1、第13章 蛋白質的降解和氨基酸的代謝,龍中兒 生命科學學院,第13章 蛋白質的降解和氨基酸代謝,蛋白質的降解,氨基酸的脫氨基作用,鳥氨酸循環(huán),氨基酸的脫羧基作用,氨基酸的分解代謝,氨基酸的生物合成,第一節(jié) 蛋白質的降解,（體內降解）,高等動物需要不斷地從外界攝取蛋白質以維持組織細胞的生長,蛋白質的存活時間（life time）短的幾分鐘，長的幾天或更長,活細胞內的組分一直在更新,為細胞的生命活動提供能量,第一節(jié) 蛋白質的降解,細胞外的降解,細胞內的降解,第一節(jié) 蛋白質的降解,一、細胞外的降解,消化道中的消化（酶解）,胃,胃蛋白酶,小腸,胰蛋白酶,胰凝乳蛋白酶,彈性蛋白酶,羧肽酶（A、B）,氨肽

2、酶,第一節(jié) 蛋白質的降解,一、細胞外的降解,1. 胃蛋白酶對蛋白質的水解,胃蛋白酶原（Pepsinogen）,胃蛋白酶（Pepsin）,第一節(jié) 蛋白質的降解,一、細胞外的降解,1. 胃蛋白酶對蛋白質的水解,R1和R2=Phe、Trp、Tyr、 Leu及其他疏水氨基酸,R1=Pro不水解,第一節(jié) 蛋白質的降解,一、細胞外的降解,2. 小腸蛋白酶對蛋白質的水解,R1=Lys、Arg（專一要求，水解快）,胰蛋白酶,R2=Pro（抑制水解）,R1=Phe、Trp或Tyr（水解速度快）,糜蛋白酶,R2=Pro（抑制水解）,第一節(jié) 蛋白質的降解,二、細胞內的降解,細胞有選擇地降解非正常蛋白質，不同酶有不同

3、的半衰期（half-life）。,降解最迅速的酶都位于重要的代謝調控位點，而較為穩(wěn)定的酶在所有生理條件下都有較穩(wěn)定的催化活性。,第一節(jié) 蛋白質的降解,二、細胞內的降解,1. 溶酶體的蛋白質降解,（lysosome）,含有多種酸性蛋白水解酶類,非特異性的蛋白質降解,第一節(jié) 蛋白質的降解,二、細胞內的降解,2. 泛素介導的蛋白質降解,（ubiquitin）,蛋白質的泛素化,泛素化的靶蛋白由蛋白酶體降解,第一節(jié) 蛋白質的降解,二、細胞內的降解,2. 泛素介導的蛋白質降解,蛋白質的泛素化,E1:泛素活化酶 （Ubiquitin-activating enzyme） E2:泛素結合酶 （ubiquiti

4、n-conjugating enzyme） E3:泛素蛋白質連接酶 （ubiquitin-protein ligase）,2. 泛素介導的蛋白質降解,第一節(jié) 蛋白質的降解,二、細胞內的降解,第一節(jié) 蛋白質的降解,二、細胞內的降解,2. 泛素介導的蛋白質降解（總結）,泛素化蛋白質的降解：,依賴于ATP,26S蛋白酶體（26s proteasome） （大的多蛋白質復合物）,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,氧化脫氨基作用,非氧化脫氨基作用,轉氨基作用,聯(lián)合脫氨基作用,氨基酸失去氨基的作用,動物體內大多數(shù)組織均可進行,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,一、氧化脫氨基作用,1. 概念,指氨基酸在酶的作用下伴有氧

5、化的脫氨基反應,氨基酸氧化酶,氨基酸脫氫酶,L-氨基酸氧化酶,D-氨基酸氧化酶,專一性氨基酸氧化酶 L-谷氨酸脫氫酶,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,一、氧化脫氨基作用,2. L-氨基酸氧化酶,是一種黃素蛋白，以FAD或FMN為輔基,對甘氨酸、含羥基的氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸幾乎沒有催化作用,在體內的分布不廣,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,一、氧化脫氨基作用,3. D-氨基酸氧化酶,以FMN為輔基，對D-丙氨酸和D-甲硫氨酸的作用較快,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,一、氧化脫氨基作用,4. L-谷氨酸脫氫酶,分布：Liver，Kidney，Brain,不需氧脫氫酶，輔酶：NAD+ or NADP

6、+,別構抑制： GTP、ATP,別構激活： GDP、ADP,還原脫氨基作用,水解脫氨基作用,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,二、非氧化脫氨基作用,主要存在于微生物中（動物中也有發(fā)現(xiàn)）,脫水脫氨基作用,脫硫氫基脫氨基作用,氧化還原脫氨基作用,脫酰氨基作用,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,二、非氧化脫氨基作用,1. 還原脫氨基作用,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,二、非氧化脫氨基作用,2. 水解脫氨基作用,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,二、非氧化脫氨基作用,3. 脫水脫氨基作用,絲氨酸可在絲氨酸脫水酶的催化下生成氨和丙酮酸,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,二、非氧化脫氨基作用,4. 脫硫化氫脫氨基作用,半胱氨酸可在

