蛋白质的酶促降解.ppt

第八章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢,主要内容,第一节 蛋白质的酶促降解 第二节 氨基酸的降解与转化 第三节 氮素同化作用 第四节 氨基酸的生物合成,本章教学目的要求： 掌握蛋白质的酶促降解过程，氨基酸的分解、转化、生物合成；了解氨的同化及氨基酸的生物合成。 重点、难点： 氨基酸的降解，氨的同化、氨基酸的生物合成。,第一节 蛋白质的酶促降解 一、肽酶 （Peptidase） 1、概念：肽链端解酶，作用于肽链的末端，将氨基酸一个一个的或两个两个的从多肽链上分解出来，产生氨基酸或二肽(二肽酶)。 2、分类： 羧肽酶：作用于肽链的羧基末端 氨肽酶：作用于肽链的氨基末端,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,二、蛋白酶(Proteinase) 1、概念：肽链内切酶，作用于肽链内部，将蛋白质分解成长度较短的含氨基酸分子数较少的多肽链。 2、植物含有的特殊蛋白酶 木瓜蛋白酶：医药上用于治疗消化不良，工业上用于对啤酒澄清和作肉类嫩化剂。 菠萝蛋白酶；啤酒澄清，面包（有弹性、疏松） 种子发芽时，蛋白酶活性增强。 在许多食虫植物中，发现有强烈分解蛋白质的酶类，这些蛋白酶可分解捕获到的虫体蛋白，供植物吸收利用。 3、动物中：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶,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,第二节 氨基酸的降解与转化,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,尼克酰氨衍生物,肌酸胺,嘧啶,嘌呤,SO4 2 -,（次生物质代谢）,CO2,胺,一、脱氨基作用 （Deamination） AA失去氨基的作用。 （一）氧化脱氨（主要存在于动植物中） 产物为相应的酮酸。,1、氧化专一氨基酸 （Glu脱氢酶）,2、L-氨基酸氧化酶，分布不广、活力低，一类以FAD为辅基、另一类以FMN为辅基（人和动物）。,3、D-氨基酸氧化酶，以FAD为辅基，分布广，但作用不大。,（二）非氧化脱氨（主要存在于微生物中） 1、还原脱氨基作用 严格无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物，产物是脂肪酸。,R-CH-COO- 2H 氢化酶 R-C-COO- NH+3 O +NH3,2、水解脱氨基作用 产物是羟酸和氨,3、脱水脱氨基作用 LSer和LThr在脱水酶作用下脱氨，辅酶是磷酸吡哆醛。,4、脱硫氢基脱氨基作用 LCys，由脱硫氰基酶催化。,5、氧化还原脱氨基作用 两个AA相互发生氧化还原反应，分别生成有机酸、酮酸和氨。,酶 R-CH-COOH+ R-CH-COOH+H2O NH2 NH2 R-C-COOH+ R-CH2-COOH+2NH3 O,6、解氨酶催化的脱氨基作用 苯丙氨酸解氨酶PAL催化苯丙氨酸Phe和酪氨酸Tyr。 Phe 反式肉桂酸，可进一步转化为香豆素、木素、单宁等次生物质。 Tyr 反式香豆酸，可转化为P羟苯甲酸，后者可参加CoQ（泛醌）的合成。,7、脱酰氨基作用 对谷氨酰胺Gln、天冬酰胺Asn的脱氨作用。,谷氨酰胺酶 Gln+H2O Glu+NH3 天冬酰胺酶 Asn+ H2O Asp+NH3,8、联合脱氨作用 A：以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用（广泛存在）,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,B：通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用（骨骼肌、心肌、肝脏、脑中）,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,二、脱羧基作用（Decarboxylation） AA在脱羧酶作用下发生脱羧基反应，形成胺类化合物。 AA脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。专一性强。 只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。,生成的胺类化合物少数有生理活性作用，其它有毒性。 