第7章蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝

第7章蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝第1頁/共48頁第七章蛋白質(zhì)的酶促降解和氨基酸代謝第一節(jié)蛋白質(zhì)的酶促降解第二節(jié)氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化第三節(jié)氨基酸的生物合成第2頁/共48頁一、降解過程第一節(jié)蛋白質(zhì)的酶促降解蛋白質(zhì)氨基酸胨肽國際生化協(xié)會命名委員會將作用于蛋白質(zhì)分子中肽鍵的酶歸屬于第三大類（水解酶類）第四亞類，該亞類又分二個(gè)亞亞類，即蛋白酶和肽酶。二、降解酶

第3頁/共48頁（一）肽酶（肽鏈外切酶）氨肽酶：專一性地從肽鏈的氨基端水解肽鍵羧肽酶：專一性地從肽鏈的羧基端水解肽鍵二、降解酶二肽酶：水解二肽→氨基酸第4頁/共48頁植物：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶等。水解肽鏈內(nèi)部的肽鍵。動(dòng)物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等（二）蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶）二、降解酶

第5頁/共48頁具有專一性的肽鏈內(nèi)切酶，常用于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定。胰蛋白酶：對C-端為Lys或Arg的肽鍵水解快。胰凝乳蛋白酶：對芳香族AA羧基形成的肽鍵，水解速度最快。胃蛋白酶：芳香族AA氨基形成的肽鍵。（二）蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶）二、降解酶

第6頁/共48頁消化道內(nèi)幾種蛋白降解酶的專一性第7頁/共48頁蛋白酶的種類及特點(diǎn)第8頁/共48頁三、蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑第9頁/共48頁四、蛋白質(zhì)降解的意義1、形成新組織：用于新蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)行新陳代謝（自我更新）。2、及時(shí)清除反常蛋白3、短壽命蛋白的半壽期很短，便于通過基因表達(dá)和降解對其含量進(jìn)行精確、快速的調(diào)控。4、一些蛋白酶為防御機(jī)制組成部分5、蛋白質(zhì)前體的裂解加工第10頁/共48頁第二節(jié)氨基酸的降解和轉(zhuǎn)化第11頁/共48頁（五）脫酰胺基作用一、脫氨基作用（一）氧化脫氨基作用（二）轉(zhuǎn)氨基作用

（三）聯(lián)合脫氨基作用（四）非氧化脫氨基第12頁/共48頁（一）氧化脫氨基作用在有氧作用下，氨基酸進(jìn)行氧化脫氨作用，產(chǎn)物是α-酮酸和氨。一、脫氨基作用催化氧化脫氨基的酶：（1）L-氨基酸氧化酶：催化L-AA氧化脫氨基；（2）D-氨基酸氧化酶：催化D-AA氧化脫氨基；（3）L-谷氨酸脫氫酶（催化氨基酸氧化脫氨的主要酶系，屬于L-AA氧化酶）。該酶存在廣泛，活性高，催化谷氨酸脫氨脫氫形成α－酮戊二酸。第13頁/共48頁轉(zhuǎn)氨基作用是α-氨基酸與α-酮酸之間的氨基的轉(zhuǎn)移作用。（二）轉(zhuǎn)氨基作用催化轉(zhuǎn)氨基作用的酶叫轉(zhuǎn)氨酶或氨基轉(zhuǎn)移酶，種類繁多分布廣泛。輔酶均為磷酸吡哆醛（B6的磷醛酯）。一、脫氨基作用第14頁/共48頁谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶第15頁/共48頁轉(zhuǎn)氨酶—谷氨酸脫氫酶聯(lián)合脫氨基作用。轉(zhuǎn)氨酶—嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨基作用。（三）聯(lián)合脫氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨基作用聯(lián)合進(jìn)行的脫氨基作用方式。一、脫氨基作用一般氨基酸不直接氧化脫氨，而是先與α－酮戊二酸通過轉(zhuǎn)氨形成相應(yīng)的a-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再通過二種方式氧化脫氨：第16頁/共48頁轉(zhuǎn)氨酶—谷氨酸脫氫酶聯(lián)合脫氨基作用轉(zhuǎn)氨酶—嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨基作用第17頁/共48頁（四）非氧化脫氨基主要在微生物中進(jìn)行。①還原脫氨基（嚴(yán)格無氧)②脫水脫氨基

