1、第五章蛋白質的分解代謝 第一節 蛋白質化學（一）蛋白質1、什么是蛋白質？ 蛋白質(protein)是由許多氨基酸（amino acid)通過肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。2、主要元素：碳（50%55%）、氫（6%8%）、氧（19%24%）、氮（13%19%）； 次要元素：硫、磷、鐵、錳、鋅、碘。 一、 氨基酸（二）組成蛋白質的基本單位氨基酸(amino acids)1、氨基酸（AA）的通式 2、特點：（1）20種基本氨基酸中，除脯氨酸為亞氨基酸外，其余19種均符合通式；（2）除甘氨酸的R基為H外，其余19種-碳原子為不對稱碳原子，有L、 D型之分，但組成人體蛋白質的氨基酸均為L型；（3）不同

2、氨基酸的側鏈基團不同。3、氨基酸的分類（根據側鏈基團的結構和性質不同） （1）非極性疏水性AA：R為疏水基團，無極性。 Ala、Val、Leu、Ile、Met、Phe、Pro、Trp 8種（2）極性中性AA：R不帶電荷，但顯極性。 Gly、Ser、Thr、Tyr、 Cys、 Asn、Gln7種（3）酸性AA：R可電離帶負電荷，有極性。 Glu、Asp2種（4）堿性AA：R可電離帶正電荷，有極性。 Lys、Arg、His3種4. 非標準氨基酸4-羥脯氨酸、5-羥賴氨酸、-羧基谷氨酸和6-氮甲基賴氨酸5. 非蛋白質氨基酸-丙氨酸、D-苯丙氨酸、同型半胱氨酸、鳥氨酸、-氨基丁酸（三）氨基酸的性質1、

3、兩性電離性質 氨基酸分子中既有氨基又有羧基，氨基可以接受質子呈堿性，而羧基可以給出質子呈酸性。所以氨基酸既有酸性又有堿性，這一性質稱為氨基酸的兩性性質。等電點使某種氨基酸所帶正、負電荷數相等時溶液的PH值。 2、呈色反應 氨基酸可以與其它物質生成有特征顏色的化合物，利用這些性質可以定性或定量測定氨基酸，如茚三酮反應。3、與亞硝酸反應 氨基酸能與亞硝酸反應，生成羥基酸和水，并放出氮氣。 反應定量完成，通過測定生成氮氣的量，可計算氨基酸的含量，此方法叫做范斯萊克（Van Slyke）氨基氮測定法。 氨基酸在營養上可分為“必需氨基酸”和“非必需氨基酸”兩類。 必需氨基酸：是指人體需要，但自己不能合成

4、，或合成的速度不能滿足機體需要必須由食物蛋白質供給的氨基酸。 非必需氨基酸：是指體內可以合成，或可由其它氨基酸轉變而來，可以不必由食物供給的氨基酸。 人體的必需氨基酸有9種，即：亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和組氨酸。有時也把半胱氨酸和酪氨酸稱為半必需氨基酸。 （四）氨基酸的營養價值 （1）紙色譜法 （五）氨基酸的分離（2）薄層色譜法 圖5-1 氨基酸紙層析圖譜 二、蛋白質的結構（一）多肽的結構1、肽鍵與肽肽鍵(peptide bond)：由一個AA的-氨基與另一個氨酸的 -羧基脫水縮合生成的化學鍵。肽 peptide：AA通過肽鍵相連形成的化合物(二肽、三

5、肽、寡肽和多肽)。寡肽 oligopeptide ：一般10肽以下多肽 polypeptide： 一般10肽以上多肽鏈：由許多氨基酸借肽鍵相互連接而成的一種結構。氨基酸殘基：多肽鏈中的氨基酸，由于參與肽鍵的形成，已非原來完整的分子，稱為。 多肽鏈有兩端： N末端、C末端天然存在的活性肽 類別：激素、抗菌素、輔助因子 實例：谷胱甘肽(glutathione) 短桿菌肽促甲狀腺素釋放因子（TRH） -天冬氨酰-苯丙氨酸甲酯（甜味劑）谷胱甘肽 谷胱甘肽在體內參與氧化還原過程，作為某些氧化還原酶的輔因子，或保護巰基酶，或防止過氧化物積累。（二）蛋白質分子的一級結構1、一級結構(primary stru

