1、第八章 蛋白質(zhì)酶促降解和氨基酸代謝,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解,第二節(jié)氨基酸的降解與轉(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、蛋白質(zhì)酶的種類和專一性 肽酶（Peptidase） 蛋白酶(Proteinase),二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解 溶酶體途徑: 無選擇地降解蛋白質(zhì) 泛肽（ubiguitin）途徑: 給選擇降解的蛋白質(zhì)加以標(biāo)記,消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性,肽酶的種類和專一性,編號(hào) 名 稱 作 用 特 征,3.4.11,3.4.13,-氨酰肽水解酶,(-aminoacyl peptide hydrolase),作用于多肽鏈的N-末端,-羧肽水解酶,(-carboxyl pepti

2、de hydrolase),作用于多肽鏈的C-末端,3.4.14,二羧肽水解酶,(depeptide hydrolase),水解二肽,蛋白酶的種類和專一性,編號(hào) 名 稱 作用特征 實(shí)例,3.4.2.1,3.4.2.2,絲氨酸蛋白酶類,活性中心含Ser,3.4.2.3,3.4.2.4,半胱氨酸蛋白酶,活性中心含Cys,天冬氨酸蛋白酶類,活性中心含Asp,最適pH在5以下,金屬蛋白酶類,活性中心含有Zn2+ 、 Mg2+等金屬,胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 凝血酶,木瓜蛋白酶 無花果蛋白酶 菠蘿酶,胃蛋白酶 凝乳酶,嗜熱菌蛋白酶,蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,AT

3、P AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶體,20S蛋白酶體,ATP,19S調(diào)節(jié)亞基,去折疊,水解,E1：泛肽激活酶 E2：泛肽載體蛋白 E3：泛肽-蛋白質(zhì)連接酶,（ubiquitin）,第二節(jié)氨基酸的降解與轉(zhuǎn)化,一、脫氨基作用 二、脫羧基作用 三、氨基酸分解產(chǎn)物的去向,1、氧化脫氨基作用,氨基酸在酶的催化下脫去氨基生成相應(yīng)的-酮酸的過程稱為氧化脫氨基作用。主要有以下兩種類型：,一、脫氨基作用,氨基酸氧化脫氨的主要酶：,* L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及 腎臟，輔基為FMN）,* D-氨基酸氧化酶（活性強(qiáng)，但體內(nèi)D-氨基酸少，輔基為FAD）,* L-谷氨酸脫氫酶 活性強(qiáng)

4、，分布于肝、腎及腦組織 為變構(gòu)酶，受ATP、ADP等調(diào)節(jié)， 輔酶為NAD+或NADP+ 專一性強(qiáng)，只作用于谷氨酸，催化 的反應(yīng)可逆,2、轉(zhuǎn)氨基作用,轉(zhuǎn)氨酶 （輔酶：磷酸吡哆醛）,在轉(zhuǎn)氨酶的催化下， -氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到-酮酸的酮基碳原子上，結(jié)果原來的-氨基酸生成相應(yīng)的-酮酸，而原來的-酮酸則形成了相應(yīng)的-氨基酸，這種作用稱為轉(zhuǎn)氨基作用或氨基移換作用。,-氨基酸,磷酸吡哆醛,醛亞胺,酮亞胺,磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛的作用機(jī)理,-酮酸,互變異構(gòu),谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶,谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）,谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT),谷氨酰胺的生成和利用,3、聯(lián)合脫氨基作用,（1）概念,（2）類型,a、轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸

5、脫氫酶作用相偶聯(lián),b、轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián),轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián),轉(zhuǎn)氨酶,L-谷氨酸脫氫酶,H20+NAD+,NH3+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián),4、非氧化脫氨基作用（自學(xué)）,（1）直接脫氨基作用 （2）還原脫氨基作用 （3）水解脫氨基作用 （4）脫水脫氨基作用 （5）氧化還原脫氨基作用,二、氨基酸的脫羧基作用,1、概念,3、脫羧產(chǎn)物的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化（次生物質(zhì)代謝）,三、氨基酸分解產(chǎn)物的去向,1、重新生成氨基酸,2、谷氨酰胺和天冬酰氨的生成,3、尿素的生成尿素循環(huán),4、合成其他含N物質(zhì),1、谷氨酸的重新生成,在大腦

6、中發(fā)生上述反應(yīng)，大量消耗了-酮戊二 酸和NADPH，引起中毒癥狀。 在肌肉中，可利用這一反應(yīng)生成的谷氨酸的轉(zhuǎn)氨基作用，生成丙氨酸，將氨轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟中去。,2. 生成谷氨酰胺和天冬酰胺,反應(yīng)過程,在腦、肌肉合成谷氨酰胺，運(yùn)輸?shù)礁魏湍I后再分解為氨和谷氨酸，從而進(jìn)行解毒。,3、尿 素 的 生 成,（1）概念,（2）總反應(yīng)和過程,（一） 尿素合成的主要器官：肝臟,（二） 尿素合成的鳥氨酸循環(huán),2分子氨與1分子CO2結(jié)合生成1分子尿素及1分子水, CO2 2NH3（其中1分子來自于天冬氨酸*） 4ATP,限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶,生理意義：是體內(nèi)氨的主要去路, 解氨毒的重要途徑。,鳥氨酸循環(huán),線粒體,

