10蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢
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Chapter 10 蛋白质降解和 氨基酸的分解代谢
Metabolism of Amino acids & Proteins
？
2019/2/9
蛋白质代谢
1
第一节 蛋白质的营养价值与蛋白质的消化及吸收
一、蛋白质的营养价值 必需氨基酸： 体内需要但自身不能合成，必须由食物供应的氨基酸 甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸 异亮氨酸、亮氨酸、 苯丙氨酸、苏氨酸 Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 借 一 两 本 书”
2019/2/9
19
2、转氨酶（氨基转移酶）的特点 1）大多数需α -酮戊二酸作为氨基的受体，而对另一个底物则 无严格的专一性（除甘氨酸、赖氨酸和组氨酸外） 2）一般只催化L-AA氨基酸和α -酮戊二酸的转氨作用 3）催化反应可逆 4）所有的转氨酶辅酶都是磷酸吡哆醛 重要的酶：谷丙转氨酶（GPT）、谷草转氨酶（GOT）
α -酮酸
氨基酸 代谢库
体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)
胺类
其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)
2019/2/9
பைடு நூலகம்17
No Image
2019/2/9
18
一、氨基酸的转氨基作用
一种氨基酸的α -氨基经转氨酶催化转移给α -酮酸的作用； 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。催化转氨基作用的酶为转氨酶。
（4）氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ是合成尿素的限速酶
（5）肝脏功能受损时，尿素合成受阻，导致氨中毒
（6）摄入蛋白增多，尿素合成随之增多
2019/2/9 36
• 合成尿素总反应式
2019/2/9
37
延胡索酸：进入TCA→苹果酸→草酰乙酸
草酰乙酸 + 乙酰CoA→柠檬 酸 转氨→Asp 糖异生→G
延胡索酸：鸟氨酸循环与TCA之间的连接物
2019/2/9
48
芳香族氨基酸的代谢
• 苯丙氨酸（必需氨基酸） →酪氨酸
• 酪氨酸可以合成甲状腺素、肾上腺素等
• 色氨酸（必需氨基酸），生成5-羟色胺（神经递质）和尼
克酸（NAD、NADP的原料）
2019/2/9
49
2019/2/9
42
2019/2/9
43
一碳基团的来源
• 甘氨酸
2019/2/9
44
2019/2/9
45
2019/2/9
46
合成胆碱、肌酸、肾 上腺素等
2019/2/9 47
生理意义：
1）与AA代谢密切相关 2）参与嘌呤和嘧啶的生物合成 3）生物体各种化合物甲基化的甲基来源 4）新药设计
2019/2/9 20
3、转氨酶的辅酶及其作用机制
2019/2/9
21
4、转氨作用的机制
• 多数氨基酸脱氨的方式 • 机体合成非必需氨基酸的途径 • 临床疾病诊断和治疗时必要的参考指标
正常情况下，转氨酶分布在细胞内，特别是肝脏和心脏， 血清中活性最低。疾病可导致细胞膜通透性增加，组织坏 死或细胞破裂，大量的转氨酶从细胞释放入血。心肌梗死 血清GOT异常升高，急性传染性肝炎血清GPT和GOT皆异 常升高。
