第七章-蛋白质的酶促降解及氨基酸的代谢.ppt

第七章,蛋白质的酶促降解和氨基酸的代谢,蛋白质的水解氨基酸的代谢氨基酸的分解氨基酸的合成,主要内容,第一节蛋白质的水解,水解,胞外酶,氨基酸,吸收入,作为氮源和能源进行代谢。,蛋白质不能储备。,外源蛋白质,一、消化：主要在胃、小肠进行。（一）胃内消化：1.胃蛋白酶（pepsin):胃蛋白酶元胃酸(H+)胃蛋白酶自激活作用,蛋白质的消化吸收,2.胃酶作用：蛋白质小分子肽肠道胃酶作用于：Phe,Tyr,Trp,(芳香族）Leu,Glu,Gln。,胃蛋白酶,（二）小肠消化：1.来自胰腺的酶：（1）内肽酶：水解pro内部肽键。胰蛋白酶：Lys、Arg羧基端肽键；(碱性）糜蛋白酶：Phe、Tyr、Trp肽键；(芳香族）弹性蛋白酶：Val、Leu、Ser、Ala肽键（脂肪族）,2）外肽酶：羧肽酶：从C端水解；羧肽酶A：水解中性aa为C端的肽键；羧肽酶B：水解碱性aa为C端的肽键；,2.来自小肠粘膜细胞的寡肽酶：1）氨肽酶：从N端水解，形成二肽。2）二肽酶：作用于二肽。寡肽的水解主要在小肠粘膜细胞进行。,3.小肠腔的消化：肽小肽小肽氨基酸至此：球蛋白几乎完全分解；纤维蛋白、角蛋白部分水解。,酶位点（或底物）胰蛋白酶(Trypsin）Lys,Arg的羧基端胰凝乳(糜)蛋白酶Phe,Trp,Tyr的羧基端胃蛋白酶(Pepsin)Phe,Trp,Tyr的氨基端氨肽酶(aminopeptidase)肽的氨基端羧肽酶(carboxypeptidase)肽的羧基端二肽酶(dipeptidase)二肽弹性蛋白酶(elastase)各种脂肪族AA形成的肽,几种常见的蛋白水解酶,细胞内能有选择的降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能,内源过期蛋白质,水解,氨基酸,泛肽识别并在溶酶体中水解,泛肽,过期蛋白质,泛肽,复合体,溶酶体,游离于细胞质中，过于微小难以观察,小分子单元,溶酶体,白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关,提问：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？,外切酶氨肽酶,内切酶,限制性内切酶,外切酶羧肽酶,最终产物氨基酸,QinghaiUniversityXiningPeoplesRepublicofChinaAugust2011,I,-NH2,ProteinsareverylargemoleculesmadeofaminoacidsThebasicstructureofproteinisachainofaminoacidsthatcontaincarbon,hydrogen,oxygen,andnitrogenLongchainofaminoacidsgeneticallycodified,ForexampleamutationatDNAlevelcouldgiverisetoanaminoacidvariationatproteinlevel,QinghaiUniversityXiningPeoplesRepublicofChinaAugust2011,Theabsenceofdominanceisveryuseful,becausehomozygousindividualspresentintheelectropherogramonlyonevariantforeachprotein,whileheterozygousonesbothvariants,sothatthecountofthegenefrequenciesforapopulationresultsveryeasy,Geneticpolymorphism,ABC,第二节氨基酸的代谢,一、氨基酸的分解A.脱氨基,氨基酸,？,分解,NH3、尿素、尿酸CO2、H2O、ATP,合成其他,合成,？,四大物质、激素等,脱氨酶,NH3,？,酮酸,L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）,1.氧化脱氨,脱氨酶脱氢氧化酶,酶L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶,亚氨基酸不稳定,H2O+H+,水解加氧,脱氢,NH4+,-酮酸,本应是L-氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该酶分布不普遍，活力低（pH=7)，作用小。,提问：那种酶作用最重要？,L-谷氨酸脱氢酶,NAD+H2O,NADH+H+NH4+,-谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸氧化脱氨,2.转氨基作用,特点：a.可逆，受平衡影响b.氨基大多转给了-酮戊二酸（产物谷氨酸）,转氨酶,-酮酸,-氨基酸,-酮酸,逆过程,酮戊二酸,提问：为什么多转给-酮戊二酸？答案：来源有保证，谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生-酮戊二酸。