谷氨酸：经谷氨酸脱羧酶 氨基丁酸（GABA） 琥珀酸 TCA（氨基丁酸在动物中作为神经递质，在植物中可提高植物抗性，如发芽、缺水、厌氧条件下） 色氨酸：经脱氨、脱羧 吲哚乙酸（植物生长素） 丝氨酸：经脱羧 乙醇胺（脑磷脂的成分） 胆碱 赖氨酸：经脱羧 尸胺 鸟氨酸：经脱羧 腐胺 精氨酸：经脱羧 鲱精氨 腐胺 组氨酸：经脱羧 组胺（有降血压作用） 酪氨酸；经脱羧 酪胺（有升高血压作用）,重要氨基酸的脱羧基作用 谷氨酸,-氨基丁酸（GABA）： 对中枢神经系统的传导具有抑制作用； VB6是其辅酶，因此临床上用VB6防治神经性妊娠呕吐及小孩抽搐； 主要存在于大脑中。,组氨酸 组胺： 血管舒张剂，具有扩张血管降低血压功效； 促进胃液分泌； 动物性食物腐败产生大量组胺。,酪氨酸 酪胺：使血压升高。,色氨酸 5-羟色胺（5-HT，血清素）： 促进微血管收缩、血压升高和促进肠胃蠕动； 促进睡眠； 与神经兴奋传导有关，当其浓度降低时，痛阈降低。,三、羟化作用 酪氨酸酶 1/2O2 多巴脱羧酶 酪氨酸 3，4二羟苯丙氨酸（多巴） 3，4二羟苯乙胺（多巴胺）CO2 应用： 1、多巴进一步氧化为聚合物黑素。马铃薯、苹果、梨等切开后变黑，是由于黑素造成的。 2、人体的皮肤和毛发呈黑色，是因为人体表皮基底层及毛囊有成黑素细胞，酪氨酸在其中可转变为黑素。 3、在动物体内，多巴、多巴胺可生成肾上腺素和去甲肾上腺素，它们是重要的动物激素；在植物体内，多巴、多巴胺可进一步生成生物碱。,四、AA分解产物的去向 （一）NH3的去向-尿素循环 1、排氨作用 高等动植物均有保留并重新利用氨的能力，但是动物有一部分氨必须排除体外，氨的排泄是生物体维持正常生命活动的一种代谢方式。,氨有毒，高等动物的脑组织对氨相当敏感，血液中含1%氨即可引起中枢神经系统中毒（语言紊乱、视力模糊、甚至昏迷死亡。 机理：高浓度的氨与-酮戊二酸形成谷氨酸，使大脑中的-酮戊二酸大量减少，导致TCA循环无法正常进行，从而引起脑功能受损）。,脱氨产生的氨对生物组织是有毒的，必须将氨转变为无毒的化合物： A：如果组织内含有足够的碳水化合物，氨可以与由碳水化合物转变成的酮酸发生氨基化（如氧化脱氨的逆反应），重新生成氨基酸。 B：有些植物组织含有大量的有机酸，氨可以与有机酸形成有机酸盐。 C：酰胺的形成起着消除氨的作用。,不同生物排氨方式各异： 陆生脊椎动物：尿素 水生或海洋动物（原生动物、线虫、鱼类、水生两栖类）：氨态氮，排氨动物 鸟类、爬虫类：固体尿酸，排尿酸动物 蜘蛛：鸟嘌呤 鱼类：氧化三甲胺 高等植物：一般不排氨，多余的氨以酰胺的方式储存,2、尿素循环 NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2Pi + AMP +PPi+延胡索酸,NH3+CO2+2ATP,氨甲酰磷酸 Pi Asp 延胡索酸,鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸,H2O 尿素,1、瓜氨酸的生成,2、精氨琥珀酸的生成 这个需要ATP的反应是由精氨琥珀酸合成酶催化的。,3、精氨酸和延胡索酸的生成 精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶的催化下裂解,4、鸟氨酸和尿素的生成 精氨酸酶催化精氨酸的胍基水解,鸟氨酸循环,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,天冬氨酸,ATP,AMP+PPi,H2O,2ATP+CO2+NH3+H2O,2ADP+Pi,基质,线粒体,胞液,尿素,（二）酮酸的去向 1、氧化途径 2、变为糖和脂肪 （1）生糖氨基酸:某些氨基酸可以生成丙酮酸或TCA中间产物离开TCA时生成草酰乙酸，然后沿糖异生途径转变为糖，这类氨基酸叫生糖氨基酸。 （2）生酮氨基酸：有些AA的代谢终产物为乙酰CoA或乙酰乙酰CoA，后者在某些情况下如饥饿、糖尿病等在动物体肝脏内可转变为酮体（乙酰乙酸、羟丁酸和丙酮）。 乙酰CoA 脂肪 3、用于合成新的氨基酸。,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,第三节 氮素同化作用 一、自然界的N素循环,自然界的氮素循环,硝酸盐,亚硝酸,氮,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,二、生物固氮的生物化学 1、概念：指某些微生物或藻类通过其体内的固氮酶复合体的作用把分子氮转变为氨的作用。 2、意义 可增加农作物的氮肥来源，而且可节约大量能源，减少环境污染（工业污染）。 