第十二章蛋白质代谢ppt课件

1、第十二章 蛋白质代谢,预备知识 第一节 蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢 第二节 氨基酸及其重要衍生物的生物合成 第三节 蛋白质的生物合成及转运 本章小结,蛋白质的生理功能 机体的结构成分，是信息接收、免疫应答以及基因表达调节的主要元件。氧化供能或转化为其它蓄能物质 蛋白质的需要量 氮平衡(nitrogen balance) 日摄入氮 - 排出氮： 用氮平衡来反映体内蛋白质代谢的概况。（正平衡和负平衡） 生理需要量：80g/日（成人）,蛋白质的营养价值,取决于必需氨基酸的种类、数量以及必需氨基酸的比例。 必需氨基酸(essential amino acid) 体内需要但自身又不能合成或自身合成的

2、数量远远不足, 必须由食物供应的氨基酸(8+2)。 苏异苯甲色缬（组精）赖亮 非必需氨基酸 (non-essential amino acid) 食物蛋白质的互补作用 蛋白质不能储备：作为氮源和能源进行代谢,第一节 蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢,一、蛋白质的降解 二、氨基酸分解代谢 三、氨基酸分解产物的代谢 四、氨基酸碳骨架的氧化途径 五、生糖氨基酸和生酮氨基酸 六、氨基酸衍生的其他重要物质,一、蛋白质的降解,（一）外源性氨基酸和内源性氨基酸,（二）蛋白降解的反应机制,1. 溶酶体无选择的降解内源性蛋白质（组织蛋白酶）,内源过期、变异蛋白质,水解,氨基酸,？,2. 泛肽给选择降解的蛋白质加以

3、标记,泛肽 Ubiquitin 泛肽是一种8.5KD的小分子蛋白质， 因普遍存在于真核细胞而得名。 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？ 在蛋白质降解过程中，泛肽通过三步反应与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使其激活。 作用:降低异常蛋白和短寿命的蛋白质。,3. 机体对外源蛋白质的需要及消化作用,消化管中各种蛋白酶：胰液中的蛋白酶和肠液中的肠激酶 肽链内切酶、二肽酶、肽链外切酶（氨肽酶和羧肽酶）,小肠中的消化,不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？,最终产物氨基酸,二、氨基酸分解代谢,AA的一般代谢途径 ： 脱氨基产生：氨和-酮酸； 脱羧基作用生成胺类物质； 转变为含氮化合

4、物（嘌呤、嘧啶、血红素等）,（一）脱氨基作用,1.氧化脱氨基作用,酶L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶,L-谷氨酸脱氢酶的特点,催化L-谷氨酸氧化脱氨生成-酮戊二酸、NH3和NADH+H+ 以NAD+或NADP+为辅酶 分布广泛，在肝、肾、脑等组织中酶活性强。 该酶是能使氨基酸直接脱去氨基的活力最强的酶，其与转氨酶协同作用是体内脱氨基的主要方式。 为变构酶： GTP和ATP为变构抑制剂 GDP和ADP为变构激活剂,非氧化脱氨基作用(大多数在微生物体内进行),还原脱氨基作用(氢化酶),水解脱氨基作用(水解酶),脱水脱氨基作用,脱硫氢基脱氨基作用(脱硫氢基酶),氧化-还原脱氨基作用,L-半胱氨基酸

5、 - H2S 丙酮酸 + 氨,2氨基酸 + H2O 酮酸 + 有机酸 + 氨,氨基酸的脱酰胺基作用,谷氨酰胺酶,谷氨酰胺 H2O 谷氨酸 NH3,天冬酰胺 H2O 天冬氨酸 NH3,天冬酰胺酶,2. 转氨基作用( 氨基移换反应）,分两步进行： L-氨基酸磷酸吡哆醛 - 酮酸磷酸吡哆胺。 2. 磷酸吡哆胺 -酮戊二酸 磷酸吡哆醛 谷氨酸,OH,CH3,CHO,CH2OP,N,转氨酶的辅基为磷酸吡哆醛，功用是携带氨基。,转氨酶的辅基及作用机制,赖氨酸,转氨酶蛋白,磷酸吡哆醛,PLP,PLP,转氨酶的特点,催化氨基酸和-酮酸间进行氨基和酮基的互换 体内存在着多种转氨酶，催化不同AA与 -酮酸的转氨基

