蛋白质的分解及氨基酸代谢

2.2.2 氨基酸的非氧化脱氨
❖ 氨基酸的非氧化脱氨主要发生在微生物体内；
脱氨方式
其它底物
参与催化的酶
产物
还原脱氨 水解脱氨 脱水脱氨 脱巯基脱氨 减饱和脱氨 脱酰胺基作用
还原型辅酶 H2O H2O H2O
氢化酶 水解酶 脱水酶 脱巯基酶 胺裂解酶 酰胺酶
脂肪酸 ＋ NH3 羟酸 ＋ NH3 -酮酸+ NH3 + H2O 丙酮酸+ H2S + NH3 烯酸 ＋ NH3 Glu (Asp) ＋ NH3
氨的毒性： ❖ 正常人的血氨浓度< 0.1 mg/100mL; ❖ 对中枢神经系统有毒性； ❖ 氨的毒性并不完全在于它的碱性，而是造成
脑组织中的–酮戊二酸不足； ❖ 同时造成肝组织中的乙酰-CoA无法进入
TCA循环，而产生大量酮体。
3.2 氨基在体内的代谢去路
regulatedbothallostericallycovalentmodification三甲胺oxydizedtrimethylaminesomefish部分鱼类guanine鸟嘌呤uricacid尿酸urea尿素nhwasteproductsspider蜘蛛catabolismpurine嘌呤代谢birdsterrestrialreptiles鸟与爬行动物ureacycle尿素循环mostterrestrialvertebrate脊椎动物glnlyase裂解酶aquaticanimals水生动物含氮废物的产生机制animal322含氮废物的排泄323氨的去路尿素循环鸟氨酸循环hanskrebskurthehseleit1932发现氨基酸代谢产生的氨在肝脏中代谢为尿素而解毒这一过程必须有精氨酸酶arginase水解精氨酸为尿素而实现在肝脏中解除氨的毒瓜氨酸线粒体中起始胞液合成并释放尿素循环鸟氨酸循环及氨进入循环的反应氨甲酰磷酸合成游离氨氨甲酰磷酸尿素第一个氮原子的获取该反应受n乙酰谷氨酸aga正别构调节coohchcoohchhcncoohatpadppicchatpadpn乙酰谷氨酸n乙酰谷氨酸nh氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶催化的反应该反应受n乙酰谷氨酸aga正别构调节n乙酰谷氨酸合酶glu乙酰coa瓜氨酸合成鸟氨酸瓜氨酸鸟氨酸转氨甲酰基酶精氨琥珀酸合成瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸合酶尿素第二个氮原子的获取arg的合成精氨琥珀酸裂解酶arg裂解生成尿素精氨酸酶尿素循环该循环中使用了4个高能磷酸键3个atp参于形成2adp1amp
•Pyruvate is reconverted to glucose via the gluconeogenesis, then will be transported back to muscle.
2.2.4 氨基酸的联合脱氨作用
理论推论： ❖ 体内L-氨基酸脱氨酶活力不高； ❖ D-氨基酸脱氨酶虽然活力高，但D-氨基酸
1.2 蛋白质的消化与吸收
❖ 蛋白质在体内的降解
外源蛋白的降解 内源蛋白的降解
❖ 胃是外源蛋白质水解的起始场所：胃分泌胃 蛋白酶原，并在胃内被激活；
❖ 肠道是蛋白质消化与吸收的主要场所：胰脏 及肠道分泌各种蛋白酶与肽酶
❖ 小肠是氨基酸吸收的主要场所
Dietary proteins are digested into amino acids in the gastrointestinal tract
of amα-iknetoo aaccidisds
两个产物 amonia
3.1 α-酮酸的代谢去路
重新合成氨基酸
三个去向 彻底氧化
进入TCA
转变成糖或脂
3.1.1 α-酮酸重新合成氨基酸
❖ 重新合成氨基酸的方式 还原氨基化
转氨作用
还原氨基化中，α-酮戊二酸的氨基化生成谷氨 酸具有代表性：
脱氨还原氨基化是一对逆反应，处于动态平衡；
谷氨酸
NAD(P)+ + H2O
•L-谷氨酸脱氢酶主要催化谷氨酸合成；
•肝脏组织加入谷氨酸后，只有10％发生 氧化脱氨；
•骨骼肌中L-谷氨酸脱氢酶含量少
2.2.4 氨基酸的联合脱氨作用
α-氨基酸
α-酮戊二酸
天门冬氨酸
次黄苷酸
转氨酶
谷氨酸-草酰 乙酸转氨酶
GTP
NH3
α-酮酸
谷氨酸 草酰乙酸
NADH•H+
Pepsin
trypsin, Chymotrypsin, and exopeptidases
Amino acids
1.3 蛋白酶的水解专一性
❖ Pepsin cleaves polypeptides into smaller peptides in stomach (N-terminal side of Y, F, W residues).
