氨基酸的分解与合成PPT课件.ppt

蛋白质降解及氨基酸代谢 1 第一节蛋白质降解 蛋白酶种类细胞外降解细胞内降解 2 一 蛋白酶的种类 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 serinepritelnase 活性中心含Ser 3 4 2 3 3 4 2 4 硫醇蛋白酶类 Thiolpritelnase 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蛋白酶 胃蛋白酶凝乳酶 枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶 3 消化道内几种蛋白酶的专一性 4 二 胞外蛋白质的降解 胰腺 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶 小肠 羧肽酶 A B 氨肽酶 胃 胃蛋白酶 5 三 胞内蛋白质的降解 1不依赖于ATP的降解途径发生在溶酶体 6 依赖于ATP的降解途径需要泛素N 端规则和 PEST 序列降解发生在蛋白酶体高度调控 7 泛素 泛素广泛存在于古细菌和所有的真核生物 但不存在于真细菌 它由76个氨基酸残基组成 是一种高度保守的蛋白质 在三维结构上 泛素则是一个结构紧密的球蛋白 但其C 端四肽序列 Leu Arg Gly Gly 离开蛋白主体伸向水相 这有助于它与其它蛋白质形成异肽键 泛素本身并不降解蛋白质 它仅仅是给降解的靶蛋白打上标记 降解过程由26S蛋白酶体执行 泛素是一种热激蛋白 8 泛素的三维结构及其与靶蛋白形成的异肽键 9 泛酰化酶E1 泛素活化酶E2 泛素结合酶E3 泛素连接酶 10 蛋白质泛酰化与蛋白质的定向水解 11 泛酰化的类型及其功能 12 蛋白酶体 20S核心颗粒 CP 形状如桶 为大的多功能蛋白酶复合物 降解细胞内多聚泛酰化的蛋白质19S帽状调节颗粒 RP 负责识别泛酰化的蛋白质 并将它们去折叠以及输送到CP的蛋白酶活性中心 26S 13 蛋白酶体的结构以及靶蛋白进入蛋白酶体的水解过程 14 蛋白质降解的泛肽途径 E1 SH E1 SH E2 SH E2 SH ATPAMP 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 ubiquitin 15 N 端规则 一种蛋白质的半衰期与N 端氨基酸的性质有关 如果一种蛋白质N端的氨基酸是Met Ser Ala Thr Val或Gly 则半衰期较长 大于20个小时 如果一种蛋白质的N端氨基酸是Phe Leu Asp Lys或Arg 则半衰期较短 3分钟或者更短 16 N 端氨基酸与蛋白质半寿期之间的关系 17 PEST蛋白 富含Pro P Glu E Ser S 和Thr T 序列的蛋白质质被称为PEST蛋白 它们比其他蛋白质更容易发生水解 18 第二节氨基酸代谢 氨基酸降解氨基的去除羧基的去除碳骨架的命运生酮氨基酸和生糖氨基酸氨基的排泄和解毒氨基酸合成 19 1 氧化脱氨基 1氨基的去除 一氨基酸降解 20 L 氨基酸氧化酶 D 氨基酸氧化酶 专一性氨基酸氧化酶 L 谷氨酸脱氢酶 L glutamatedehydrogenase 催化氨基酸氧化脱氨的酶 21 谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氨基反应 22 分布 Liver Kidney Brain不需氧脱氢酶 辅酶 NAD orNADP 别构抑制 GTP ATP别构激活 GDP ADP L 谷氨酸脱氢酶 23 2 转氨基反应 转氨基反应是指一种氨基酸的氨基被转移到一种 酮酸的酮基上形成一种新的氨基酸和一种新的 酮酸的过程 催化此反应的酶被称为转氨酶 转氨反应是完全可逆的 因此它既参与氨基酸的降解 又参与氨基酸的合成 转氨酶有多种 