课件：生物化学八.ppt

第八章 蛋白质酶促降解和氨基酸代谢,第一节 蛋白质的酶促降解,第二节 氨基酸的降解与转化,第三节 氨基酸的生物合成,第一节 蛋白质的酶促降解,一、蛋白质酶的种类和专一性 肽酶（Peptidase） 蛋白酶(Proteinase),二、细胞内蛋白质降解 溶酶体途径: 无选择地降解蛋白质 泛肽（ubiguitin）途径: 给选择降解的蛋白质加以标记,消化道内几种蛋白酶的专一性,肽酶的种类和专一性,编号 名 称 作 用 特 征,3.4.11,3.4.13,-氨酰肽水解酶,(-aminoacyl peptide hydrolase),作用于多肽链的N-末端,-羧肽水解酶,(-carboxyl peptide hydrolase),作用于多肽链的C-末端,3.4.14,二羧肽水解酶,(depeptide hydrolase),水解二肽,蛋白酶的种类和专一性,编号 名 称 作用特征 实例,3.4.2.1,3.4.2.2,丝氨酸蛋白酶类,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,天冬氨酸蛋白酶类,活性中心含Asp,最适pH在5以下,金属蛋白酶类,活性中心含有Zn2+ 、 Mg2+等金属,胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 凝血酶,木瓜蛋白酶 无花果蛋白酶 菠萝酶,胃蛋白酶 凝乳酶,嗜热菌蛋白酶,蛋白质降解的泛肽途径,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶体,20S蛋白酶体,ATP,19S调节亚基,去折叠,水解,E1：泛肽激活酶 E2：泛肽载体蛋白 E3：泛肽-蛋白质连接酶,（ubiquitin）,第二节 氨基酸的降解与转化,一、脱氨基作用 二、脱羧基作用 三、氨基酸分解产物的去向,1、氧化脱氨基作用,氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：,一、脱氨基作用,氨基酸氧化脱氨的主要酶：,* L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及 肾脏，辅基为FMN）,* D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少，辅基为FAD）,* L-谷氨酸脱氢酶 活性强，分布于肝、肾及脑组织 为变构酶，受ATP、ADP等调节， 辅酶为NAD+或NADP+ 专一性强，只作用于谷氨酸，催化 的反应可逆,2、转氨基作用,转氨酶 （辅酶：磷酸吡哆醛）,在转氨酶的催化下， -氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。,-氨基酸,磷酸吡哆醛,醛亚胺,酮亚胺,磷酸吡哆胺,磷酸吡哆醛的作用机理,-酮酸,互变异构,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),谷氨酰胺的生成和利用,3、联合脱氨基作用,（1）概念,（2）类型,a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联,转氨酶,L-谷氨酸脱氢酶,H20+NAD+,NH3+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,4、非氧化脱氨基作用（自学）,（1）直接脱氨基作用 （2）还原脱氨基作用 （3）水解脱氨基作用 （4）脱水脱氨基作用 （5）氧化还原脱氨基作用,二、氨基酸的脱羧基作用,1、概念,3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）,三、氨基酸分解产物的去向,1、重新生成氨基酸,2、谷氨酰胺和天冬酰氨的生成,3、尿素的生成尿素循环,4、合成其他含N物质,1、谷氨酸的重新生成,在大脑中发生上述反应，大量消耗了-酮戊二 酸和NADPH，引起中毒症状。 在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。,2. 生成谷氨酰胺和天冬酰胺,反应过程,在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。,3、尿 素 的 生 成,（1）概念,（2）总反应和过程,（一） 尿素合成的主要器官：肝脏,（二） 尿素合成的鸟氨酸循环,2分子氨与1分子CO2结合生成1分子尿素及1分子水, CO2 2NH3（其中1分子来自于天冬氨酸*） 4ATP,限速酶：精氨酸代琥珀酸合成酶,生理意义：是体内氨的主要去路, 解氨毒的重要途径。,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,（1） 氨甲酰磷酸的合成,反应在线粒体中进行,反应由氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phosphate synthetase, CPS-)催化。 N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。,N-乙酰谷氨酸(AGA),（2) 瓜氨酸的合成,鸟氨酸氨甲酰基转移酶,H3PO4,+,氨基甲酰磷酸,反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。,(3) 精氨酸的合成,反应在胞液中进行。,+,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,反应在胞液中进行,尿素,鸟氨酸,精氨酸,H2O,鸟氨酸循环,线粒体,胞 液,反应小结,原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。 过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。 耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。,高氨血症和氨中毒,血氨浓度升高称高氨血症 ( hyperammonemia)，常见于肝功能严重损伤时，尿素合成酶的遗传缺陷也可导致高氨血症。,高氨血症时可引起脑功能障碍，称氨中毒(ammonia poisoning)。