蛋白質(zhì)的酶促降解和AA代謝

蛋白質(zhì)的酶促降解和AA代謝第1頁/共61頁目錄第一節(jié)蛋白質(zhì)的酶促降解第二節(jié)AA的分解與轉(zhuǎn)化第三節(jié)AA的生物合成第2頁/共61頁第一節(jié)蛋白質(zhì)的酶促降解食物中攝取的蛋白質(zhì)組成機(jī)體細(xì)胞的蛋白質(zhì)水解酶細(xì)胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)

肽酶、蛋白酶一、蛋白質(zhì)水解酶的種類和專一性（一）、肽酶（Peptidase）（二）、蛋白酶(Proteinase)AA第3頁/共61頁（一）、肽酶1、概念：肽酶：肽鏈外切酶，可分別從多肽鏈的游離羧基端或游離氨基端逐個(gè)水解AA的酶。

氨肽酶：從多肽鏈氨基端逐個(gè)水解AA的酶。

羧肽酶羧肽酶A：水解中性AA為羧基

末端的肽鍵羧肽酶B：水解堿性AA為羧基

末端的肽鍵第4頁/共61頁2、肽酶的種類和專一性編號(hào)名稱作用特征3、4、113、4、13-氨酰肽水解酶(-aminoacylpeptidehydrolase)作用于多肽鏈的N-末端-羧肽水解酶(-carboxylpeptidehydrolase)作用于多肽鏈的C-末端3、4、14二羧肽水解酶(dipeptidehydrolase)水解二肽第5頁/共61頁（二）、蛋白酶1、概念：蛋白酶又稱肽鏈內(nèi)切酶，它能水解肽鏈內(nèi)部的肽鍵，使蛋白質(zhì)多肽鏈水解為許多小肽段。第6頁/共61頁編號(hào)名稱作用特征實(shí)例3、4、2、13、4、2、2絲氨酸蛋白酶類活性中心含Ser3、4、2、33、4、2、4半胱氨酸蛋白酶類活性中心含Cys天冬氨酸蛋白酶類活性中心含Asp,最適pH在5以下金屬蛋白酶類活性中心含有Zn2+

、

Mg2+等胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶木瓜蛋白酶無花果蛋白酶菠蘿酶胃蛋白酶凝乳酶枯草桿菌蛋白酶嗜熱菌蛋白酶2、蛋白酶的種類和專一性第7頁/共61頁O

OOH2N－CH－C－N－CH－C－N－CH－C－N－CH－

R1

HR2HR3H

R4

氨

胃

芳

胰凝

非

肽

蛋

香

乳蛋

極

酶

白

族

白酶

性

酶

AA

AA嗜熱菌蛋白酶芳香族AA3、幾種蛋白酶的專一性第8頁/共61頁OOOO－C－N－CH－C－N－CH－C－N－CH－C－N－CH－COOHHR5HR6

HR7HRn

Met

堿性AA

LysArg胰蛋白酶溴化氰羧肽酶回首頁3、幾種蛋白酶的專一性第9頁/共61頁二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解途徑（一）、溶酶體途徑:

無選擇地降解蛋白質(zhì)。（二）、泛肽（ubiquitin）途徑:※※

有選擇性地降解被標(biāo)記的蛋白質(zhì)。泛肽:真核細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一種8.5kDa,76氨基酸殘基,與被降解蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合的小肽。第10頁/共61頁(二）、蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑※※E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶體20S蛋白酶體ATP19S調(diào)節(jié)亞基去折疊水解E1：泛肽激活酶E2：泛肽載體蛋白

E3：泛肽-蛋白質(zhì)連接酶（ubiquitin）第11頁/共61頁第二節(jié)AA的分解與轉(zhuǎn)化第12頁/共61頁一、氨基酸的脫氨基作用（四）、非氧化脫氨基作用（五）、脫酰胺基作用（一）、氧化脫氨基作用