,谷氨酸氧化脱氨,L-谷氨酸脱氢酶,NAD+H2O,NADH+H+NH4+,-谷氨酸,-酮戊二酸,氧化脱氨,转氨基制谷氨酸,提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液。（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）,查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？,转氨基本质上没有真正脱氨。,3.联合脱氨转氨与氧化脱氨的联合,谷氨酸,L-谷氨酸脱氢酶,-酮戊二酸,转氨酶,NH4+,-氨基酸,NAD+H2O,-酮酸,NH3,2H,由于两种酶活性强，分布广，动物体内大部分氨基酸联合脱氨。,骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要以嘌呤核苷酸脱氨基为主。,NADH+H+,腺苷酸琥珀酸,草酰乙酸,嘌呤核苷酸联合脱氨基,NH3,天冬氨酸,次黄苷酸,H2O,NH3,H2O,苹果酸,谷-草转氨酶,反应物,4.谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨,脱氨,H2O,NH3,谷氨酰胺,谷氨酸,天冬酰胺与之类似。,NH3何处去呢？,(主要是肌肉),5.NH3的转运与排泄,各组织细胞,脱氨,NH3,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,谷氨酰胺,血液,肝脏,脱氨，转化为排泄形式,提问：为什么以谷氨酰胺、丙氨酸转运氨呢？答案：经济性、高效（一举两得）。,肌肉剧烈运动,丙酮酸,NH3,丙氨酸,糖异生,糖原,脱氨,酵解,蛋白质分解产能,水生生物直接扩散脱氨（NH3）,哺乳、两栖动物排尿素,各种生物根据安全、价廉的原则排氨。,直接排氨，毒性大，不消耗能量。转化为排氨形式越复杂，越安全，但越耗能。,？,体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。,尿素的形成尿素循环（脲循环）,部位肝脏细胞,氨基酸,（外来的或自身的）,-酮戊二酸（转氨作用）,谷氨酸,谷氨酸,酮戊二酸,NH4+,CO2,2ADP+Pi+H+,2ATP,Pi,鸟氨酸,瓜氨酸,氨甲酰磷酸,Pi,瓜氨酸,天冬氨酸转氨基氨,精氨琥珀酸,ATP,AMP+PPi,延胡索酸,鸟氨酸,精氨酸,H2O,尿素,消耗4ATP能量,精氨琥珀酸,精氨酸,延胡索酸,-,+,精氨酸,尿素,但还需要较多数量的饮水来冲洗血液中的尿素含量。,鸟类、爬虫排尿酸,均来自转氨,不溶于水，毒性很小，合成需要更多的能量。,提问：为什么这类生物如此排氨？,水循环太慢，保留水分同时不中毒得付出高能量代价。,高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。,6.-酮酸的转化,(1)合成氨基酸（合成代谢占优势时）(2)进入三羧酸循环彻底氧化分解!,(3)转化为糖及脂肪,除亮氨酸、赖氨酸外的氨基酸可由？转化为糖。,糖异生,碳骨架的氧化（肝脏中）,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,丙酮酸,精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸,谷氨酸,异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸,苯丙氨酸酪氨酸,天冬酰胺谷氨酰胺,三羧酸循环焚烧炉,必需分解不可逆，缺乏碳骨架供给。,第三节氨基酸分解产物的转化,由糖代谢中间产物转化而来。,蛋白质,氨基酸,非必需氨基酸(10种),糖,必需氨基酸(10种),酮体,动物,CO2+H2O,戊糖磷酸途径,葡萄糖,葡糖-6-磷酸,3磷酸-甘油酸,丙酮酸,三羧酸循环乙醛酸循环,核糖-5-磷酸,酵解,组氨酸,色氨酸苯丙氨酸酪氨酸,丝氨酸半胱氨酸甘氨酸,亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙氨酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸,微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。,谷氨酸谷氨酰胺赖氨酸精氨酸脯氨酸,第四节氨的同化及氨基酸的生物合成,一、氨基化作用,（一）还原氨基化反应氧化脱氨基的逆反应，是酮酸氨基化的主要反应。1.原料：-酮酸和氨-酮酸来自糖代谢产物如丙酮酸及TCA循环的中间产物如草酰乙酸等，主要底物为-酮戊二酸。氨可由体内代谢产生，也可以其它物质为氮源，如氮气、硝酸根或其它含氮物转变为氨后作为底物。,2.酶：为氨基酸脱氢酶种类很多，以NADH为辅酶，谷氨酸脱氢酶活力最强。故还原氨基化合成谷氨酸是生物体的重要反应。3.反应过程：R-COCOOH+NH3氨基酸脱氢酶R-CNHCOOH+H2ONADHR-CHNH2COOH+NAD,（二）直接氨基化反应是分解脱氨基反应的逆过程。