第八章-蛋白质降解及氨基酸代谢-生物化学课件

第八章

蛋白质降解及AminoAcidMetabolism氨基酸代谢内容提要第一节蛋白质的酶促降解第二节氨基酸的分解代谢第三节氨基酸的合成代谢氨基酸的来源和去路

第一节

蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解一、水解蛋白质的酶的种类和专一性肽酶内切酶外切酶蛋白酶氨肽酶羧肽酶氨肽酶：专一性地从肽链的氨基端水解肽键羧肽酶：专一性地从肽链的羧基端水解肽键C-末端N末端氨肽酶羧肽酶蛋白酶：具有专一性的肽链内切酶，常用于蛋白质一级结构测定。胰蛋白酶：对C-端为Lys或Arg的肽键水解快。胰凝乳蛋白酶：对芳香族AA羧基形成的肽键，水解速度最快。胃蛋白酶：芳香族AA氨基形成的肽键。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二、细胞内蛋白质降解系统溶酶系统:主要降解细胞外蛋白质和细

胞质膜上的膜蛋白。泛肽系统:能够清除错误的或反常的蛋白质。蛋白质降解的泛素途径E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛素化蛋白ATP26S蛋白酶体20S蛋白酶体ATP19S调节亚基去折叠水解E1：泛素激活酶E2：泛素载体蛋白

E3：泛素-蛋白质连接酶ubiquitin三、蛋白质降解的意义1、形成新组织：用于新蛋白质的合成，进行新陈代谢（自我更新）；2、及时清除反常蛋白；3、短寿命蛋白的半寿期很短，便于通过基因表达和降解对其含量进行精确、快速的调控；4、一些蛋白酶为防御机制组成部分；5、蛋白质前体的裂解加工。第二节

氨基酸的分解代谢氨基酸的一般代谢途径RCCOOHNH2分解产物的去向H一、氨基酸的脱氨基作用氧化脱氨基转氨基联合脱氨基非氧化脱氨基脱酰胺基作用在酶的催化下，氨基酸脱去氨基的作用称为脱氨基作用（deamination），包括：在有氧作用下，氨基酸进行氧化脱氨作用，产物是α-酮酸和氨。催化氧化脱氨基的酶：（1）L-氨基酸氧化酶：催化L-AA氧化脱氨基；（2）D-氨基酸氧化酶：催化D-AA氧化脱氨基；（3）L-谷氨酸脱氢酶（催化氨基酸氧化脱氨的主要酶系，属于L-AA氧化酶）。1.氧化脱氨基作用

L-谷氨酸脱氢酶的氧化脱氨基作用2.转氨基作用（transamination）在转氨酶的作用下，某一种氨基酸的-氨基转移到另一种-酮酸的-碳上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成-酮酸。

要点：①反应可逆。②体内除Lys、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。③转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。

体内重要的转氨酶①谷丙转氨酶（ALT或GPT）正常情况下，谷丙转氨酶（GPT）在血清中的活性很低，肝中活性最高。当肝组织受损时，大量的GPT逸入血液，造成血清中GPT活性升高。如急性肝炎时，血清中的GPT活性明显上升。②谷草转氨酶（AST或GOT）正常情况下，谷草转氨酶（GOT）在血清中的活性很低，心肌中活性最高。当心肌组织受损时，大量的GOT逸入血液，造成血清中GOT活性升高。如心肌梗塞时，血清中的GOT活性明显上升。3.联合脱氨基作用在转氨基作用和氧化脱氨基作用的联合作用下，使各种氨基酸脱下氨基的过程。它是体内各种氨基酸脱氨基的主要形式。部位：在肝、肾、脑中（1）转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶联合脱氨基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酸代琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸（AMP）次黄嘌呤核苷酸（IMP）转氨酶转氨酶腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶

（2）转氨酶与嘌呤核苷酸循环联合脱氨基部位：在骨骼肌、心肌中①通过转氨基作用生成谷氨酸②谷氨酸与草酰乙酸在谷草转氨酶作用下生成天冬氨酸③天冬氨酸与IMP在GTP和腺苷酸代琥珀酸合成酶作用下生成腺苷酸代琥珀酸④腺苷酸代琥珀酸裂解生成AMP和延胡索酸⑤AMP经腺苷酸脱氨酶催化，并水解重新生成IMP⑥⑦延胡索酸经TCA循环重新生成草酰乙酸4、非氧化脱氨基主要在微生物中进行。①还原脱氨基（严格无氧)②脱水脱氨基

