第11章蛋白质降解与氨基酸代谢.ppt

第第11章章蛋白质的降解与氨蛋白质的降解与氨 基基 酸酸 代代 谢谢蛋白质的降解蛋白质的降解氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢氨基酸的合成代谢氨基酸的合成代谢本章总结本章总结11.111.1、蛋白质的酶促降解、蛋白质的酶促降解 蛋白质降低其原浓度一半所蛋白质降低其原浓度一半所需要的时间，用需要的时间，用t1/2表示表示蛋白质的半寿期蛋白质的半寿期(half-life)一、细胞内蛋白质的降解一、细胞内蛋白质的降解1、溶酶体组织蛋白酶降解途径溶酶体组织蛋白酶降解途径2、依赖于、依赖于ATP的泛素降解途径的泛素降解途径真核生物中蛋白质的降解有两条途径真核生物中蛋白质的降解有两条途径1、溶酶体组织蛋白酶降解途径、溶酶体组织蛋白酶降解途径 由单层膜包围的，内含多种由单层膜包围的，内含多种酸性水解酶类酸性水解酶类的细胞的细胞器，器，不依赖不依赖ATP 清除无用蛋白质、核酸等生物大分子及衰老、损清除无用蛋白质、核酸等生物大分子及衰老、损伤和死亡的细胞伤和死亡的细胞 营养充足时，非选择性降解营养充足时，非选择性降解 饥饿状态下，有选择性降解饥饿状态下，有选择性降解 多水解半寿期较长的蛋白质多水解半寿期较长的蛋白质2、依赖于、依赖于ATP的泛素降解途径的泛素降解途径 泛素（泛素（ubiquitin）是由是由76个个AA（8.5kD）组成的、高度保守的组成的、高度保守的小分子蛋白小分子蛋白 广泛存在于广泛存在于真核生物真核生物中，故称泛素中，故称泛素 一级结构高度保守一级结构高度保守 作为无用蛋白质降解的作为无用蛋白质降解的标签标签泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程 泛素化泛素化(ubiquitination)ATP存在存在下，泛素与需降解的蛋白质下，泛素与需降解的蛋白质共价连接共价连接，形成泛素化的蛋白质，即蛋白被激活。形成泛素化的蛋白质，即蛋白被激活。蛋白降解：蛋白降解：蛋白一旦被泛素化，就很容易被蛋白酶体蛋白一旦被泛素化，就很容易被蛋白酶体(proteasome)识别并降解，但泛素不被降解，可识别并降解，但泛素不被降解，可以重复参加反应以重复参加反应 主要降解半寿期较短的蛋白质主要降解半寿期较短的蛋白质外源蛋白质的消化与吸收外源蛋白质的消化与吸收蛋白蛋白质消化的生理意义质消化的生理意义 由大分子转变为小分子，便于吸收。由大分子转变为小分子，便于吸收。消除种属特异性和抗原性，防止过敏、消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。毒性反应。11.2、外源蛋白质的酶促降解、外源蛋白质的酶促降解(一一)消化过程消化过程 1.1.胃中的消化作用胃中的消化作用胃蛋白酶的最适胃蛋白酶的最适pHpH为为1.51.52.52.5，对蛋，对蛋白质肽键作用特异性差，产物主要为白质肽键作用特异性差，产物主要为多肽及少量氨基酸。多肽及少量氨基酸。胃蛋白酶原胃蛋白酶原胃蛋白酶胃蛋白酶 (pepsinogen)(pepsin)激活激活胃壁细胞胃壁细胞和主细胞和主细胞盐酸盐酸 2.2.小肠中的消化小肠中的消化-小肠是蛋白质消化的主要部位小肠是蛋白质消化的主要部位胰酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶及羧肽酶）胰酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶及羧肽酶）是消化蛋白质的主要酶，是消化蛋白质的主要酶，最适最适pHpH为为7.07.0左右，左右，包括内肽酶和外肽酶。包括内肽酶和外肽酶。胰酶及其作胰酶及其作用用 消化道内的物质透过粘膜进入血液或消化道内的物质透过粘膜进入血液或淋巴的过程称为淋巴的过程称为吸收吸收。食物蛋白质消化后形成的游离氨基酸食物蛋白质消化后形成的游离氨基酸和小肽通过肠粘膜的上皮细胞吸收后，其和小肽通过肠粘膜的上皮细胞吸收后，其小肽多在肠细胞中被水解，氨基酸则通过小肽多在肠细胞中被水解，氨基酸则通过门静脉被输送到门静脉被输送到肝肝。