氨基酸氫化酶2HR-CH2-COOH+NH3一、脫氨基作用第18頁/共48頁

③裂解脫氨基

（四）非氧化脫氨基一、脫氨基作用第19頁/共48頁（五）脫酰胺基作用一、脫氨基作用第20頁/共48頁二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向（一）NH3的代謝去路1、重新形成氨基酸3、生成銨鹽，保持細(xì)胞pH在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，氨的主要去路是在肝臟中合成尿素并隨尿排出體外。在部分植物體內(nèi)尿素的形成既能解除氨毒，又是氨的一種貯存形式。5、合成其他含N物質(zhì)（如形成嘧啶環(huán)）生成Gln和Asn，一方面是生物體貯藏和運(yùn)輸氨的主要形式，也是解除氨毒害的最主要途徑。另一方面還可作為蛋白質(zhì)合成的原料。2、形成酰胺（消除NH3毒害，貯存NH3）

4、生成尿素第21頁/共48頁尿素的生成和鳥氨酸循環(huán)第22頁/共48頁2、形成其它物質(zhì)（糖和脂肪）（二）α-酮酸的代謝去路（C架的去路）1、形成新的氨基酸3、參加TCA循環(huán)，氧化成CO2和水，產(chǎn)生能量二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成糖的AA稱為生糖AA。在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)橥w的AA稱為生酮氨基酸。既能生成糖又能生成酮體的AA稱為生糖兼生酮AA。第23頁/共48頁氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑第24頁/共48頁三、脫羧基作用氨基酸在脫羧酶作用下，進(jìn)行脫羧反應(yīng)生成胺類化合物，脫羧酶輔酶為磷酸吡哆醛。1、直接脫羧基作用

第25頁/共48頁Tyr在Tyr酶催化下發(fā)生羥化作用生成3，4－二羥苯丙氨酸（多巴），多巴進(jìn)一步脫羧生成3，4－二羥苯乙胺（多巴胺），多巴進(jìn)一步氧化后形成聚合物黑素。2、羥化脫羧基作用

白化病人：缺酪氨酸酶。

三、脫羧基作用第26頁/共48頁第三節(jié)氨基酸的生物合成第27頁/共48頁一、NH3的來源（一）生物固氮；（二）NO3-N還原；（三）含N有機(jī)物分解。植物：動(dòng)物：主要來源是消化道吸收和含N有機(jī)物分解。第28頁/共48頁生物固氮：部分微生物通過自身的固氮酶復(fù)合物把分子氮變成氨的過程。生物固氮是氨的重要來源。（一）生物固氮固N(yùn)條件（1）電子供體：氧化底物（MH2）、丙酮酸、H2；（2）ATP供能；（3）厭氧環(huán)境。3H22NH3N2+6e-一、NH3的來源第29頁/共48頁硝酸還原酶根據(jù)反應(yīng)中電子供體不同又分為：①鐵氧還蛋白-硝酸還原酶；②NAD（P）H—硝酸還原酶。電子供體為鐵氧還蛋白。

硝酸還原分為兩步，第一步在硝酸還原酶催化下，NO3－還原為NO2－，第二步在亞硝酸還原酶催化下，NO2－還原為NH3（二）硝酸還原硝酸還原酶是誘導(dǎo)酶，環(huán)境中須有NO3-，需光照條件。