6、cture)：指蛋白質多肽鏈中氨基酸的組成及排列順序。2、一級結構維系鍵：肽鍵和二硫鍵。3、重要性：是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎。 蛋白質的一級結構的改變影響蛋白質的空間結構和生理功能，例如鐮刀狀細胞貧血病是血紅蛋白分子突變引起的。正常人血紅蛋白由四條多肽鏈組成，兩條鏈和兩條鏈，共有574個氨基酸。鐮刀狀細胞貧血病的血紅蛋白與正常的血紅蛋白兩條鏈完全相同，只是兩條鏈上N-端末端開始的第6位的氨基酸不同：正常血紅蛋白為谷氨酸，而鐮刀狀細胞貧血病為纈氨酸所代替。 （三）蛋白質分子的空間構象 蛋白質的構象指蛋白質分子中原子和基團在三維空間上的排列、分布及肽鏈的走向。 蛋白質分子的構象可分為

7、二、三、四級結構。 維持蛋白質構象的化學鍵：次級鍵（副鍵），由蛋白質分子的主鏈和側鏈上的極性、非極性和離子基團等相互作用而形成的。 如：氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力、二硫鍵、配位鍵。1、蛋白質的二級結構 蛋白質的二級結構是指在一級結構基礎上，多肽鏈形成的空間構象。二級結構的主要形式有-螺旋、-折疊、-轉角和無規則卷曲等。 蛋白質的-螺旋結構多為右手螺旋。每3.6個氨基酸螺旋轉一周，螺距為0.54nm，每個氨基酸殘基的高度為0.15nm。在-螺旋中相鄰螺旋間形成鏈內氫鍵，維持-螺旋結構的穩定。-折疊2、蛋白質的三級結構 蛋白質多肽鏈在二級結構基礎上，進一步折疊盤旋形成的更復雜的空間構象，稱為蛋

8、白質的三級結構。蛋白質三級結構反映的是蛋白質分子中所有原子的整體排列和空間關系。使蛋白質三級結構穩定的因素有：氫鍵、疏水相互作用、鹽鍵、二硫鍵和配位鍵等。3、蛋白質的四級結構 由兩條或兩條以上具有三級結構的多肽鏈結合而成的特定結構的蛋白質構象稱為四級結構。其中四級結構中每個具有三級結構的多肽鏈稱為亞基。四級結構由幾個亞基組成，每個亞基單獨存在時無生物活性，只有結合成完整的四級結構才有生物活性。 三、 蛋白質的性質（一）兩性性質 蛋白質兩末端的氨基和羧基及側鏈中某些基團在一定條件下均可解離.蛋白質的等電點( pI):使某一蛋白質分子所帶正負電荷數相等,凈電荷為零時溶液的PH值。 蛋白質的等電點沉

9、淀、離子交換和電泳等基本原理均以蛋白質的兩性解離與等電點的特性為基礎。（二）高分子性質，即膠體性質 蛋白質為分子量1萬至100萬的高分子物質,其在溶液中形成的質點直徑在1-100nm膠體質點范圍內。蛋白質膠體穩定的因素:蛋白質顆粒表面具水化層 蛋白質顆粒表面帶同性電荷去除這兩個穩定因素,蛋白質極易沉淀。 蛋白質具有分子擴散現象；布朗運動；可用超速離心法分離蛋白質；有較大的粘度，隨蛋白質分子的水合作用和分子的不對稱性增大而增大；不能透過半透膜，可用透析法純化蛋白。（三）蛋白質的變性(denaturation)1.概念：在某些理化因素的作用下，蛋白質特定的空間構象發生改變或破壞，從而導致其生物學活

