1、第七章 蛋白質(zhì)的酶促 降解與氨基酸代謝第七章 蛋白質(zhì)的酶促降解 與氨基酸代謝第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解第二節(jié) 氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化第三節(jié) 氨基酸的生物合成第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解一、蛋白水解酶 二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的水解三、蛋白質(zhì)降解的意義一、蛋白水解酶 國(guó)際生化協(xié)會(huì)命名委員會(huì)將作用于蛋白質(zhì)分子中肽鍵的酶歸屬于第三大類（水解酶類）第四亞類，該亞類又分二個(gè)亞亞類，即蛋白酶和肽酶（按酶的作用特點(diǎn)分類）。（一）蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶）水解肽鏈內(nèi)部的肽鍵胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、枯草桿菌蛋白酶、彈性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶。（二）肽酶（肽鏈外切酶）分別從多肽鏈游離的羧基端或游離的氨基端逐一地將肽鏈水

2、解成氨基酸（羧肽酶或氨肽酶）1、羧肽酶： 又分為A、B兩種： 羧肽酶A：水解中性氨基酸為羧基末端構(gòu)成的肽鍵。 羧肽酶B：水解由賴氨酸、精氨酸等堿性氨基酸為羧基末端構(gòu)成的肽鍵。2、氨肽酶： 水解氨基末端的肽鍵。3、二肽酶： 水解二肽氨基酸胃蛋白酶：芳香族aaNH2形成的肽鍵。胰蛋白酶：Lys或ArgCOOH形成的肽鍵（堿性，高度專一）；Pro抑制水解。胰凝乳蛋白酶：芳香族aaCOOH形成的肽鍵， Leu、Met、His水解速度次之。Pro抑制水解。嗜鹽菌蛋白酶：疏水性強(qiáng)的殘基（Leu、Ile、Phe、Trp、Val、Tyr、Met）；Pro或Gly不水解。溴化氰：Met（高度專一）二、細(xì)胞內(nèi)蛋白

3、質(zhì)的水解（一）、溶酶體系統(tǒng) 溶酶體的內(nèi)環(huán)境為酸性（約pH5），含有50多種蛋白酶。溶酶體通過(guò)吞噬將蛋白質(zhì)裹入，然后進(jìn)行水解。溶酶體對(duì)蛋白質(zhì)的水解是非選擇性的。（二）、泛素途經(jīng) 泛素系統(tǒng)可以選擇性的水解蛋白質(zhì)。該途徑要求被降解的目標(biāo)蛋白首先進(jìn)行泛素化標(biāo)記，然后降解。 泛素是一類小分子單體蛋白，含有76個(gè)氨基酸殘基，保守性很強(qiáng)，因廣泛存在于真核細(xì)胞而得名。二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的水解（二）、泛素途經(jīng)過(guò)程 1、目標(biāo)蛋白的泛素化標(biāo)記 泛素對(duì)目標(biāo)蛋白的靶向 標(biāo)記由3個(gè)酶催化完成： 泛肽活化酶（E1） 泛素?cái)y帶蛋白（E2） 泛素-蛋白連接酶（E3）二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的水解（二）、泛素途經(jīng) 2、泛素化蛋白的降解 泛

4、素化蛋白水解在26S蛋白酶體中完成。蛋白酶體是一種存在于細(xì)胞質(zhì)中的多亞基蛋白，目標(biāo)蛋白被水解產(chǎn)生約7-9個(gè)氨基酸殘基的肽段，然后再被細(xì)胞質(zhì)中的肽鏈外切酶水解為氨基酸。 三、蛋白質(zhì)降解的意義1、形成新組織：用于新蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)行新陳代謝（自我更新）。2、參加其它代謝：進(jìn)一步降解氧化或轉(zhuǎn)化成他物質(zhì)。第二節(jié) 氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化氨基酸在細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑有多種：1、經(jīng)生物合成形成蛋白質(zhì)。(作為蛋白質(zhì)合成的原料)2、進(jìn)行分解代謝： 因?yàn)榘被岱肿佣加邪被汪然虼烁鞣N氨基酸都具有共同的代謝途徑： a.脫氨基形成酮酸 糖和脂肪 b.脫羧基一級(jí)胺由于氨基酸側(cè)鏈不同，每種氨基酸還有其特殊的代謝途徑。一、脫氨

