食品生物化学第9章-蛋白质降解和氨基酸分解代谢课件.ppt

1、食品生物化学第9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）不依赖不依赖ATP的溶酶体途径的溶酶体途径，在溶酶体内进行，没在溶酶体内进行，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。（蛋白酶的最适内蛋白。（蛋白酶的最适pH偏低，偏低，5左右）左右）（2）依赖依赖ATP的泛素途径，的泛素途径，在胞质中进行，主要降解在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白异常蛋白和短寿命蛋白（调节蛋白），（调节蛋白），此途径在不含溶此途径在不含溶酶体的红

2、细胞中尤为重要酶体的红细胞中尤为重要（选择性降解）（选择性降解）。需需ATP和泛素和泛素参与。参与。真核细胞中蛋白质的降解途径泛素是一种泛素是一种8.5KD的小分子蛋的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵内。一级结构高度保守，酵母与人只相差母与人只相差3个个aa残基，残基，它它能与被降解的蛋白质共价结能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。白酶降解。蛋白质是否被泛素结合而选蛋白质是否被泛素结合而选择性降解与该蛋白择性降解与该蛋白N端的端的AA有关，泛素化的蛋白质在有关，泛素化的蛋白质在ATP参与下被蛋白酶水解

3、。参与下被蛋白酶水解。2004年年6日瑞典皇家科学院宣布，日瑞典皇家科学院宣布，2004年诺贝尔化年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙学奖授予以色列科学家阿龙切哈诺沃、阿夫拉切哈诺沃、阿夫拉姆姆赫什科赫什科和和美国科学家欧文美国科学家欧文罗斯，以表彰他们罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。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（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶

4、弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（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-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

5、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：定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。R-CH-COOHNH2 2H R-C-COOH+NH3 OH2OR-C-COOHNH 酶酶 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(

6、P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH-+NAD(P)+H2O谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶CH2-COOHC=O-CH2COOH-体内（正）体外（反）还原脱氨基、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 CH2 COO-C-NH3+=-CH3 COO-C=NH2+-COOH CH2OHNH2-C-H-COOH CH3 C=O-丝氨酸脱水酶丝氨酸脱水酶+NH3丙酮酸-H2O+H2O-氨基丙烯酸亚氨基丙酸（二）非氧化脱氨例：脱水脱氨基（只适于含一个羟基的AA)CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO-+H2OCH2-COO-CH2-

7、CHNH3+COO-+NH3谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO-+H2O天冬酰胺酶天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO-+NH3 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-AA和酮酸之间氨基的转移作用，-AA的-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。R-CH-COOH R”-C-COOH NH2 OR-C-COOH R”-CH-COOH O NH2转氨酶转氨酶（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

8、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）转氨酶转氨酶氨基酸氨基酸-酮酸酮酸L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NH3+NADH+H+H2O+NAD+-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸 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，其余脱氢酶活力最

9、高，其余L-氨基酸氧化酶的活力氨基酸氧化酶的活力都低。都低。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基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-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。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-酮戊二酸再生。-氨基酸氨基酸-酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸腺苷酰琥珀酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸腺苷酸腺苷酸次黄苷酸次黄苷酸因为这些组织中的谷氨酸脱氢酶活性较低。氧化脱氨氧化脱氨非氧化脱氨非氧化脱氨氨基酸的脱酰胺

10、作用氨基酸的脱酰胺作用转氨基作用转氨基作用联合脱氨基联合脱氨基（两种类型）（两种类型）小小 结结 二、脱羧基作用脱羧基作用(decarboxylation)氨基酸脱羧酶氨基酸胺类RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛CCOOHNH2HR 由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2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CO2和水。在脱羧酶催化下，氨基酸脱羧产生在脱羧酶催化下，氨基酸脱羧产生CO2 和有机胺和有机胺（一级胺）的过程称为脱羧基作用。（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专一性很高，一般一般