10、性的喪失和一些理化性質的改變的現象，稱為蛋白質的變性。2.變性因素： 理：加熱、高壓、紫外線、超聲波、劇烈震蕩等 化：強酸、強堿、重金屬離子、尿素、乙醇、丙酮等3.變性的本質：蛋白質分子空間構象的改變或破壞（二硫鍵和非共價鍵破壞），不涉及一級結構改變或肽鍵的斷裂。4.變性作用的特征：生物活性喪失；某些理化性質改變（溶解度降低，粘度增加，結晶能力消失，易被蛋白酶水解。）5.變性作用的應用舉例：變性因素應用于消毒及滅菌，制備、保存蛋白質制劑需防止變性。6.復性：去除變性因素后，有些變性程度較輕的蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能。許多蛋白質的變性為不可逆變性。變性的蛋白質易于沉淀，而沉淀的

11、蛋白質不一定發生變性。（四）蛋白質顏色反應（可做定性或定量測定）1.茚三酮反應2.雙縮脲反應 氨基酸無此反應3.酚試劑反應 小結蛋白質的組成元素.氨基酸的通式.組成蛋白質的氨基酸的種類.肽、多肽鏈、氨基酸殘基.蛋白質的一級結構及空間構象.蛋白質的理化性質,如兩性游離、等電點及某些呈色反應等.蛋白質變性的理化因素和本質及其在實踐中的作用.第五章蛋白質的分解代謝 第二節 蛋白質的降解和 消化吸收 細胞中的蛋白質不斷降解和重新合成是所有生命形式中的一個重要的生理過程。人體每日周轉蛋白質的1%2%，其中主要是肌肉蛋白質。蛋白質降解生成的氨基酸有75%80%被利用重新合成蛋白質，其余轉變成其它物質或分解

12、供能。人體從外界攝入的氮量與蛋白質分解排除的氮量相等稱為氮平衡，健康的成人一般處于氮平衡狀態。為了保持健康，成人在正常情況下每日需要蛋白質30至60克才能保持氮平衡狀態。 一、 蛋白質的營養價值 組成蛋白質的氨基酸有20種，其中有一些氨基酸人和動物體內不能合成，必須由食物供給稱為必須氨基酸。 對于人體必須氨基酸有9種，即：纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、色氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、組氨酸。此外精氨酸在兒童體內合成不足，稱為半必須氨基酸。 蛋白質的營養價值與其所含氨基酸的比例有關，必須氨基酸組成比例越接近人體蛋白質的組成，食物的營養價值越高。由于不同食物蛋白質氨基酸的比例不同，所以將多種

13、蛋白質食物一起食用，可以保證各種氨基酸的適當比例，保持營養均衡。 例如谷類蛋白質含賴氨酸較少而含色氨酸較多，豆類蛋白質與之相反，兩者混合食用可提高營養價值。（一）蛋白質的降解作用 各種蛋白質降解速率有很大的不同，它隨生理需要而發生改變。細胞中蛋白質的降解速率也隨營養狀況和激素水平而異。在營養缺乏的情況下，細胞提高蛋白質的降解速率，以維持必須的代謝過程的進行。細胞不斷的從氨基酸合成蛋白質，同時又將一些蛋白質分解成氨基酸。 二、 蛋白質的降解 蛋白質的這種周轉過程主要有三個功能： 第一，以蛋白質形式貯存養分，并在代謝需要時將其分解，這一過程主要發生在肌肉組織； 第二，去除對人體有害的異蛋白質； 第