α -氨基 酸 α -酮戊二 酸 天冬氨酸 腺苷酸代 琥珀酸 L-谷氨 酸
IM P A M P
NH
3
α -酮酸
草酰乙酸
延胡索酸
2019/2/9
28
三 氨的转运
氨的毒性：损害中枢神经系统，在体内必须以
无毒的形式转运
氨的来源：氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内 案的主要来源。 氨的去路：尿素的合成、谷氨酰胺的生成、参 与合成含氮化合物、铵盐形式由尿排出
2019/2/9
38
五、 氨基酸碳骨架的降解
1、合成非必需氨基酸 2、转变为糖及脂类：生糖AA、生酮AA、生糖和生酮 AA 3、氧化产生能量：生成乙酰CoA、α -酮戊二酸、延胡 索酸、草酰乙酸、丙酮酸进入三羧酸循环
2019/2/9
39
2019/2/9
40
第四节 个别氨基酸代谢
一、氨基酸的脱羧作用 Glu→γ -氨基丁酸（Glu脱羧酶） γ -氨基丁酸是神经系统的主要抑制性递质 组氨酸→组胺（组氨酸脱氢酶）
2019/2/9
29
2019/2/9
30
（一）谷氨酰胺
• 谷氨酰胺合成酶广泛存在 • 谷氨酰胺向肝肾运输无毒的氨 • 谷氨酰胺也是合成反应的氨基供体
2019/2/9
31
（二）丙氨酸-葡萄糖循环
2019/2/9
32
四、尿素的合成(urea cycle 鸟氨酸循环 )
尿素是氨基酸分解代谢的最终无毒产物 最早发现的代谢循环，1932年Hans A.Krebs提出 合成部位：肝细胞 原料： NH3、CO2（或H2CO3）、鸟氨酸、Asp、ATP、 Mg2+、酶
脱下的 H→O2→H2O2 酶活性不高，组织器官分布局限，作用不大
L-谷氨酸脱氢酶 (L-glutamate dehydro-genase) 不需氧脱氢酶，辅酶NAD+或 NADP+ NADH进入呼吸链进行氧化磷酸化 酶活性高，特异性高，只能催化L-谷氨酸，分布广 泛，作用较大
2019/2/9 26
2019/2/9 34
尿素循环的过程
精氨酸代琥珀酸缩合酶
氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ
精氨酸代琥珀酸
精氨酸琥珀酸裂解酶
线粒体
2019/2/9
鸟氨酸转氨甲酰酶
精氨酸酶
胞质
35
总结 （1）形成1分子尿素可清除两分子氨基氮及1分子CO2，一 个氨基来自游离NH3，一个来自天冬氨酸 （2）形成1分子尿素需消耗4个高能磷酸键 （3）前两步骤是在肝细胞的线粒体中完成的，而后三个步 骤都是在胞液中完成的
2019/2/9
9
2019/2/9
10
蛋白质的腐败作用（putrefaction）
肠道细菌对消化过程中不被消化、吸收部分蛋白质及 其消化产物所起的作用。无氧分解，涉及脱羧、脱氨、氧
化、还原、水解反应。大部分产物对人体有害。
2019/2/9
11
第二节 细胞内蛋白质的降解
• 外源性蛋白降解：消化道内，不需要能量，蛋白 酶参与。 • 内源性蛋白质降解：细胞内，衰老蛋白质，需要 能量，高效率、指向性强。
20S
2019/2/9
13
二、降解过程
2019/2/9
14
三、泛素-蛋白酶体系统的生物学意义 • 对新合成的蛋白质进行质量检查 • 清除衰老蛋白质 • 参与细胞周期调控，细胞周期蛋白经泛素蛋白酶体途径降解导致细胞退出有丝分裂 • 泛素-蛋白酶体系统与癌症和多种疾病的发 生有密切关系。
2019/2/9
人及动物体内蛋白质处于不断 降解和合成的动态平衡 成人：每天有1%～2%总蛋白 被降解、更新
2019/2/9
蛋白半寿期（t1/2）
人血浆蛋白质：10天
肝脏蛋白质：1～8天
结缔组织蛋白：180天
关键性的调节酶：很短
12
一 细胞内蛋白质降解的重要物质