5、基作用二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向三、脫羧基作用第二節(jié) 氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化一、脫氨基作用1、氧化脫氨基作用（普遍存在于動(dòng)、植物） 在有氧作用下，氨基酸進(jìn)行氧化脫氨作用，產(chǎn)物是-酮酸和氨。（每消耗1分子氧，產(chǎn)生2分子-酮酸和2分子氨）。谷氨酸脫氫酶在動(dòng)、植物體內(nèi)分布廣泛，且活性及專一性很強(qiáng)，只對(duì)L-谷氨酸起催化作用。2、轉(zhuǎn)氨基作用-AA和-酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用，是氨基酸脫去氨基的一種重要形式。催化轉(zhuǎn)氨基作用的酶叫轉(zhuǎn)氨酶或氨基轉(zhuǎn)移酶，種類繁多分布廣泛。輔基均為磷酸吡哆醛（B6的磷醛酯） 轉(zhuǎn)氨作用 谷草轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶1122轉(zhuǎn)氨+氧化脫氨 一般氨基酸不直接氧化脫氨，而是先與-酮戊二酸通過(guò)轉(zhuǎn)氨形成相應(yīng)

6、的a-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再通過(guò)谷氨酸脫氫酶氧化脫氨。3、聯(lián)合脫氨基作用4、非氧化脫氨主要在微生物中進(jìn)行。其方式有以下幾種：還原脫氨基 脫水脫氨基裂解脫氨基5、脫酰胺基作用二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向（一）NH3的去路1、重新形成氨基酸 2、形成酰胺（消除NH3毒害，貯存NH3） 生成Gln和Asn，一方面是生物體貯藏和運(yùn)輸氨的主要形式，也是解除氨毒害的最主要途徑。 3、生成銨鹽，保持細(xì)胞pH 4、生成尿素4、尿素循環(huán) 在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，氨的主要去路是在肝臟中合成尿素并隨尿排出體外。在部分植物體內(nèi)尿素的形成既能解除氨毒，又是氨的一種貯存形式。 （二）-酮酸的代謝去路（C架的去路） 1、轉(zhuǎn)化為丙酮酸2

7、、轉(zhuǎn)化為草酰乙酸3、轉(zhuǎn)化為-酮戊二酸4、轉(zhuǎn)化為琥珀酰CoA5、降解為乙酰CoA和乙酰乙酸6、降解為延胡索酸和乙酰乙酸7、提供一碳單位 一碳基團(tuán)、生糖氨基酸、生酮氨基酸 p269一碳基團(tuán)p267在氨基酸代謝過(guò)程中，可以分解產(chǎn)生具有一個(gè)碳原子的基團(tuán)，稱為“一碳基團(tuán)”或“一碳單位”。 輔酶：FH4（四氫葉酸）一碳轉(zhuǎn)移過(guò)程中起輔酶作用。 生物學(xué)意義：（1）一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移與許多氨基酸代謝有直接關(guān)系。例Gly、Ser、Thr、His等都可作為一碳基團(tuán)的供體。（2）參與嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成（3）參與生物體內(nèi)許多活性物質(zhì)的生物合成，例：肌酸、卵磷脂、S-腺苷蛋（甲硫）氨酸（SAM）等的生物合成，都和一碳基

8、團(tuán)的轉(zhuǎn)移有關(guān)。這些化合物中都含有活性甲基。 常見一碳基團(tuán)： 甲基 -CH3 亞甲基 -CH2- 次甲基 -CH= 甲?；?CHO 羥甲基 -CH2OH 亞氨甲基 -CH=NH 三、脫羧基作用1、直接脫羧基作用 氨基酸在脫羧酶作用下，進(jìn)行脫羧反應(yīng)生成胺類化合物，脫羧酶輔酶為磷酸吡哆醛。廣泛存在于動(dòng)、植、微生物中2、羥化脫羧基作用 Tyr在Tyr酶催化下發(fā)生羥化作用生成3，4二羥苯丙氨酸（多巴），后者進(jìn)一步脫羧生成3，4二羥苯乙胺（多巴胺）。多巴進(jìn)一步氧化后形成聚合物黑素。馬鈴薯、蘋果、梨、切開長(zhǎng)時(shí)間暴露空氣變黑，形成黑色素。人體的表皮基底層及毛囊中有成黑素細(xì)胞，可將酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谒?，使皮膚毛發(fā)呈

9、黑色（可吸收紫外光）。白化病人：缺酪氨酸酶。第三節(jié) 氨基酸的生物合成一、氨的來(lái)源二、S的來(lái)源：硫酸的還原 三、C架的來(lái)源四、氨的同化五、氨基酸的合成一、氨的來(lái)源植物：生物固氮 、NO3-N還原、含N有機(jī)物分解動(dòng)物：主要來(lái)源是AA的脫氨基作用，此外嘌呤嘧啶的分解也生成氨。（一）、生物固氮1、固氮微生物把N2NH3的過(guò)程。固氮反應(yīng)固氮酶 ：鐵蛋白：電子供體與鉬鐵蛋白之間的電子傳遞體。能提供高還原能力的電子 鉬鐵蛋白 ：利用鐵蛋白傳來(lái)的電子還原N2或其它底物形成NH3等還原物PiADPHNHHeATPN+-16210816242固氮酶固氮條件：還原劑： 鐵氧還蛋白（Fd）、黃素氧還蛋白(Fld)、N