（二）、轉(zhuǎn)氨基作用(三）、聯(lián)合脫氨基作用第13頁/共61頁（一）、氧化脫氨基作用氧化脫氨基作用：氨基酸在酶的催化下脫去氨基生成相應(yīng)的α-酮酸的過程。主要有以下兩種類型：

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2

L-谷氨酸脫氫酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOH第14頁/共61頁（二）、轉(zhuǎn)氨基作用※※

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2轉(zhuǎn)氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）

在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，一個(gè)α-氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到另一個(gè)α-酮酸的酮基碳原子上，結(jié)果原來的α-氨基酸生成相應(yīng)的α-酮酸，而原來的α-酮酸則形成了相應(yīng)的α-氨基酸，這種作用稱為轉(zhuǎn)氨基作用或氨基移換作用。第15頁/共61頁-氨基酸磷酸吡哆醛醛亞胺酮亞胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛的作用機(jī)理-酮酸互變異構(gòu)第16頁/共61頁谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)第17頁/共61頁（三）、聯(lián)合脫氨基作用1、概念2、類型a、轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)b、轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)

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。第18頁/共61頁方式一：轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)。轉(zhuǎn)氨酶L-谷氨酸脫氫酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸第19頁/共61頁方式二：轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)第20頁/共61頁（四）、非氧化脫氨基作用：1、直接脫氨基作用：苯丙氨酸解氨酶（PAL）第21頁/共61頁2、還原脫氨基作用NH2R-CH-COOH+2H氫化酶

R-CH2-COOH+NH33、脫水脫氨基作用CH2OHCH3CH-NH2

絲氨酸脫水酶

C=O+NH3+H2OCOOHCOOH第22頁/共61頁（五）、脫酰胺基作用第23頁/共61頁二、脫羧基作用氨基酸在脫羧酶催化下,發(fā)生脫羧基,形成胺類化合物的反應(yīng)。輔酶是磷酸吡哆醛。（一）、直接脫羧基作用第24頁/共61頁Ser的脫羧※COOHCOOH(CH2)2Glu脫羧E(CH2)2CHNH2CO2CHNH2COOH

γ-氨基丁酸Glu脫羧※第25頁/共61頁Lys、鳥氨酸的脫羧第26頁/共61頁Tyr在酪氨酸酶作用下發(fā)生羥化生成多巴,氧化成黑色素。多巴脫羧生成多巴胺。在植物體內(nèi)可以由這二個(gè)化合物轉(zhuǎn)變成生物堿、嗎啡、秋水仙堿植物加倍,抑制細(xì)胞的有絲分裂。（二）、羥化脫羧基：第27頁/共61頁（三）、氧化脫羧基脫氨基：※※1、氨基酸的茚三酮反應(yīng)。2、色氨酸的氧化脫氨基脫羧基。第28頁/共61頁三、AA降解產(chǎn)物的去向（一）、氨的代謝轉(zhuǎn)變?cè)谡Ｇ闆r下細(xì)胞中游離氨濃度非常低。

1、重新合成AA：

不能增加AA數(shù)量，能改變AA種類。

2、生成酰胺：酰胺是生物體貯藏和運(yùn)輸氨的主要形式；解除氨毒。第29頁/共61頁3、生成銨鹽：保證細(xì)胞內(nèi)正常的pH。4、經(jīng)鳥氨酸循環(huán)，合成尿素，排出體外。

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。H2N2NH3+CO2+3ATP+3H2OC=O+2ADP+H2NAMP+4Pi第30頁/共61頁在植物體內(nèi)也有尿素的生成，植物體中含有脲酶，能將尿素水解：H2NC=O+H2O脲酶