6、作用，其中以催化L- 谷氨酸与-酮酸转氨基反应的转氨酶(谷丙转氨酶GPT和谷草转氨酶GOT)最为重要。 辅酶: VB6的磷酸酯-磷酸吡哆醛(Pyridoxal phosphate, PLP),作用是传递氨基 所催化的反应完全可逆，平衡常数近于1 转氨作用的生理意义 反应的实质是氨基在-氨基酸和酮酸的转移。 生理意义：既是氨基酸的分解代谢过程，也是体内某些非必需AA合成的重要途径。 只有Pro Thr Lys不能进行转氨基反应。,转氨酶,GPT：谷丙转氨酶（肝）,丙氨酸 + -酮戊二酸 丙酮酸 谷氨酸,GOT：谷草转氨酶（心）,谷氨酸 草酰乙酸 -酮戊二酸 天门冬氨酸,GPT和GOT分布于各组织

7、细胞内含量不同,3. 联合脱氨基作用,实验：组织中的其它 L-氨基酸的脱氨作用缓慢。当加入少量的-酮戊二酸，则脱氨作用显著增加。,L-谷氨酸脱氢酶及谷-某转氨酶的活性强、分布广，是动物体内大部分氨基酸脱氨的方式 意义：体内氨基酸脱氨基的最重要方式 体内合成非必需氨基酸的主要途径,腺嘌呤核苷酸循环,在肌肉、脑等组织中，L-谷氨酸脱氢酶的活力低，而腺苷酸脱氨酶的活力高。 实验证明脑组织细胞中的氨有 50%是由该循环产生的。,体系2,N,裂合酶,（二）脱羧基作用,脱羧酶：专一性高，只对 L-氨基酸作用。 辅酶是磷酸吡哆醛， 组氨酸脱羧酶不需要辅酶。,一些胺，具有重要的生理作用,磷酸吡哆醛,磷酸吡哆醛

8、,一级胺,三、氨基酸分解产物的代谢（氨、胺、-酮酸）,（一）氨的代谢 氨中毒：若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累。 某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。 表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。,.,1.氨基氮转运的一般途径,(1) 丙氨酸-葡萄糖循环 (alanine-glucose cycle),概念：丙氨酸和葡萄糖反复地在肌肉和肝之间进行氨的转运， 这一途径称为. 生成Ala是肌肉解氨毒和运输氨的方式 意义：使肌肉中的氨以无毒的丙氨酸形式运输至肝，同时肝又为肌肉提供了生成丙酮 酸的葡萄糖.经济性高效（一举两得） 若血氨升高进入脑组织，可导致肝昏迷,丙氨酸-葡萄糖循环,(2

9、)谷氨酰胺Gln的运氨作用,它主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨. Gln是大脑等组织解氨毒和运氨的重要形式 通过Gln的合成与分解,在肝中释放NH3 中和固定酸：肾小管Gln分解产生的NH3 与H+结合成NH4+,NH3何处去呢？,植物体内贮存氨的重要形式,谷氨酰胺和天冬酰胺不仅在解除氨毒和贮存氨方面起重要作用，而且都是合成蛋白质的原料。,天冬酰胺酶,H2O,水生生物直接扩散脱氨（NH3）,哺乳、两栖动物排尿素,直接排氨，毒性大，不消耗能量；转化后排氨形式越复杂，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

