第7章蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢.ppt

第6章 蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢,本章着重讨论蛋白质在机体内的降解，以及氨基酸的分解和合成的共同代谢途径。,第一节 蛋白质的酶促降解 第二节 氨基酸的分解 第三节 氨基酸分解产物的转化 第四节 氨的同化及氨基酸的生物合成,哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶.弹性蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解成游离氨基酸，在小肠被吸收。 被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能直接排出体外，需经历各种代谢途径。 肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离氨基酸。,蛋白质消化吸收,蛋白质的降解,人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有全体蛋白的1%2%被降解、更新。 不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的t1/2约10天，肝脏的t1/2约18天，结缔组织蛋白的t1/2约180天，许多关键性的调节酶的t1/2 均很短。,第一节 蛋白质的酶促降解,一、蛋白酶的种类和专一性 肽酶（Peptidase） 蛋白酶(Proteinase),二、细胞内蛋白质降解 溶酶体途径: 无选择地降解蛋白质 泛肽（ubiguitin）途径: 给选择降解的蛋白质加以标记,一条是不依赖ATP的途径，在溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。 另一条是依赖ATP和泛素的途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。 泛素是一种8.5KD（76aa残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个aa残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。,真核细胞中蛋白质降解的两条途径,肽酶的种类和专一性,编号 名 称 作 用 特 征,3.4.11,3.4.13,-氨酰肽水解酶,(-aminoacyl peptide hydrolase),作用于多肽链的N-末端,-羧肽水解酶,(-carboxyl peptide hydrolase),作用于多肽链的C-末端,3.4.14,二羧肽水解酶,(depeptide hydrolase),水解二肽,蛋白酶的种类和专一性,编号 名 称 作用特征 实例,3.4.2.1,3.4.2.2,丝氨酸蛋白酶类,(serine pritelnase),活性中心含Ser,3.4.2.3,3.4.2.4,硫醇蛋白酶类,(Thiol pritelnase),活性中心含Cys,羧基（酸性）蛋白酶类,carboxyl(asid) pritelnase,活性中心含Asp,最适pH在5以下,金属蛋白酶类,(metallopritelnase),活性中心含有Zn2+ 、 Mg2+等金属,胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 凝血酶,木瓜蛋白酶 无花果蛋白酶 菠萝酶,胃蛋白酶 凝乳酶,枯草杆菌蛋白酶 嗜热菌蛋白酶,消化道内几种蛋白酶的专一性,蛋白质降解的泛肽途径,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶体,20S蛋白酶体,ATP,19S调节亚基,去折叠,水解,E1：泛肽激活酶 E2：泛肽载体蛋白 E3：泛肽-蛋白质连接酶,（ubiquitin）,第二节 氨基酸的分解,一、氨基酸代谢概况,三、氨基酸的脱羧基作用,二、氨基酸的脱氨基作用,氨基酸代谢概况,食物蛋白质,氨基酸,特殊途径,-酮酸,糖及其代谢中间产物,脂肪及其代谢中间产物,TCA,鸟氨酸循环,NH4+,NH4+,NH3,CO2,H2O,体蛋白,尿素,尿酸,激素,卟啉,尼克酰胺衍生物,肌酸胺,嘧啶,嘌呤,（次生物质代谢）,CO2,胺,二、氨基酸的脱氨基作用,4、非氧化脱氨基作用,1、氧化脱氨基作用,2、转氨基作用,3、联合脱氨基作用,1、氧化脱氨基作用,氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：,真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。 此酶是能使氨基酸直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。 ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。 ADP、GDP及某些氨基酸可激活此酶活性。因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于氨基酸分解供能（动物体内有10%的能量来自氨基酸氧化）。,2、转氨基作用,转氨酶 （辅酶：磷酸吡哆醛）,在转氨酶的催化下， -氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。（除Gly、Lys、Thr、Pro外 ）,-氨基酸,磷酸吡哆醛,醛亚胺,酮亚胺,磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛的作用机理,-酮酸,互变异构,动画,大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）.肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。 动物组织中，Asp转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),谷氨酰胺的生成和利用,3、联合脱氨基作用,（1）概念,（2）类型,a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。 机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。,转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,H20+NAD+,NH3+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,（骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主 ）,4、非氧化脱氨基作用,（1）脱硫氢基脱氨基作用 （2）还原脱氨基作用 （3）水解脱氨基作用 （4）脱水脱氨基作用 （5）氧化还原脱氨基作用 （6）脱酰胺基作用,谷氨酸胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶的作用下，分别发生脱酰胺基作用而形成相应的氨基酸。,脱酰胺基作用,两个氨基酸互相发生氧化还原反应，分别形成有机酸、酮酸和氨。,氧化还原脱氨基作用,以上的反应中，一个氨基酸是氢的供体，另一个氨基酸是氢的受体。,L-半胱氨酸的脱氨作用是由脱硫氢基酶催化的。,脱硫氢基脱氨基作用,L-丝氨酸和L-苏氨酸的脱氨基是利用脱水方式完成。催化该反应的酶以磷酸吡哆醛为辅酶。,脱水脱氨基作用,氨基酸在水解酶的作用下，产生羟酸和氨。,水解脱氨基作用,在严格无氧的条件下，某些含有氢化酶的微生物，能用还原脱氨基方式使氨基酸脱去氨基。,还原脱氨基作用,三、氨基酸的脱羧基作用,1、概念,3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）,不同动物排泄氨的方式,动物 方式 水生动物 氨 爬虫类 尿酸 两栖类 氨、尿素 鸟 类 尿酸 哺乳类 尿素,氨基丁酸是谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化脱羧的产物，它对中枢神经系统的传导有抑制作用。,天冬氨酸脱羧酶促使天冬氨酸脱羧形成丙氨酸，它是维生素泛酸的组成成分。,组胺可使血管舒张、降低血压，而酪胺则使血压升高。前者是组氨酸的脱羧产物，后者是酪氨酸的脱羧产物。,如果体内生成大量胺类，能引起神经或心血管等系统的功能紊乱，但体内的胺氧化酶能催化胺类氧化成醛，继而醛氧化成脂肪酸，再分解成二氧化碳和水。,aa脱羧酶专一性很强，每一种aa都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。 aa脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。 但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。,第三节 氨基酸分解产物的转化,一、氨的代谢转变,二、氨基酸碳骨架的转化途径,三、氨基酸与一碳基团,四、氨基酸与生物活性物质,一、氨的代谢转变,1、重新生成氨基酸,2、谷氨酰胺和天冬酰氨的生成,3、尿素的生成尿素循环,4、合成其他含N物质,谷氨酸的重新生成,在大脑中发生上述反应，大量消耗了-酮戊二酸和NADPH，引起中毒症状腦昏迷。 在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。,2、尿 素 的 生 成,（1）概念,（2）总反应和过程,不同动物排泄氨的方式,尿素循环,氨基酸,谷氨酸,谷氨酸,氨甲酰磷酸,鸟氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨琥珀酸,鸟氨酸,精氨酸,延胡索酸,草酰乙酸,氨基酸,谷氨酸,-酮戊二酸,2ADP+Pi,2ATP+CO2+NH3+H2O,1,细胞溶液,线粒体,尿素,-酮戊二酸,-酮戊二酸,2,3,4,5,肝昏迷（血氨升高，使-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。,天冬氨酸,二、氨基酸碳骨架的转化途径,1、再氨基化生成氨基酸,2、转变成糖或脂肪,生糖氨基酸 生酮氨基酸 生酮兼生糖氨基酸,3、氧化供能生成CO2和H2O,思考題：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成CO2、 H2O的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的ATP数。,生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的aa都称为生糖aa，它们都能生成Glc。如Asp、Asn、Ser、Gly、Thr、Ala、Cys、Glu、Gln、His、Arg、Pro、Met。 生酮氨基酸：Leu、Lys。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸。 Phe、Tyr、Ile、Trp是生酮兼生糖aa。,氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径,草酰乙酸,磷酸烯醇式酸,-酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰氨,丙酮酸,延胡索酸,琥珀酰CoA,乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸,丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸,谷氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 组氨酸 脯氨酸,异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸,苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸,异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸,葡萄糖,柠檬酸,一碳基团,在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO2），称为一碳基团，一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。, 一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化， 其辅酶为FH4 一碳基团和氨基酸代谢,-CH=NH 亚氨甲基 H-CO- 甲酰基 -CH2OH 甲醇基 -CH= 次甲基 -CH2- 亚甲基 -CH3 甲基,叶酸和 四氢叶酸（FH4或THF）,叶酸,N5，N10-CH2-FH4,一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH3-FH4,N5 ，N10 - CH2-FH4,N5， N10 = CH-FH4,N10 -CHO-FH4,N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶,N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶,环水化酶,丝氨酸,组氨酸苷氨酸,参与 甲基化反应,为胸腺嘧啶合成提供甲基,参与嘌呤合成,FH4,FH4,FH4,HCOOH,H2O,NAD+,NDAH+H+,NAD+,NDAH+H+,H+,参与嘌呤合成,酪氨酸代谢与黑色素的形成 色氨酸代谢与5-羟色胺与吲哚乙酸 磷酸肌酸的形成 谷氨酸与-氨基丁酸 组氨酸与组胺 半胱氨酸和牛磺酸,四、氨基酸与生物活性物质,人类遗传病与氨基酸代谢,白化病,尿黑酸症,精氨酸血症,精氨琥珀酸血症,氨甲酰磷酸合成酶缺乏症,同型胱氨酸尿症,淡棕色糖尿病,甲基丙二酸血症,苯丙酮尿症,组胺的作用,酪氨酸代谢与黑色素的形成,第 四节 氨的同化及氨基酸的生物合成,一、氨基酸的生物合成 二、生物固氮 三、硝酸还原和氨同化 四、氨基酸重要衍生物的 生物合成(自学),自然界的氮素循环,硝酸盐,亚硝酸,NH3,生物固氮,工业固氮,固氮生物,动植物,硝酸盐还原,大气固氮,大气氮素,岩浆源的固定氮,火成岩,反硝化作用,氧化亚氮,蛋白质,入地下水,动植物废物死的有机体,生物固氮的化学本质,e-,e-,e-,e-,生物固氮：通過微生物將分子氮轉化 為含氮化合物的過程。,固 N 酶, ATP酶活性：能催化ATP分解，从中获取能量推动电子向还原底物上转移。,（2）作用机理：,（3）特点：是一种多功能酶, 氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可 催化N2O化合物等还原。,（1）结构组成,二聚体（铁蛋白,2）、含Fe和S 形成Fe4S4簇,四聚体（钼铁蛋白,22） 含Mo、Fe和S,硝酸还原作用,（2）硝酸还原酶,(3) 亚硝酸还原酶,（1）硝酸还原作用的化学本质,植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化合物。,硝酸还原酶,a、铁氧还蛋白硝酸还原酶,b、NAD(P)H-硝酸还原酶,H2O,NO-3,+,2Fd还原态,+,2H+,NO-2,+,2Fd氧化态,+,+,NAD(P)H,+,H+,NO-2,+,NAD(P)+,+,H2O,亚硝酸还原酶,2H2O,a、铁氧还蛋白亚硝酸还原酶,NO-2,+,6Fd还原态,+,8H+,NH+4,+,6Fd氧化态,+,2H2O,b、NAD(P)H亚硝酸还原酶,NO-2,+,3NAD(P)H,+,NH+4,+,3NAD(P)+,+,5H+,+,氨的同化,1、谷氨酸的形成途径,2、氨甲酰磷酸的生成,3、谷氨酰氨的生成,一、氨基酸的生物合成,1、必需氨基酸 2、20种氨基酸的生物合成概况 3、氨基酸生物合成的调节,必需氨基酸的概念,Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp (His、 Arg),凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。,人的必需氨基酸：,二十种氨基酸的生物合成概况,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙氨酸族,丝氨酸族,His 和芳香族,氨基酸生物合成的分族情况,（1）丙氨酸族 丙酮酸 Ala、Val、Leu （2）丝氨酸族 甘油酸-3-磷酸 Ser、Gly、Cys （3）谷氨酸族 -酮戊二酸 Glu、Gln、Pro、Arg （4）天冬氨酸族 草酰乙酸 Asp、Asn、Lys、Thr、Ile、Met （5）组氨酸和芳香氨基酸族 磷酸核糖 His 磷酸赤藓糖+PEP Phe、Tyr、Trp,3、氨基酸生物合成的调节,(1) 通过终端产物对氨基酸 生物合成的抑制 (2) 通过酶生成量的改变调节 氨基酸的生物合成,氨基酸合成的反馈调控,反硝化作用,氧化亚氮,氨甲酰磷酸,分支酸,脱氧庚酮糖酸-7-磷酸,天冬氨酸,天冬氨酰磷酸,赤藓糖-4-磷酸,脱氢奎尼酸,莽草酸,谷氨酸,磷酸烯醇式丙酮酸,+,预苯酸,Try,Phe,Trp,Ile,Trp,His,CTP,AMP,Gln,Lys,Met,Thr,酮丁酸,Gly,Ala,谷氨酰胺合酶,天冬氨酰半醛,高丝氨酸,氨基苯甲酸,