7、胞 液,（1） 氨甲酰磷酸的合成,反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行,反應(yīng)由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。 N-乙酰谷氨酸為其激活劑，反應(yīng)消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),（2) 瓜氨酸的合成,鳥氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行，瓜氨酸生成后進(jìn)入胞液。,(3) 精氨酸的合成,反應(yīng)在胞液中進(jìn)行。,+,天冬氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,延胡索酸,精氨酸代琥珀酸裂解酶,精氨酸代琥珀酸,(4) 精氨酸水解生成尿素,反應(yīng)在胞液中進(jìn)行,尿素,鳥氨酸,精氨酸,H2O,鳥氨酸循環(huán),線粒體,胞 液,反應(yīng)小結(jié),原

8、料：2 分子氨，一個(gè)來自于游離氨，另一個(gè)來自天冬氨酸。 過程：先在線粒體中進(jìn)行，再在胞液中進(jìn)行。 耗能：3 個(gè)ATP，4 個(gè)高能磷酸鍵。,高氨血癥和氨中毒,血氨濃度升高稱高氨血癥 ( hyperammonemia)，常見于肝功能嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，尿素合成酶的遺傳缺陷也可導(dǎo)致高氨血癥。,高氨血癥時(shí)可引起腦功能障礙，稱氨中毒(ammonia poisoning)。,TCA ,腦供能不足,腦內(nèi) -酮戊二酸,氨中毒的可能機(jī)制,四、-酮酸的代謝,（一）經(jīng)氨基化生成新氨基酸,（二）轉(zhuǎn)變成糖及脂類,氨基酸生糖及生酮性質(zhì)的分類,氨基酸生糖及生酮性質(zhì)的分類,甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、,羥脯氨酸、丙氨酸、

9、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、,天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸,類別,氨,基,酸,生糖氨基酸,生酮氨基酸,亮氨酸,生糖兼生酮氨基酸,異亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、賴氨酸,甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、,羥脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、,天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸,類別,氨,基,酸,生糖氨基酸,生酮氨基酸,亮氨酸,生糖兼生酮氨基酸,異亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、,甘氨酸、絲氨酸、纈氨酸、組氨酸、精氨酸、,羥脯氨酸、丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、,天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、半胱氨酸,類別,氨,基,酸,生糖氨基酸,生酮氨基酸,亮氨酸,生糖兼生酮氨基酸,異亮

10、氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色,類別,氨,基,酸,生糖氨基酸,生酮氨基酸,生糖兼生酮氨基酸,異亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、,蘇氨酸,20種aa的碳架可轉(zhuǎn)化成7種物質(zhì)： 丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、 -酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。 最后集中為5種物質(zhì)進(jìn)入TCA： 乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。,第三節(jié) 氨基酸的生物合成,一、生物固氮 二、硝酸還原作用 三、氨的同化 四、氨基酸的生物合成,一、生物固氮, ATP酶活性：能催化ATP分解，從中獲取能量推動(dòng)電子向還原底物上轉(zhuǎn)移。,（2）作用機(jī)理：,（3）特點(diǎn)：是一種多功能酶, 氧化還原酶：不僅能催化N2還原

11、，還可 催化N2O化合物等還原。,（1）結(jié)構(gòu)組成,二聚體、含F(xiàn)e和S 形成Fe4S4簇,四聚體（22） 含Mo、Fe和S,固 N 酶,二、硝酸還原作用,（2）硝酸還原酶,(3) 亞硝酸還原酶,（1）硝酸還原作用的化學(xué)本質(zhì),硝酸還原酶,a、鐵氧還蛋白硝酸還原酶,b、NAD(P)H-硝酸還原酶,H2O,NO-3,+,2Fd還原態(tài),+,2H+,NO-2,+,2Fd氧化態(tài),+,+,NAD(P)H,+,H+,NO-2,+,NAD(P)+,+,H2O,亞硝酸還原酶,2H2O,a、鐵氧還蛋白亞硝酸還原酶,NO-2,+,6Fd還原態(tài),+,8H+,NH+4,+,6Fd氧化態(tài),+,2H2O,b、NAD(P)H亞硝

