生物化學(xué)與分子生物學(xué)：13-蛋白質(zhì)的降解和氨基酸的代謝

第13章蛋白質(zhì)的降解和氨基酸的代謝第13章蛋白質(zhì)的降解和氨基酸代謝蛋白質(zhì)的降解氨基酸的脫氨基作用鳥氨酸循環(huán)氨基酸的脫羧基作用氨基酸的分解代謝氨基酸的生物合成第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解（體內(nèi)降解）高等動(dòng)物需要不斷地從外界攝取蛋白質(zhì)以維持組織細(xì)胞的生長(zhǎng)蛋白質(zhì)的存活時(shí)間（lifetime）短的幾分鐘，長(zhǎng)的幾天或更長(zhǎng)活細(xì)胞內(nèi)的組分一直在更新為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供能量第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解細(xì)胞外的降解細(xì)胞內(nèi)的降解第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解一、細(xì)胞外的降解消化道中的消化（酶解）

胃胃蛋白酶

小腸胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶（A、B）氨肽酶第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解一、細(xì)胞外的降解1.胃蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解胃蛋白酶原（Pepsinogen）胃酸胃蛋白酶（Pepsin）+第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解一、細(xì)胞外的降解1.胃蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解NHHCR1OCNHHCR2OCNHHCR3OCR1和R2=Phe、Trp、Tyr、Leu及其他疏水氨基酸R1=Pro不水解第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解一、細(xì)胞外的降解2.小腸蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解NHHCR1OCNHHCR2OCNHHCR3OCR1=Lys、Arg（專一要求，水解快）胰蛋白酶R2=Pro（抑制水解）R1=Phe、Trp或Tyr（水解速度快）糜蛋白酶R2=Pro（抑制水解）氨肽酶羧肽酶第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解二、細(xì)胞內(nèi)的降解細(xì)胞有選擇地降解非正常蛋白質(zhì)，不同酶有不同的半衰期（half-life）。降解最迅速的酶都位于重要的代謝調(diào)控位點(diǎn)，而較為穩(wěn)定的酶在所有生理?xiàng)l件下都有較穩(wěn)定的催化活性。第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解二、細(xì)胞內(nèi)的降解1.溶酶體的蛋白質(zhì)降解（lysosome）含有多種酸性蛋白水解酶類非特異性的蛋白質(zhì)降解第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解二、細(xì)胞內(nèi)的降解2.泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解（ubiquitin）蛋白質(zhì)的泛素化泛素化的靶蛋白由蛋白酶體降解第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解二、細(xì)胞內(nèi)的降解2.泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解——蛋白質(zhì)的泛素化E1:泛素活化酶（Ubiquitin-activatingenzyme）

E2:泛素結(jié)合酶（ubiquitin-conjugatingenzyme）

E3:泛素蛋白質(zhì)連接酶（ubiquitin-proteinligase）2.泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解二、細(xì)胞內(nèi)的降解第一節(jié)蛋白質(zhì)的降解二、細(xì)胞內(nèi)的降解2.泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解（總結(jié)）泛素化蛋白質(zhì)的降解：

依賴于ATP26S蛋白酶體（26sproteasome）（大的多蛋白質(zhì)復(fù)合物）第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基作用氨基酸失去氨基的作用動(dòng)物體內(nèi)大多數(shù)組織均可進(jìn)行第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用一、氧化脫氨基作用1.概念指氨基酸在酶的作用下伴有氧化的脫氨基反應(yīng)氨基酸氧化酶氨基酸脫氫酶L-氨基酸氧化酶D-氨基酸氧化酶專一性氨基酸氧化酶

L-谷氨酸脫氫酶+O222第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用一、氧化脫氨基作用2.L-氨基酸氧化酶是一種黃素蛋白，以FAD或FMN為輔基對(duì)甘氨酸、含羥基的氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸幾乎沒有催化作用在體內(nèi)的分布不廣第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用一、氧化脫氨基作用3.D-氨基酸氧化酶以FMN為輔基，對(duì)D-丙氨酸和D-甲硫氨酸的作用較快第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用一、氧化脫氨基作用4.L-谷氨酸脫氫酶分布：Liver，Kidney，Brain不需氧脫氫酶，輔酶：NAD+orNADP+

別構(gòu)抑制：GTP、ATP別構(gòu)激活：GDP、ADP

還原脫氨基作用

水解脫氨基作用第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用二、非氧化脫氨基作用主要存在于微生物中（動(dòng)物中也有發(fā)現(xiàn)）