（二）吸收过程（二）吸收过程肝脏是氨基酸进行各种代谢变化的肝脏是氨基酸进行各种代谢变化的重要器官重要器官氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况合成合成分解分解嘌呤、嘧啶、肌酸嘌呤、嘧啶、肌酸等含氮等含氮 化合物化合物代谢转变代谢转变胺类胺类+CO2脱羧基作用脱羧基作用脱 氨 基脱 氨 基作用作用消化吸收消化吸收其它含氮物质其它含氮物质非必需氨基酸非必需氨基酸NH3CO2+H2O糖或脂类糖或脂类-酮酸酮酸谷氨酰胺谷氨酰胺尿素尿素食物食物蛋白蛋白质质组织组织蛋白蛋白质质血液血液氨基氨基酸酸组织组织氨基氨基酸酸氨氨基基酸酸代代谢谢库库11.2.1、氨基酸的脱氨基作用、氨基酸的脱氨基作用1、氧化脱氨基作用、氧化脱氨基作用2、转氨基作用、转氨基作用3、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用、非氧化脱氨基作用5、脱酰胺基作用、脱酰胺基作用11.2 氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢氨基酸的氨基酸的脱脱氨基作用氨基作用是是氨基酸分解氨基酸分解代谢的主要代谢的主要途径途径（一）氧化脱氨基作用（一）氧化脱氨基作用-氨基酸在氨基酸在酶的催化下脱去酶的催化下脱去氨基氨基生成相应的生成相应的-酮酸，酮酸，消耗氧，消耗氧，产生氨产生氨的过程称为氧化脱氨基作的过程称为氧化脱氨基作用。用。氨基酸氧化脱氨的主要酶氨基酸氧化脱氨的主要酶 L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)D-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶（D-amino acid oxidase)L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶（L-glutamate dehydrogenase)L-氨基酸氧化酶：氨基酸氧化酶：是一种需氧脱氢酶，以是一种需氧脱氢酶，以FAD或或FMN为辅基，脱下的氢原子交给为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成，生成H2O2。pH为为10左右，左右，生理条件下活性低，在各组织器官生理条件下活性低，在各组织器官中分布有限，因此作用不大中分布有限，因此作用不大。D-氨基酸氧化酶：氨基酸氧化酶：是一种需氧脱氢酶，以是一种需氧脱氢酶，以FAD为为辅基，辅基，活性强，分布广，但体内活性强，分布广，但体内D-氨基酸数量少，氨基酸数量少，故作用也不大。故作用也不大。氨基酸氧化脱氨的主要酶氨基酸氧化脱氨的主要酶 L-氨基酸氨基酸 L-氨基酸氧化酶（氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸酮酸 R-CH-COO-NH3+|R-C-COO-+NH3 O|O2H2O该反应分两步进行：该反应分两步进行：第一步脱氢生成第一步脱氢生成-氨基酸亚氨基酸；氨基酸亚氨基酸；第二步是加水脱氨，直接水解生成第二步是加水脱氨，直接水解生成-酮酸及氨酮酸及氨L-谷谷氨酸脱氢酶氨酸脱氢酶 不需氧，不需氧，活性强，分布于肝、肾及脑组织活性强，分布于肝、肾及脑组织 辅酶为辅酶为NAD+或或NADP+专一性强，只作用于谷氨酸，催专一性强，只作用于谷氨酸，催化可逆反应化可逆反应 别构酶，别构酶，ATP、GTP、NADH是别构抑制剂，是别构抑制剂，ADP、GDP是别构激活剂是别构激活剂 动植物、微生物中普遍存在。动植物、微生物中普遍存在。最适最适pH在中性附近在中性附近特点特点L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸谷氨酸+H2O-酮戊二酮戊二 酸酸+NH3反应过程反应过程（二）转氨基作用（二）转氨基作用(transamination)在转氨酶在转氨酶(transaminase)的作用下，的作用下，一种氨基酸的一种氨基酸的-氨基转移到氨基转移到-酮酸的酮酮酸的酮基上，从而生成相应的一分子基上，从而生成相应的一分子-酮酸和酮酸和一分子一分子-氨基酸，这种作用称转氨基作氨基酸，这种作用称转氨基作用，也叫氨基移换反应用，也叫氨基移换反应1、定义、定义 2、反应式、反应式 特点：特点：没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代没有游离的氨产生，但改变了氨基酸代谢库中各种氨基酸的比例。谢库中各种氨基酸的比例。大多数氨基酸可参与转氨基作用，但大多数氨基酸可参与转氨基作用，但甘氨酸甘氨酸、苏苏氨酸、赖氨酸、脯氨酸氨酸、赖氨酸、脯氨酸除外。除外。（1）谷氨酸丙酮酸转氨酶（谷丙转氨酶）谷氨酸丙酮酸转氨酶（谷丙转氨酶）GPT：glutamic pyruvic transaminase 又称丙氨酸氨基转移酶又称丙氨酸氨基转移酶 ALT：alanine transaminase（ALT）催化催化丙氨酸与丙氨酸与-酮戊二酸酮戊二酸之间的氨基移换反应，之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在为可逆反应。该酶在肝脏中活性较高，肝脏中活性较高，在肝脏疾在肝脏疾病时，可引起血清中病时，可引起血清中ALT活性明显升高。