2NH3+CO2H2N生成的氨可再循環(huán)利用。第31頁/共61頁（二）α-酮酸的代謝轉(zhuǎn)變1、還原氨基化:合成新AA。2、轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛椭?。生糖AA：分解生成丙酮酸和TCA循環(huán)的有機(jī)酸,通過糖異生作用轉(zhuǎn)化為糖?！狝A：代謝終產(chǎn)物為乙酰CoA或乙酰乙酰CoA的AA。（只有Leu、Lys是純粹的生酮AA）?！?、氧化為CO2和H2O。第32頁/共61頁碳骨架的氧化（肝臟中）第33頁/共61頁（三）脫羧產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化：胺：生理活性物質(zhì)。Lys－尸胺（戊二胺）鳥AA－腐胺（丁二胺）－精胺、亞精胺Trp－色胺－吲哚乙酸Ser－乙醇胺－膽堿－卵磷脂腦磷脂Cys－β-巰基乙胺Asp－β-丙氨酸CoA、ACP第34頁/共61頁

氨基酸

脫羧

CO2+胺氨基化脫氨

NH3

α-酮酸

新AA酰胺胺鹽尿素

糖CO2+H2O脂肪返回小結(jié)：※※第35頁/共61頁第三節(jié)氨基酸的生物合成一、氨基化作用（直接氨基化）

NH3+a-酮酸AA（一）氨的來源

1、生物固氮某些微生物，在常溫常壓下，將N2轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3的過程。第36頁/共61頁自然界的氮素循環(huán)硝酸鹽亞硝酸NH3生物固氮工業(yè)固氮固氮生物動(dòng)植物硝酸鹽還原大氣固氮大氣氮素巖漿源的固定氮火成巖反硝化作用氧化亞氮蛋白質(zhì)入地下水動(dòng)植物廢物死的有機(jī)體第37頁/共61頁

不需高溫高壓，節(jié)約能源，不污染環(huán)境；

生物固氮可以為農(nóng)作物提供氮肥

（2）固氮酶結(jié)構(gòu)（多功能酶）：

鐵蛋白+鉬鐵蛋白二者結(jié)合才有活性

（3）固氮酶催化的反應(yīng)及反應(yīng)條件（1）意義：第38頁/共61頁催化的反應(yīng)：N2+6H++6e-2NH3主要反應(yīng)N2O+2H++2e-N2+H2O

(N2O對(duì)固氮起競爭性抑制作用)2H3O++2e-2H2O+H2

(使還原性底物被還原)C2H2+2H++2e-C2H4

(固氮酶活性的測(cè)定)第39頁/共61頁

反應(yīng)條件：

A、電子供體NADPHB、ATP還原1molN2

需消耗12molATPC、厭氧環(huán)境固氮酶對(duì)O2十分敏感，要求在嚴(yán)格的厭氧環(huán)境下才能固氮第40頁/共61頁

在植物體內(nèi)N是以NH3進(jìn)入AA的，而植物從土壤中吸收的主要是硝酸鹽。

硝酸還原主要在葉中進(jìn)行，但在種子萌發(fā)初期或缺N的情況下，主要在根中進(jìn)行。2、硝酸鹽的還原作用NO3－

NRNO2－

NiRNH4+

NADH+H+NAD++H2ONADPH+H+NAD(P)++H2O第41頁/共61頁（1）NR（硝酸還原酶）（2）NiR（亞硝酸還原酶）NO3-+NAD(P)H+H+NO2-+NAD(P)++H2ONO2-+7H++6e-NiR

NH3+H2O

鐵氧還蛋白－NR

NAD(P)H－NRNR是誘導(dǎo)酶，我國吳相鈺和湯佩松在1957年首先發(fā)現(xiàn)。第42頁/共61頁（二）α-酮酸的來源1、來自糖代謝：Pyr、OAA、α

-Kg。2、來自GAC：CHO－COOH。3、來自脂類代謝。3、分解代謝產(chǎn)生的NH3第43頁/共61頁（三）氨的同化（氨基化作用）COOHCOOHC=O+NH3+NADH+H+

