氨基酸代谢1的学习教案

氨基酸代谢1的学习教案第1页/共53页第一节、蛋白质的酶促降解

排除不正常的蛋白质排除过多的酶和调节蛋白使细胞代谢井然有序

生物细胞蛋白质氨基酸其他代谢氨基酸蛋白质（实现自我更新）第2页/共53页1.细胞有选择性的降解非正常蛋白质2.绝大多数快速降解的酶都居于重要的“代谢控制”位置，而较为稳定的酶在所有生理条件下有着较稳定的催化活性。3.降解的速度受营养及激素状态的影响。4.蛋白质的周转代谢使种种代谢途径的调节得以容易实现。蛋白质降解的特性第3页/共53页一.蛋白质的水解酶按作用特点蛋白酶分类按活性部位

蛋白酶分类内肽酶（蛋白酶）外肽酶羧肽酶、氨肽酶丝氨酸蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶类天冬氨酸蛋白酶类金属蛋白酶类第4页/共53页蛋白酶(Proteinase)

1、概念：肽链内切酶，作用于肽链内部，将蛋白质分解成长度较短的含氨基酸分子数较少的多肽链。2、植物含有的特殊蛋白酶

木瓜蛋白酶：医药上用于治疗消化不良，工业上用于对啤酒澄清和作肉类嫩化剂。

菠萝蛋白酶；啤酒澄清，面包（有弹性、疏松）

种子发芽时，蛋白酶活性增强。在许多食虫植物中，发现有强烈分解蛋白质的酶类，这些蛋白酶可分解捕获到的虫体蛋白，供植物吸收利用。3、动物中：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶第5页/共53页瓶子草猪笼草捕蝇草第6页/共53页消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）切点不同各有所长第7页/共53页肽酶的种类和专一性

名称

作用特征-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-末端二羧肽水解酶(depeptidehydrolase)水解二肽第8页/共53页

蛋白酶的种类和专一性名称作用特征实例丝氨酸蛋白酶类(serinepritelnase)活性中心含Ser半胱氨酸蛋白酶类(Thiolpritelnase)活性中心含Cys天冬氨酸蛋白酶类[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第9页/共53页氨基酸胃蛋白酶胃中柱细胞胃蛋白酶原胃HCL酶原胰腺小肠小肽氨基酸氨基酸少量胨（未消化蛋白）主细胞HCO3-肠促胰腺液胰蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶十二指肠氨肽酶羟肽酶肠粘酶肠小肠食物中的蛋白质第10页/共53页2、真核细胞中蛋白质的降解有两条途径

不依赖ATP

利用多种蛋白酶降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白

依赖泛素(ubiquitin)的降解过程溶酶体内降解过程

依赖ATP

降解无用短寿命蛋白第11页/共53页溶酶体溶酶体：Lysosome，由单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化和保护作用。第12页/共53页①溶酶体的形态结构1949年，ChristiandeDuve和他的同事在研究亚细胞组分时发现了溶酶体，1955年，deDuve与Novikoff首次用电子显微镜证明了溶酶体的存在。溶酶体是一种异质性(heterogeneous)的细胞器,不同来源的溶酶体形态、大小,甚至所含有酶的种类都有很大的不同。溶酶体呈小球状,大小变化很大，直径一般0.25～0.8μm，最大的可超过1μm,最小的直径只有25～50nm。

溶酶体存在于所有的原生动物与多细胞动物，少数细胞如哺乳动物红细胞除外，植物有类似的液泡和圆球体。第13页/共53页②溶酶体膜的稳定性由于溶酶体中含有各种不同的水解酶类,所以溶酶体在生活细胞中必须是高度稳定的。溶酶体的稳定性与其膜的结构组成有关：溶酶体膜中嵌有质子运输泵(H+-ATPase)和Cl-离子通道蛋白，维持溶酶体内部的酸性环境(pH约为4.6～4.8)。溶酶体膜含有各种不同酸性的、高度糖基化膜整合蛋白,防止自身膜蛋白的降解。溶酶体膜含有较高的胆固醇,促进了膜结构的稳定。

第14页/共53页③溶酶体的酶类溶酶体内含有60多种酶类，多数为可溶性的酶，少数整合于膜上，最适pH值是5.0，故均为酸性水解酶(acidhydrolases)。

酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶

包括∶蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶等

第15页/共53页溶酶体的形态、大小、V型质子泵及所含主要酶类示意图

第16页/共53页④溶酶体的功能溶酶体的主要功能是消化作用。其消化底物的来源有三种途径:①自体吞噬(autophagy),吞噬的是细胞内原有的物质;②通过吞噬形成的吞噬体(phagosome)提供的有害物质;③通过内吞作用(endocytosis)提供的营养物质。

第17页/共53页自体吞噬吞噬内吞作用溶酶体第18页/共53页

泛素

76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)

普遍存在于真核生物而得名一级结构高度保守

泛素化(ubiquitination)

泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接蛋白酶体(proteasome)对泛素化蛋白质的降解泛素介导的蛋白质降解过程

降解过程第19页/共53页泛素的简介泛素(ubiquitin)是一种存在于除细菌外的许多不同组织和器官中的小蛋白。泛素含76个氨基酸，分子量大约8.5KDa。泛素具有标记待降解蛋白质的功能，被泛素标记的蛋白质在蛋白酶体中被降解。泛素在真核生物中具有高度保留性，人类和酵母的泛素有96%的相似性。第20页/共53页人们起初对蛋白质的降解过程研究主要集中在动物消化过程中，这种过程是在细胞外发生的，并不消耗能量，如胃蛋白酶、胰蛋白酶。20世纪50年代人们发现细胞内的耗能性（即ATP依赖性）的主动蛋白质降解过程。70年代后期，AlfredL.Goldberg领导的实验室成功建立了基于兔网织红细胞的无细胞抽提物体系，使掺入的氨基酸类似物的蛋白发生快速的ATP依赖性水解。泛素的研究历史第21页/共53页1977年，Hershko开始利用Goldberg的网织红细胞的无细胞抽提物体系研究蛋白质的降解机制。并尝试分离一种设想存在的蛋白质水解酶。1980年，Ciechanover和Hershko对这种耗能性蛋白质酶解系统的研究取得了突破性进展。发现一种被命名为APF-1的热稳定多肽可以以非二硫键的形式共价结合到很多种蛋白质上。且APF-1经蛋白质降解过程后可以被重复使用。随后，与IrwinRose同在一单位工作的ArthurL.Haas实验室表明：这种APF-1多肽与广泛存在于许多生物体中的泛素蛋白（Ubiquitin）是同一种物质。第22页/共53页Irwin.RoseAaron

CiechanoverAvram

Hershko2004年，Aaron

Ciechanover、Avram

Hershko、Irwin

Rose因发现泛素调节的蛋白质降解，荣获诺贝尔化学奖。第23页/共53页阿龙·切哈诺沃1947年出生在以色列城市海法，现年57岁；1976-1981年间在赫什科指导下攻读博士学位；1981年获得以色列工学院医学博士学位；曾在麻省理工学院从事研究，后返回以色列工学院任教。Aaron

Ciechanover第24页/共53页Avram.Hershko阿夫拉姆·赫什科1937年出生于匈牙利的考尔曹格；1969年获耶路撒冷希伯莱大学哈达萨赫医学院授予的医学博士学位。赫尔什科是以色列理工学院拉帕波特医学研究学院的著名教授。第25页/共53页Irwin.Rose欧文·罗斯1952年在芝加哥大学获得博士学位，曾经主持位于美国费城的福克斯·蔡斯癌症研究中心的工作，目前他在加利福尼亚大学欧文分校担任专家职务。第26页/共53页NH2CCH2O76Gly76Gly泛素分子的1--72位点氨基酸残基形成一个紧密的球状折叠结构紧靠C末端的4个氨基酸残基随即盘绕。四肽尾泛素的分子结构第27页/共53页泛素的解折叠结构图图1图2图3图4第28页/共53页泛素的作用机理：蛋白质的泛素化修饰就是蛋白质的Lys残基位点与泛素分子的羧基末端相互结合的过程。泛素本身的Lys残基也可以与泛素分子相互结合，因此一个蛋白质可以与多个泛素分子结合。泛素分子的76位点的Gly残基通常与前一泛素分子的11、29、48、63位点的Lys残基结合。泛素分子48位点的残基表面有连续的疏水片段，这个片段是结合蛋白质水解酶所必须的，也是底物被泛素化修饰后所必须的。当泛素分子的Lys残基连接4个或者4个以上泛素分子时底物蛋白就可通过26S的蛋白酶水解。第29页/共53页泛素分子48位点的残基表面有连续的疏水片段，这个片段是结合蛋白质水解酶所必须的，也是底物被泛素化修饰后所必须的。当泛素分子的Lys残基连接4个或者4个以上泛素分子时底物蛋白就可通过26S的蛋白酶水解。HNHNNHNHOOOOUbiquitinGly76TargetproteinLysTargetproteinUbiquitin第30页/共53页图1图3图2图4泛素分子中4个重要的Lys残基：TargetproteinUbiquitinLys11Lys63Lys29Lys48第31页/共53页