氨基酸氢化酶2HR-CH2-COOH+NH3

③裂解脱氨基

5.脱酰胺基作用1、概念3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）

氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。直接脱羧胺羟化脱羧羟胺

2、类型:二、氨基酸的脱羧基作用

直接脱羧基作用氨基酸在脱羧酶的催化下，脱去羧基产生二氧化碳和相应的胺的过程，在氨基酸分解代谢中不是主要途径。

γ－氨基丁酸GluγGluLysLys尸胺Arg腐胺ArgSer乙醇胺Ser羟化脱羧基作用

Tyr在Tyr酶催化下发生羟化作用生成3，4－二羟苯丙氨酸（多巴），后者进一步脱羧生成3，4－二羟苯乙胺（多巴胺）。三、氨的去路1.重新合成氨基酸2.合成谷氨酰胺（体内运输氨和储存氨的方式）3.生成铵盐（植物中）4.合成无毒的尿素（哺乳动物氨的主要去路）尿素的生成尿素是哺乳动物利用NH3、CO2和H2O在肝脏中经鸟氨酸循环途径合成的无毒物质，它可随尿排除体外，是动物体清除氨的重要方式。分以下4个步骤：（1）氨甲酰磷酸的生成（2）瓜氨酸的生成（3）精氨酸的生成（4）精氨酸的水解鸟氨酸循环的详细步骤（1）线粒体内的反应步骤（2）胞液内反应步骤总反应式：NH3+CO2+3ATP+Asp+2H2O→尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸天冬氨酸的再生鸟氨酸循环要点①尿素分子中的氮，一个来自氨甲酰磷酸（或游离的NH3），另一个来自Asp；②每合成1分子尿素需消耗4个~P；③循环中消耗的Asp可通过延胡索酸转变为草酰乙酸，再通过转氨基作用，从其他-氨基酸获得氨基而再生；④精氨酸代琥珀酸合成酶（ASS）为尿素合成的限速酶。四、-酮酸的代谢

生糖氨基酸：在体内能转变成糖的氨基酸。生酮氨基酸：在体内能转变成酮体的氨基酸,有Leu（亮）和Lys（赖）。生糖兼生酮氨基酸：既能转变成糖也能转变成酮体的氨基酸,有Ile（异亮）、Phe（苯丙）、Tyr（酪）、Trp（色）、Thr（苏）。琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸α-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖α-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸蛋氨酸丝氨酸苏氨酸缬氨酸酮体亮氨酸赖氨酸酪氨酸色氨酸苯丙氨酸谷氨酸精氨酸谷氨酰胺组氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系TCA第三节氨基酸的生物合成合成原料：NH3、H2S、C架。NH3H2SC架生物合成氨基酸一、氨的来源植物：

生物固氮

NO3--N还原含N有机物分解动物：

主要来源是含氮有机物的分解，如AA的脱氨基作用，此外嘌呤、嘧啶的分解也生成氨。（一）生物固氮是氨的重要来源，自然界每年生物固氮量2亿吨，远远超过工业固氮。生物固氮：部分微生物通过自身的固氮酶复合物把分子氮变成氨的过程。具有这种固氮性能的微生物，则称为固氮微生物。只有一部分微生物能进行生物固氮，动、植物和大多数微生物都不能进行生物固氮。为什么？1.生物固氮原理

N2+16ATP+8e−+8H+2NH3+H2+16ADP+Pi固氮酶复合物N2+

6e−+6H+2NH3N2+8e−+8H+2NH3+H2

呼吸链光合链还原酶oxFdredFdox还原酶red2ADP＋Pi2ATP固氮酶ox固氮酶redN2＋8H＋e－e－e－2NH3＋H2重复8次固氮酶复合物铁蛋白（还原酶）钼铁蛋白（固氮酶）铁蛋白：电子供体与钼铁蛋白之间的电子传递体。能提供高还原能力的电子。钼铁蛋白：利用铁蛋白传来的电子还原N2

或其它底物形成NH3等还原物。固氮条件：

①还原剂铁氧还蛋白（Fd）

黄素氧还蛋白(Fld)、NADPH②ATP③厌氧条件*自生固氮微生物

对植物没有依存关系，能够独立进行固氮。

2.固氮生物的的类型自养共生固氮微生物必须与其它生物共生在一起时才能固氮，且与其它生物共生时具有专一性。根瘤菌属中的每一种细菌都与某几种豆科植物专一地对应，每一种根瘤菌只和与其有专一性对应的几种豆科植物建立共生关系而形成根瘤，不与其他种类的植物共生形成根瘤。?豆科植物的根毛能够分泌一种特殊的蛋白质，根瘤菌细胞的表面存在着多糖物质，只有同族豆科植物根毛分泌的蛋白质与同族根瘤菌细胞表面的多糖物质才能产生特异性结合。豆血红蛋白起着降低氧浓度的能力。3、固氮过程中的氢代谢（氢代谢有益于生物