• • • • • 泛素，与目标蛋白质结合，被蛋白酶体识别。 酶E1（泛素活化酶）激活泛素 酶E2（泛素结合酶）将泛素与蛋白质绑定 酶E3（泛素蛋白连接酶）辨认蛋白质 19S 蛋白酶体，降解蛋白质
组胺：扩血管、降血压、促平滑肌收缩和胃液分泌
色氨酸→5-羟色氨酸（色氨酸羟化酶） 5-HT：神经递质，与睡眠、镇痛和体温调节有关 鸟氨酸→精胺（鸟氨酸脱羧酶）
2019/2/9
精胺、精脒调节细胞生长
41
二、氨基酸与一碳基团
某些氨基酸代谢过程中产生的具有一个碳原子的 基团 -CH=NH、-CHO、-CH2OH；-CH2-、-CH3、 -CH= 等 四氢叶酸（FH4）是一碳基团的转移载体，一碳 基团不能单独存在 主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸代 谢，参与体内许多重要化合物的合成
2019/2/9 2
蛋白质的营养价值～ 必需AA种类 必需AA含量
必需AA的比例
具有与人体需求相符的AA组成，其被消化 后在体内被利用的程度越高，营养价值越高。
2019/2/9
3
食物蛋白质的互补作用 将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，互相补 充必需氨基酸的种类和数量，以提高其营养价值的作用
2019/2/9
22
二、AA的脱氨基作用
氧化脱氨基作用（动、植物） 非氧化脱氨基作用（微生物）
2019/2/9
23
（一）氧化脱氨基作用
氨基酸氧化酶 L-氨基酸氧化酶
甘氨酸氧化酶
L-谷氨酸脱氢酶
第一步：脱氢
第二步：加水、脱氨
H2O2
2019/2/9
24
L-谷氨酸脱氢酶
2019/2/9
25
L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)： 需氧脱氢酶，辅基FAD
2019/2/9 33
3个阶段： ① CO2、NH3与鸟氨酸作用合成瓜氨 酸 ②瓜氨酸与Asp作用产生Arg（精氨酸） ③Arg被Arg水解酶水解后放出尿素，并形成鸟氨酸循环 鸟氨酸循环，又称尿素循环，通过一次循环， 消耗2分子氨（1分子氨，1分子天冬氨酸所代 氨），3分子ATP，生成1分子尿素。
15
第三节 氨基酸分解代谢
吸收到体内的AA可部分合成蛋白质，另一部分则被分解。
1）生物合成蛋白质 脱氨基→α -酮戊二酸→糖代谢 2）分解 彻底氧化或转变为糖和脂肪
3）酰胺形式储存，或转变为其他含氮物
2019/2/9 16
氨基酸代谢概况
尿素 食物蛋白质 组织 蛋白质
分解 合成 代谢转变
氨
酮体 氧化供能 糖
（二）联合脱氨基作用
1 转氨作用偶联氧化脱氨作用 间接脱氨
先转氨，再氧化脱氢；因为转氨作用的氨基受体为α -酮
戊二酸，生成谷氨酸，而L-谷氨酸脱氢酶的活性高特异
性强，脱出游离氨。肝、脑、肾 氨基传递体
此反应的逆反应为 合成非必需氨基酸的 重要途径
2019/2/9
27
2、转氨偶联AMP循环脱氨作用 存在于骨骼肌、心肌、肝脏、脑组织
必需氨基酸相互补充
2019/2/9
4
二、蛋白质的消化
蛋白质具有种属特异 性，消化可以消除。
蛋白酶：一般为无活性酶原，需HCl、蛋白酶或肠激酶 激活 蛋白酶：水解肽键，专一性不同 各种蛋白酶协同作用，生成AA、二肽，吸收
2019/2/9
5
2019/2/9
6
•外肽酶—氨肽酶
NH3+—
限制性内肽酶
特定氨基酸间
COO—
•外肽酶—羧肽酶
最终产物：氨基酸、寡肽
2019/2/9 7
2019/2/9
8
三、肽和氨基酸的吸收（小肠粘膜）
主动转运（耗能） →肠粘膜上皮细胞膜载体→粘膜微
血管→血液→肝脏及其他器官；