脫水脫氨基作用

脫硫氫基脫氨基作用

氧化—還原脫氨基作用

脫酰氨基作用第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用二、非氧化脫氨基作用1.還原脫氨基作用第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用二、非氧化脫氨基作用2.水解脫氨基作用第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用二、非氧化脫氨基作用3.脫水脫氨基作用絲氨酸可在絲氨酸脫水酶的催化下生成氨和丙酮酸第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用二、非氧化脫氨基作用4.脫硫化氫脫氨基作用半胱氨酸可在脫硫化氫酶的催化下生成丙酮酸和氨第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用二、非氧化脫氨基作用5.氧化—還原脫氨基作用6.脫酰胺基作用第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用二、非氧化脫氨基作用廣泛存在于各類生物中，具有相當(dāng)高的專一性第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用三、轉(zhuǎn)氨基作用1.轉(zhuǎn)氨作用（transamination）指-氨基酸和酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用(transaminase)第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用三、轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨酶的種類很多2.轉(zhuǎn)氨酶（transaminase）多數(shù)以α-酮戊二酸作為專一性的氨基受體根據(jù)氨基供給者命名催化天冬氨酸轉(zhuǎn)氨基的酶稱為天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用三、轉(zhuǎn)氨基作用谷丙轉(zhuǎn)氨酶(glutamicpyruvictransaminase,GPT)谷草轉(zhuǎn)氨酶(glutamicoxaloacetictransaminase,GOT)2.轉(zhuǎn)氨酶（transaminase）GPTCOOHCH2CH2CHCOOHNH2CH3CHNH2COOHCH3COCOOHCOOHCH2CH2COCOOH第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用三、轉(zhuǎn)氨基作用3.轉(zhuǎn)氨作用機(jī)制第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用四、聯(lián)合脫氨基作用1.轉(zhuǎn)氨酶和L-谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合脫氨基作用α-KG轉(zhuǎn)氨酶谷氨酸脫氫酶第二節(jié)氨基酸的脫氨基作用四、聯(lián)合脫氨基作用2.轉(zhuǎn)氨酶與腺苷酸脫氨酶的聯(lián)合脫氨基作用轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸脫氨酶延胡索酸酶蘋果酸脫氫酶第三節(jié)氨的排泄——鳥氨酸循環(huán)氨基酸氨對(duì)動(dòng)物有毒高等動(dòng)物的腦組織對(duì)氨極為敏感第三節(jié)氨的排泄——鳥氨酸循環(huán)氨的代謝去路氨的轉(zhuǎn)運(yùn)氨的排泄鳥氨酸循環(huán)高氨血癥與氨中毒第三節(jié)氨的排泄一、氨的代謝去路合成酰胺合成氨基酸合成……排到體外第三節(jié)氨的排泄二、氨的轉(zhuǎn)運(yùn)有毒的氨在血液中運(yùn)輸?shù)姆绞剑ㄝd體）：丙氨酸谷氨酰氨丙氨酸——葡萄糖循環(huán)谷氨酰氨的合成與分解第三節(jié)氨的排泄二、氨的轉(zhuǎn)運(yùn)1.丙氨酸——葡萄糖循環(huán)第三節(jié)氨的排泄二、氨的轉(zhuǎn)運(yùn)1.丙氨酸——葡萄糖循環(huán)第三節(jié)氨的排泄二、氨的轉(zhuǎn)運(yùn)2.谷氨酰氨的合成與分解第三節(jié)氨的排泄二、氨的轉(zhuǎn)運(yùn)2.谷氨酰氨的合成與分解谷氨酰胺酶H2ONH3第三節(jié)氨的排泄三、氨的排泄原生動(dòng)物、線蟲以及魚類NH4+陸生爬蟲類和鳥類Uricacid第三節(jié)氨的排泄三、氨的排泄陸生高等動(dòng)物和人類Urea第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)1.尿素合成的部位肝臟正常成人尿素氮占排氮總量的80%～90%第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)2.尿素合成的反應(yīng)過程1932，德國學(xué)者HansKrebs尿素循環(huán)(ureacycle)鳥氨酸循環(huán)(ornithinecycle)(Arg)(Orn)第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)2.尿素合成的反應(yīng)過程氨甲酰磷酸的合成瓜氨酸的合成由瓜氨酸合成精氨基琥珀酸Arg的生成Arg的水解第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)2.尿素合成的反應(yīng)過程——氨甲酰磷酸的合成CPS-Ⅰ第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)2.尿素合成的反應(yīng)過程——氨甲酰磷酸的合成第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)2.尿素合成的反應(yīng)過程——瓜氨酸的合成離開線粒體進(jìn)入細(xì)胞液鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)2.尿素合成的反應(yīng)過程——精氨酸的合成第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)2.尿素合成的反應(yīng)過程——精氨酸水解生成尿素進(jìn)入線粒體第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)2.尿素合成的反應(yīng)過程第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)2.尿素合成的反應(yīng)過程與CPS-Ⅰ一起存在于肝細(xì)胞的線粒體內(nèi)的AGA是該酶的別構(gòu)激活劑第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)3.尿素合成的調(diào)控氨甲酰磷酸合成酶I與CPS-Ⅰ一起存在于肝細(xì)胞的線粒體內(nèi)的AGA是該酶的別構(gòu)激活劑第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)3.尿素合成的調(diào)控氨甲酰磷酸合成酶I(AGA)Arg第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)3.尿素合成的調(diào)控尿素合成酶系的調(diào)節(jié)精氨琥珀酸合成酶的活性最低，是尿素合成酶的限速酶食物蛋白質(zhì)的影響高蛋白質(zhì)膳食時(shí)，尿素合成的速度加快，反之，速度慢！總方程式第三節(jié)氨的排泄四、尿素的合成——鳥氨酸循環(huán)4.尿素合成（循環(huán)）總結(jié)第三節(jié)氨的排泄五、高氨血癥和氨中毒肝功能嚴(yán)重受損尿素合成酶的遺傳缺陷尿素合成障礙血氨濃度增高腦功能障礙或不可逆的腦損傷（高血氨癥）（氨中毒）第四節(jié)氨基酸的脫羧基作用第五節(jié)氨基酸的分解代謝生糖氨基酸和生酮氨基酸氨基酸與一碳單位氨基酸與生物活性物質(zhì)氨基酸碳骨架的降解氨基酸代謝缺陷癥第五節(jié)氨基酸的分解代謝RCH-COOHNH2RCOCOOH+NH3脫氨基脫羧基RCH2NH2+CO2

