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,國際生化協(xié)會命名委員會將作用于蛋白質(zhì)分子中肽鍵的酶歸屬于第三大類（水解酶類）第四亞類，該亞類又分二個亞亞類，即蛋白酶和肽酶（按酶的作用特點分類）。,（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

2、游離的氨基端逐一地將肽鏈水解成氨基酸（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：疏水性強的殘基（Leu、Ile、Phe、Trp、Val、Tyr、Met）；Pro或Gly不水解。

3、 溴化氰：Met（高度專一）,二、細胞內(nèi)蛋白質(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。溶酶體通過吞噬將蛋白質(zhì)裹入，然后進行水解。溶酶體對蛋白質(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蛋白首先進行泛素化標記，然后降解。 泛素是一類小分子單體蛋白，含有76個氨基酸殘基，保守性很強，因廣泛存在于真核細胞而得名。,二、細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的水解,（二）、泛素途經(jīng)過程 1、目標蛋白的泛素化標記 泛素對目標蛋白的靶向 標記由3個酶催化完成： 泛肽活化酶（E1） 泛素攜帶蛋白（E2） 泛素-蛋白連接酶（E3）,二、細胞內(nèi)

4、蛋白質(zhì)的水解,（二）、泛素途經(jīng) 2、泛素化蛋白的降解 泛素化蛋白水解在26S蛋白酶體中完成。蛋白酶體是一種存在于細胞質(zhì)中的多亞基蛋白，目標蛋白被水解產(chǎn)生約7-9個氨基酸殘基的肽段，然后再被細胞質(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，進行新陳代謝（自我更新）。 2、參加其它代謝：進一步降解氧化或轉(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、進行分解代謝： 因為氨基酸分子都有氨基和羧基，因此各種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

5、基一級胺,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、植物） 在有氧作用下，氨基酸進行氧化脫氨作用，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、植物體內(nèi)分布廣泛，且活性及專一性很強，只對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

6、丙轉(zhuǎn)氨酶,1,1,2,2,轉(zhuǎn)氨+氧化脫氨 一般氨基酸不直接氧化脫氨，而是先與-酮戊二酸通過轉(zhuǎn)氨形成相應(yīng)的a-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再通過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，保持細胞pH 4、生成尿素,4、尿素循環(huán),在哺乳動物體內(nèi)，氨的主要去路是在肝臟中合成尿素并隨尿排出體

7、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、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CoA 5、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、生糖氨基酸、生酮氨基酸 p269,一碳基團p267,在氨基酸代謝過程中，可以分解產(chǎn)生具有一個碳原子的基團，稱為“一碳基團”或“一碳單位”。 輔酶：FH4（四氫葉酸）一碳轉(zhuǎn)移過程中起輔酶作用。,生物學(xué)意義：,（1）一碳基團的轉(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的供體。 （2）參

8、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，都和一碳基團的轉(zhuǎn)移有關(guān)。這些化合物中都含有活性甲基。 常見一碳基團： 甲基 -CH3 亞甲基 -CH2- 次甲基 -CH= 甲酰基 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、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），后者進一步脫羧生成3，4二羥苯乙胺（多巴胺）。,多巴

9、進一步氧化后形成聚合物黑素。 馬鈴薯、蘋果、梨、切開長時間暴露空氣變黑，形成黑色素。 人體的表皮基底層及毛囊中有成黑素細胞，可將酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谒?，使皮膚毛發(fā)呈黑色（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、氨的來源 二、S的來源：硫酸的還原 三、C架的來源 四、氨的同化 五、氨基酸的合成,一、氨的來源,植物：生物固氮 、NO3-N還原、含N有機物分解 動物：主要來源是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

10、：利用鐵蛋白傳來的電子還原N2或其它底物形成NH3等還原物,固氮條件：,還原劑： 鐵氧還蛋白（Fd）、黃素氧還蛋白(Fld)、NADPH、Na2S2O4。 ATP 厭氧條件,2、固氮過程中的氫代謝,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。（當有N2時，H+和N2的還原同時進行。所以H+是N2的競爭性抑制劑。）不受CO抑制，需ATP。 可逆性氫酶：催化可逆放氫反應(yīng) 2H+ +2e- H2，一般生理條件下放H2 ，除去過剩還原力，保證細胞正常生理活動。不需ATP，受CO抑制。 單向性氫酶：催化 需ATP，KCN抑制。,生物固氮的意義,意義

11、：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，從而保護固氮酶系統(tǒng)免受O2的破壞 吸氫酶防止H2的積累，避免H2對固氮酶的抑制 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養(yǎng)除了生物固氮外，絕大部分來自土壤中的氮素，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,2、亞硝酸還原酶,正常情況下，NO2-

12、在植物細胞內(nèi)很少積累，很快在亞硝酸還原酶催化下，進一步還原成氨。 NO2- + 7H+ + 6e- NH3 + 2H2O 電子供體：Fd（鐵氧還蛋白） NAD(P)H,二、S的來源：硫酸的還原,細胞、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架的來源,來源于糖酵解、三羧酸循環(huán)、PPP途徑、光呼吸、乙醛

13、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，生物固氮和硝酸鹽還原形成了無機態(tài)氨，進一步氨便被同化轉(zhuǎn)變成含氮有機化合物。生物體內(nèi)有兩種方式同化氨。,p270,1、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)有試驗證明，谷氨酸的合成，主要通過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,ADP,Pi,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)）,GluPro的過程如下,GluArg,2、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（