第11章蛋白质的分解代谢.ppt
第11章 蛋白质的分解代谢,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,2,第一节 蛋白质的消化和吸收第二节 氨基酸的分解第三节 氨基酸分解产物的转化第四节 氨基酸的生物合成,目录,本章着重讨论蛋白质在机体内的降解，以及氨基酸的分解和合成的共同代谢途径。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,3,蛋白质消化吸收,哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等。经上述酶的作用，蛋白质水解成游离氨基酸，在小肠被吸收。被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能直接排出体外，需经历各种代谢途径。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,4,第一节 蛋白质的消化和吸收,蛋白质的水解酶类http:/www.enzyme-database.org/蛋白质的消化过程,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,5,蛋白质的水解酶类,编号 名 称 作 用 特 征,3.4.11.2,3.4.2.1,-氨酰肽水解酶,(-aminoacyl peptide hydrolase),作用于多肽链的N-末端,-羧肽水解酶,(-carboxyl peptide hydrolase),作用于多肽链的C-末端,3.4.15.1,二羧肽水解酶,(depeptide hydrolase),水解二肽,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,6,编号 名 称 作用特征 实例,3.4.2.1,3.4.2.2,丝氨酸蛋白酶类,(serine pritelnase),活性中心含Ser,3.4.2.3,3.4.2.4,硫醇蛋白酶类,(Thiol pritelnase),活性中心含Cys,羧基（酸性）蛋白酶类,carboxyl(asid)pritelnase,活性中心含Asp,最适pH在5以下,金属蛋白酶类,(metallopritelnase),活性中心含有Zn2+、Mg2+等金属,胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶,木瓜蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶,胃蛋白酶凝乳酶,枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,7,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,8,（Phe.Tyr.Trp）,（Arg.Lys）,糜蛋白酶,羧肽酶,胰蛋白酶,氨肽酶,羧肽酶,（Glu）,消化道内几种蛋白酶的专一性,胃蛋白酶,弹性蛋白酶,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,9,蛋白质的消化过程,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,10,第二节 氨基酸的分解,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,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,11,一、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+,NH3,CO2,H2O,体蛋白,尿素,尿酸,激素,卟啉,尼克酰胺衍生物,肌酸胺,嘧啶,嘌呤,（次生物质代谢）,CO2,胺,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,12,二、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,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,13,1、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-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,14,2、转氨基作用,在转氨酶的催化下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,15,转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,16,-氨基酸,磷酸吡哆醛,醛亚胺,酮亚胺,磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛的作用机理,-酮酸,互变异构,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,17,大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）。肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。动物组织中，Asp转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,18,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,19,3、联合脱氨基作用,（1）概念,（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,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,20,单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,21,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,H2O+NAD+,NH3+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,22,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,（骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主）,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,23,4、非氧化脱氨基作用,（1）脱水脱氨（2）脱硫化氢脱氨（3）直接脱氨（4）还原脱氨（5）氧化还原脱氨（6）脱酰胺,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,24,L-丝氨酸和L-苏氨酸的脱氨基是利用脱水方式完成。,脱水脱氨,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,25,L-半胱氨酸的脱氨作用是由脱硫氢基酶催化的。,脱硫化氢脱氨,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,26,直接脱氨,天冬氨酸酶,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,27,在严格无氧的条件下，某些含有氢化酶的微生物，能用还原脱氨基方式使氨基酸脱去氨基。,还原脱氨基作用,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,28,两个氨基酸互相发生氧化-还原反应，分别形成有机酸、酮酸和氨。,氧化-还原脱氨基,以上的反应中，一个氨基酸是氢的供体，另一个氨基酸是氨的受体。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,29,谷氨酸胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶的作用下，分别发生脱酰胺基作用而形成相应的氨基酸。,脱酰胺基,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,30,三、氨基酸的脱羧基作用,1、概念,3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,31,a.a脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,32,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,33,氨基丁酸是谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化脱羧的产物，它对中枢神经系统的传导有抑制作用。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,34,天冬氨酸脱羧酶促使天冬氨酸脱羧形成-丙氨酸，它是维生素泛酸的组成成分。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,35,组胺可使血管舒张、降低血压，而酪胺则使血压升高。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,36,如果体内生成大量胺类，能引起神经或心血管等系统的功能紊乱，但体内的胺氧化酶能催化胺类氧化成醛，继而醛氧化成脂肪酸，再分解成二氧化碳和水。