第8章蛋白质代谢.ppt

第八章第八章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢第一节第一节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解第二节第二节 氨基酸的分解与转化氨基酸的分解与转化第三节第三节 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成主要内容主要内容氨基酸的来源和去路氨基酸的来源和去路 氨基酸代谢库脱氨基作用脱羧基作用NH3-酮酸酮体氧化供能糖尿素肝胺类CO2转变其他含氮化合物消化吸收分解合成食物蛋白质组织蛋白质 体内合成的非必需氨基酸一、降解过程一、降解过程第一节第一节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸胨胨肽肽国际生化协会命名委员会将作用于蛋白质国际生化协会命名委员会将作用于蛋白质分子中肽键的酶归属于第三大类（水解酶分子中肽键的酶归属于第三大类（水解酶类）第四亚类，该亚类又分二个亚亚类，类）第四亚类，该亚类又分二个亚亚类，即蛋白酶和肽酶。即蛋白酶和肽酶。二、降解酶二、降解酶 （一）肽酶（一）肽酶（肽链外切酶肽链外切酶）u氨肽酶：氨肽酶：专一性地从肽链的氨基端水解肽键专一性地从肽链的氨基端水解肽键u羧肽酶：羧肽酶：专一性地从肽链的羧基端水解肽键专一性地从肽链的羧基端水解肽键二、降解酶二、降解酶 u二肽酶：二肽酶：水解二肽水解二肽氨基酸氨基酸u植物：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无植物：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无 花果蛋白酶等。花果蛋白酶等。水解肽链内部的肽键。水解肽链内部的肽键。u动物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳动物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳 蛋白酶等蛋白酶等（二）蛋白酶（肽链内切酶）（二）蛋白酶（肽链内切酶）具有专一性具有专一性的肽链内切酶的肽链内切酶，常用于蛋白质一级结构，常用于蛋白质一级结构测定。测定。u胰蛋白酶：胰蛋白酶：对对C-端为端为Lys或或Arg的肽键水解快。的肽键水解快。u胰凝乳蛋白酶：胰凝乳蛋白酶：对芳香族对芳香族AA羧基形成的肽键，水羧基形成的肽键，水 解速度最快。解速度最快。u胃蛋白酶：胃蛋白酶：芳香族芳香族AA氨基形成的肽键。氨基形成的肽键。消化道内几种蛋白降解酶的专一性消化道内几种蛋白降解酶的专一性三、蛋白质降解的泛肽途径三、蛋白质降解的泛肽途径四、蛋白质降解的意义四、蛋白质降解的意义1 1、形成新组织：用于新蛋白质的合成，进行新陈代、形成新组织：用于新蛋白质的合成，进行新陈代 谢（自我更新）。谢（自我更新）。2 2、及时清除反常蛋白、及时清除反常蛋白3 3、短寿命蛋白的半寿期很短，便于通过基因表达和、短寿命蛋白的半寿期很短，便于通过基因表达和 降解对其含量进行精确、快速的调控。降解对其含量进行精确、快速的调控。4 4、一些蛋白酶为防御机制组成部分、一些蛋白酶为防御机制组成部分5 5、蛋白质前体的裂解加工、蛋白质前体的裂解加工第二节 氨基酸的分解与转化氨基酸的一般代谢途径RCCOOHNH2分解产物的去向分解产物的去向H（一）（一）脱氨基作用脱氨基作用 在酶的催化下，氨基酸脱掉氨基的过程称脱氨在酶的催化下，氨基酸脱掉氨基的过程称脱氨基作用基作用。动物的脱氨基作用主要在肝和肾中进动物的脱氨基作用主要在肝和肾中进行，其主要方式有：行，其主要方式有：1 1、氧化脱氨基作用（普遍存在于动、植物）、氧化脱氨基作用（普遍存在于动、植物）2 2、转氨作用、转氨作用3 3、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用4 4、非氧化脱氨、非氧化脱氨5 5、脱酰胺基作用、脱酰胺基作用（一）氧化脱氨基作用（一）氧化脱氨基作用在有氧作用下，氨基酸进行氧化脱氨作用，产物是在有氧作用下，氨基酸进行氧化脱氨作用，产物是-酮酸和氨。酮酸和氨。一、脱氨基作用一、脱氨基作用催化氧化脱氨基的酶：催化氧化脱氨基的酶：（1）L-氨基酸氧化酶：催化氨基酸氧化酶：催化L-AA氧化脱氨基；氧化脱氨基；（2）D-氨基酸氧化酶：催化氨基酸氧化酶：催化D-AA氧化脱氨基；氧化脱氨基；（3）L-谷氨酸脱氢酶（催化氨基酸氧化脱氨的主要酶谷氨酸脱氢酶（催化氨基酸氧化脱氨的主要酶系，属于系，属于L-AA氧化酶）。