单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第30章 蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢,第30章 蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢,1,主要内容,蛋白质的降解,氨基酸的分解代谢,尿素循环,氨基酸碳骨架的氧化途径,生糖氨基酸和生酮氨基酸,由氨基酸衍生的其它重要物质,主要内容蛋白质的降解,2,一、蛋白质的降解,Degradation of protein,细胞不断地从氨基酸合成蛋白质，又不断地把蛋白质降解成氨基酸，其意义在于：一是排除不正常的蛋白质；二是通过排除累积过多的酶和调节蛋白使细胞代谢井然有序得以维持。,外源蛋白质进入体内必需先经过水解成氨基酸后才被吸收利用。主要的消化酶有：胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶（A和B）、氨肽酶等。,一、蛋白质的降解 Degradation of pro,3,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,-,氨基酸的功能除了是蛋白质的组成单位外，还是能量代谢的物质，又是许多生物体内重要含氮化合物的前体。,氨基酸的分解一般有三步：,1、脱氨基，脱下的氨或转化为氨或转化为Asp/Glu；,2、氨与Asp的氮原子结合，生成尿素而排出；,3、脱氨后产生的酮酸转化为一般的中间代谢物。,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,4,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,1、氨基酸的脱氨基作用,绝大多数氨基酸的脱氨基是出自转氨基作用。,氨基转移酶为了携带氨基，需要有吡哆醛-5-磷酸（PLP）参,与反应，当PLP转化为吡哆胺-5-磷酸时，即接受了一个氨基。,实际上PLP以共价键与酶相连，即醛基与E上的Lys的,-NH,2,结,合成希夫碱（亚氨型）。,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,5,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,1、氨基酸的脱氨基作用,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,6,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,1、氨基酸的氨基转移反应机制,Step 1,:,a,-amino group of,substrate,aa,displaces the,e,-amino group of the,active site Lys,forming a new,Schiff base linkage；,The,pyridoxal phosphate,-amino acid,Schiff base,remains bound to the enzyme by non-covalent,Interactions.,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,7,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,1、氨基酸的氨基转移反应机制,Step 2,:,-,Rearrangement,occurs,and the,double bond shifts,to a position between the N of the amino acids,a,-amino group and the,aa,s C,a,.,-Rearranged“ketamine”is hydrolyzed to an,a,-keto acid and,pyridoxamine phosphate.,-A,second,a,-keto acid(ie.,a,-ketoglutarate)reacts with the enzyme-,pyridoxamine phosphate,complex.,-Reaction“pathway”proceeds in reverse.,“ketamine”,REARRANGEMENT,COO,-,I,CH,2,I,CH,2,I,C-COO,-,II,O,Schiff base,of PLP and,aa,substrate,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,8,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,1、氨基酸的氨基转移反应机制,“ketamine”,REARRANGEMENT,R,2,I,C-COO,-,II,R,2,I,H-C-COO,-,I,H,2,O,COO,-,I,CH,2,I,CH,2,I,C-COO,-,II,O,2nd,a,-KETO ACID,eg.,a,-ketoglutarate,R,2,I,H-C-COO,-,I,COO,-,I,CH,2,I,CH,2,I,C-COO,-,I,NH,2,2nd AMINO ACID,eg.,GLUTAMATE,-Reaction“pathway”proceeds in reverse,producing,glutamate,and regenerating,the covalent,enzyme,pyridoxal phosphate,complex.,在大部分情况下，能作为氨基转移酶底物,的仅为-,酮戌二酸或草酰乙酸，因此只可,能生成谷氨酸和天冬氨酸。,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,9,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,1、氨基酸的转氨基作用葡萄糖-丙氨酸循环,与前述以酮戌二酸和草酰乙酸作为转氨酶底物不同的是，有一组肌肉氨基转移酶，可把丙酮酸当作其,-,酮酸的底物，生成丙氨酸。丙氨酸进入血液运送到肝脏，在肝脏中经转氨基作用生成丙酮酸，又可用于葡萄糖的异生作用，这样形成的葡萄糖又回到肌肉中，以糖酵解方式降解为丙酮酸。此称为葡萄糖-丙氨酸循环。