第七章蛋白質(zhì)和氨基酸代謝 第一節(jié)蛋白質(zhì)的酶促降解 代謝平衡 人體內(nèi)蛋白質(zhì)處于不斷降解與合成的動態(tài)平衡中 成人每天約1 2 體內(nèi)蛋白質(zhì)被降解 蛋白質(zhì)最低生理需要量 在糖和脂肪等物質(zhì)充分供應(yīng)的條件下 為維持氮的總平衡 至少必需攝入的蛋白質(zhì)的量 稱為蛋白質(zhì)的最低生理需要量 成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為30 50g我國營養(yǎng)學(xué)會推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g 一 代謝的必要性 1 真核細(xì)胞中存在兩條不同的降解途徑 1 不依賴ATP的降解途徑 在溶酶體內(nèi)進行 主要降解外源性蛋白質(zhì) 膜蛋白和長壽命的胞內(nèi)蛋白質(zhì) 2 依賴ATP和泛素的降解途徑 在胞液中進行 主要降解異常蛋白質(zhì)和短壽命的蛋白質(zhì) 需ATP和泛素參與 泛素 ubiquitin 是一種小分子蛋白質(zhì) 普遍存在于真核細(xì)胞中 二 體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解 2 蛋白質(zhì)水解酶 1 內(nèi)肽酶 蛋白酶 肽鏈內(nèi)切酶 形成各種短肽 2 端肽酶 肽酶 羧肽酶氨肽酶二肽酶 3 蛋白質(zhì)酶促降解 需內(nèi)肽酶 羧肽酶 氨肽酶和二肽酶的共同作用 蛋白質(zhì) 多肽 AA 合成新蛋白質(zhì) 三 氨基酸代謝庫 食物蛋白經(jīng)消化吸收的AA 外源性氨基酸 與體內(nèi)組織蛋白降解產(chǎn)生的AA內(nèi)源性氨基酸 混在一起 分布于體內(nèi)各處參與代謝 稱為氨基酸代謝庫 metabolicpool 脫氨基作用 氨基酸代謝庫 食物蛋白質(zhì) 消化吸收 組織蛋白質(zhì) 分解 體內(nèi)合成氨基酸 非必需氨基酸 2 氨基酸代謝概況 酮酸 酮體 氧化供能 糖 胺類 脫羧基作用 氨 尿素 代謝轉(zhuǎn)變 其它含氮化合物 嘌呤 嘧啶等 合成 特殊分解代謝 特殊側(cè)鏈的分解代謝 第二節(jié)氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化 一 脫氨基作用 氨基酸失去氨基的作用叫脫氨基作用氨基酸主要通過五種方式脫氨基氧化脫氨基非氧化脫氨基脫酰胺作用轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基 氧化脫氨基作用 1 定義 AA在酶的作用下 氧化生成 酮酸 同時消耗氧并產(chǎn)生氨的過程 2 氧化脫氨基的反應(yīng)過程 包括脫氫和水解兩步 脫氫反應(yīng)需酶催化 而水解反應(yīng)則不需酶的催化 R CH COOH NH2 酶 AA氧化酶的種類L AA氧化酶 催化L AA氧化脫氨 體內(nèi)分布不廣泛 最適pH10左右 以FAD或FMN為輔基 D AA氧化酶 體內(nèi)分布廣泛 以FAD為輔基 但體內(nèi)D AA不多 L 谷氨酸脫氫酶 專一性強 分布廣泛 動 植 微生物 最適pH7 6 8 0左右活力強 以NAD 或NADP 為輔酶 還原脫氨基 脫水脫氨基 水解脫氨基 脫硫氫基脫氨基等 在微生物中個別AA進行 但不普遍 例 脫水脫氨基 只適于含一個羥基的AA 非氧化脫氨 H2O NH3 谷氨酰胺酶 CH2 CONH2 CHNH3 COO H2O 天冬酰胺酶 NH3 上述兩種酶廣泛存在于微生物 動物 植物中 有相當(dāng)高的專一性 