14、三，通過去除多余的酶及調節蛋白質調節細胞的代謝。 因此，調控一種蛋白質的降解速度與調控其合成速度對細胞同樣重要。鼠肝中某些酶的半衰期酶半衰期（短半衰期）酶半衰期（長半衰期）鳥氨酸脫羧酶0.2(小時)醛縮酶118(小時)RNA聚合酶1.3(小時)3-磷酸甘油醛脫氫酶130(小時)酪氨酸氨基轉移酶2.0(小時)細胞色素b130(小時)絲氨酸脫水酶4.0(小時)乳酸脫氫酶130(小時)磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶5.0(小時)細胞色素c150(小時)（二）溶酶體降解 細胞內蛋白質可在溶酶體內降解。溶酶體中含50多種水解酶類，包括多種蛋白質水解酶。溶酶體中酶的最適pH為5，在細胞溶膠的pH下溶酶體中的酶是無

15、活性的，這可避免溶酶體中的酶偶然泄漏對細胞造成的破壞。溶酶體通過胞吞作用攝取細胞內的物質。這些物質被包裹在液泡中，并與溶酶體融合而被降解。在營養充分的細胞中，溶酶體對蛋白質的降解是無選擇性的。 許多正常和病理過程都伴有溶酶體活性的增加，由于不被使用、神經切除或者外傷引起的肌肉損耗都是溶酶體活性增高引起的。例如：在分娩后出現的子宮回縮，這個肌肉器官的重量在9天內從2kg減少到50g。風濕性關節炎就涉及溶酶體的細胞外釋放，從而降解周圍組織。（三）泛素 真核細胞蛋白質可以不通過溶酶體降解，而通過與泛素連接被降解。泛素是一個由76個氨基酸組成的蛋白質，因存在廣泛且含量豐富而得名。泛素經三步反應與被降解

16、的蛋白質共價鍵相連接，使蛋白質攜帶了降解標記。泛素連接的蛋白質通過一個依賴ATP的過程被水解。 天然蛋白質被選擇為降解蛋白質與其N端末端有關。N末端為天冬氨酸、精氨酸、亮氨酸、賴氨酸和苯丙氨酸殘基的蛋白質，半衰期只有23分鐘；N末端為丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、絲氨酸和纈氨酸的蛋白質，半衰期超過10小時。這一規律稱為N末端規則。三、蛋白質的消化吸收（一）胃的消化作用 食物中的蛋白質必須經過消化水解成氨基酸才能被人體吸收。蛋白質的消化從胃中開始，食物進入胃后，胃黏膜分泌胃泌素，在胃泌素的刺激下，胃壁細胞分泌鹽酸，胃腺主細胞分泌胃蛋白酶原。鹽酸使胃的pH約為1，在胃酸的作用下，蛋白質變性，多肽鏈伸展，

17、使其更易水解。胃蛋白酶原在自身催化作用下，從肽鏈氨基端去掉42個氨基酸殘基變成有活性的胃蛋白酶。在胃蛋白酶的催化下蛋白質被水解成各種多肽的混合物。（二）小腸中的消化 蛋白質在胃中消化后，同胃液一起進入小腸，多肽的繼續消化在小腸中進行。胰腺分泌的碳酸氫根離子中和胃液中的鹽酸，使pH升高到7以上。胰腺分泌胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原、彈性蛋白酶原和羧肽酶原進入腸道。胰蛋白酶原被小腸細胞分泌的腸肽酶轉化成具有活性的形式。然后游離的胰蛋白酶將其余的胰蛋白酶原轉化成胰蛋白酶。同時，胰蛋白酶也可以活化胰凝乳蛋白酶原、羧肽酶原和彈性蛋白酶原。 胰腺以非活性酶原形式分泌各種消化酶，保護自身細胞免受蛋白酶的破壞。