一、NH3的來源第30頁/共48頁主要指蛋白質(zhì)分解，少量的抗生素、維生素、核酸分解。（三）含氮有機(jī)物的分解一、NH3的來源第31頁/共48頁二、S的來源細(xì)胞、藻類、高等植物能吸收SO42-在體內(nèi)還原成H2S，用于含硫氨基酸的合成。（一）硫酸離子的活化（分兩步）第一步是硫酸離子在ATP硫酸化酶催化下與ATP反應(yīng)，生成腺苷酰硫酸（APS）第二步，APS在相應(yīng)的激酶催化下，在3-位形成磷酸酯，即磷酸腺苷酰硫酸（PAPS）。第32頁/共48頁硫酸離子的活化態(tài)（APS、PAPS）的結(jié)構(gòu)第33頁/共48頁APS或PAPS將其磺酰基轉(zhuǎn)移給一個(gè)含巰基的載體，再被鐵氧還蛋白還原產(chǎn)生H2S，即可用于合成半胱氨酸。（二）硫酸離子還原二、S的來源第34頁/共48頁三、C架的來源來源于糖酵解、三羧酸循環(huán)、PPP途徑、光呼吸、乙醛酸循環(huán)等途徑代謝中間產(chǎn)物。

第35頁/共48頁1、谷氨酸合成途徑氨的同化指將氨轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)氮的過程，有兩條途徑：四、氨基酸的生物合成（一）氨的同化

（1）谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化合成現(xiàn)有試驗(yàn)證明，谷氨酸的合成，主要通過谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶這條雙酶途徑催化的。第36頁/共48頁1、谷氨酸合成途徑（2）谷氨酸脫氫酶催化的反應(yīng)（非主要途徑）四、氨基酸的生物合成（一）氨的同化

α-酮戊二酸谷氨酸第37頁/共48頁2、氨甲酰磷酸的形成有二種酶能催化NH3、CO2、ATP共同合成氨甲酰磷酸。四、氨基酸的生物合成（一）氨的同化

第38頁/共48頁在轉(zhuǎn)氨酶的作用下，谷氨酸的氨基轉(zhuǎn)給其它α-酮酸，形成相應(yīng)的氨基酸。轉(zhuǎn)氨酶催化可逆反應(yīng)，既在氨基酸分解代謝起作用，也在氨基酸合成代謝中起作用。（二）轉(zhuǎn)氨基作用谷氨酸為氨基的轉(zhuǎn)換站四、氨基酸的生物合成第39頁/共48頁（三）各族氨基酸的合成根據(jù)氨基酸合成的碳架來源不同，將氨基酸分為五族。1、丙氨酸族（AlaValLeu）C架：丙酮酸（來自EMP途徑）四、氨基酸的生物合成第40頁/共48頁2、絲氨酸族（Ser、Gly、Gys）C架：3-磷酸甘油酸（來自EMP及光合碳循環(huán)）；乙醛酸（來自光呼吸乙醇酸途徑）。（三）各族氨基酸的合成四、氨基酸的生物合成第41頁/共48頁3、谷氨酸族（Glu、Gln、Pro、Arg）C架：α-酮戊二酸（來自TCA循環(huán)）（三）各族氨基酸的合成四、氨基酸的生物合成第42頁/共48頁C架：草酰乙酸（來自TCA循環(huán)）4、天冬氨酸族（Asp、Asn、Lys、Ile、Thr、Met）（三）各族氨基酸的合成四、氨基酸的生物合成第43頁/共48頁5、組氨酸和芳香氨基酸族（His、Tyr、Phe、Trp）芳香氨基酸C架：PEP（來自EMP途徑）及E-4-P（來自PPP途徑）HisC架：R-5-P（來自PPP途徑）（三）各族氨基酸的合成四、氨基酸的生物合成第44頁/共48頁各種氨基酸合成的C架來源總結(jié)第45頁/共48頁氨基酸合成過程示意圖第46頁/共48頁一碳轉(zhuǎn)移酶的輔酶：