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1 8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 aminoacylpeptidehydrolase 作用于多肽链的N 末端 羧肽水解酶 carboxylpeptidehydrolase 作用于多肽链的C 末端 3 4 14 二羧肽水解酶 depeptidehydrolase 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 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 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 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 2 2 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As