氧化酶）。该酶存在广泛，活性高，催该酶存在广泛，活性高，催化谷氨酸脱氨脱氢形成化谷氨酸脱氨脱氢形成酮戊二酸。酮戊二酸。转氨基作用是转氨基作用是-氨基酸与氨基酸与-酮酸之间的氨基酮酸之间的氨基的转移作用。的转移作用。（二）转氨基作用（二）转氨基作用CHNH2R1COOHCR2COOHOCR1COOHOCHNH2R2COOH+转氨酶 要点：要点：反应可逆。反应可逆。体内除体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。氨基酸都可进行转氨基作用。转氨酶均以转氨酶均以磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡为辅酶。磷酸吡哆醛是哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨的衍生物。反应中起传递氨基的作用。基的作用。体内重要的转氨酶体内重要的转氨酶（三）联合脱氨基作用（三）联合脱氨基作用 在在转氨酶转氨酶和和谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶的联合作用下，的联合作用下，使各种氨基酸使各种氨基酸脱下氨基脱下氨基的过程。它是体内的过程。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。其逆反应各种氨基酸脱氨基的主要形式。其逆反应也是体内生成非必需氨基酸的途径。也是体内生成非必需氨基酸的途径。+H2OL-谷氨酸脱氢酶+NH3-氨基酸-酮戊二酸L-谷氨酸转氨酶-酮酸NAD+H2N CHRCOOHCRCOOHONADH+H+CCH2CH2CCOOHOOHOH2N CHCH2H2CCCOOHOOHAla+-酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸丙酮酸+GluGlu+NAD+H2O-酮戊二酸酮戊二酸+NADH+NH4+Ala+NAD+H2O丙酮酸丙酮酸+NADH+NH4+嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环 肌肉中的脱氨基反应肌肉中的脱氨基反应 是一种特殊的联合脱是一种特殊的联合脱氨基作用氨基作用-氨基酸-酮戊 二酸谷氨酸转氨酶-酮酸草酰乙酸Asp苹果酸延胡索酸腺苷酸代 琥珀酸IMPAMPNH3H2OAST腺苷酸 脱氨酶（四）（四）非氧化脱氨基非氧化脱氨基主要在微生物中进行。主要在微生物中进行。还原脱氨基还原脱氨基 （严格无氧（严格无氧)脱水脱氨基脱水脱氨基 氨基酸氨基酸氢化酶氢化酶2HR-CH2-COOH+NH3 裂解脱氨基裂解脱氨基（五）脱酰胺基作用（五）脱酰胺基作用二、氨基酸的脱羧作用 直接脱羧 氨基酸在脱羧酶的催化下，脱去羧基产生二氧化碳和相应的胺的过程，在氨基酸分解代谢中不是主要途径。氨基丁酸氨基丁酸GluGluLysLys尸胺尸胺Arg腐胺腐胺ArgSer乙醇胺乙醇胺Ser 羟化脱羧基作用 Tyr 在Tyr 酶催化下发生羟化作用生成3，4二羟苯丙氨酸（多巴），后者进一步脱羧生成3，4二羟苯乙胺（多巴胺）。多巴进一步氧化后形成聚合物黑素。马铃薯、苹果、梨、切开长时间暴露空气变黑，形成黑色素。人体的表皮基底层及毛囊中有成黑素细胞，可将酪氨酸转变为黑素，使皮肤毛发呈黑色（可吸收紫外光）。白化病人：缺酪氨酸酶。三、氨基酸分解产物的去向三、氨基酸分解产物的去向（一）（一）NH3的代谢去路的代谢去路1、重新形成氨基酸3、生成铵盐，保持细胞pH在哺乳动物体内，氨的主要去路是在肝脏中合成尿素并在哺乳动物体内，氨的主要去路是在肝脏中合成尿素并随尿排出体外。在部分植物体内尿素的形成既能解除氨随尿排出体外。在部分植物体内尿素的形成既能解除氨毒，又是氨的一种贮存形式。毒，又是氨的一种贮存形式。5、合成其他含N物质（如形成嘧啶环）生成生成GlnGln和和AsnAsn，一方面是生物体贮藏和运输氨的主要，一方面是生物体贮藏和运输氨的主要形式，也是解除氨毒害的最主要途径。另一方面还可形式，也是解除氨毒害的最主要途径。另一方面还可作为蛋白质合成的原料。作为蛋白质合成的原料。