1.原料：不饱和酸和氨2.反应过程：如Asp的合成HOOCCH=CHCOOH+NH3天冬氨酸酶HOOCCH2CHNH2COOH（三）酰氨化反应由Glu和Asp和氨为原料，在Gln和Asn合成酶作用下，合成Gln和Asn的反应。,二、转氨基作用,1.原料：-酮酸必须具有相应的-酮酸才能形成相应的氨基酸，植物和大多数微生物一般能合成全部氨基酸的碳链骨架，因此可以合成全部氨基酸，有些微生物不能合成个别-酮酸，而人因不能合成8种-酮酸，而有8种必需氨基酸。氨基酸作为氨的供体，不能用无机氨。2.酶：转氨酶,三、氨基酸之间的相互转化及鸟氨酸循环,（一）氨基酸之间的互相转化利用氨基酸侧链基团的变化合成新的氨基酸。由Glu可以变化成Pro、Orn、Cit、Arg和Gln由Asp可以转化成Lys、Met、Thr、Ile和Asn由Ser转化成Cys由Gly转化成Ser,（二）鸟氨酸循环氨基酸转化实例,1.鸟氨酸的合成：由Glu开始(液泡)HOOCCHNH2CH2CH2COOH+CH3COS-CoA乙酰化酶HOOCCHNHCH2CH2COOH（N-乙酰Glu）|COCH3乙酰Glu激酶+ATPHOOCCHNHCH2CH2COOPO3H2（N-乙酰谷氨酰磷酸）|COCH3+ADP,脱氢酶+NADHHOOCCHNHCH2CH2CHO（N-乙酰谷氨酸-半醛）|COCH3+NAD+磷酸转氨酶HOOCCHNHCH2CH2CH2NH2（N-乙酰鸟氨酸）|COCH3乙酰鸟氨酸酶+H2OHOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2+乙酸鸟氨酸（Orn）(进入线粒体),2.瓜氨酸（Cit）的合成(在线粒体中)以鸟氨酸和氨基甲酰磷酸为底物，在鸟氨酸转甲酰基酶的作用下，鸟氨酸接受氨基甲酰磷酸分子上的甲酰基，形成瓜氨酸。HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2+H2NCOOPO3H2鸟氨酸（Orn）氨基甲酰磷酸鸟氨酸转甲酰基酶HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHCONH2+磷酸瓜氨酸（Cit）(转出线粒体),3.精氨酸的合成和鸟氨酸循环HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2+H2NCOOPO3H2鸟氨酸（Orn）氨基甲酰磷酸（2）鸟氨酸转甲酰基酶HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHCONH2+磷酸瓜氨酸（Cit）（3）精氨琥珀酸合成酶+Asp+ATPHOOCCHNH2CH2CH2CH2NHC=NH+ADP+磷酸精氨琥珀酸|NH|HOOCCHCH2COOH,（4）精氨琥珀酸分解酶HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHC=NH+延胡索酸L-精氨酸（Arg）|NH2（5）精氨酸酶HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2+H2NCONH2鸟氨酸（Orn）尿素由鸟氨酸开始，以氨基甲酰磷酸和Asp为原料，中间产物有Cit和Arg，又回到鸟氨酸，产物为延胡索酸和尿素，延胡索酸通过TCA可形成草酰乙酸，再转氨形成Asp。所以，鸟氨酸循环实际上是以氨基甲酰磷酸为原料合成尿素的循环,在肝脏中进行。,4.鸟氨酸循环的生理意义,（1）鸟氨酸循环是生物合成Arg、Orn、Cit的途径。（2）是尿素合成途径，是机体氨代谢的重要方式和解毒方式。（3）尿素合成在肝脏进行。（4）肝脏病变时，由于尿素合成受阻会引起肝昏迷。肝功能受损尿素合成障碍血氨升高氨进入脑-酮戊二酸浓度下降TCA减弱ATP形成减少大脑功能障碍昏迷,必需氨基酸的概念,Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phr、Trp、(HisArg),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：,氨基酸的生物合成的碳架来源,（1）非必需氨基酸的生物合成,（2）各族氨基酸的前体及相互关系,a、由-酮酸氨基化生成,b、由某些非必需氨基酸转化而来,c、由某些必需氨基酸转变而来,非必需氨基酸的生物合成,各种氨基酸的前体及相互关系,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙氨酸族,丝氨酸族,His和芳香族,氨基酸与一碳基团代谢,1、一碳基团（一碳单位）的概念,2、一碳基团和氨基酸代谢,Gly、Ser、Thr、His都可以作为一碳基团的供体。,3、一碳基团的利用：参与合成反应，如磷脂、核苷酸等的合成。,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的生物合成。,一碳基团转移酶的辅酶：FH4一碳基团四氢叶酸化合物的结构