生物化学第八章

第八章蛋白质酶促降解和氨基酸代谢 第一节蛋白质的酶促降解 第二节氨基酸的降解与转化 第三节氨基酸的生物合成 第一节蛋白质的酶促降解 一 蛋白质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 消化道内几种蛋白酶的专一性 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 活性中心含Ser 3 4 2 3 3 4 2 4 半胱氨酸蛋白酶 活性中心含Cys 天冬氨酸蛋白酶类 活性中心含Asp 最适pH在5以下 金属蛋白酶类 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 嗜热菌蛋白酶 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 第二节氨基酸的降解与转化 一 脱氨基作用二 脱羧基作用三 氨基酸分解产物的去向 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 一 脱氨基作用 氨基酸氧化脱氨的主要酶 L 氨基酸氧化酶 活性低 分布于肝及肾脏 辅基为FMN D 氨基酸氧化酶 活性强 但体内D 氨基酸少 辅基为FAD L 谷氨酸脱氢酶 活性强 分布于肝 肾及脑组织 为变构酶 受ATP ADP等调节 辅酶为NAD 或NADP 专一性强 只作用于谷氨酸 催化的反应可逆 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 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 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 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 4 非氧化脱氨基作用 自学 1 直接脱氨基作用 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 二 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 三 氨基酸分解产物的去向 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 1 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 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 生成谷氨酰胺和天冬酰胺 反应过程 在脑 肌肉合成谷氨酰胺 运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸 从而进行解毒 3 尿素的生成 1 概念 2 总反应和过程 一 尿素合成的主要器官 肝脏 二 尿素合成的鸟氨酸循环 2分子氨与1分子CO2结合生成1分子尿素及1分子水 CO2 2NH3 其中1分子来自于天冬氨酸 4ATP 限速酶 精氨酸代琥珀酸合成酶 生理意义 是体内氨的主要去路 解氨毒的重要途径 鸟氨酸循环 线粒体 胞液 1 氨甲酰磷酸的合成 反应在线粒体中进行 反应由氨基甲酰磷酸合成酶 carbamoylphosphatesynthetase CPS 催化 N 乙酰谷氨酸为其激活剂 反应消耗2分子ATP N 乙酰谷氨酸 AGA 2 瓜氨酸的合成 鸟氨酸氨甲酰基转移酶 H3PO4 氨基甲酰磷酸 反应在线粒体中进行 瓜氨酸生成后进入胞液 3 精氨酸的合成 反应在胞液中进行 天冬氨酸 精氨酸代琥珀酸 精氨酸 延胡索酸 精氨酸代琥珀酸裂解酶 精氨酸代琥珀酸 4 精氨酸水解生成尿素 反应在胞液中进行 尿素 鸟氨酸 精氨酸 H2O 鸟氨酸循环 线粒体 胞液 反应小结 原料 2分子氨 一个来自于游离氨 另一个来自天冬氨酸 过程 先在线粒体中进行 再在胞液中进行 耗能 3个ATP 4个高能磷酸键 高氨血症和氨中毒 血氨浓度升高称高氨血症 hyperammonemia 常见于肝功能严重损伤时 尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症 高氨血症时可引起脑功能障碍 称氨中毒 ammoniapoisoning TCA 脑供能不足 脑内 酮戊二酸 氨中毒的可能机制 四 酮酸的代谢 一 经氨基化生成新氨基酸 二 转变成糖及脂类 氨基酸生糖及生酮性质的分类 氨基酸生糖及生酮性质的分类 甘氨酸 丝氨酸 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 羟脯氨酸 丙氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 蛋氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 脯氨酸 半胱氨酸 类别 氨 基 酸 生糖氨基酸 生酮氨基酸 亮氨酸 生糖兼生酮氨基酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 赖氨酸 甘氨酸 丝氨酸 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 羟脯氨酸 丙氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 蛋氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 脯氨酸 半胱氨酸 类别 氨 基 酸 生糖氨基酸 生酮氨基酸 亮氨酸 生糖兼生酮氨基酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 甘氨酸 丝氨酸 缬氨酸 组氨酸 精氨酸 羟脯氨酸 丙氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 蛋氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 脯氨酸 半胱氨酸 类别 氨 基 酸 生糖氨基酸 生酮氨基酸 亮氨酸 生糖兼生酮氨基酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色 类别 氨 基 酸 生糖氨基酸 生酮氨基酸 生糖兼生酮氨基酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 苏氨酸 20种aa的碳架可转化成7种物质 丙酮酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 酮戊二酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 草酰乙酸 最后集中为5种物质进入TCA 乙酰CoA 酮戊二酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 草酰乙酸 第三节氨基酸的生物合成 一 生物固氮二 硝酸还原作用三 氨的同化四 氨基酸的生物合成 一 生物固氮 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 含Fe和S形成 Fe4S4 簇 四聚体 2 2 含Mo Fe和S 固N酶 二 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 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 三 氨的同化 1 谷氨酸的形成途径 2 氨甲酰磷酸的生成 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 四 氨基酸的生物合成 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 PEPPhe Tyr Trp 一 提供一碳基团 单位 氨基酸的代谢 一碳基团的定义 1 概述 某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团 称为一碳单位 onecarbonunit 五 个别氨基酸的代谢 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THFA FH4携带一碳单位的形式 一碳单位通常是结合在FH4分子的N5 N10位上 N5 CH3 FH4 N5 N10 CH2 FH4 N5 N10 CH FH4 N10 CHO FH4 N5 CH NH 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 一碳单位的生理功用 参与嘌呤 嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成 将氨基酸与核苷酸代谢密切相连 一碳单位代谢障碍会影响DNA 蛋白质的合成 引起巨幼红细胞性贫血 磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响一碳单位代谢及核苷酸合成而发挥药理作用 参与许多物质的甲基化过程 二 芳香族氨基酸的代谢 1 苯丙氨酸和酪氨酸的代谢 此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径 1 儿茶酚胺 catecholamine 与黑色素 melanin 的合成 帕金森病 Parkinsondisease 患者多巴胺生成减少 在黑色素细胞中 酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素 人体缺乏酪氨酸酶 黑色素合成障碍 皮肤 毛发等发白 称为白化病 albinism 2 酪氨酸的分解代谢 体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时 尿黑酸分解受阻 可出现尿黑酸症 3 苯酮酸尿症 phenylkeronuria PKU 体内苯丙氨酸羟化酶缺陷 苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸 苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸 苯乙酸等 并从尿中排出的一种遗传代谢病 2 色氨酸代谢 色氨酸 5 羟色胺 一碳单位 丙酮酸 乙酰乙酰CoA 维生素PP 三 含硫氨基酸的代谢 胱氨酸 甲硫氨酸 半胱氨酸 1 甲硫氨酸的代谢 1 甲硫氨酸与转甲基作用 腺苷转移酶 PPi Pi 甲硫氨酸 ATP S 腺苷甲硫氨酸 SAM 甲基转移酶 RH RH CH3 腺苷 SAM S 腺苷同型半胱氨酸 同型半胱氨酸 SAM为体内甲基的直接供体 2 甲硫氨酸循环 methioninecycle 甲硫氨酸 S 腺苷同型半胱氨酸 S 腺苷甲硫氨酸 同型半胱氨酸 FH4 N5 CH3 FH4 N5 CH3 FH4转甲基酶 VitB12 H2O 腺苷 RH ATP PPi Pi 从蛋氨酸形成的S 腺苷蛋氨酸 在提供甲基以后转变为同型半胱氨酸 然后再反方向重新合成蛋氨酸 这一循环反