食品生物化学第9章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢

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1、,,,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,,,,*,,,,,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,,,,*,,,,,,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,,,,*,,,,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,,,,*,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,,,,*,,,,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版

2、文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,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,,,,*,,,,,,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,,,,*,第九章 蛋白质降解和氨基酸分解代谢,第一节 蛋白质的降解,人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。,,成人每天约有,1%—2%,的体内蛋白质被降解。,,〔1〕不依赖ATP的溶酶体途径，在溶酶体内进行，没有选择性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。〔蛋白酶的最适pH偏低，5左右〕,,,,〔2〕依赖ATP的泛

3、素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白〔调节蛋白〕，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要〔选择性降解〕。需ATP和泛素参与。,真核细胞中蛋白质的降解途径,泛素是一种,8.5KD,的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差,3,个,aa,残基，,它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。,,,,蛋白质是否被泛素结合而选择性降解与该蛋白,N,端的,AA,有关，泛素化的蛋白质在,ATP,参与下被蛋白酶水解。,,2004,年,6,日瑞典皇家科学院宣布，,2004,年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙,·,切哈诺沃、阿夫拉姆,·,赫什科,和,美国科

4、学家欧文,·,罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。,,〔二〕蛋白质水解酶,〔1〕肽链内切酶：形成各种短肽,〔2〕肽链外切酶,羧肽酶,,氨肽酶,,二肽酶,,〔三〕蛋白质酶促降解,,需内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用,蛋白质,多肽,AA,合成新蛋白质,消化道内几种蛋白酶的专一性,,（,Phe.Tyr.Trp,）,,,（,Arg.Lys,）,（脂肪族）,,胰凝乳蛋白酶,胃蛋白酶,弹性蛋白酶,羧肽酶,胰蛋白酶,,,,,,,,氨肽酶,羧肽酶,（,Phe. Trp,）,二、氨基酸代谢库,食物蛋白经消化吸收的氨基酸〔外源性氨基酸〕与体内组织蛋白降解产生的氨基酸〔内源性氨基酸〕混在一起，分布于

5、体内各处参与代谢，称为氨基酸代谢库(metabolic pool)。,氨基酸代谢库,食物蛋白质,消化吸收,,组织,,蛋白质,分解,,体内合成氨基酸,,,(,非必需氨基酸,),氨基酸代谢概况,,α-,酮酸,,脱氨基作用,,酮 体,氧化供能,糖,胺 类,脱羧基作用,氨,,尿素,代谢转变,其它含氮化合物,,,(,嘌呤、嘧啶等,),合成,,,,,第二节 氨基酸的分解与转化,一、脱氨基作用,,氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用,,氨基酸主要通过五种方式脱氨基,,,氧化脱氨基,,非氧化脱氨基,,脱酰胺作用,,转氨基作用,,联合脱氨基,,,〔一〕 氧化脱氨基作用,定义：,,-AA,在酶的作用下，氧化生成

6、,-,酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。,氧化脱氨基的反响过程包括脱氢和水解两步，脱氢反响需酶催化，而水解反响那么不需酶的催化。,R-CH-COOH,NH,2,,,2H,,R-C-COOH +,NH,3,,O,,H,2,O,R-C-COOH,NH,,,酶,AA氧化酶的种类,,L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。,,D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。,,L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛〔动、植、微生物〕，活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。,+NAD(P)H+NH,3,CH,2,-,COOH,CHN

7、H,2,-,CH,2,COOH,-,-,+NAD(P),+,+H,2,O,谷氨酸,,脱氢酶,,CH,2,-,COOH,C=O,-,CH,2,COOH,-,-,,体内（正）,体外（反）,复原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。,,〔在微生物中个别AA进行,但不普遍〕,L-,丝氨酸,CH,2,COO,-,,C-NH,3,+,=,-,CH,3,COO,-,,C=NH,2,+,-,-,COOH,CH,2,OH,,NH,2,-C-H,-,-,COOH,CH,3,,C=O,-,-,,,丝氨酸脱水酶,+NH,3,丙酮酸,-H,2,O,+H,2,O,α-,氨基丙烯酸,亚氨基丙酸,,〔二〕非氧化脱