18、胰腺還合成一種稱為胰蛋白酶抑制劑的蛋白質，它能有效阻止具有活性的蛋白酶在胰腺細胞中的成熟以抵抗自身消化作用。 急性胰腺炎是一種由于胰腺分泌物進入小腸的正常通道受阻而引發的疾病。原因是胰腺分泌的蛋白酶原在胰腺細胞中提前轉化成具有催化活性的蛋白酶，使胰腺自身蛋白質水解，從而引起極度的疼痛和對胰腺器官的損害。 經胃蛋白酶水解進入小腸中的多肽，在胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶的共同作用下，水解成游離氨基酸。在人體中，大部分來自動物性食物的球蛋白在腸道幾乎完全水解成氨基酸，但有些纖維蛋白如角蛋白只被部分消化。有些植物性食物中的蛋白質由于有不可消化的纖維素外殼，不被消化。蛋白質消化產生

19、的游離氨基酸被運送到小腸表面的上皮細胞中，進入小腸絨毛的毛細血管輸送到肝臟。第五章蛋白質的分解代謝 第三節 氨基酸的分解代謝 動物體內氨基酸以相同的方式進行分解代謝，大多數氨基酸在肝臟中進行代謝。該過程產生的氨有一部分在一系列不同生物合成過程中得到重新利用，多余的氨轉化成其它物質排除體外。肝外組織的過量氨以氨基酸的形式被運送到肝臟進行代謝。氨基酸首先脫去氨基形成酮酸和氨。 氨基酸脫去氨基主要有轉氨基作用、氧化脫氨基作用、聯合脫氨基作用和非氧化脫氨基作用。（一）轉氨基作用 在轉氨酶的催化下，L-氨基酸的氨基可以轉移到-酮酸的碳原子上，形成新的L-氨基酸和-酮酸，這一過程稱為轉氨基作用。 催化轉氨

20、基反應的酶稱為轉氨酶。細胞中含有大量不同的轉氨酶，在動物的心、腦、腎及肝臟中含量都很高。 一、 氨基酸的脫氨基作用 體內重要的轉氨酶有谷丙轉氨酶（GPT）和谷草轉氨酶（GOT），它們分別催化下列反應。 在正常情況下，催化轉氨反應的轉氨酶存在于細胞內，在血漿中的活性很低。當組織受到炎癥損害時，細胞受損或細胞膜的通透性改變時，存在于細胞內的轉氨酶即釋放入血液，使血清轉氨酶活性升高。 如肝炎或其它肝病時血清內谷丙轉氨酶（GPT）活性增加，心肌梗塞等心肌疾患時血清內谷草轉氨酶（GOT）活性增加。臨床上用轉氨酶的活性作為診斷肝臟和心臟疾病的重要指標。（二）氧化脫氨基作用 氨基酸在L-氨基酸脫氫酶的催化下

21、，脫去氨基生成-酮酸稱為氧化脫氨基作用。 最重要的酶是L-谷氨酸脫氫酶，它可以NAD+或NADP+為氫的接受體，使谷氨酸氧化成-酮戊二酸。（三）聯合脫氨基作用 在氨基酸脫氨作用中，轉氨基作用只能發生氨基的轉移，而沒有真正氨基的脫落。在生物體中氨基酸主要是通過聯合脫氨基作用脫去氨基。 聯合脫氨基作用有兩種方式，一種是轉氨基作用與谷氨酸氧化脫氨反應相偶聯，即通過轉氨基作用形成谷氨酸，谷氨酸在谷氨酸脫氫酶的作用下脫去氨基，這一過程主要發生在肝臟。 另一種聯合脫氨基方式是轉氨基作用與次黃嘌呤核苷酸（IMP）循環相偶聯。這種方式通過轉氨基作用形成天冬氨酸，在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，天冬氨酸與次黃嘌