12、酸還原酶,NO-2,+,3NAD(P)H,+,NH+4,+,3NAD(P)+,+,5H+,三、氨的同化,1、谷氨酸的形成途徑,2、氨甲酰磷酸的生成,必需氨基酸的概念：,Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp (His、 Arg),凡是機(jī)體不能自己合成，必需來自外界的氨基酸，稱為必需氨基酸。,人的必需氨基酸：,四、氨基酸的生物合成,二十種氨基酸的生物合成概況,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙氨酸族,絲氨酸族,His 和芳香族,氨基酸生物合成的分族情況,（1）丙氨酸族 丙酮酸 Ala、Val、Leu （2）絲氨酸族 甘油酸-3-磷酸 Ser、Gly、Cys （3）谷氨酸族 -酮戊二

13、酸 Glu、Gln、Pro、Arg （4）天冬氨酸族 草酰乙酸 Asp、Asn、Lys、Thr、Ile、Met （5）組氨酸和芳香氨基酸族 磷酸核糖 His 磷酸赤蘚糖+PEP Phe、Tyr、Trp,（一）提供一碳基團(tuán)（單位）氨基酸的代謝,一碳基團(tuán)的定義,1.概述,某些氨基酸代謝過程中產(chǎn)生的只含有一個(gè)碳原子的基團(tuán)，稱為一碳單位(one carbon unit)。,五、個(gè)別氨基酸的代謝,一碳基團(tuán),在代謝過程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解產(chǎn)生具有一個(gè)碳原子的基團(tuán)（不包括CO2），稱為一碳基團(tuán)，一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移除了和許多氨基酸的代謝直接有關(guān)外，還參與嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。, 一碳基團(tuán)的

14、轉(zhuǎn)移由相應(yīng)的一碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移酶催化， 其輔酶為FH4 一碳基團(tuán)和氨基酸代謝,-CH=NH 亞氨甲基 H-CO- 甲酰基 -CH2OH 甲醇基 -CH= 次甲基 -CH2- 亞甲基 -CH3 甲基,葉酸和四氫葉酸（FH4或THFA）,FH4攜帶一碳單位的形式,（一碳單位通常是結(jié)合在FH4分子的N5、N10位上）,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,一碳基團(tuán)的來源與轉(zhuǎn)變,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH3-FH4,N5 ，N10 - CH2-FH4,N5， N10 = CH-FH4,N10 -CHO-FH4,N5 ， N10 -CH

15、2-FH4還原酶,N5 ， N10 -CH2-FH4脫氫酶,環(huán)水化酶,絲氨酸,組氨酸苷氨酸,參與 甲基化反應(yīng),為胸腺嘧啶合成提供甲基,參與嘌呤合成,FH4,FH4,FH4,HCOOH,H2O,NAD+,NDAH+H+,NAD+,NDAH+H+,H+,參與嘌呤合成,一碳單位的生理功用,*參與嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。,將氨基酸與核苷酸代謝密切相連。,* 一碳單位代謝障礙會(huì)影響DNA、蛋白 質(zhì)的合成，引起巨幼紅細(xì)胞性貧血。,* 磺胺類藥及氨甲喋呤等是通過影響一碳 單位代謝及核苷酸合成而發(fā)揮藥理作用。,*參與許多物質(zhì)的甲基化過程。,(二)芳香族氨基酸的代謝,1.苯丙氨酸和酪氨酸的代謝,此反應(yīng)

16、為苯丙氨酸的主要代謝途徑。,(1)兒茶酚胺(catecholamine)與黑色素(melanin)的合成,帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成減少。 在黑色素細(xì)胞中，酪氨酸可經(jīng)酪氨酸酶等催化合成黑色素。 人體缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障礙，皮膚、毛發(fā)等發(fā)白，稱為白化病(albinism)。,(2)酪氨酸的分解代謝,體內(nèi)代謝尿黑酸的酶先天缺陷時(shí)，尿黑酸分解受阻，可出現(xiàn)尿黑酸癥。,(3)苯酮酸尿癥(phenyl keronuria, PKU),體內(nèi)苯丙氨酸羥化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常轉(zhuǎn)變?yōu)槔野彼幔奖彼峤?jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并從尿中排出的一種遺傳代謝病。,2.

17、色氨酸代謝,色氨酸,5-羥色胺,一碳單位,丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA,維生素 PP,(三)含硫氨基酸的代謝,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,1.甲硫氨酸的代謝,(1) 甲硫氨酸與轉(zhuǎn)甲基作用,腺苷轉(zhuǎn)移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基轉(zhuǎn)移酶,RH,RHCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM為體內(nèi)甲基的直接供體,(2)甲硫氨酸循環(huán)(methionine cycle),甲硫氨酸,S-腺苷同型 半胱氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,同型半胱氨酸,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 轉(zhuǎn)甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,從蛋氨酸形成的S-腺苷蛋氨酸，在提供甲基以后轉(zhuǎn)變?yōu)橥桶腚装彼?，然后再反方向重新合成蛋氨酸，這一循環(huán)