酸(一部分成小肽)才能通过肠膜进入组织，供合成蛋白质之用。植物虽不从体外吸取氨基酸以合成其蛋白质，但当植物生长及种籽萌发时，部分蛋白质仍需要水解成氨基酸，才能转变成其他物质。所以

2、在动植物体内蛋白质均有水解的必要。,生物体内蛋白质均要水解,第一节、蛋白质的酶促降解,MSE 120-1999,动物的蛋白水解酶，又称肽酶。肽酶有肽链内切酶、肽链外切酶和二肽酶3类。肽链内切酶能水解肽链内部的肽键，如胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。肽链外切酶只水解肽链两端氨基形成的肽键，如羧肽酶、氨肽酶。二肽酶只水解二肽。,MSE 120-1999,这些肽酶对不同氨基酸形成的肽键有一定的专一性：,MSE 120-1999,酶对R基团的要求及键作用部位胃蛋白酶R1,R1：芳香族氨基酸（NH2端）胰凝乳蛋白酶R1：芳香族氨基酸（COOH端）弹性蛋白酶R2：丙氨酸，甘氨酸，丝氨酸等短脂肪链的氨基酸

3、（COOH端）胰蛋白酶,R3：碱性氨基酸（COOH端),MSE 120-1999,MSE 120-1999,氨基酸的共同代谢包括脱氨基作用和脱羧基作用两个方面：,第二节、氨基酸的一般分解代谢,MSE 120-1999,氨基酸的脱氨基作用主要有以下三种：,一、脱氨基作用,氧化脱氨基作用,转氨基作用,联合脱氨基作用,MSE 120-1999,-氨基酸在酶的催化下氧化生成-酮酸，此时消耗氧并产生氨，此过程称氧化脱氨基作用。反应式如下：,1氧化脱氨基作用,MSE 120-1999,催化氧化脱氨基作用的酶：,L-谷氨酸脱氢酶的辅酶为NAD+或NADP+，能催化L-谷氨酸氧化脱氨基，生成-酮戊二酸及氨。此

4、酶在动植物、微生物中普遍存在，而且活性很强，特别在肝及肾组织中活力更强，它的最适pH在中性附近，其所催化的反应如下：,C、L-谷氨酸脱氢酶：,B、D-氨基酸氧化酶：,催化D-氨基酸氧化脱氨，其辅基为FAD。在体内分布广泛，活力强，但体内D-氨基酸不多，因此这个酶的作用也不大。,A、L-氨基酸氧化酶：,催化L-氨基酸氧化脱氨，其辅基为FMN或FAD。L-氨基酸氧化酶在体内分布不普遍，其最适pH为10左右，在正常生理条件下活力低，所以该酶不起主要作用。,MSE 120-1999,上述反应可以全部逆转，即在氨、-酮戊二酸以及NADH或NADPH存在下，L-谷氨酸脱氢酶可催化合成L-谷氨酸。从L-谷氨

5、酸脱氢酶所催化的反应平衡常数偏向于L-谷氨酸的合成看，此酶主要是催化谷氨酸的合成，但是在L-谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸产生的NH3在体内被迅速处理的情况下，反应又可以趋向于脱氨基作用，特别在L-谷氨酸脱氢酶和转氨酶(见下面)联合作用时，几乎所有氨基酸都可以脱去氨基，因此L-谷氨酸脱氢酶在氨基酸的代谢上占有重要地位。,MSE 120-1999,2、转氨基作用,一种-氨基酸的氨基可以转移到-酮酸上，从而生成相应的一分子-酮酸和一分子-氨基酸，这种作用称转氨基作用，也称氨基移换作用。转氨基作用的简式如右图：,MSE 120-1999,转氨酶的种类很多，氨基酸的转氨基作用在生物体内是极为普遍的。实验证明，