11、是一种氨基酸脱羧酶只对一种是一种氨基酸脱羧酶只对一种L-型氨基酸起作用型氨基酸起作用。氨基酸脱羧酶中，除组氨酸脱羧酶不需要辅酶组氨酸脱羧酶不需要辅酶外，各种脱羧酶都以磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛为辅酶。谷谷AA -氨基丁酸氨基丁酸+CO2天冬天冬AA -丙丙AA+CO2赖赖AA 尸胺尸胺+CO2鸟鸟AA 腐胺腐胺+CO2 胺类胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应有一定作用，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。步氧化成脂肪酸。氨氨的去路：的去路：排氨生物：排氨生物：

12、NH3转变成酰胺（转变成酰胺（Gln），），运到排泄部位后再分解。（原生动物、运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）线虫和鱼类）以尿酸排出：将以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类）体内水分。（陆生爬虫及鸟类）以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）转变为尿素而排出。（哺乳动物）重新利用合成重新利用合成AA：合成酰胺（高等植物中）合成酰胺（高等植物中）嘧啶环的合成（细菌）嘧啶环的合成（细菌）生成铵盐生成铵盐三、氨基酸分解

13、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)的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在于胞液和线粒体中。（1）氨基甲酰磷酸的合成此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶（carbamoyl phosphate synthetase-,CPS-）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。1、尿素循环（鸟氨酸循环）NH3+CO2 H2O+2ATP2ADP+Pi氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶AGA，Mg2+NH2O PO32-CO氨基甲酰磷酸氨

14、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。NH2O PO32-CO(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCO(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+H3PO4+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸鸟氨酸氨基鸟氨酸氨基甲酰转移酶甲酰转移酶（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CO

15、(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨琥珀精氨琥珀酸合成酶酸合成酶ATPAMP+PPi+H2OCH2-CHCOOHCOOHH2NCH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2+瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀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精氨琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶CH2-CHCOOHCOOHCN(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸CHCH COOHCOOH+CNH(CH2

16、)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸延胡索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应。（5）精氨酸的水解(CH2)3NH2H2N-CHCOOHCNH(CH2)3NHH2N-CHCOOHNH2精氨酸精氨酸-NH2H2N-OC+鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素精氨酸酶精氨酸酶H2O 1、合成主要在肝细胞的线粒体和胞液中进行；、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、合成一分子尿素需消耗4分子分子ATP；3、精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶；、精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶

17、；4、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。一个来源于天冬氨酸。尿素合成的特点尿素合成的特点是动物细胞排是动物细胞排氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷氨甲酰磷酸酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀精氨琥珀酸酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+H2O2ADP+Pi基质基质线线粒粒体体胞胞液液尿素尿素PiNH3-酮戊二酸酮戊二酸尿素形成后由尿素形成后由血液运到肾脏血液运到肾脏随尿排除。随尿排除。-

18、酮戊二酸酮戊二酸(1)形成一分子形成一分子尿素消耗尿素消耗4个高能磷个高能磷酸键酸键(2)两个氨基分两个氨基分别来自游别来自游离 氨 和离 氨 和Asp,一个一个CO2来自来自TCA循环循环.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：乙酰乙酰CoA、草酰乙酸、草酰乙酸、-酮戊酮戊二酸、琥珀酰二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、延胡索酸 再合成氨基酸再合成氨基酸 转变成糖和脂肪转变成糖和脂肪 转为酮体转为酮体生糖氨基酸：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：生酮氨基酸：凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA（可转化为乙

19、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、苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸。酪氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸。氨基酸碳骨架进入氨基酸碳骨架进入TCA a a、含义、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。凡是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、四、AA与其它含氮化合物的关系与其它含氮化合物的关系b、一碳单位

20、的来源、一碳单位的来源:亚氨甲基（亚氨甲基（-CH=NH），），甲酰基（甲酰基（HC=O-），），羟甲基（羟甲基（-CH2OH），），亚甲基（又称甲叉基，亚甲基（又称甲叉基，-CH2），），次甲基（又称甲川基，次甲基（又称甲川基，-CH=），），甲基（甲基（-CH3）COOH、CO2、HCO3-不属于一碳单位一碳基团的利用：参与合成反应，一碳基团的利用：参与合成反应，如磷脂、如磷脂、核苷酸核苷酸等的合成。等的合成。c、一碳单位的辅酶、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

21、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一碳单位的另一个载体是S-腺苷甲硫氨酸，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，再与四氢叶酸反应产生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N5,N10-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。