10、为较简单，低毒的尿素形式。,2、氨基氮的排泄 各种生物根据安全、价廉的原则排氨,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。,(1) 尿素(urea)的生成 Urea Biosynthesis,实验： 动物切除肝脏，输入氨基酸后，血氨浓度升高； 动物保留肝脏、切除肾脏，输入氨基酸后，血中尿素浓度升高； 动物肝脏、肾脏同时切除，输入氨基酸后，血中尿素含量较低，但血氨浓度升高； 结论：肝脏是合成尿素的主要器官,1932,德国学者Hans K

11、rebs提出尿素循环(urea cycle)或鸟氨酸循环(ornithine cycle)最早被简明,延胡索酸,氨甲酰磷酸合成酶 鸟氨酸转氨甲酰酶 精氨酸琥珀酸合成酶 精氨琥珀酸酶 精氨酸酶,尿素循环,部位肝脏细胞,鸟氨酸,H2O,尿素,天冬氨酸,氨基甲酰磷酸 (Carbamol phosphate),CPS-,AGA,氨基甲酰磷酸的合成：氨基甲酰磷酸合成酶 (carbamoyl phophate synthetase,CPS-),(N-acetyl glutamatic acid,AGA),Urea Biosynthesis -1,氨基甲酰磷酸合成酶I的特点,细胞定位：肝细胞线粒体 催化底物

12、：NH3+CO2+2ATP+H2O 产物：氨基甲酰磷酸 作用：先合成氨基甲酰磷酸，再进一步合成 尿素 而解氨毒 调节：N-乙酰谷氨酸（AGA）为变构激活剂 意义：其活性可作为肝细胞分化程度的指标,(Carbamol phosphate),(Ornithine),(Citrulline),瓜氨酸的合成,Urea Biosynthesis -2,Urea Biosynthesis -3,精氨酸的合成,精氨酸水解生成尿素,(Arginine),(Urea),(Ornithine),Urea Biosynthesis -4,鸟氨酸循环的小结,合成尿素是体内氨的主要去路（尿素是AA代谢 的主要终产物）

13、尿素分子中的2个氮原子，1个来自氨，另一个则来自天冬氨酸；C来自CO2 反应部位：肝细胞的线粒体和胞液 合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键 意义：解氨毒一把有毒的NH3转变成无毒的尿素 重要的酶：精氨酸代琥珀酸合成酶（限速酶）氨基甲酰磷酸合成酶I（ 限速酶 CPS-I） 此循环与TCA的联系？,NH4+ + CO2 + 3ATP + 天冬氨酸 + 2H2O 尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + 延胡索酸,（2）尿素合成的调节,食物Pr的影响：高Pr膳食尿素合成 CPS-I的调节： AGA为变构激活剂 精氨酸为AGA 合成酶的激活剂 尿素合成酶系的调节：主要对精氨酸代 琥

14、珀酸合成酶进行调节 植物体内也存在鸟氨酸循环的酶，但很少运转。形成的尿素并不排出体外，可在脲酶的作用下分解成CO2和NH3，再被重新利用。,高血氨症与氨中毒,血 氨,氨基酸,脱氨,肠道,吸收,肾小管,分泌,合成,尿素,合成,合成氨基酸等 含氮化合物,铵盐,生成,排出,合成,谷氨酰胺,高血氨症：肝功能严重损伤时，尿素合成发生障碍， 血氨浓度升高，称为一 高血氨症引起肝性脑病的生化机理： 肝功能严重受损尿素合成障碍高血氨症 氨进入脑组织 合成Glu、Gln酸性(直接伤脑) -酮戊二酸T.A.C循环 脑组织ATP生成大脑功能紊乱肝性脑病,高血氨症与肝昏迷氨中毒,（二）胺的代谢,（三）-酮酸的代谢(碳