8、氨,例：脱水脱氨基〔只适于含一个羟基的AA),CH,2,-,CONH,2,CH,2,-,CHNH,3,+,COO,-,-,-,+H,2,O,CH,2,-,COO,-,CH,2,-,CHNH,3,+,COO,-,-,-,+NH,3,谷氨酰胺酶,CH,2,-,CONH,2,CHNH,3,+,COO,-,-,-,+H,2,O,天冬酰胺酶,CH,2,-,COO,-,CHNH,3,+,COO,-,-,-,+NH,3,,上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的,专一性,。,〔三〕氨基酸的脱酰胺作用,指α-AA和酮酸之间氨基的转移作用， α-AA的α-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，

9、结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸那么形成相应的氨基酸。,R’-CH-COOH R”-C-COOH,,,NH,2,,,,O,,,,,R’-C-COOH R”-CH-COOH,,,,O,,NH,2,,,转氨酶,〔四〕转氨基作用,转氨基作用,(transamination),可以在各种氨基酸与,,-,酮酸之间普遍进行。,,各种转氨酶,(transaminase),均以,磷酸吡哆醛,(,胺,),为辅酶。,,〔五〕联合脱氨基〔动物组织主要采取的方式〕,,转氨酶,氨基酸,,-,酮酸,,,L-,谷氨酸脱氢酶,NH,3

10、,,+ NAD,H,+,H,+,H,2,O + NAD,+,,,,-,酮戊二酸,谷氨酸,,由于转氨基作用不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有,谷氨酸脱氢酶活力高,，转氨基作用与氧化脱氨基作用联合在一起才能迅速脱氨，这种作用就称为联合脱氨作用。,,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 。,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,类型,大多数转氨酶，优先利用,α-,酮戊二酸,作为氨基的受体，生成,Glu

11、,。,,因为生成的谷氨酸可在谷氨酸脱氢酶的催化下氧化脱氨，使,α-,酮戊二酸再生。,转氨酶与,L-,谷氨酸脱氢酶作用相偶联,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,,(,骨骼肌,\,心脏,\,肝脏,\,脑组织中,),,,,α-,氨基酸,,,,,,,,,,α-,酮酸,α-,酮戊二酸,谷氨酸,草酰乙酸,天冬氨酸,腺苷酰琥珀酸,苹果酸,延胡索酸,腺苷酸,次黄苷酸,因为这些组织中的谷氨酸脱氢酶活性较低,。,氧化脱氨,,非氧化脱氨,,氨基酸的脱酰胺作用,,转氨基作用,,联合脱氨基〔两种类型〕,脱氨基作用,小 结,,,二、脱羧基作用,脱羧基作用,(decarboxylation),氨基酸脱羧酶,氨基酸,胺

12、类,RCH,2,NH,2,+,CO,2,磷酸吡哆醛,,由氨基酸脱羧酶,(decarboxyase),催化，辅酶为,磷酸吡哆醛,，产物为,CO,2,和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为,CO,2,和水。,在脱羧酶催化下，氨基酸脱羧产生CO2 和有机胺〔一级胺〕的过程称为脱羧基作用。,,脱羧酶,,氨基酸脱羧酶催化氨基酸脱羧的,专一性,很高，,一般是一种氨基酸脱羧酶只对一种,L-,型氨基酸起作用,。,,氨基酸脱羧酶中，除,组氨酸脱羧酶不需要辅酶,外，各种脱羧酶都以,磷酸吡哆醛,为辅酶。,谷,AA