7、脫硫化氫酶的催化下生成丙酮酸和氨,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,二、非氧化脫氨基作用,5. 氧化還原脫氨基作用,6. 脫酰胺基作用,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,二、非氧化脫氨基作用,廣泛存在于各類生物中，具有相當高的專一性,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,三、轉氨基作用,1. 轉氨作用（transamination）,指-氨基酸和酮酸之間氨基的轉移作用,( transaminase),第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,三、轉氨基作用,轉氨酶的種類很多,2. 轉氨酶（transaminase）,多數(shù)以-酮戊二酸作為專一性的氨基受體,根據(jù)氨基供給者命名,催化天冬氨酸轉氨基的酶稱為天冬氨酸轉氨酶,第二節(jié) 氨基酸

8、的脫氨基作用,三、轉氨基作用,谷丙轉氨酶(glutamic pyruvic transaminase,GPT) 谷草轉氨酶(glutamic oxaloacetic transaminase,GOT),2. 轉氨酶（transaminase）,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,三、轉氨基作用,3. 轉氨作用機制,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,四、聯(lián)合脫氨基作用,1. 轉氨酶和L-谷氨酸脫氫酶的聯(lián)合脫氨基作用,第二節(jié) 氨基酸的脫氨基作用,四、聯(lián)合脫氨基作用,2. 轉氨酶與腺苷酸脫氨酶的聯(lián)合脫氨基作用,轉氨酶,谷草轉氨酶,腺苷酸代琥珀酸合成酶,腺苷酸代琥珀酸裂解酶,腺苷酸脫氨酶,延胡索酸酶,蘋果酸脫氫酶,

9、第三節(jié) 氨的排泄鳥氨酸循環(huán),氨基酸,氨,對動物有毒,高等動物的腦組織對氨極為敏感,第三節(jié) 氨的排泄鳥氨酸循環(huán),氨的代謝去路,氨的轉運,氨的排泄,鳥氨酸循環(huán),高氨血癥與氨中毒,第三節(jié) 氨的排泄,一、氨的代謝去路,合成酰胺,合成氨基酸,合成,排到體外,第三節(jié) 氨的排泄,二、氨的轉運,有毒的氨在血液中運輸?shù)姆绞剑ㄝd體）：,丙氨酸,谷氨酰氨,丙氨酸葡萄糖循環(huán),谷氨酰氨的合成與分解,第三節(jié) 氨的排泄,二、氨的轉運,1.丙氨酸葡萄糖循環(huán),第三節(jié) 氨的排泄,二、氨的轉運,1.丙氨酸葡萄糖循環(huán),第三節(jié) 氨的排泄,二、氨的轉運,2. 谷氨酰氨的合成與分解,第三節(jié) 氨的排泄,二、氨的轉運,2. 谷氨酰氨的合成與分

10、解,第三節(jié) 氨的排泄,三、氨的排泄,原生動物、線蟲以及魚類,陸生爬蟲類和鳥類,第三節(jié) 氨的排泄,三、氨的排泄,陸生高等動物和人類,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),1.尿素合成的部位,肝臟,正常成人尿素氮占排氮總量的80%90%,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),2. 尿素合成的反應過程,1932 ，德國學者Hans Krebs,尿素循環(huán)(urea cycle),鳥氨酸循環(huán)(ornithine cycle),第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),2. 尿素合成的反應過程,氨甲酰磷酸的合成,瓜氨酸的合成 由瓜氨酸合成精氨基琥珀酸 Arg的生成 Arg的水解,第三節(jié) 氨的

11、排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),2. 尿素合成的反應過程,氨甲酰磷酸的合成,CPS-,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),2. 尿素合成的反應過程,氨甲酰磷酸的合成,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),2. 尿素合成的反應過程,瓜氨酸的合成,離開線粒體進入細胞液,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),2. 尿素合成的反應過程,精氨酸的合成,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),2. 尿素合成的反應過程,精氨酸水解生成尿素,進入線粒體,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),2. 尿素合成的反應過程,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),2. 尿素合成的反應

12、過程,與CPS-一起存在于肝細胞的線粒體內的AGA是該酶的別構激活劑,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),3. 尿素合成的調控,氨甲酰磷酸合成酶 I,與CPS-一起存在于肝細胞的線粒體內的AGA是該酶的別構激活劑,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),3. 尿素合成的調控,氨甲酰磷酸合成酶 I,(AGA),第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),3. 尿素合成的調控,尿素合成酶系的調節(jié),精氨琥珀酸合成酶的活性最低，是尿素合成酶的限速酶,食物蛋白質的影響,高蛋白質膳食時，尿素合成的速度加快，反之，速度慢！,總方程式,第三節(jié) 氨的排泄,四、尿素的合成鳥氨酸循環(huán),4. 尿素合成（循