3.1.3 由α-酮酸转变成糖及脂类物质
氨基酸碳链骨架进入TCA环的入口部位：
❖ 乙酰CoA途径
生糖 ❖ -酮戊二酸途径
氨基 酸
❖ 琥珀酰CoA途径
❖ 延胡索酸途径
❖ 草酰乙酸途径
生酮氨基酸 Succinyl-CoA Fumarate Paruvate
生糖生兼酮生氨酮基氨酸基酸
3.2 氨基在体内的代谢去路
•Two important aminotransferases:
aspartate aminotransferases alanine aminotransferases
Aspartate
aminotransferase
PLP
(dimeric)
Alanine-glucose cycle
•Pyruvate is produced from muscle glycolysis and can take an amino group (from Glu) to form Ala.
Alanine-glucose cycle
•Alanine once gets to liver will then transfers it’s amino group to aketoglutarate or oxaloacetate to reform pyruvate.
Alanine-glucose cycle
NAD+ 苹果酸
GDP + Pi
腺苷琥珀酸
腺苷酸 H2O 脱氨酶
裂合酶 腺苷酸
嘌呤核苷酸循环
延胡索酸 H2O
2.3 氨基酸的脱羧作用
❖ 脱羧作用生成CO2和伯胺类化合物； ❖ 除组氨酸外，均需磷酸吡多醛； ❖ 脱羧作用不是氨基酸分解代谢的主要方式； ❖ 氨基酸脱羧酶的专一性较高，可对氨基酸进
行定量测定； ❖ 动物体内的脱羧产生的胺类多数有毒性，少
ห้องสมุดไป่ตู้
谷氨酸可将其氨基通过转氨作用转给其它α-酮 酸，生成相应的α-氨基酸
α-酮酸的氨基化是非必需氨基酸生物合成的重 要途径
3.1.2 α-酮酸的氧化分解
氨基酸碳链骨架进入TCA环的入口部位：
The carbon skeletons of amino acids are oxidized via the citric acid cycle
2.2.1 氨基酸的氧化脱氨
❖ 2.1.1.1 氨基酸氧化酶催化的氧化脱氨 这类脱氨酶是需氧脱氢酶，以FAD为辅基
O
→ 2R-CH-COO- + 2O2 ＋ 2H2O 2R-C-COO- + 2NH4+ + 2H2O2
NH3+
2H2O + O2
O2
2.2.1.1 氨基酸氧化酶催化的氧化脱 氨
❖ L-氨基酸氧化酶：
❖PLP accepts and then donates
an amino group by forming a Schiff base with the aminodonating amino acid and aminoaccepting -keto acid (being ketoglutarate in many cases )respectively.
❖ Carboxypeptidase (C-terminal side) and aminopeptidase cleave the small peptides into amino acids.
急性胰腺炎 （Acute pancteatitis）
胰液分泌到肠内的分泌途径发生障碍，胰 脏分泌的蛋白水解酶的酶原被激活转变为有 催化能力的活性形式，这些活性水解酶在胰 腺细胞内攻击自身组织，损伤器官，导致急 性胰腺炎的发生，严重时可致命。
❖ Trypsin (C-terminal side of K, R)
❖ Chymotrypsin (C-terminal side of F, W, and Y) further cleave the peptides in small intestine.