2、形成酰胺（消除NH3毒害，贮存NH3）4、生成尿素尿素的生成尿素的生成 尿素是哺乳动物利用尿素是哺乳动物利用NH3、CO2和和H2O在肝脏在肝脏中经中经鸟氨酸循环鸟氨酸循环途径合成的无毒物质，它可随途径合成的无毒物质，它可随尿排除体外，是动物体清除氨的重要方式。尿排除体外，是动物体清除氨的重要方式。分以下分以下4个步骤：个步骤：（1）氨甲酰磷酸的生成）氨甲酰磷酸的生成 （2）瓜氨酸的生成）瓜氨酸的生成 （3）精氨酸的生成）精氨酸的生成 （4）精氨酸的水解）精氨酸的水解 鸟氨酸循环的详细步骤鸟氨酸循环的详细步骤H2O鸟氨酸瓜氨酸+氨甲酰磷酸 合成酶-I2ATP2ADP+PiH2NC OOP氨甲酰磷酸鸟氨酸氨甲酰 转移酶PiNH2CNHO(CH2)3CHNH2COOH胞液NH3+CO2NH2(CH2)3CHNH2COOH1.线粒体内的反应步骤线粒体内的反应步骤 两步反应均两步反应均不可逆不可逆；氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶-(carbamoyl phos-phate synthetase，CPS-)为变构酶，为变构酶，N-乙酰谷氨酸（乙酰谷氨酸（N-AGA）为此酶的变构激）为此酶的变构激活剂；活剂；此阶段此阶段消耗消耗2个个ATP；2.胞液内反应步骤胞液内反应步骤尿素H2O鸟氨酸瓜氨酸精氨酸酶精氨酸代琥珀酸合成酶AMP+PPiNH2CNHO(CH2)3CHNH2COOHATP+AspNH2CNHN(CH2)3CHNH2COOHCHCOOHCH2COOH精氨酸代 琥珀酸精氨酸代琥珀酸裂解酶CHCOOHCHCOOH延胡索酸NH2CNHNH(CH2)3CHNH2COOHArgNH2(CH2)3CHNH2COOHNH2CNH2O入线粒体循环使用总反应式：总反应式：NH3+CO2+3ATP+Asp+2H2O尿素尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸延胡索酸 天冬氨酸的再生天冬氨酸的再生鸟氨酸循环要点鸟氨酸循环要点尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离的（或游离的NH3），另一个来自），另一个来自Asp；每合成每合成1分子尿素需消耗分子尿素需消耗4个个P；循环中消耗的循环中消耗的Asp可通过延胡索酸转变为可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他-氨基酸获得氨基而再生；氨基酸获得氨基而再生；精氨酸代琥珀酸合成酶（精氨酸代琥珀酸合成酶（ASS）为尿素合）为尿素合成的限速酶。成的限速酶。（二）-酮酸的代谢去向 形成新的氨基酸 参加TCA，分解供能 转变成糖和脂类 生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和草酰乙酸和-酮戊二酸的酮戊二酸的AA，有，有1种种。生酮氨基酸：凡能生成乙酰乙酸、乙酰凡能生成乙酰乙酸、乙酰CoA的的AA，有，有Leu和和Lys。生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸变成酮体的氨基酸，有，有Ile、Thr、Phe、Tyr、Trp。氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径第三节 氨基酸的生物合成 合成原料：NH3、H2S、C 架。NH3H2SC架生物合成氨基酸一、氨的来源氮 素 循 环植物：生物固氮 NO3-N 还原 含N 有机物分解动物：主要来源是含氮有机物的分解，如AA 的脱氨基作用，此外嘌呤、嘧啶的分解也生成氨。（一）生物固氮 是氨的重要来源，自然界每年生物固氮量2 亿吨，远远超过工业固氮。生物固氮：部分微生物通过自身的固氮酶复合物把分子氮变成氨的过程。具有这种固氮性能的微生物，则称为固氮微生物。只有一部分微生物能进行生物固氮，动、植物和大多数微生物都不能进行生物固氮。为什么？1.生物固氮原理 N2+16ATP+8e+8H+2NH3+H2+16ADP+Pi固氮酶复合物 N2+6e+6H+2NH3 N2+8e+8H+2NH3+H2 呼吸链光合链还原酶oxFdredFdox还原酶red2ADPPi2ATP固氮酶ox固氮酶redN28Heee2NH3H2重复8次固氮酶复合物铁蛋白（还原酶）钼铁蛋白（固氮酶）铁蛋白：电子供体与钼铁蛋白之间的电子传 递体。能提供高还原能力的电子。钼铁蛋白：利用铁蛋白传来的电子还原N2 或 其它底物形成NH3等还原物。固氮条件：还原剂 铁氧还蛋白