,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,10,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,2、氧化脱氨基作用：谷氨酸脱氢酶,虽然大部分的脱氨基作用出自于转氨基作用，但也有谷氨酸的“氧化脱氨基作用”，它是在谷氨酸脱氢酶催化下生成,-酮戌二酸和氨。谷氨酸脱氢酶既可以把NAD+也可将NADP+作为其氧化还原辅酶。它是一变构调节酶，受GTP、ATP的抑制，ADP激活。,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,11,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,2、氧化脱氨基作用：谷氨酸脱氢酶,Citric acid cycle,Glucose synthesis,COO,-,I,H,2,N,+,=,C-H,I,CH,2,I,CH,2,I,COO,-,HYDRIDE,IMINO INTERMEDIATE,H,2,O,-,亚氨基戌二酸,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,12,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,3、其它的脱氨基作用,L-氨基酸氧化酶及D-氨基酸氧化酶是二个非专一性的氨基酸氧化酶，它们把FAD作为辅酶，催化L-及D-氨基酸的氧化，产生的FADH,2,又被O,2,再氧化。,氨基酸 +FAD +H,2,O,酮酸 +NH,3,+FADH,2,FADH,2,+O,2,FAD +H,2,O,2,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,13,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,4、联合脱氨基作用,转氨酶,谷氨酸脱氢酶,联合脱氨基作用之一,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,14,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,4、联合脱氨基作用,联合脱氨基作用之二,Asp,草酰乙酸,苹果酸,次黄嘌呤核苷酸,IMP,腺苷酸代琥珀酸,延胡索酸,腺苷酸,AMP,NH,3,H,2,O,催化谷氨酸与草酰乙酸转氨基作用生成Asp的酶是谷氨酸-草酰,乙酸转氨酶，简称谷草转氨酶。,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,15,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,5、氨基酸的脱羧基作用,机体内部分氨基酸可进行脱羧基作用而生成相应的一级胺。催化该反应的酶为脱羧酶，这类酶的辅酶多为,磷酸吡哆醛,。,a-amino,acid,PLP,H,2,O,醛亚胺,CO,2,H,2,O,氨基酸脱羧酶专一性很高，一般是一种氨基酸一,种脱羧酶，而且只对L-氨基酸起作用。谷氨酸脱,羧生成重要的神经递质GABA,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,16,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,6、氨的命运,氨基酸通过脱氨基作用后将氨基氮转化为氨，而氨对生物机体是有毒物质，必需排泄出。,NH,4,+,+,-酮戌二酸+NADPH+H,+,Glu+NADP,+,+H,2,O,此反应：一方面大量消耗了,-酮戌二酸，从而破坏了柠檬酸循环的进行；另一方面对NADPH的大量消耗，严重影响了需要还原力（NADPH+H,+,）反应的正常进行。,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,17,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,6、氨的命运,氨基酸通过脱氨基作用后将氨基氮转化为氨，而氨对生物机体是有毒物质，必需排泄出。氨的排泄有三种：,（,I）直接以氨的形式排泄，如水生或海洋动物；（II）将氨转化为尿素排泄，如大部分动物均如此；（III）将氨转化为固体的尿酸排泄，如鸟类和陆生的爬虫类。,氨在生物体内的运输形式通常是谷氨酰胺，因为它对生物机体是无毒的。,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,18,二、氨基酸的分解代谢,Degradation of amino acid,6、氨的命运氨的转运,谷氨酸,谷氨酰-5-磷酸,谷氨酰胺,ATP,ADP,NH,4,+,Pi+H,+,E:谷氨酰胺合成酶,二、氨基酸的分解代谢 Degradation of ami,19,三、尿素循环,Urea Cycle,尿素循环部分发生在,线粒体，部分发生在,细胞溶胶,Glu,三、尿素循环,20,三、尿素循环,Urea Cycle,1、氨甲酰磷酸合成酶,1,2,3,该反应发生在线粒体中；反应基本是不可逆的，因此是尿素,循环的限速反应。,反应形成的氨甲酰磷酸中的氨即是尿素循环终产物尿素的一,个氮的来源。,反应机理:HCO,3,-,接受ATP而活化，形成羰基磷酸；氨对,羰基磷酸进攻形成氨基甲酸酯；受第2个ATP作用，发生,磷酸化，形成氨甲酰磷酸和ADP。,三、尿素循环,21,三、尿素循环,Urea Cycle,2、鸟氨酸转氨甲酰酶,该反应发生在线粒体中；但是鸟氨酸产生于细胞溶胶，因此,它必需通过特异运送体系进入线粒体。,催化该反应的酶是鸟氨酸转氨甲酰酶，生成瓜氨酸。,反应不需要ATP的消耗。,三、尿素循环,22,三、尿素循环,Urea Cycle,3、精氨琥珀酸合成酶,该反应发生在细胞溶胶中；催化瓜氨酸与天冬氨酸合成精氨琥珀酸。反应形成的中是产物是瓜氨酸-AMP。,反应消耗1分子ATP的二个高能磷酸键。,三、尿素循环,23,三、尿素循环,Urea Cycle,4、精氨琥珀酸酶,该反应发生在细胞溶胶中；催化精氨琥珀酸裂解，形成精氨酸和延胡索酸。,反应生成的延胡索酸进入TCA循环。TCA中草酰乙酸可通过转氨基作用形成天冬氨酸而进入尿素循环。,三、尿素循环,24,三、尿素循环,Urea Cycle,5、精氨酸酶,该反应发生在细胞溶胶中；催化精氨酸裂解，形成鸟氨酸和尿素。生成的鸟氨酸经特异运输体系进入线粒而又回到循环中去。,到此，循环一次结束。整个循环，消耗4个高能磷酸键。,三、尿素循环,25,三、尿素循环,Urea Cycle,尿素循环与TCA的联系,三、尿素循环,26,三、尿素循环,Urea Cycle,6、尿素循环的调节,