15、骨架的氧化) 生成非必需氨基酸 转变成糖（生糖氨基酸）和酮（生成脂肪，生酮氨基酸） 彻底氧化供能：进入TCA,(四) CO2的去路 脱羧形成的CO2直接排除，小部分走TCA回补途径。,四、氨基酸碳骨架的氧化途径,315页,五、生酮氨基酸和生糖氨基酸,来源 去路,乙酰辅酶A,葡萄糖经糖酵解,经三羧酸循环和呼吸链： CO2，H20，ATP,经脂肪酸合成途径： 变成脂肪酸,转化并接受氨基： 变成氨基酸,可合成胆固醇、酮体,氨基酸经氧化分解脱氨作用,脂肪酸经降解循环,乙酰辅酶A在代谢中的地位,六、氨基酸衍生的其他重要物质,一碳单位的来源：甘、苏、丝、组、甲硫氨酸等。 参与嘌呤和嘧啶的生物合成及S-腺苷

16、甲硫氨酸的生物合成， S-腺苷甲硫氨酸它是生物体各种化合物甲基化的甲基来源。 一碳单位的转移靠四氢叶酸(和THF)，携带甲基的部位是在N5，N10位上 。THF 前体物为叶酸。,(一)氨基酸与一碳单位,-CH=NH H-C0- -CH2OH- -CH2- -CH= -CH3,S-腺苷甲硫氨酸：是大约50种不同甲基受体的供给者,“增效剂”,S-腺苷甲硫氨酸：是大约50种不同甲基受体的供给者,2,H,甲硫氨酸,高半胱氨酸,(二)氨基酸与生物活性物质,儿茶酚胺,神经递质,心脏、血管,色氨酸,5-羟色氨,5-羟色氨酸,吲哚丙酮酸,吲哚乙酸,(神经递质),(植物生长激素),抑制作用神经递质,组氨酸,组胺

17、,组氨酸脱羧酶,使血管舒张，感觉神经递质,谷氨酸, - 氨基丁酸 (GABA),氨基酸代谢概况（动物）,组织蛋白质,第二节 氨基酸及其重要衍生物的生物合成,一、各种氨基酸的合成 343360页 二、氨基酸重要衍生物的生物合成 363373页 三、氨基酸生物合成的调节,(一)通过终端产物对氨基酸生物合成的抑制 361362页 (二)通过酶生成量的改变调节氨基酸的生物合成 酶生成量的控制：主要是通过有关酶编码基因的活性的改变。 阻遏酶：能够受到细胞合成量的控制。它们的调控靠细胞对 其合成速度的改变。 比变构调控缓慢,第三节 蛋白质的生物合成及转运,一、蛋白质合成的分子基础 二、翻译的步骤 三、翻译

18、过程中GTP的作用 四、翻译过程中能跳跃式读码 五、多核糖体 六、蛋白质合成的抑制剂 七、蛋白质的运输及翻译后修饰,蛋白质合成（Translation）,以mRNA为直接模板，tRNA为氨基酸运载体,，核蛋白体为装配场所，共同协调完成蛋白质生物合成的过程。也就是把mRNA的碱基排列顺序转译成多肽链中氨基酸的排列顺序。,遗传信息的传递,遗传密码,翻译过程通过密码来沟通,密码子：mRNA从5 3，每三个相邻的碱基形成三联体，即组成一个密码子。(1961年),遗传密码字典 511页,读码框架：每一个氨基酸可通过mRNA上3个核苷酸序列组成的遗传密码来决定，这些密码以连续的方式连接，组成读码框架,终止

19、密码子：UAG、UGA、UAA为，只被肽链释放因子阅读；起始密码子： AUG，也是甲硫氨酸的密码子。 多数生物的密码是不重叠的。 密码的简并性与同义密码： 密码子通用性和变异性： 密码的防错系统：可使基因突变造成的危害降至最低程度。 密码的变偶性：mRNA上密码子专一性取决于前两位碱基，且与tRNA上反密码子配对是严格的，第三位碱基“摆动碱基”可有一定的变动，此现象称。513页,遗传密码的基本特性,密码子的摆动性,一、蛋白质合成的分子基础,mRNA 、tRNA 、核糖体、氨基酸、GTP、ATP、非核糖体蛋白质( 起始因子、延伸因子、释放因子等)、Mg2+、K+等。,(一)mRNA是蛋白质合成的