一、氨基酸碳骨架的降解（酮酸的代謝去路）酮酸形成丙酮酸形成-酮戊二酸形成琥珀酰CoA形成草酰乙酸形成乙酰CoA

乙酰乙酸延胡索酸合成新氨基酸轉(zhuǎn)變成糖和脂肪直接氧化成H2O和CO2第五節(jié)氨基酸的分解代謝一、氨基酸碳骨架的降解第五節(jié)氨基酸的分解代謝第五節(jié)氨基酸的分解代謝二、生糖氨基酸和生酮氨基酸生糖氨基酸（Glucogenicaminoacids）生酮氨基酸（Ketogenicaminoacids）生糖兼生酮氨基酸or生酮兼生糖氨基酸（Glucogenicandketogenicaminoacids）Ile,Tyr,Trp，phe，ThrLeu，Lys第五節(jié)氨基酸的分解代謝二、生糖氨基酸和生酮氨基酸第五節(jié)氨基酸的分解代謝三、氨基酸與一碳單位1.一碳單位的概念具有一個(gè)碳原子的有機(jī)基團(tuán)“一碳單位（onecarbonunit）”“一碳基團(tuán)（onecarbongroup）”第五節(jié)氨基酸的分解代謝三、氨基酸與一碳單位2.一碳單位的形式亞氨甲基甲酰基羥甲基亞甲基（甲叉基）次甲基甲基—CH=NHHCO——CH2OH—CH2——CH=—CH3第五節(jié)氨基酸的分解代謝三、氨基酸與一碳單位3.一碳單位的作用是生物體各種化合物甲基化的主要來源。第五節(jié)氨基酸的分解代謝四、氨基酸與生物活性物質(zhì)生物體在生命活動(dòng)過程中有許多由氨基酸合成的、對(duì)生命活動(dòng)具有重要調(diào)節(jié)作用的生物活性物質(zhì)。第五節(jié)氨基酸的分解代謝四、氨基酸與生物活性物質(zhì)第五節(jié)氨基酸的分解代謝五、氨基酸代謝缺陷癥氨基酸代謝中某一種酶的缺乏致使該酶的作用物在血或尿中大量出現(xiàn)。第六節(jié)氨基酸的生物合成氨基酸生物合成概述氨基酸生物合成的碳源氨基酸生物合成的氮源氨基酸生物合成過程氨基酸生物合成的調(diào)控第六節(jié)氨基酸的生物合成一、氨基酸生物合成概述1.氨基酸生物合成的主要途徑α-酮酸還原氨化轉(zhuǎn)氨作用氨基酸的相互轉(zhuǎn)化第六節(jié)氨基酸的生物合成二、氨基酸生物合成的氮源1.某些微生物和藻類的生物固氮作用2.大多數(shù)植物和微生物利用土壤中的硝酸鹽、亞硝酸鹽，經(jīng)相應(yīng)還原酶催化合成NH33.動(dòng)物體內(nèi)含氮化合物的分解代謝產(chǎn)生NH3機(jī)體通過體內(nèi)固氮酶系的作用將大氣中的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡倪^程第六節(jié)氨基酸的生物合成三、氨基酸生物合成的碳源氨基酸生物合成的直接碳源是酮酸碳骨架的來源是糖酵解、磷酸戊糖途徑及檸檬酸循環(huán)的中間物第六節(jié)氨基酸的生物合成四、氨基酸生物合成的途徑——個(gè)別氨基酸的合成代謝大多數(shù)氨基酸的合成是通過轉(zhuǎn)氨作用從谷氨酸得到-氨基，谷氨酰氨是另一個(gè)主要的氨供體根據(jù)氨基酸合成過程中碳骨架來源的不同，可將氨基酸的生物合成分為多個(gè)類型第六節(jié)氨基酸的生物合成四、氨基酸生物合成的途徑-酮戊二酸衍生型草酰乙酸衍生型丙酮酸衍生型3-磷酸甘