13、環(huán)）總結,第三節(jié) 氨的排泄,五、高氨血癥和氨中毒,肝功能嚴重受損,尿素合成酶的遺傳缺陷,尿素合成障礙,血氨濃度增高,腦功能障礙或不可逆的腦損傷,（高血氨癥）,（氨中毒）,第四節(jié) 氨基酸的脫羧基作用,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,生糖氨基酸和生酮氨基酸,氨基酸與一碳單位,氨基酸與生物活性物質,氨基酸碳骨架的降解,氨基酸代謝缺陷癥,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,一、氨基酸碳骨架的降解,（酮酸的代謝去路）,酮酸,形成丙酮酸,形成-酮戊二酸,形成琥珀酰CoA,形成草酰乙酸,形成乙酰CoA 乙酰乙酸 延胡索酸,合成新氨基酸,轉變成糖和脂肪,直接氧化成H2O和CO2,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,一、氨基酸碳骨架的降

14、解,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,二、生糖氨基酸和生酮氨基酸,生糖氨基酸（Glucogenic amino acids）,生酮氨基酸 （Ketogenic amino acids）,生糖兼生酮氨基酸or生酮兼生糖氨基酸（Glucogenic and ketogenic amino acids）,Ile, Tyr, Trp，phe，Thr,Leu，Lys,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,二、生糖氨基酸和生酮氨基酸,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,三、氨基酸與一碳單位,1. 一碳單位的概念,具有一個碳原子的有機基團,“一碳單位（one carbon unit）”,“一碳基團（one ca

15、rbon group）”,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,三、氨基酸與一碳單位,2. 一碳單位的形式,亞氨甲基,甲?；?羥甲基,亞甲基（甲叉基）,次甲基,甲基,CH=NH,HCO,CH2OH,CH2,CH=,CH3,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,三、氨基酸與一碳單位,3. 一碳單位的作用,是生物體各種化合物甲基化的主要來源。,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,四、氨基酸與生物活性物質,生物體在生命活動過程中有許多由氨基酸合成的、對生命活動具有重要調節(jié)作用的生物活性物質。,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,四、氨基酸與生物活性物質,第五節(jié) 氨基酸的分解代謝,五、氨基酸代謝缺陷癥,氨基酸代謝中某一種酶的缺乏致使該酶的作用物

16、在血或尿中大量出現(xiàn)。,第六節(jié) 氨基酸的生物合成,氨基酸生物合成概述,氨基酸生物合成的碳源,氨基酸生物合成的氮源,氨基酸生物合成過程,氨基酸生物合成的調控,第六節(jié) 氨基酸的生物合成,一、氨基酸生物合成概述,1. 氨基酸生物合成的主要途徑,-酮酸還原氨化,轉氨作用,氨基酸的相互轉化,第六節(jié) 氨基酸的生物合成,二、氨基酸生物合成的氮源,1. 某些微生物和藻類的生物固氮作用,2. 大多數(shù)植物和微生物利用土壤中的硝酸鹽、亞硝酸鹽，經(jīng)相應還原酶催化合成NH3,3. 動物體內含氮化合物的分解代謝產(chǎn)生NH3,機體通過體內固氮酶系的作用將大氣中的氮轉變?yōu)榘钡倪^程,第六節(jié) 氨基酸的生物合成,三、氨基酸生物合成的碳

17、源,氨基酸生物合成的直接碳源是酮酸,碳骨架的來源是糖酵解、磷酸戊糖途徑及檸檬酸循環(huán)的中間物,第六節(jié) 氨基酸的生物合成,四、氨基酸生物合成的途徑,個別氨基酸的合成代謝,大多數(shù)氨基酸的合成是通過轉氨作用從谷氨酸得到-氨基，谷氨酰氨是另一個主要的氨供體,根據(jù)氨基酸合成過程中碳骨架來源的不同，可將氨基酸的生物合成分為多個類型,第六節(jié) 氨基酸的生物合成,四、氨基酸生物合成的途徑,-酮戊二酸衍生型,草酰乙酸衍生型,丙酮酸衍生型,3-磷酸甘油酸衍生型,磷酸烯醇式丙酮酸衍生型,5-磷酸核糖衍生型,第六節(jié) 氨基酸的生物合成,四、氨基酸生物合成的途徑,第六節(jié) 氨基酸的生物合成,四、氨基酸生物合成的途徑,必需氨基酸與非必需氨基酸,必需氨基酸（Essential amino acid）,體內需要而自身又不能合成，必須由食物供給的氨基酸。,蘇、纈、亮、異亮，苯丙、色、賴、蛋,幼小動物：組、精,(半必需氨基酸),第六節(jié) 氨基酸的生物合成,四、氨基酸生物合成的途徑,非必需氨基酸（Noressential amino acid）,機體自己能合成，不一定需要從食物供給的氨基酸。,不是體內不需要,第六節(jié) 氨基酸的生物合成,五、氨基酸生物合成的調節(jié),氨基酸的生物合成根據(jù)機體的需要情況受到嚴格的調節(jié)控制,控制方式：,通過調節(jié)酶活性或代謝過