固氮）固氮生物种催化氢代谢的酶：固氮酶可逆性氢酶单向性氢酶（吸氢酶）氢代谢的意义：有益于生物固氮①H2

氧化生成ATP，用于固氮。②吸氢酶催化的羟化反应消耗大量O2，从而保护固氮酶系统免受O2

的破坏③吸氢酶防止H2

的积累，避免H2对固氮酶的抑制④H2的利用可间接产生还原力。植物体所需要的氮素营养除了生物固氮外，绝大部分来自土壤中的氮素。（二）NO3--N还原土壤中的氮素硝态氮（NO3－）氨态氮（NH4＋）

有机氮（尿素、aa等）无机氮植物最易吸收的是土壤中的NO3

－，但硝态氮并不能直接被植物体利用来合成各种aa和其它有机氮化合物，必须在硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的作用形成氨态氮。1、硝酸还原酶诱导酶，环境中须有NO3-，需光照条件。根据反应中电子供体不同又分为：①铁氧还蛋白-硝酸还原酶②NAD（P）H—硝酸还原酶NO3-+2Fdred+2H+NO2-+2Fdox+H2ONO3-+NAD(P)H+H+NO2-+NAD(P)++H2O2、亚硝酸还原酶正常情况下，NO2-

在植物细胞内很少积累，很快在亚硝酸还原酶催化下，进一步还原成氨。亚硝酸还原酶存在于绿色组织的叶绿体中。电子供体：Fd（铁氧还蛋白）NAD（P）HNO2-+7H++6eNH3+2H2O（三）含氮有机物的分解主要指蛋白质分解，少量的抗生素、维生素、核酸分解。

二、S的来源细菌、藻类、高等植物能吸收SO42-在体内还原成H2S，用于含硫氨基酸的合成。（一）硫酸离子的活化（分两步）第一步是硫酸离子在ATP硫酸化酶催化下与ATP反应，生成腺苷酰硫酸（APS）第二步，APS在相应的激酶催化下，在3-位形成磷酸酯，即磷酸腺苷酰硫酸（PAPS）。（二）还原载体－SH载体SHSH然后还原APS或PAPS将其磺酰基转移给一个含巯基的载体，再被铁氧还蛋白还原产生H2S，即可用于合成半胱氨酸。三、C架的来源糖酵解三羧酸循环PPP途径光呼吸等代谢途径的中间产物。四、氨基酸的合成（一）氨的同化（二）转氨基作用（三）各族氨基酸的合成（一）氨的同化在氮素循环中，生物固氮和硝酸盐还原形成了无机态NH3，进一步NH3便被同化成含氮有机化合物，这一过程叫做氨的同化。1、谷氨酸合成2、氨甲酰磷酸合成

1、谷氨酸合成途径谷氨酸＋NH3GlnGln合成酶ATPADPGln＋α—酮戊二酸2GluGlu合酶NADPH＋H＋NADP＋现有试验证明，谷氨酸的合成，主要通过谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶这条双酶途径催化的。（1）谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化合成（2）谷氨酸脱氢酶催化的反应（非主要途径）α-酮戊二酸谷氨酸2、氨甲酰磷酸的形成有二种酶能催化NH3、CO2、ATP共同合成氨甲酰磷酸。在转氨酶的作用下，谷氨酸的氨基转给其它α-酮酸，形成相应的氨基酸。转氨酶催化可逆反应，既在氨基酸分解代谢起作用，也在氨基酸合成代谢中起作用。（二）转氨基作用谷氨酸为氨基的转换站（三）各族氨基酸的合成1、谷氨酸族（Glu、Gln、Pro、Arg）2、丝氨酸族（Ser、Gly、Gys）3、天冬氨酸族（AspAsnLysIleThrMet）4、丙氨酸族（Ala、Val、Leu）5、His和芳香氨基酸族（HisTyrPheTrp）1、丙氨酸族（AlaValLeu）C架：丙酮酸（来自EMP途径）2、丝氨酸族（Ser、Gly、Gys）C架：3-磷酸甘油酸（来自EMP及光合碳循环）；乙醛酸（来自光呼吸乙醇酸途径）。3、谷氨酸族（Glu、Gln、Pro、Arg）C架