通过基因工程技术，使不能固氮的禾本科植物也能象豆科作物那样固氮，可望提高产量。 A：把豆科植物的结瘤基因导入其它作物，使之对固氮菌的感染作出恰当反应； B：改变根瘤菌的遗传结构，使之能与非豆科植物的根结合形成根瘤，即扩大根瘤菌的寄主范围； C：直接导入固氮基因。,3、固氮生物 细菌、放线菌、蓝细菌（蓝藻）等原核微生物。 （1）自生固氮微生物 利用光能进行氮素还原：鱼腥藻、念珠藻等蓝藻，红螺菌、红色极毛杆菌、绿杆菌等。 利用化学能进行固氮：如贝氏固氮菌、德氏固氮菌、厌气性的巴斯德梭菌、兼厌气性的克氏杆菌。 （2）共生固氮微生物 根瘤菌与豆科植物，蓝藻与蕨类植物红萍 。,共生固氮根瘤,固氮根瘤 (Nitrogen-fixing Nodules),4、固氮的生物化学 （1）固氮酶 结构：由两种铁硫蛋白组成：钼铁蛋白，铁蛋白。 （2）固氮酶的反应 N26e6H 2NH3 N2O2H2e N2H2O 2H2e H2 C2H22H2e C2H4,固氮酶复合物的酶和辅助因子,铁钼中心,Mo,Fe,S,ADP,固氮酶钼铁与氮 的可能结合,反应条件： A：还原剂，铁氧还蛋白，由NADPHH供氢 B：ATP，每传递两个电子约消耗45个ATP。还原N2需12ATP，因此豆科植物在固氮的同时，还要提高淀粉、PRO产量是一个挑战，因为根系消耗了ATP总量的1/5用于固氮。 C：厌氧环境，因固氮酶对氧十分敏感，需严格厌氧。固氮酶具有防氧机理：固氮菌通过呼吸消耗氧，根瘤菌的豆血红蛋白与氧结合。,（3）氢代谢 A：固氮酶的放氢反应： 2H2e H2 要求ATP，不为CO抑制。 B：氢酶的放氢反应 氢酶存在于固氮生物中，也是一种铁硫蛋白。 2铁氧还蛋白氧化态H2 2铁氧还蛋白还原态2H 不需ATP，可被CO抑制。,三、硝酸还原作用 将NO3、NO2还原为NH3的作用。 部位：根和叶，以叶为主； 在种子萌发初期或缺氧时，以根为主。,硝酸还原作用的化学本质,（一）硝酸还原酶 NO3 NO2 1、铁氧还蛋白硝酸还原酶 以铁氧还蛋白为电子供体 存在于：蓝绿藻，光合细菌，化能合成细菌 2、NAD（P）H硝酸还原酶 以NAD（P）H为电子供体 存在于：真菌，绿藻，高等植物,硝酸还原酶,1、铁氧还蛋白硝酸还原酶,2、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,（二）亚硝酸还原酶 NO2 NH3 1、铁氧还蛋白亚硝酸还原酶 存在于光合生物中 2、NAD（P）H亚硝酸还原酶 存在于非光合生物中,亚硝酸还原酶,2H2O,1、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,2、NAD(P)H亚硝酸还原酶,NO-2,+,3NAD(P)H,+,NH+4,+,3NAD(P)+,+,5H+,四、氨的同化 由氮素固定的氨和硝酸还原生成的氨转变为含氮有机物的作用。 （一）谷氨酸的形成途径 1、谷氨酸脱氢酶途径 这是异养真核生物（如真菌）的氨同化的主要途径，要求NH3高。,2、谷氨酰胺合酶、谷氨酸合酶途径 这是高等植物的氨同化的主要途径。,总反应式为： Gln合成酶 -酮戊二酸+NH3+ATP+NAD（P）H+H+ Fd还原态+2H+ Glu合成酶 Glu+ADP+Pi+NAD（P）+ Fd氧化态,（二）氨甲酰磷酸的形成 无机氨 含N有机物，有2个反应。 1、氨甲酰基酶催化： 氨甲酰基酶 O NH3+CO2+ATP H2N-C-O- +ADP Mg2+,P,2、氨甲酰磷酸合成酶：,氨甲酰基酶 O NH3+CO2+2ATP H2N-C-O- +2ADP+Pi Mg2+,P,第四节 氨基酸的生物合成 一、转氨作用（Transamination） 由一种AA把它的分子上的氨基转移至其他酮酸上，以形成另一种AA。反应的通式为：,R-CH-COOH+ R-C-COOH 转氨酶 NH2 O R-C-COOH+ R-CH-COOH O NH2,转氨酶 （辅酶：磷酸吡哆醛）,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),谷丙转氨酶（GPT） 催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨作用。 谷丙转氨酶以肝脏中活力最大，当肝细胞损伤时，酶就释放到血液内。因此临床上常以此来判断肝功能的正常与否。,谷草转氨酶（GOT） 催化谷氨酸与草酰乙酸的转氨作用。 GOT以心脏中活力最大，其次是肝脏。临床上常以此作为心肌梗塞、心肌炎的辅助判断指标。,转氨作用的重要性： 1、在氨基酸合成代谢中，所有氨基酸