氨基酸的脫酰胺作用 指 AA和酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用 AA的 氨基借助轉(zhuǎn)氨酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上 結(jié)果原來的AA生成相應(yīng)的酮酸 而原來的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸 四 轉(zhuǎn)氨基作用 轉(zhuǎn)氨基作用 transamination 可以在各種氨基酸與 酮酸之間普遍進行 除Lys Pro外 均可參加轉(zhuǎn)氨基作用 各種轉(zhuǎn)氨酶 transaminase 均以磷酸吡哆醛 胺 為輔酶 轉(zhuǎn)氨酶 氨基酸 酮酸 L 谷氨酸脫氫酶 NH3 NADH H H2O NAD 酮戊二酸 谷氨酸 五 聯(lián)合脫氨基 動物組織主要采取的方式 由于轉(zhuǎn)氨基作用不能最后脫掉氨基 氧化脫氨中只有谷氨酸脫氫酶活力高 轉(zhuǎn)氨基作用與氧化脫氨基作用聯(lián)合在一起才能迅速脫氨 這種作用就稱為聯(lián)合脫氨作用 二 脫羧基作用 脫羧基作用 由氨基酸脫羧酶 decarboxyase 催化 輔酶為磷酸吡哆醛 產(chǎn)物為CO2和胺 所產(chǎn)生的胺可由胺氧化酶氧化為醛 酸 酸可由尿液排出 也可再氧化為CO2和水 氨基酸脫羧酶 氨基酸 胺類 RCH2NH2 CO2 磷酸吡哆醛 Tyr代謝與黑色素形成問題 Tyr酶 聚合 黑色素 動物 植物 激素 生物堿 多巴 多巴醌 三 氨基酸的羥化作用 多巴胺 Tyr酶 多巴 多巴醌 人體缺乏酪氨酸酶 黑色素合成障礙 白化病 帕金森病患者多巴胺生成減少 四 氨基酸分解產(chǎn)物的代謝 排氨生物 NH3轉(zhuǎn)變成酰胺 Gln 運到排泄部位后再分解 原生動物 線蟲和魚類 以尿酸排出 將NH3轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^小的尿酸排出 通過消耗大量能量而保存體內(nèi)水分 陸生爬蟲及鳥類 以尿素排出 經(jīng)尿素循環(huán) 肝臟 將NH3轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩囟懦?哺乳動物 重新利用合成AA 合成酰胺 高等植物中 嘧啶環(huán)的合成 核酸代謝 一 氨的去路為什么排氨 二 尿素的生成 體內(nèi)氨的主要代謝去路是用于合成無毒的尿素合成尿素的主要器官是肝 但在腎及腦中也可少量合成 尿素合成是經(jīng)稱為鳥氨酸循環(huán)的反應(yīng)過程來完成 催化這些反應(yīng)的酶存在胞液和線粒體中 1 氨基甲酰磷酸的合成此反應(yīng)在線粒體中進行 由氨基甲酰磷酸合成酶 carbamoylphosphatesynthetase CPS 催化 該酶需N 乙酰谷氨酸 AGA 作為變構(gòu)激活劑 反應(yīng)不可逆 4 尿素生成的鳥氨酸循環(huán) NH3 CO2 H2O 2ATP 2ADP Pi 氨基甲酰磷酸合成酶 AGA Mg2 氨基甲酰磷酸 在線粒體內(nèi)進行 由鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶 ornithinecarbamoyltrans ferase OCT 催化 將氨甲?