20、模板 传递DNA上的信息、是一种不稳定的物质、分子大小不等。,真核生物mRNA,原核生物mRNA,SD序列：在起始AUG序列上游10个碱基左右的位置，含有一段富含嘌呤碱基的序列，被称为。它能与细菌16S核糖体RNA3端的7个嘧啶碱基互补性的 识别，以帮助从起始AUG处开始翻译。,(二)tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上,与多肽合成有关的位点： 3端-CCA氨基酸接受位点 识别氨酰-tRNA合成酶位点 识别核糖体的位点 反密码子 (与密码子碱基互补),书写：tRNA Phe,(三) 核糖体是蛋白质合成的工厂,核糖体：大、小亚基组成(蛋白质和rRNA),DNA rRNA,转录,核糖体(rib

21、osome)：蛋白质合成场所,有容纳mRNA的通道 能结合起始、延长及终止因子等。 有A位（acceptor site)和P位(donor site). 有转肽酶活性，催化肽键形成 大亚基上有延长因子依赖的GTP酶活性，可为转肽提供能量。,(四)氨基酸、氨基酰tRNA合成酶、多种蛋白因子等,核糖体的功能,是合成蛋白质的机器 有两个 tRNA的 结合位点 : 肽酰结合位点（P位） 氨酰接受位（A位）,二、翻译的步骤(在细胞溶胶中进行),(一)氨基酸的激活(氨酰-tRNA的形成(准备),氨基酰tRNA合成酶： 可识别一个特定的氨基酸和与此对应的tRNA的特定部位。 能够纠正酰化的错误。,(二)在核

22、糖体上合成蛋白质(起始、延长及终止),原核生物,甲硫氨酰tRNA合成酶： 识别两种tRNA: tRNAMet(肽链内部Met)、tRNAifMet (起始Met),起始(起始复合物的形成),起始因子： IF-3、 IF-1、IF-2、 核糖体小亚基 mRNA(原核生物SD序列) fMet-tRNAifMet (甲酰甲硫氨酰-tRNA) GTP 核糖体大亚基,fMet,fMet,fMet,mRNA上的阅读方向： 是从mRNA的5端向3端进行的。,2. 延长(三个步骤),（1）进位 三种延长因子(EF-Tu, 、EF-Ts) GTP 氨基酸tRNA-A位,(2) 转肽-肽键的形成 在核糖体转肽酶作

23、用下， A位上形成了一个二肽酰tRNA,Thr,fMet,fMet,fMet,延伸的方向：从N端到C端,（3 ）移位 移位因子EF-2、 GTP和Mg2+的参加,三种终止密码子：UAA、UAG、UGA 释放因子： RF1、RF2、RF3(还不明确) (真核生物中只有一种释放因子eRF) 释放因子都作用于A位点：使转肽酶活性变为水解酶活性。 核糖体在IF-3作用下，解离出大、小亚基。 核糖体循环：多肽链在核糖体上的合成过程又称。,3. 终止,三、翻译过程中GTP的作用,每一分子氨酰-tRNA的形成需要两个高能磷酸基团 在延长 过程中有一分子GTP水解成GDP 在易位过程中又有一分子GTP水解 翻译因子：属于G蛋白家族，都能结合并水解GTP，当与GTP 结合后，这些蛋白被激活，当结合上水解来的GDP后，就变成无活性的构象。,四、翻译过程中能跳跃式读码(翻译跳跃),五、多核糖体 在一条mRNA链上常结合有多个核糖体，呈串珠状排列，同时进行多肽链的合成。 每个独立的核糖体都能合成一条完整的多肽链，因此从同一模板上同时能合成多条多肽链。可提高mRNA的利用率和蛋白质生物合成的速度。,六、蛋白质合成的抑制剂,嘌呤霉素