10、ADPH、Na2S2O4。 ATP厭氧條件2、固氮過(guò)程中的氫代謝 固氮生物種催化氫代謝的酶：固氮酶、可逆性氫酶和單向性氫酶（吸氫酶） 固氮酶：能催化還原H+生成H2。（當(dāng)有N2時(shí)，H+和N2的還原同時(shí)進(jìn)行。所以H+是N2的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。）不受CO抑制，需ATP?？赡嫘詺涿福捍呋赡娣艢浞磻?yīng) 2H+ +2e- H2，一般生理?xiàng)l件下放H2 ，除去過(guò)剩還原力，保證細(xì)胞正常生理活動(dòng)。不需ATP，受CO抑制。 單向性氫酶：催化 需ATP，KCN抑制。H2OOH2生物固氮的意義意義：有益于生物固氮H2氧化生成ATP，用于固氮。吸氫酶催化的羥化反應(yīng)消耗大量O2，從而保護(hù)固氮酶系統(tǒng)免受O2的破壞吸氫酶防止H2

11、的積累，避免H2對(duì)固氮酶的抑制H2的利用可間接產(chǎn)生還原力。（二）NO3-N還原植物體所需要的氮素營(yíng)養(yǎng)除了生物固氮外，絕大部分來(lái)自土壤中的氮素，主要是植物吸收土壤中的NO3-在硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的作用形成氨。 2e- 6e- NO3- NO2- NH4+ 硝酸還原酶 亞硝酸還原酶 1、硝酸還原酶誘導(dǎo)酶，環(huán)境中須有NO3-，需光照條件。根據(jù)反應(yīng)中電子供體不同又分為：鐵氧還蛋白硝酸還原酶NAD(P)H硝酸還原酶OHFdNOHFdNO223222+-+-氧化態(tài)還原態(tài)()()OHPNADNOHHPNADNO223+-+-2、亞硝酸還原酶 正常情況下，NO2-在植物細(xì)胞內(nèi)很少積累，很快在亞硝酸還原酶

12、催化下，進(jìn)一步還原成氨。 NO2- + 7H+ + 6e- NH3 + 2H2O 電子供體：Fd（鐵氧還蛋白） NAD(P)H 二、S的來(lái)源：硫酸的還原細(xì)胞、藻類、高等植物能吸收SO42-在體內(nèi)還原成H2S，用于含硫氨基酸的合成。動(dòng)物中不存在。 （一）硫酸離子的活化：活化分兩步：（二）還原APS或PAPS的還原可以有不同的途徑，在小球藻和高等植物內(nèi)，APS將其磺?；D(zhuǎn)移給一個(gè)含巰基的載體，再被鐵氧還蛋白還原成載體-S-SH，即可用于合成半胱氨酸。載體 SH或 載體 載體S SH 三、C架的來(lái)源來(lái)源于糖酵解、三羧酸循環(huán)、PPP途徑、光呼吸、乙醛酸循環(huán)等途徑代謝中間產(chǎn)物。四、氨的同化 在氮素循環(huán)中

13、，生物固氮和硝酸鹽還原形成了無(wú)機(jī)態(tài)氨，進(jìn)一步氨便被同化轉(zhuǎn)變成含氮有機(jī)化合物。生物體內(nèi)有兩種方式同化氨。 p2701、谷氨酸合成途徑（1）谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化合成，現(xiàn)有試驗(yàn)證明，谷氨酸的合成，主要通過(guò)這條雙酶途徑催化的。（2）非主要途徑2、氨甲酰磷酸的形成 有二種酶能催化 NH3、CO2、ATP共同合成氨甲酰磷酸氨甲酰激酶 氨甲酰磷酸合成酶ADPPi五、氨基酸的合成（一）氨基酸的合成與轉(zhuǎn)氨基作用在轉(zhuǎn)氨酶的作用下，谷氨酸的氨基轉(zhuǎn)給其它-酮酸，形成相應(yīng)的氨基酸。轉(zhuǎn)氨酶催化可逆反應(yīng)，即在氨基酸分解代謝起作用，也在氨基酸合成代謝中起作用。 （二）個(gè)別氨基酸的合成1、谷氨酸族（Glu Gln Pro Arg）c架：-戊酮二酸（TCA循環(huán)） -戊酮二酸谷氨酸谷氨酰胺脯氨酸精氨酸GluPro的過(guò)程如下 GluArg2、絲氨酸族（Ser、Gly、Gys）C架：3-磷酸 甘油酸 （EMP及光合碳循環(huán)）乙醛酸（光呼吸乙醇途徑）3、天冬氨酸族（Asp Asn Lys Ile Thr Met） C架：