-谷氨酰胺循环：在细胞膜上的-谷氨酰胺转移酶作用 下，通过与谷胱甘肽作用而转运入细胞。每转运1分子 氨基酸消耗3分子ATP。
Metabolism of Amino acids & Proteins
？
2019/2/9
蛋白质代谢
1
第一节 蛋白质的营养价值与蛋白质的消化及吸收
一、蛋白质的营养价值 必需氨基酸： 体内需要但自身不能合成，必须由食物供应的氨基酸 甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸 异亮氨酸、亮氨酸、 苯丙氨酸、苏氨酸 Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 借 一 两 本 书”
2019/2/9
19
2、转氨酶（氨基转移酶）的特点 1）大多数需α -酮戊二酸作为氨基的受体，而对另一个底物则 无严格的专一性（除甘氨酸、赖氨酸和组氨酸外） 2）一般只催化L-AA氨基酸和α -酮戊二酸的转氨作用 3）催化反应可逆 4）所有的转氨酶辅酶都是磷酸吡哆醛 重要的酶：谷丙转氨酶（GPT）、谷草转氨酶（GOT）
α -酮酸
氨基酸 代谢库
体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)
胺类
其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)
2019/2/9
பைடு நூலகம்17
No Image
2019/2/9
18
一、氨基酸的转氨基作用
一种氨基酸的α -氨基经转氨酶催化转移给α -酮酸的作用； 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。催化转氨基作用的酶为转氨酶。
（4）氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ是合成尿素的限速酶
（5）肝脏功能受损时，尿素合成受阻，导致氨中毒
（6）摄入蛋白增多，尿素合成随之增多
2019/2/9 36
• 合成尿素总反应式
2019/2/9
37
延胡索酸：进入TCA→苹果酸→草酰乙酸
草酰乙酸 + 乙酰CoA→柠檬 酸 转氨→Asp 糖异生→G
延胡索酸：鸟氨酸循环与TCA之间的连接物
2019/2/9
48
芳香族氨基酸的代谢
• 苯丙氨酸（必需氨基酸） →酪氨酸
• 酪氨酸可以合成甲状腺素、肾上腺素等
• 色氨酸（必需氨基酸），生成5-羟色胺（神经递质）和尼
克酸（NAD、NADP的原料）
2019/2/9
49
2019/2/9
42
2019/2/9
43
一碳基团的来源
• 甘氨酸
2019/2/9
44
2019/2/9
45
2019/2/9
46
合成胆碱、肌酸、肾 上腺素等
2019/2/9 47
生理意义：
1）与AA代谢密切相关 2）参与嘌呤和嘧啶的生物合成 3）生物体各种化合物甲基化的甲基来源 4）新药设计
2019/2/9 20
3、转氨酶的辅酶及其作用机制
2019/2/9
21
4、转氨作用的机制
• 多数氨基酸脱氨的方式 • 机体合成非必需氨基酸的途径 • 临床疾病诊断和治疗时必要的参考指标
正常情况下，转氨酶分布在细胞内，特别是肝脏和心脏， 血清中活性最低。疾病可导致细胞膜通透性增加，组织坏 死或细胞破裂，大量的转氨酶从细胞释放入血。心肌梗死 血清GOT异常升高，急性传染性肝炎血清GPT和GOT皆异 常升高。
α -氨基 酸 α -酮戊二 酸 天冬氨酸 腺苷酸代 琥珀酸 L-谷氨 酸
IM P A M P
NH
3
α -酮酸
草酰乙酸
延胡索酸
2019/2/9
28