ProteinstaggedwithoneormoreUb-chains(≥4Ubmolecules)aresubjecttoproteolysisby26S-proteasome,releasing7-9AApeptides

26S-Proteasome19Scapregulatorycomplex20Sproteasomecatalyticactivity19Scapregulatorycomplex第32页/共53页20S蛋白酶体含有多种蛋白酶活性：1）类糜蛋白酶活性2）类胰蛋白酶活性3）谷氨酰水解酶活性第33页/共53页泛素化过程E1：泛素活化酶E2：泛素结合酶E3：泛素蛋白连接酶泛素CO-O+HS-E1ATPAMP+PPi泛素COSE1HS-E2HS-E1泛素COSE2泛素COSE1被降解蛋白质HS-E2泛素COSE2泛素CNH被降解蛋白质OE3第34页/共53页蛋白质泛素化降解过程：UbUb首先在E1的催化下，泛素分子的C末端羧基被腺苷酸单磷酸（AMP）修饰；而后E1蛋白上的一个特定的巯基进攻泛素--AMP，泛素就被转移到E2酶上；然后在E3酶的催化作用下，泛素又从E2转移到即将被降解的靶蛋白上；靶蛋白被多个泛素分子标记后即被26S蛋白酶体识别、水解。ATP+AMPUbE2E2E1E1E3UbUbUbUbUbUbUbUbUbTPTPTP26SP第35页/共53页蛋白质泛素化降解的意义降解错误折叠蛋白：正确的三维结构是蛋白质分子发挥正常功能的前提但是细胞内新合成的蛋白质大约有30%是错误的泛素介导的蛋白质讲解途径可以迅速有效的清除错误蛋白另外该途径还可以降解许多重要的蛋白底物，因而可以调控：细胞周期控制DNA的损伤及凋亡癌症的发生免疫和炎症反应等第36页/共53页

第二节、氨基酸的一般代谢

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+NH3CO2H2O体蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物嘧啶嘌呤生物固氮硝酸还原（次生物质代谢）CO2胺肌酸胺代谢概况第37页/共53页（一）、脱氨基作用（二）、脱羧基作用（三）、氨基酸分解产物的代谢共性的代谢第38页/共53页(一)脱氨基(deamination

)作用1、氧化脱氨基作用2、转氨基作用3、联合脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用5、脱酰胺基作用氨基酸都有氨基第39页/共53页1、氧化脱氨基作用

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2

L-谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOH在酶的催化下脱去氨基生成相应的α-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。有脱氢和加氧两种。第40页/共53页2、转氨基作用

转氨基作用(transamination

)：

转氨酶催化

α-氨基酸的氨基α-酮酸的酮基碳原子上。分两步进行:（1）氨基酸的氨基先转到酶分子上，自身形成α-酮酸。（2）酶上的氨基再转到酮酸受体上（例如α-酮戊二酸），形成产物氨基酸（例如谷氨酸）。氨基移换第41页/共53页

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）氨基酸1α--酮酸2氨基酸2α--酮酸1++第42页/共53页-氨基酸磷酸吡哆醛醛亚胺酮亚胺磷酸吡哆胺-酮酸互变异构磷酸吡哆醛的作用机理第43页/共53页2、转氨基作用转氨酶催化可逆反应，平衡常数约1.0种类多；大多以α-酮戊二酸作为氨基的受体；酶对氨基酸的专一性不严格。酶是根据其催化活力最大的氨基酸命名的。第44页/共53页谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷草转氨酶(GOT)谷丙转氨酶（GPT）第45页/共53页3.联合脱氨基作用概念

转氨基和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基方式。第46页/共53页3.联合脱氨基作用

转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸第47页/共53页转氨基与嘌呤核苷酸循环相偶联α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸

第48页/共53页4.非氧化脱氨基作用

主要在微生物体内进行，动物体内不普遍。