13、 γ-,氨基丁酸,+CO,2,,天冬,AA β-,丙,AA +CO,2,,赖,AA,尸胺,+ CO,2,,鸟,AA,腐胺,+ CO,2,胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害〔尤其对人〕，应维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸。,,,,,,氨,的去路：,,,排氨生物：NH3转变成酰胺〔Gln〕，运到排泄部位后再分解。〔原生动物、线虫和鱼类〕,,以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。〔陆生爬虫及鸟类〕,,以尿素排出：经尿素循环〔肝脏〕将NH3转变为尿

14、素而排出。〔哺乳动物〕,,,重新利用合成AA：,,,合成酰胺〔高等植物中〕,,,嘧啶环的合成〔细菌〕,,,生成铵盐,三、氨基酸分解产物的代谢,体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素(urea)。,,合成尿素的主要器官是肝，但在肾及脑中也可少量合成。,,尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithine cycle)的反响过程来完成的。催化这些反响的酶存在于胞液和线粒体中。,尿素的生成,,〔1〕氨基甲酰磷酸的合成,,此反响在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ〔carbamoyl phosphate synthetase -Ⅰ , CPS-Ⅰ〕催化，该酶需N-乙酰谷氨酸〔AGA〕作为变构激活剂，反

15、响不可逆。,1、尿素循环〔鸟氨酸循环〕,NH,3,,+ CO,2,,H,2,O+ 2ATP,2ADP + Pi,氨基甲酰磷酸合成酶,Ⅰ,AGA,，,Mg,2+,,NH,2,O ~ PO,3,2-,C,O,氨基甲酰磷酸,,在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶〔ornithine carbamoyl trans-ferase, OCT〕催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。,NH,2,O ~ PO,3,2-,C,O,(CH,2,),3,NH,2,H,2,N-,CH,COOH,C,O,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,+ H,3,PO,4,+,氨基甲

16、酰磷酸,鸟氨酸,瓜氨酸,鸟氨酸氨基,,甲酰转移酶,,,,〔2〕 瓜氨酸的合成,转运至,胞液,的瓜氨酸在,精氨琥珀酸合成酶,(argininosuccinate synthetase),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,C,O,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,精氨琥珀,,酸合成酶,ATP,AMP + PPi,,+ H,2,O,CH,2,- CH,COOH,COOH,H,2,N,CH,2,- CH,COOH,COOH,C,N,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,+,,瓜氨酸,天冬氨酸,精氨酸代琥珀

17、酸,限速酶,在胞液中由精氨琥珀酸裂解酶(arginino-succinate lyase〕——精氨酸催化，将精氨琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。,〔4〕精氨琥珀酸的裂解,精氨琥,,珀酸裂解酶,CH,2,- CH,COOH,COOH,C,N,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,精氨酸代琥珀酸,,CH,CH,COOH,COOH,+,C,NH,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,精氨酸,延胡索酸,在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反响。,〔5〕精氨酸的水解

18、,,(CH,2,),3,NH,2,H,2,N-,CH,COOH,,C,NH,(CH,2,),3,NH,H,2,N-,CH,COOH,NH,2,精氨酸,- NH,2,H,2,N -,O,C,+,鸟氨酸,尿素,精氨酸酶,H,2,O,,,1,、合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行；,,,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尿素合成的限速酶；,,,4,、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于,NH,3,，一个来源于天冬氨酸。,,尿素合成的特点,总反响和过程,,NH,3,+CO,2,+3ATP+,天冬氨酸,+2H,2,O,,,,NH,2,-CO-NH,2,+,

19、,2ADP +2Pi+,,AMP +PPi+,延胡索酸,是动物细胞排,NH,3,+CO,2,的方式,氨基酸,谷氨酸,谷氨酸,氨甲酰磷酸,鸟氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨琥珀酸,鸟氨酸,精氨酸,延胡索酸,草酰乙酸,氨基酸,谷氨酸,,-,酮戊二酸,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,H,2,O,2ATP+CO,2,++H,2,O,2ADP+Pi,基质,线粒体,胞液,NH,2,-C-NH,2,,O,尿素,,,,,,Pi,NH,3,,-,酮戊二酸,,尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。,,,-,酮戊二酸,尿素循环,(1),形成一分子尿素消耗,4,个高能磷酸键,,(2),两个氨基分别来自游离氨和,Asp,