三 氨的转运
氨的毒性：损害中枢神经系统，在体内必须以
无毒的形式转运
氨的来源：氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内 案的主要来源。 氨的去路：尿素的合成、谷氨酰胺的生成、参 与合成含氮化合物、铵盐形式由尿排出
2019/2/9
38
五、 氨基酸碳骨架的降解
1、合成非必需氨基酸 2、转变为糖及脂类：生糖AA、生酮AA、生糖和生酮 AA 3、氧化产生能量：生成乙酰CoA、α -酮戊二酸、延胡 索酸、草酰乙酸、丙酮酸进入三羧酸循环
2019/2/9
39
2019/2/9
40
第四节 个别氨基酸代谢
一、氨基酸的脱羧作用 Glu→γ -氨基丁酸（Glu脱羧酶） γ -氨基丁酸是神经系统的主要抑制性递质 组氨酸→组胺（组氨酸脱氢酶）
2019/2/9
29
2019/2/9
30
（一）谷氨酰胺
• 谷氨酰胺合成酶广泛存在 • 谷氨酰胺向肝肾运输无毒的氨 • 谷氨酰胺也是合成反应的氨基供体
2019/2/9
31
（二）丙氨酸-葡萄糖循环
2019/2/9
32
四、尿素的合成(urea cycle 鸟氨酸循环 )
尿素是氨基酸分解代谢的最终无毒产物 最早发现的代谢循环，1932年Hans A.Krebs提出 合成部位：肝细胞 原料： NH3、CO2（或H2CO3）、鸟氨酸、Asp、ATP、 Mg2+、酶
脱下的 H→O2→H2O2 酶活性不高，组织器官分布局限，作用不大
L-谷氨酸脱氢酶 (L-glutamate dehydro-genase) 不需氧脱氢酶，辅酶NAD+或 NADP+ NADH进入呼吸链进行氧化磷酸化 酶活性高，特异性高，只能催化L-谷氨酸，分布广 泛，作用较大
2019/2/9 26
2019/2/9 34
尿素循环的过程
精氨酸代琥珀酸缩合酶
氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ
精氨酸代琥珀酸
精氨酸琥珀酸裂解酶
线粒体
2019/2/9
鸟氨酸转氨甲酰酶
精氨酸酶
胞质
35
总结 （1）形成1分子尿素可清除两分子氨基氮及1分子CO2，一 个氨基来自游离NH3，一个来自天冬氨酸 （2）形成1分子尿素需消耗4个高能磷酸键 （3）前两步骤是在肝细胞的线粒体中完成的，而后三个步 骤都是在胞液中完成的
2019/2/9
9
2019/2/9
10
蛋白质的腐败作用（putrefaction）
肠道细菌对消化过程中不被消化、吸收部分蛋白质及 其消化产物所起的作用。无氧分解，涉及脱羧、脱氨、氧
化、还原、水解反应。大部分产物对人体有害。
2019/2/9
11
第二节 细胞内蛋白质的降解
• 外源性蛋白降解：消化道内，不需要能量，蛋白 酶参与。 • 内源性蛋白质降解：细胞内，衰老蛋白质，需要 能量，高效率、指向性强。
20S
2019/2/9
13
二、降解过程
2019/2/9
14
三、泛素-蛋白酶体系统的生物学意义 • 对新合成的蛋白质进行质量检查 • 清除衰老蛋白质 • 参与细胞周期调控，细胞周期蛋白经泛素蛋白酶体途径降解导致细胞退出有丝分裂 • 泛素-蛋白酶体系统与癌症和多种疾病的发 生有密切关系。
2019/2/9
人及动物体内蛋白质处于不断 降解和合成的动态平衡 成人：每天有1%～2%总蛋白 被降解、更新
2019/2/9
蛋白半寿期（t1/2）
人血浆蛋白质：10天
肝脏蛋白质：1～8天
结缔组织蛋白：180天
关键性的调节酶：很短
12
一 细胞内蛋白质降解的重要物质
• • • • • 泛素，与目标蛋白质结合，被蛋白酶体识别。 酶E1（泛素活化酶）激活泛素 酶E2（泛素结合酶）将泛素与蛋白质绑定 酶E3（泛素蛋白连接酶）辨认蛋白质 19S 蛋白酶体，降解蛋白质