；D(zhuǎn)移到鳥氨酸的 氨基上 生成瓜氨酸 2 瓜氨酸的合成 轉(zhuǎn)運至胞液的瓜氨酸在精氨酸代琥珀酸合成酶催化下 消耗能量合成精氨酸代琥珀酸 3 精氨酸代琥珀酸的合成 精氨酸代琥珀酸合成酶 ATP AMP PPi H2O 瓜氨酸 天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸 限速酶 在胞液中由精氨酸代琥珀酸裂解酶 arginino succinatelyase 催化 將精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸 4 精氨酸代琥珀酸的裂解 在胞液中由精氨酸酶催化 精氨酸水解生成尿素 urea 和鳥氨酸 ornithine 鳥氨酸可再轉(zhuǎn)運入線粒體繼續(xù)進行循環(huán)反應(yīng) 5 精氨酸的水解 鳥氨酸 尿素 精氨酸酶 H2O 5鳥氨酸循環(huán)示意圖 精氨酸代琥珀酸 瓜氨酸 天冬氨酸 ATP AMP PPi 線粒體 胞液 1 主要在肝細(xì)胞線粒體和胞液中進行 2 合成一分子尿素需消耗4分子ATP 3 精氨酸代琥珀酸合成酶是限速酶 4 尿素兩個氮 源于NH3 天冬氨酸 6尿素合成的特點 三 AA碳骨架的去路 AA脫氨基的意義 1 AA分解產(chǎn)生5種產(chǎn)物進入TCA循環(huán) 進行徹底的氧化分解 五種產(chǎn)物為 乙酰CoA 酮戊二酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 草酰乙酸2 再合成AA3 轉(zhuǎn)變成糖和脂肪 生糖AA 凡能生成丙酮酸 琥珀酸 草酰乙酸和 酮戊二酸的AA AlaThrGlySerCysAspAsnArgHisGlnProIleMetVal 凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的AA均能通過乙酰CoA轉(zhuǎn)變成脂肪 4 轉(zhuǎn)變成酮體生酮AA 凡能生成乙酰乙酸 丁酸的AA PheTyrLeuLysTrp 在動物肝臟中 四 氨基酸代謝衍生的一碳基團 定義 生物化學(xué)中將具一個碳原子的基團稱為一碳單位或一碳基團 2 種類 3 四氫葉酸是一碳單位的載體 FH4的生成 F FH2 FH4 FH2還原酶 FH2還原酶 NADPH H NADP NADPH H NADP 4 FH4攜帶一碳單位的形式 一碳單位通常是結(jié)合在FH4分子的N5 N10位上 N5 CH3 FH4 N5 N10 CH2 FH4 N5 N10 CH FH4 N10 CHO FH4 N5 CH NH FH4 5 一碳單位的生理功能 作為合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代謝和核酸代謝聯(lián)系起來 氨同化 氨基酸的合成 第三節(jié)氨的同化及氨基酸的生物合成 一 氨的同化 定義 生物體將無機態(tài)的氨轉(zhuǎn)化為含氮有機化合物的過程 N素亦稱生命元素 生物體N的來源1 食物來源的N 食物中的蛋白質(zhì)和氨基酸 人和動物的N源2 生物固N 某些微生物和藻類通過體內(nèi)固氮酶系的作用將分子氮轉(zhuǎn)變成氨的過程 1862年發(fā)現(xiàn) 氨同化的途徑谷AA的形成途徑氨甲酰磷酸形成途徑 硝酸還原酶 NO2 亞硝酸還原酶 NH3 AA Pr 其它含N化合物 3 硝酸還原生成 植物體中的N源 NO3 1 谷AA脫氫酶 細(xì)菌 NH3谷AA其它AA NH3 NADH NAD H2O 酮戊二酸 TCA循環(huán)產(chǎn)生的 此反應(yīng)要求有較高濃度的NH3 足以使光合磷酸化解偶聯(lián) 所以它不可能是無機氨轉(zhuǎn)為有機氮的主要途徑 谷AA合成途徑 CH2 CONH2 CH2 CHNH2 COOH NH3 ATP ADP Pi H2O 