活性明显升高。丙氨酸丙氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸 丙酮酸丙酮酸+谷氨酸谷氨酸 3、体内两种重要的转氨酶、体内两种重要的转氨酶GPT 谷氨酸草酰乙酸转氨酶（谷草转氨酶）谷氨酸草酰乙酸转氨酶（谷草转氨酶）GOT：glutamic oxaloacetate transaminase 又叫天冬氨酸氨基转移酶（又叫天冬氨酸氨基转移酶（AST）AST：aspartate transaminase。催化催化天冬氨酸与天冬氨酸与-酮戊二酸酮戊二酸之间的氨基移换反应，之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在为可逆反应。该酶在心肌中活性较高心肌中活性较高，故在心肌，故在心肌疾患时，血清中疾患时，血清中AST活性明显升高。活性明显升高。天冬氨酸天冬氨酸+-酮戊二酸酮戊二酸 草酰乙酸草酰乙酸+谷氨酸谷氨酸 GOT 正常人各组织正常人各组织GOT及及GPT活性活性(单位单位/克湿组织克湿组织)血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预测的指标之一。预测的指标之一。组织组织GOTGPT 心心1560007100肝肝14200044000骨骼肌骨骼肌990004800肾肾9100019000组织组织GOTGPT 胰腺胰腺脾脾肺肺血清血清2800020001400012001000070020164、转氨基作用的机制、转氨基作用的机制转氨酶的辅酶是转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 -酮酸酮酸 磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸 转氨酶转氨酶特点：特点：生理意义：生理意义：接受氨基的主要酮酸有：接受氨基的主要酮酸有：*只有氨基的转移，没有氨的生成只有氨基的转移，没有氨的生成 *催化的反应可逆催化的反应可逆*其辅酶都是磷酸吡哆醛其辅酶都是磷酸吡哆醛 是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。系糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。丙酮酸、丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸酮戊二酸、草酰乙酸5、转氨基作用特点及意义、转氨基作用特点及意义（三）联合脱氨基作用（三）联合脱氨基作用1、定义、定义是是转氨基作用转氨基作用和和氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用联合进行的联合进行的脱氨基作用方式。脱氨基作用方式。此种方式既是此种方式既是氨基酸脱氨基氨基酸脱氨基的主要方式，也是的主要方式，也是体内体内合成非必需氨基酸合成非必需氨基酸的主要方式。的主要方式。主要在主要在肝、肾、骨骼肌、心肌和脑组织中肝、肾、骨骼肌、心肌和脑组织中进行进行2、脱氨基类型、脱氨基类型（1）转氨酶与）转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶作用相偶联作用相偶联（2）转氨基作用与）转氨基作用与嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环相偶联相偶联转氨酶与转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨酶转氨酶L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶H2O+NAD+NH3+NADH+H+-酮酸酮酸-氨基酸氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸L-谷氨酸谷氨酸-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琥珀酸腺苷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NH3转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 极少数氨基酸采用非氧化脱氨基作用，如极少数氨基酸采用非氧化脱氨基作用，如Ser、His等，主要在微生物体内进行，动物体不普遍等，主要在微生物体内进行，动物体不普遍（四）非氧化脱氨基作用（四）非氧化脱氨基作用包括五种类型包括五种类型 还原脱氨基还原脱氨基 脱水脱氨