组胺：扩血管、降血压、促平滑肌收缩和胃液分泌
色氨酸→5-羟色氨酸（色氨酸羟化酶） 5-HT：神经递质，与睡眠、镇痛和体温调节有关 鸟氨酸→精胺（鸟氨酸脱羧酶）
2019/2/9
精胺、精脒调节细胞生长
41
二、氨基酸与一碳基团
某些氨基酸代谢过程中产生的具有一个碳原子的 基团 -CH=NH、-CHO、-CH2OH；-CH2-、-CH3、 -CH= 等 四氢叶酸（FH4）是一碳基团的转移载体，一碳 基团不能单独存在 主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、色氨酸代 谢，参与体内许多重要化合物的合成
2019/2/9 2
蛋白质的营养价值～ 必需AA种类 必需AA含量
必需AA的比例
具有与人体需求相符的AA组成，其被消化 后在体内被利用的程度越高，营养价值越高。
2019/2/9
3
食物蛋白质的互补作用 将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，互相补 充必需氨基酸的种类和数量，以提高其营养价值的作用
2019/2/9
22
二、AA的脱氨基作用
氧化脱氨基作用（动、植物） 非氧化脱氨基作用（微生物）
2019/2/9
23
（一）氧化脱氨基作用
氨基酸氧化酶 L-氨基酸氧化酶
甘氨酸氧化酶
L-谷氨酸脱氢酶
第一步：脱氢
第二步：加水、脱氨
H2O2
2019/2/9
24
L-谷氨酸脱氢酶
2019/2/9
25
L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)： 需氧脱氢酶，辅基FAD
2019/2/9 33
3个阶段： ① CO2、NH3与鸟氨酸作用合成瓜氨 酸 ②瓜氨酸与Asp作用产生Arg（精氨酸） ③Arg被Arg水解酶水解后放出尿素，并形成鸟氨酸循环 鸟氨酸循环，又称尿素循环，通过一次循环， 消耗2分子氨（1分子氨，1分子天冬氨酸所代 氨），3分子ATP，生成1分子尿素。
15
第三节 氨基酸分解代谢
吸收到体内的AA可部分合成蛋白质，另一部分则被分解。
1）生物合成蛋白质 脱氨基→α -酮戊二酸→糖代谢 2）分解 彻底氧化或转变为糖和脂肪
3）酰胺形式储存，或转变为其他含氮物
2019/2/9 16
氨基酸代谢概况
尿素 食物蛋白质 组织 蛋白质
分解 合成 代谢转变
氨
酮体 氧化供能 糖
（二）联合脱氨基作用
1 转氨作用偶联氧化脱氨作用 间接脱氨
先转氨，再氧化脱氢；因为转氨作用的氨基受体为α -酮
戊二酸，生成谷氨酸，而L-谷氨酸脱氢酶的活性高特异
性强，脱出游离氨。肝、脑、肾 氨基传递体
此反应的逆反应为 合成非必需氨基酸的 重要途径
2019/2/9
27
2、转氨偶联AMP循环脱氨作用 存在于骨骼肌、心肌、肝脏、脑组织
必需氨基酸相互补充
2019/2/9
4
二、蛋白质的消化
蛋白质具有种属特异 性，消化可以消除。
蛋白酶：一般为无活性酶原，需HCl、蛋白酶或肠激酶 激活 蛋白酶：水解肽键，专一性不同 各种蛋白酶协同作用，生成AA、二肽，吸收
2019/2/9
5
2019/2/9
6
•外肽酶—氨肽酶
NH3+—
限制性内肽酶
特定氨基酸间
COO—
•外肽酶—羧肽酶
最终产物：氨基酸、寡肽
2019/2/9 7
2019/2/9
8
三、肽和氨基酸的吸收（小肠粘膜）
主动转运（耗能） →肠粘膜上皮细胞膜载体→粘膜微
血管→血液→肝脏及其他器官；
-谷氨酰胺循环：在细胞膜上的-谷氨酰胺转移酶作用 下，通过与谷胱甘肽作用而转运入细胞。每转运1分子 氨基酸消耗3分子ATP。