20、,一个,CO,2,来自,TCA,循环,.,〔三〕AA碳骨架的去路〔AA脱氨基的意义〕,AA,分解产生,5,种产物进入,TCA,循环，进行彻底的氧化分解。,,五种产物为：,乙酰,CoA,、草酰乙酸、,,-,酮戊二酸、琥珀酰,CoA,、延胡索酸,,再合成氨基酸,,转变成糖和脂肪,,转为酮体,生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的氨基酸，按糖代谢途径进行代谢。,,,,生酮氨基酸：凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA〔可转化为乙酰乙酸、-丁酸〕的氨基酸，按脂肪代谢途径进行代谢。,,,既属生酮氨基酸，又属生糖氨基酸的有：苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸。,氨基酸碳骨架进

21、入,TCA,a、含义,,在代谢过程中，某些化合物可以分解生成一个碳原子的基团，这种一个碳原子的基团就称为一碳单位。,,例如，丝氨酸变为甘氨酸时，其分子中减少了一个碳单位，这一个碳单位由四氢叶酸〔FH4〕分子携带着，后者又可参加某些化合物的合成，如嘌呤的生物合成。,,但凡属于这种有关一个碳原子的转移和代谢的过程，统称为一碳单位代谢。,四、,AA,与其它含氮化合物的关系,b、一碳单位的来源:,,亚氨甲基〔-CH=NH〕，,,甲酰基〔 HC=O-〕，,,羟甲基〔-CH2OH〕，,,亚甲基〔又称甲叉基，-CH2〕，,,次甲基〔又称甲川基，-CH=〕，,,甲基〔-CH3〕,,－COOH、CO2 、HCO

22、3-不属于一碳单位,,一碳基团的利用：参与合成反响， 如磷脂、核苷酸等的合成。,c、一碳单位的辅酶,,四氢叶酸是一碳单位代谢的辅酶〔载体〕。,,四氢叶酸由叶酸转变而来。叶酸由一分子喋呤，一分子对氨基苯甲酸和一分子谷氨酸组成，有时叶酸分子中可以有数个分子的谷氨酸。,,在叶酸分子的第5,6,7,8位上加四个氢原子，即是四氢叶酸。,,四氢叶酸分子上的第5和第6位上是携带一碳单位的位置，通常在FH4的前面以N5、N10字样，即表示其携带一碳单位的位置。,,一碳单位的另一个载体是S-腺苷甲硫氨酸，其分子中硫原子上的甲基，也可作为一碳单位被利用。,d,、一碳单位和氨基酸的代谢,,,,甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸

23、和组氨酸等几种氨基酸经过分解代谢产生一碳单位。,a) 甘氨酸,,甘氨酸在甘氨酸氨解酶催化下脱氨基生成乙醛酸，再与四氢叶酸反响产生N5,N10-次甲基四氢叶酸，而N5,N10-次甲基四氢叶酸可为胸腺嘧啶核苷酸的合成提供一碳单位。,,,b),苏氨酸,,苏氨酸可分解成甘氨酸和乙醛，所以苏氨酸亦可参加一碳单位代谢。但苏氨酸也可转变成丙酰辅酶,A,而进行代谢，并非全部转变为甘氨酸。,c),丝氨酸,,在羟甲基转移酶催化下，丝氨酸转变为甘氨酸时，生成,N,5,,N,10,-,次甲基四氢叶酸。,,d〕组氨酸,,在亚氨甲基转移酶催化下，组氨酸转变为谷氨酸时，四氢叶酸接受其分子中的亚氨甲基生成N5-亚氨甲基四氢叶酸。,,