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,37,第三节 氨基酸分解产物的转化,一、氨的去路,二、氨基酸碳骨架的转化途径,三、氨基酸与一碳基团,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,38,一、氨的去路,1、氨的排泄方式,2、氨的转运（1）谷氨酰胺形式（2）丙氨酸形式,3、尿素的生成尿素循环,4、合成其他含N物质,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,39,氨的毒性,血液中1%的氨就可引起中枢神经系统中毒。其机理是：高浓度的氨使TCA中间产物-酮戊二酸转变成L-Glu，使大脑内-酮戊二酸大量减少，甚至缺乏，而导致TCA无法运转，ATP生成受到严重的阻碍，引起脑功能受损。以上反应还使NADPH大量消耗，严重地影响需要还原力(NADPH+H+)反应的正常进行。因此动物体内游离氨形成后需立即进行代谢,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,40,不同动物排泄氨的方式,动物 方式 水生动物 氨 爬虫类 尿酸 鸟 类 尿酸 两栖类 尿素 哺乳类 尿素,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,41,谷氨酸+NH3+ATP,谷氨酰氨+ADP,谷胺酰氨合成酶,（1）谷氨酸形式转运氨,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,42,（2）丙氨酸形式转运氨,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,43,3、尿素的生成,（1）尿素循环在排尿动物体内由NH3合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环（鸟氨酸循环）。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,44,尿素的合成部位：合成在肝脏的线粒体及胞液中，尿素是中性、无毒、水溶性很强的物质。由血液运输至肾，从尿中排出。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,45,(1)氨甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,尿素循环分步反应,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,46,(2)瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨基甲酰转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,47,(3)精氨酸的合成,反应在胞液中进行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,48,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,49,(4)精氨酸水解生成尿素,尿素,鸟氨酸,精氨酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,50,尿素循环,部位肝脏细胞,氨基酸,（外来的或自身的）,-酮戊二酸（转氨作用）,谷氨酸,谷氨酸,酮戊二酸,NH4+,CO2,2ADP+Pi+H+,2ATP,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,氨甲酰磷酸,Pi,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨琥珀酸,ATP,AMP+PPi,延胡索酸,鸟氨酸,精氨酸,H2O,尿素,消耗4ATP能量,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,51,尿素循环示意图,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,52,（2）总反应和过程,循环实质：尿素分子中的两个氮原子，一个来自氨，另一个则来自天冬氨酸，而Asp又由其它aa通过转氨基作用而生成，因此，尿素分子中两个N的来源都直接或间接来自各种aa。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,53,二、氨基酸碳骨架的转化途径,1、再氨基化生成氨基酸,2、转变成糖或脂肪,生糖氨基酸生酮氨基酸生酮兼生糖氨基酸,3、氧化供能生成CO2和H2O,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,54,碳骨架的氧化,异柠檬酸,柠檬酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,CoASH,乙酰CoA,-酮戊二酸,琥珀酰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,丙酮酸,精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸,谷氨酸,异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸,苯丙氨酸酪氨酸,天冬氨酸天冬酰胺,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,55,丙氨酸,色氨酸,（一）形成乙酰-CoA,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,56,丝氨酸,甘氨酸,苏氨酸,丝/苏氨酸转羟甲基酶,丝氨酸转羟甲基酶,乙酰CoA,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,57,丝氨酸,半胱氨酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,58,精氨酸,谷氨酸,脯氨酸,（二）形成-酮戊二酸,谷氨酸半醛,鸟氨酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,59,组氨酸,-酮戊二酸,谷氨酰胺,谷氨酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,60,同型/高半胱氨酸,甲硫氨酸,苏氨酸,（三）形成琥珀酸-CoA,-酮丁酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,61,琥珀酸-CoA,苏氨酸,缬氨酸,异亮氨酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,62,（4）形成延胡索酸,苯丙氨酸,酪氨酸,对羟苯丙酮酸,尿黑酸,乙酰乙酸,延胡索酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,63,（5）形成草酰乙酸,天冬酰胺,天冬氨酸,草酰乙酸,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,64,生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的aa都称为生糖aa，它们都能生成Glc。如Asp、Asn、Ser、Gly、Thr、Ala、Cys、Glu、Gln、His、Arg、Pro、Met。生酮氨基酸：Leu、Lys。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸。Phe、Tyr、Ile、Trp是生酮兼生糖aa。,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,65,一碳基团,在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO2），称为一碳基团，一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。,一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，其辅酶为FH4 一碳基团和氨基酸代谢,-CH=NH 亚氨甲基H-CO-甲酰基-CH2OH 甲醇基-CH=次甲基-CH2-亚甲基-CH3 甲基,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,66,叶酸和 四氢叶酸（FH4或THFA）,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,67,H,H,10,5,N5，N10-CH2-FH4,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,68,一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH3-FH4,N5，N10-CH2-FH4,N5，N10=CH-FH4,N10-CHO-FH4,N5，N10-CH2-FH4还原酶,N5，N10-CH2-FH4脱氢酶,环水化酶,丝氨酸,组氨酸苷氨酸,参与 甲基化反应,为胸腺嘧啶合成提供甲基,参与嘌呤合成,FH4,FH4,FH4,HCOOH,H2O,NAD+,NDAH+H+,NAD+,NDAH+H+,H+,参与嘌呤合成,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,69,第四节 氨基酸的生物合成,（1）丙氨酸族 丙酮酸 Ala、Val、Leu（2）丝氨酸族 甘油酸-3-磷酸 Ser、Gly、Cys（3）谷氨酸族-酮戊二酸 Glu、Gln、Pro、Arg（4）天冬氨酸族 草酰乙酸 Asp、Asn、Lys、Thr、Ile、Met（5）组氨酸和芳香氨基酸族 磷酸核糖 His 磷酸赤藓糖+PEP Phe、Tyr、Trp,2023/10/12,生物化学 第6章 生物氧化,70,氨基酸的生物合成,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙氨酸族,丝氨酸族,His 和芳香族,