❖ Elastase (C-terminal side of V, L, S, A)
含量少，为非蛋白质氨基酸； ❖ L-谷氨酸脱氢酶普遍存在，活力强； ❖ 转氨作用普遍，但未真正脱氨，而主要是
转给α-酮戊二酸生成谷氨酸；
∴ 可能存在转氨与谷氨酸氧化脱氨的联合脱 氨作用
2.2.4 氨基酸的联合脱氨作用
α-氨基酸
α-酮戊二酸
NAD(P)H•H+ + NH3
转氨酶
谷氨酸脱氢酶
α-酮酸
存在的问题
数有特殊的生理作用；
CO2
谷氨酸→γ-氨基丁酸：抑制中枢神经 丝氨酸→乙醇胺：磷脂合成的原料 天门冬氨酸→β-丙氨酸：泛酸合成前体 组氨酸→组胺：强烈的血管舒张剂 色氨酸→色胺：与睡眠镇痛和体温调节有关
第三节 氨基酸一般分解代谢产物的 代谢去向
The fates of products
produced in general breakdown
❖ 这些化学现象可帮助人们解释人体免疫系统 的化学工作原理。
1.4 内源性蛋白的酶水解
❖ 内源性蛋白质分为长寿和短寿蛋白；
❖ 溶酶体对蛋白质的降解无选择性，降解“吞 噬”的蛋白
❖ 泛肽(ubiquitin)的结合使细胞可以选择性地 降解胞内蛋白(无用蛋白、老化蛋白和非正常 蛋白)，该降解过程需要ATP提供能量。
以色列科学家赫什科
2004年诺贝尔化学奖得 主美国科学家欧文-罗斯
❖ 三人的化学研究成果比较科学地解释了人体 蛋白质退化系统的分子处理过程。
❖ 经过多年研究，他们找到了人体细胞控制和 调节某种人体蛋白质数量多少的方法。他们 发现，人体细胞通过给无用蛋白质“贴标签 －－泛肽”的方法，帮助人体将那些被贴上 泛肽标记的蛋白质进行“废物处理”， 使它 们自行破裂、自动消亡。
——分布不普遍，最适pH ＝ 10，活力低；
❖ D-氨基酸氧化酶：
——分布广，活力高；
❖ 专一性氨基酸氧化酶：
——只作用于单一种氨基酸，如Gly氧化酶， D-Asp氧化酶等
2.2.1.2 氨基酸脱氢酶催化的氧化脱 氨
❖ 谷氨酸脱氢酶是目前发现的广泛而唯一存在于
生物体内的专一性高活性的氨基酸脱氢酶；
NH3
α-酮酸
酰 尿 其它含
胺 素 氮化合
化
物
糖 酮 CO2 + H2O 类体
2.2 氨基酸的脱氨基作用
❖ 体内氨基酸失去氨基的作用称为氨基酸的 脱氨作用；
❖ 氨基酸的脱氨基作用是氨基酸分解的第一 步反应；
❖ 脱氨基作用是所有氨基酸的共同的代谢作 用，是普遍存在的反应；
❖ 氨基酸的脱氨基作用有多种方式
1.4 内源性蛋白的酶水解
❖ 2004年10月6日，瑞典皇家科学院诺贝尔 奖委员会宣布将2004年的诺贝尔化学奖授 予以色列科学家阿龙-切哈诺沃、阿弗拉姆 -赫尔什科和美国科学家欧文-罗斯以表彰 他们在体内蛋白质降解研究方面的贡献。
2004年诺贝尔化学奖得主以色 2004年诺贝尔化学奖得主
列科学家阿龙-切哈诺沃
第二节 氨基酸分解的一般代谢
❖ 2.1 氨基酸代谢库 体内氨基酸的来源
外源水解 内源水解 内源合成
内源不能合成的氨基酸是必需氨基酸
食物蛋白质
消化吸 收
组织蛋白质
合分 成解
排泄
体内氨基酸代谢库
血液氨基酸 脱羧
组织氨基酸
脱氨分解
合成
特殊代 谢与转 化
激素、碱基、 卟啉、胆碱 等
胺
CO2
醛 酸 CO2 + H2O
PLP accepts and donates amino groups in the active
site of aminotransferases
Ketimine 酮亚胺
②
•There are different aminotransferases, each
catalyzes the transfer of the amino group from an amino acid to -ketoglutarate to form Glu and a new -keto acid.
2.2.3 氨基酸的转氨作用
•反应可逆，平衡 常数接近1； •除Lys外，所有氨 基酸都可以进行 转氨反应； •需PLP为辅基
pyridoxal phosphate (PLP)
磷酸吡多醛(Pyridoxal phosphate)
❖Pyridoxal phosphate (PLP),
being the prosthetic groups for all the aminotransferases, act as a temporary carrier of the amino groups.
第一节 蛋白质的分解与消化吸收
❖ 1.1 蛋白质的营养功能
三大营养物质
Sacchacrides Lipids Proteins
Energetic and structural material
Functional material
• 外源蛋白质是生物体内氨基酸的来源 • 蛋白质在作为能源使用时提供的能量与糖类物质相似 • 氨基酸是许多重要生物分子的合成前体 • 含有必需氨基酸多的蛋白质其营养价值高
❖ The reaction occurs via a typical ping-pong mechanism: the first product leaves before the second substrate enters.
❖ PLP facilitates transamination, racemization, decarboxylation of amino acids