6、除赖氨酸、苏氨酸、甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸外，其余-氨基酸都可参加转氨基作用，并且各有其特异的转氨酶。例如：,MSE 120-1999,GOT,GPT,用于心肌疾患（心肌梗塞等的辅助诊断）,丙氨酸转移酶（ALT）,天冬氨酸转移酶（AST）,常用于肝疾患（肝炎等）辅助诊断,MSE 120-1999,3、联合脱氨基作用：,生物体内L-氨基酸氧化酶活力不高，而L-谷氨酸脱氢酶的活力很强，转氨酶又普遍存在。但是，单靠转氨酶并不能使氨基酸脱去氨基。因此一般认为L-氨基酸在体内往往不是直接氧化脱去氨基，而是先与-酮戊二酸经转氨作用变为相应的酮酸及谷氨酸，谷氨酸经谷氨酸脱氢酶作用重新变成-酮戊二酸，同时放出

7、氨，这种脱氨基作用是转氨基作用和氧化脱氨基作用配合进行的，所以叫联合脱氨基作用。动物体内大部分氨基酸是通过这种方式脱去氨基的，其反应式表示如下：,-酮酸,（1）转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用,MSE 120-1999,(2)嘌呤核苷酸循环,实验表明，骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要的脱氨方式是以嘌呤核苷酸循环脱氨基作用为主。,MSE 120-1999,氨基酸的脱氨基作用，除上述3种方式外，某些氨基酸还可以进行非氧化脱氨基作用。这种脱氨基方式，主要在微生物体内进行。动物体内也有，但并不普遍。,非氧化脱氨基作用又可区分为：,脱水脱氨基,脱硫化氢脱氨基,直接脱氨基,水解脱氨基等,4、非氧化脱氨基

8、作用,MSE 120-1999,氨基酸的脱羧作用在组织内和组织外(如动物肠道内)皆有。组织内的脱羧作用是氨基酸分解代谢的正常过程。组织内的氨基酸脱羧酶的专一性很高。氨基酸脱羧酶需要吡哆醛磷酸为辅酶。其反应可以下式代表：,氨基酸的脱羧反应，不仅在微生物体中发生，在高等动植物组织中也有此作用，但不是氨基酸代谢的主要方式。,二、脱羧基作用,MSE 120-1999,脑磷脂,卵磷脂,增高血压,-氨基丁酸对中枢神经系统有抑制作用，临床已用作镇静剂。,降低血压,MSE 120-1999,但绝大多数胺类是对动物有毒的，如何解决？,MSE 120-1999,三、氨基酸分解产物的代谢,1、氨的去路,氨是有毒物质

9、,在兔体内，当血液中氨的含量达到5mg/100mL时，兔即死亡。,高等动物的脑组织对氨相当敏感，血液中含1%氨便能引起中枢神经系统中毒。,MSE 120-1999,氨中毒的机理,高浓度的氨与三羧酸循环中间物-酮戊二酸结合成L-谷氨酸，使大脑中的-酮戊二酸大量减少，导致三羧酸循环无法正常运转，ATP生成受到严重阻碍，从而引起脑功能受损。,因此，动物体内氨基酸氧化脱氨基作用产生的氨不能大量积累，必须向体外排泄。,MSE 120-1999,水生动物主要是排氨的，也有部分氨转变成氧化三甲胺再排泄的。,鸟类及生活在比较干燥环境中的爬虫类主要排尿酸的。,两栖类是排尿素的。,人和哺乳类动物几乎都是排尿素的。

10、,不同的动物排氨的方式是不同的：,MSE 120-1999,尿素的合成,反应从鸟氨酸开始，结果又重新产生鸟氨酸。实际上这些反应形成一个循环，称鸟氨酸循环(又称尿素循环)。,尿素的合成不是一步完成，而是通过鸟氨酸循环的过程形成的。此循环可分成三个阶段：,第一阶段为鸟氨酸与二氧化碳和氨作用，合成瓜氨酸。,第二阶段为瓜氨酸与氨作用，合成精氨酸。,第三阶段精氨酸被肝脏中精氨酸酶水解产生尿素和重新放出鸟氨酸。,MSE 120-1999,该循环中，二分子NH3和一分子C02结合成一分子尿素。消耗4个高能磷酸键。,MSE 120-1999,重新合成氨基酸,当生物体中含有足够的碳水化合物时，氨能与碳水化合物代