但是每一种转氨酶都需要磷酸吡哆醛作为辅基 而且绝大多数转氨酶以谷氨酸作为氨基的供体或者以 酮戊二酸为氨基的受体 并不是所有的氨基酸都可以发生转氨基反应 Thr Pro lys是例外 24 Transaminases Pyridoxalphosphate 25 转氨基反应 26 谷草转氨酶催化的转氨基反应 27 3 联合脱氨基 28 2羧基的去除 概念 脱羧产物的进一步转化 次生物质代谢 29 30 3碳骨架的命运 生糖氨基酸 其他生酮氨基酸 Leu Lys生酮兼生糖氨基酸 Trp Thr Tyr Ile Phe tttip 31 氨基酸碳骨架的代谢 32 4铵离子的命运 直接排出体外植物将其转变成Asn Asn合成酶 动物将其转变成Gln Gln合成酶 尿素或尿酸 33 N的命运 34 植物的氨解毒 35 动物的氨解毒 36 谷氨酰胺合成酶 GS 产生生物活性酰胺N 大肠杆菌的GS为例 该酶是一种十二聚体蛋白动物的GS参与铵毒的解除 特别在脑细胞 GS受到严格的调控Gln的酰胺N被用于氨基酸 核苷酸和氨基糖的合成 37 大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的活性调节 38 大肠杆菌GS的调节 它共受到9种物质的反馈抑制 这9种反馈抑制剂要么是Gln代谢的终产物 要么是氨基酸代谢一般状态的指示剂 上述任何一种抑制剂与酶的结合至少能够部分抑制酶的活性 结合的抑制剂越多 抑制效果就越强 大肠杆菌的GS还受到共价修饰的调节 但共价修饰的方式并不是真核细胞普遍使用的磷酸化 而是腺苷酸化 39 尿素循环 尿素是通过尿素循环产生的 它发生在哺乳动物的肝细胞 尽管参与尿素循环的个别酶还发现在其它组织 但完整的尿素循环仅存在于肝细胞 肝外组织氨基酸分解产生的氨主要通过Gln运输到肝细胞 但肌肉蛋白分解产生的Ala可经血液循环进入肝细胞 此外 在细胞内合成NO的反应中 精氨酸转变成瓜氨酸 后者是尿素循环的中间物 瓜氨酸需要重新转变为精氨酸 以补充被消耗的精氨酸 因此 在使用NO作为信号分子的细胞中含有足够的与尿素循环相关的酶 以维持细胞内精氨酸的供应 40 尿素循环 41 1 氨甲酰磷酸的合成2 瓜氨酸的合成3 由瓜氨酸合成精氨基琥珀酸4 生成Arg5 Arg的水解 42 尿素循环总结 总方程式 43 尿素循环的调节 别构调节N 乙酰谷氨酸对CPS 1的别构激活 控制了尿素产生的总速率 参与尿素循环各种酶浓度的变化底物浓度的积累诱导酶的表达 产物的积累抑制酶的表达 44 二氨基酸的生物合成 植物和微生物在有合适的N源时能够从头合成所有的20种标准氨基酸 而哺乳动物只能制造其中的10种 这10种氨基酸被称为非必需氨基酸 其余10种氨基酸必需从食物中获取 被称为必需氨基酸 任何氨基酸合成的前体都来自于糖酵解 TCA循环或磷酸戊糖途径 其中N原子通过Glu或Gln进入相关的合成途径 而合成的场所有的在细胞液 有的在线粒体 按照各氨基酸合成前体的性质 所有的氨基酸可分为5大家族 45 必需vs非必需氨基酸 ThrIlePheMetTrpValHisArgLysLeu AlaAspAsnCysGluGlnGlyProSerTyr TipMTVHall 46 五大氨基酸家族 47 合成氨基酸的主要途径 酮酸还原氨化 转氨基作用 氨基酸的相互转化 48 酮酸的还原氨化 氨基酸 酮酸 R CH COO NH 3 R C COO NH3O 49 酮酸的来源 氨基酸脱氨及糖和脂酸代谢氨的来源 生物固氮 由硝酸盐 亚硝酸盐还原 含氮有机物分解 50 2NH3 3H2 N2 12ATP 12H2O 12ADP 12Pi 固氮酶 生物固氮微生物通过体内固氮酶的作用将游离态氮转变为氨的过程称为生物固氮 51 生物固N的化学本质 e e e e 52 固N酶 ATP酶活性 能催化ATP分解 从中获取能量推动电子向