谷氨酰胺 貯存了氨 可做為NH3的供體將其轉(zhuǎn)移 2 谷氨酰胺合成酶 高等植物的主要途徑 2H 2 谷AA合酶 氨甲酰磷酸合成途徑 微生物和動物 原料 NH3CO2ATP 1氨甲酰激酶 NH3 CO2 ATP Mg2 O H2N C OPO3H2 ADP 氨甲酰磷酸 2氨甲酰磷酸合成酶 NH3 CO2 2ATP Mg2 輔因子 O H2N C OPO3H2 2ADP Pi 在植物體中 氨甲酰磷酸中的氮來自谷氨酰胺的酰胺基 不是由氨來的 利用體內(nèi)代謝的氨 主要通過轉(zhuǎn)氨基作用 AA R1 酮酸R1 轉(zhuǎn)氨酶 AA R2 酮酸R2 許多氨基酸可以作為氨基的供體 其中最主要的是谷氨酸 其被稱為氨基的 轉(zhuǎn)換站 先轉(zhuǎn)變成Glu再合成其它AA 二 氨基酸的合成 有C架 酮酸 有AA提供氨基 最主要為谷AA 領(lǐng)頭AA 氨基酸的合成 包括 丙 Ala 纈 Val 亮 Leu 共同碳架 EMP中的丙酮酸 COOH CH3 CHNH2 谷丙轉(zhuǎn)氨酶 丙酮酸 谷AA 丙AA 酮戊二酸 丙氨酸族氨基酸的合成 GPT 2丙酮酸 酮異戊酸 縮合 CO2 轉(zhuǎn)氨基 纈氨酸 酮異己酸 亮氨酸 轉(zhuǎn)氨基 CH3 C O COO CH3 CH 酮異戊酸 丙氨酸族其它氨基酸的合成 包括 絲 Ser 甘 Gly 半胱 Cys 甘AA碳架 光呼吸乙醇酸途徑中的乙醛酸 絲氨酸族氨基酸的合成 絲AA 乙酰 CoAO 乙酰絲AA CoA O 乙酰絲AA 硫化物半胱氨酸 乙酸 三種氨基酸的關(guān)系 乙醛酸 甘AA 絲AA 半胱AA 3 磷酸甘油酸 轉(zhuǎn)乙酰基酶 提供硫氫基團 半胱氨酸的合成途徑 植物或微生物中 包括 天冬AA Asp 天冬酰胺 Asn 賴 Lys 蘇 Thr 甲硫 Met 異亮 Ile 共同碳架 TCA中的草酰乙酸 轉(zhuǎn)氨 天冬AA 天冬氨酸族氨基酸的合成 天冬氨酸族其它氨基酸的合成 天冬氨酸半醛 幾種氨基酸的關(guān)系 包括 谷AA Glu 谷氨酰胺 Gln 脯 Pro 羥脯 Hyp 精 Arg 共同碳架 TCA中的 酮戊二酸 酮戊二酸 Glu為還原同化作用 NH3 NADH NAD H2O 谷AA 脫H酶 動物和真菌 不普遍 谷氨酰胺 酮戊二酸 2谷AA 普遍 酮戊二酸 谷AA NH3 ATP 谷氨酰胺 ADP Pi H2O 合酶 Glu合酶 NADPH H NADP 谷氨酸族氨基酸的合成 由谷AA脯AA NAD P H NAD P ATP ADP Mg2 NADH NAD 1 2O2 H HO 谷AA 谷氨酰半醛 二氫吡咯 5 羧酸 脯AA 羥脯AA 酮戊二酸 谷AA 谷氨酰胺 脯AA 羥脯AA 鳥AA 瓜AA 精AA 幾種氨基酸的關(guān)系 組氨酸族和芳香族氨基酸的合成 包括 組AA His 色AA Trp 酪AA Tyr 苯丙AA Phe 組AA族碳架 PPP中的磷酸核糖 芳香族AA碳架 4 磷酸 赤蘚糖 PPP 和PEP EMP NH CH N 來自核糖 來自谷氨酰胺的酰胺基 從谷氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用而來 來自ATP 芳香族氨基酸的關(guān)系 若將莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前體 因此芳香族氨基酸合成時相同的一段過程叫莽草酸途徑 七 蛋白質(zhì)降解和氨基酸代謝常見氨基酸轉(zhuǎn)氨基作用后的碳骨架 鳥氨酸循環(huán)場所 關(guān)鍵物質(zhì) 常見的一碳單位及其載體 聯(lián)合脫氨基作用 特點 意義 了解氨基酸合成中碳架的主要來源