11、谢中生成的各种a-酮酸进行氨基化反应，重新合成氨基酸。氨基酸脱氨基作用生成的氨虽然通过这条途径生成了新的氨基酸，但只是使氨基酸的种类发生了改变，并没有增加氨基酸的总量。,-酮酸,MSE 120-1999,生成铵盐,某些植物组织中含较多的有机酸，如苹果酸、柠檬酸、异柠檬酸、酒石酸、草酰乙酸等，这些有机酸能与氨反应生成铵盐，使细胞中的pH保持在正常的范围内。,MSE 120-1999,生成酰胺：,MSE 120-1999,合成嘧啶环：,上面谈到鸟氨酸循环的氨甲酰磷酸是由NH3和CO2在ATP供能条件下经氨甲酰磷酸合成酶催化合成的。这种酶分布在线粒体内，又称氨甲酰磷酸合成酶I。它是别构酶，N-乙酰谷

12、氨酸为正别构剂。它利用转氨基作用和L谷氨酸脱氢酶的催化作用,谷氨酸氧化产生的氨作为氮源。氨甲酰磷酸合成酶，分布于胞浆，一般存在于生长迅速的组织细胞内，包括肿瘤细胞中。它利用谷氨酰胺作为氮源，不需要N-乙酰谷氨酸参加就可催化合成氨甲酰磷酸。生成的氨甲酰磷酸再与天冬氨酸缩合成氨甲酰天冬氨酸，然后经环化，形成二氢乳清酸，最后合成尿苷酸。所以，氨基酸脱下的氨经谷氨酰胺就可转化成嘧啶类化合物，这是氨的去路之一。,MSE 120-1999,2、-酮酸的去路,再合成氨基酸,体内氨基酸的脱氨作用与-酮酸的还原氨基化作用可以看作一对可逆反应，并处于动态平衡中。当体内氨基酸过剩时，脱氨作用相应地加强，相反，在需要

13、氨基酸时，氨基化作用又会加强，从而合成某些氨基酸。,-酮酸,MSE 120-1999,转变成糖及脂肪,当体内不需要将-酮酸再合成氨基酸，并且体内的能量供给又极充足时，-酮酸可以转变为糖及脂肪，这已为动物实验所证明。例如，用氨基酸饲养患人工糖尿病的犬，大多数氨基酸可使尿中葡萄糖的含量增加，少数几种可使葡萄糖及酮体的含量同时增加，而亮氨酸等只能使酮体的含量增加。,A、生糖氨基酸：在体内可以转变为糖的氨基酸称为生糖氨基酸，按糖代谢途径进行代谢，其分解中间产物大都是糖代谢的过程中的丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA或者与这几种有关的化合物。,B、生酮氨基酸：在体内能转变酮体的氨基酸称为生酮氨基

14、酸，按脂肪酸代谢途径进行，其分解代谢中间产物为乙酰CoA或乙酰乙酸。,C、生糖兼生酮氨基酸：二者兼而有之。,MSE 120-1999,氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径,草酰乙酸,磷酸烯醇式酸,-酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰氨,丙酮酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,乙酰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,谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸,异亮氨酸亮氨酸,苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸,异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸,葡萄糖,柠檬酸,生酮,生酮兼生糖,MSE 120-1999,a,MSE 120-1999,彻底氧化成二氧化碳和水，产ATP。,MSE 120-1999,3、胺的去路,氨基酸经脱羧基作用，生成大量的胺类，体内积累大量的胺是有害的，能引起神经或心血管与系统的功能紊乱。胺可随尿直接排出体外，也可在胺氧化酶的催化下，氧化成醛，继而氧化成脂肪酸，再分解成CO2和H2O。,4、二氧化碳的去路,MSE 120-1999,第三节氨基酸合成代谢概述,MSE 120-1999,MSE 120-1999,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙氨酸族,丝氨酸族,His 和芳香族,MSE 120-1999,本章结束,