22、呤核苷酸結合生成腺苷酸代琥珀酸，腺苷酸代琥珀酸在裂合酶的催化下生成腺苷酸，腺苷酸水解脫去氨基生成氨和次黃嘌呤核苷酸（圖5-4）。生成的次黃嘌呤核苷酸可以進行下一個循環反應。這一過程主要發生在腦中。 氨基酸通過聯合脫氨基作用脫去氨基生成NH3，在哺乳動物中，氨在肝臟中轉變為尿素進入血液，經過腎臟排除體外。 二、氨的代謝 尿素主要在肝臟中形成，形成后通過血液運送到腎臟排除體外。形成尿素是到達肝臟的氨的主要去向。人體中排除氮的80%到90%是通過形成尿素排除的。氨在肝臟中轉變成尿素是通過“尿素循環”形成的。這條循環途徑由克雷布斯（Hans Krebs）和它的學生在1932年發現。 尿素循環的反應過程

23、 尿素循環共有5步反應，前兩個反應發生在肝臟的線粒體中，后3個反應在肝臟的細胞溶膠中進行。 尿素合成的第一步反應是由氨、碳酸和ATP合成氨基甲酰磷酸，此反應由存在于線粒體中的氨基甲酰合成酶催化。氨基甲酰合成酶有兩種，另一種氨基甲酰合成酶存在于細胞溶膠中，在嘧啶的生物合成中起催化作用。氨基甲酰合成酶是尿素循環的關鍵調節酶，它通過別構效應調節酶的活性，進而調節尿素循環的反應速率。 尿素合成的第二個反應是氨基甲酰磷酸將氨基甲酰提供給鳥氨酸形成瓜氨酸，這個反應發生在線粒體中，由鳥氨酸氨基甲酰轉移酶催化。 瓜氨酸形成后從肝臟的線粒體轉移到細胞溶膠中，在精氨琥珀酸合成酶的催化下，與天冬氨酸結合形成精氨琥珀

24、酸。此反應需要消耗ATP。精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶（也稱精氨琥珀酸酶）的催化下生成精氨酸和延胡索酸，此反應是可逆反應。 精氨酸在精氨酸酶的催化下水解生成尿素和鳥氨酸，這是尿素合成的最后一個反應。反應產生的鳥氨酸進入肝細胞線粒體，進行下一次尿素循環反應。三、氨基酸的脫羧基作用 氨基酸的脫羧反應普遍存在于動物、植物及微生物體內，催化氨基酸脫羧反應的酶稱為脫羧酶，這類酶的輔酶為磷酸吡哆醛，但組氨酸脫羧酶不需要輔酶。在動物的肝、腎、腦中有氨基酸脫羧酶存在，氨基酸脫羧酶的專一性很高，一般一種氨基酸有一種脫羧酶。 在動物體內由氨基酸脫羧轉變而成的具有重要生理功能的物質主要有-氨基丁酸、組胺、5-羥色胺

25、、精胺、亞精胺（精脒）及兒茶酚胺類物質。 -氨基丁酸（GABA）是由谷氨酸脫羧產生的一種抑制性神經遞質，它的合成不足可導致羊角風發作。組胺由組氨酸脫羧產生，它具有擴張血管、降低血壓、促進平滑肌收縮及胃液分泌等作用。過敏反應或燒傷時組胺大量釋放。在神經組織中它是感覺神經的一種遞質，與周圍神經的感覺與傳遞有關。 5-羥色胺是由色氨酸轉變而成的神經遞質，它在神經系統的含量與神經的興奮和抑制狀態有關，它是一種強血管收縮劑。 多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素稱為兒茶酚胺類物質，它們由酪氨酸脫羧產生，兒茶酚胺含量與血壓有關。帕金森氏癥與體內多巴胺合成不足相關，而腦內多巴胺合成過多也可能出現生理異常如精神分裂癥。 精胺和亞精胺來源于甲硫氨酸和鳥氨酸，多胺化合物能促進核酸和蛋白質的生物合成，是細胞生長及分裂所必須的。鳥氨酸脫羧酶是合成多胺的關鍵酶。腫瘤細胞及胚胎組織中鳥氨酸脫羧酶活性高，多胺生成增加，使細胞生長和分裂