GDH

CHNH2+NAD+(CH2)2

(CH2)2+H2OCOOHCOOH1、Glu合成途徑

（1）Glu脫氫酶途徑（異養(yǎng)真核生物）GDH對(duì)NH3的親和力低，反應(yīng)要求較高的[NH3]。第44頁/共61頁（2）GS－GOGAT途徑（高等綠色植物）※※

GS：谷氨酰胺合成E；GOGAT：谷氨酸合ECOOHCOOHCHNH2CHNH2CH2+NH3+ATPGSCH2+ADP+PiCH2CH2COOHCONH2谷氨酸谷氨酰胺第45頁/共61頁COOHCOOHCOOHC=OCHNH2CHNH2CH2+CH2+NADPH·H+

GOGAT2CH2+NADP+CH2CH2CH2COOHCONH2COOH

谷氨酰胺谷氨酸總反應(yīng)：a-Kg+NH3+NADPH·H+

GS、GOGATGlu+NADP+第46頁/共61頁2、氨甲酰磷酸的合成（1）氨甲酰激ENH3+CO2+ATPMg2+H2N－C－PO3H2+ADPO（2）氨甲酰磷酸合成ENH3+CO2+2ATPMg2+H2N－C－PO3H2+2ADP+PiO在植物體內(nèi)，氨甲酰磷酸中的NH3來自Gln。第47頁/共61頁二、轉(zhuǎn)氨基作用

NH3Glu轉(zhuǎn)氨酶其它AA三、各族AA的合成不同生物合成AA的能力不同。動(dòng)物不能合成全部二十種AA，其中，在動(dòng)物體內(nèi)不能自身合成，必須由食物供給的AA稱“必需AA”。第48頁/共61頁CO2+H2O戊糖磷酸途徑葡萄糖葡糖-6-磷酸3磷酸-甘油酸丙酮酸三羧酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)核糖-5-磷酸酵解組氨酸色氨酸苯丙氨酸酪氨酸絲氨酸半胱氨酸甘氨酸亮氨酸異亮氨酸纈氨酸丙氨酸草酰乙酸α-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸蘇氨酸微生物和植物可以合成所有類型氨基酸。谷氨酸谷氨酰胺賴氨酸精氨酸脯氨酸第49頁/共61頁

根據(jù)AA合成的碳架來源不同，可將AA分為若干族。每一族中的AA有共同的碳架來源。1、丙氨酸族碳架來源：EMP途徑生成的丙酮酸成員：AlaValLeu。Ala丙酮酸a-酮基異戊酸轉(zhuǎn)氨EVala-酮基異己酸轉(zhuǎn)氨ELeu第50頁/共61頁

碳架來源：光呼吸乙醇酸途徑形成的乙醛酸或EMP途徑生成的3-PGA。成員：GlySerCys

2、絲氨酸族2乙醛酸2GlySer3-PGA3-磷酸羥基丙酮酸磷酸絲氨酸SerD-甘油酸3-羥基丙酮酸第51頁/共61頁SerO-乙酰絲氨酸Cys

S-SHS

XCH3COOHX

SHS3、天冬氨酸族碳架來源：TCA的OAA

成員：AspAsnLysThrIleMet第52頁/共61頁OAAAspAsnβ-天冬氨酸半醛

LysThrMetIle第53頁/共61頁4、谷氨酸族碳架來源：TCA的a-酮戊二酸成員：GluGlnProArgGlna-酮戊二酸Glu鳥氨酸瓜氨酸ArgPro羥脯氨酸第54頁/共61頁5、組氨酸和芳香氨基酸族

His的碳架來源：PPP的核糖-5-磷酸

芳香AA族：PPP的4-磷酸赤蘚糖（E-4-P）和EMP的PEP。成員：HisPheTyrTrpE-4-PTrp＋莽草酸分枝酸PEP預(yù)苯酸PheTyr莽草酸途徑第55頁/共61頁

光合作用呼吸作用CO2

葡萄糖乙醇酸