,TCA ,脑供能不足,脑内 -酮戊二酸,氨中毒的可能机制,四、-酮酸的代谢,（一）经氨基化生成新氨基酸,（二）转变成糖及脂类,氨基酸生糖及生酮性质的分类,氨基酸生糖及生酮性质的分类,甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、,羟脯氨酸、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,类别,氨,基,酸,生糖氨基酸,生酮氨基酸,亮氨酸,生糖兼生酮氨基酸,异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、赖氨酸,甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、,羟脯氨酸、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,类别,氨,基,酸,生糖氨基酸,生酮氨基酸,亮氨酸,生糖兼生酮氨基酸,异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、,甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸、,羟脯氨酸、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,类别,氨,基,酸,生糖氨基酸,生酮氨基酸,亮氨酸,生糖兼生酮氨基酸,异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色,类别,氨,基,酸,生糖氨基酸,生酮氨基酸,生糖兼生酮氨基酸,异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、,苏氨酸,20种aa的碳架可转化成7种物质： 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。 最后集中为5种物质进入TCA： 乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。,第三节 氨基酸的生物合成,一、生物固氮 二、硝酸还原作用 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，从中获取能量推动电子向还原底物上转移。,（2）作用机理：,（3）特点：是一种多功能酶, 氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可 催化N2O化合物等还原。,（1）结构组成,二聚体、含Fe和S 形成Fe4S4簇,四聚体（22） 含Mo、Fe和S,固 N 酶,二、硝酸还原作用,（2）硝酸还原酶,(3) 亚硝酸还原酶,（1）硝酸还原作用的化学本质,硝酸还原酶,a、铁氧还蛋白硝酸还原酶,b、NAD(P)H-硝酸还原酶,H2O,NO-3,+,2Fd还原态,+,2H+,NO-2,+,2Fd氧化态,+,+,NAD(P)H,+,H+,NO-2,+,NAD(P)+,+,H2O,亚硝酸还原酶,2H2O,a、铁氧还蛋白亚硝酸还原酶,NO-2,+,6Fd还原态,+,8H+,NH+4,+,6Fd氧化态,+,2H2O,b、NAD(P)H亚硝酸还原酶,NO-2,+,3NAD(P)H,+,NH+4,+,3NAD(P)+,+,5H+,三、氨的同化,1、谷氨酸的形成途径,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),凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。,人的必需氨基酸：,四、氨基酸的生物合成,二十种氨基酸的生物合成概况,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙氨酸族,丝氨酸族,His 和芳香族,氨基酸生物合成的分族情况,（1）丙氨酸族 丙酮酸 Ala、Val、Leu （2）丝氨酸族 甘油酸-3-磷酸 Ser、Gly、Cys （3）谷氨酸族 -酮戊二酸 Glu、Gln、Pro、Arg （4）天冬氨酸族 草酰乙酸 Asp、Asn、Lys、Thr、Ile、Met （5）组氨酸和芳香氨基酸族 磷酸核糖 His 磷酸赤藓糖+PEP Phe、Tyr、Trp,（一）提供一碳基团（单位）氨基酸的代谢,一碳基团的定义,1.概述,某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。,五、个别氨基酸的代谢,一碳基团,在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO2），称为一碳基团，一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。, 一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化， 其辅酶为FH4 一碳基团和氨基酸代谢,-CH=NH 亚氨甲基 H-CO- 甲酰基 -CH2OH 甲醇基 -CH= 次甲基 -CH2- 亚甲基 -CH3 甲基,叶酸和四氢叶酸（FH4或THFA）,FH4携带一碳单位的形式,（一碳单位通常是结合在FH4分子的N5、N10位上）,N5CH3FH4,N5、N10CH2FH4,N5、N10=CHFH4,N10CHOFH4,N5CH=NHFH4,一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH3-FH4,N5 ，N10 - CH2-FH4,N5， N10 = CH-FH4,N10 -CHO-FH4,N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶,N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶,环水化酶,丝氨酸,组氨酸苷氨酸,参与 甲基化反应,为胸腺嘧啶合成提供甲基,参与嘌呤合成,FH4,FH4,FH4,HCOOH,H2O,NAD+,NDAH+H+,NAD+,NDAH+H+,H+,参与嘌呤合成,一碳单位的生理功用,*参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。,将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。,* 一碳单位代谢障碍会影响DNA、蛋白 质的合成，引起巨幼红细胞性贫血。,* 磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响一碳 单位代谢及核苷酸合成而发挥药理作用。,*参与许多物质的甲基化过程。,(二)芳香族氨基酸的代谢,1.苯丙氨酸和酪氨酸的代谢,此反应为苯丙氨酸的主要代谢途径。,(1)儿茶酚胺(catecholamine)与黑色素(melanin)的合成,帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。 在黑色素细胞中，酪氨酸可经酪氨酸酶等催化合成黑色素。 人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。,(2)酪氨酸的分解代谢,体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症。,(3)苯酮酸尿症(phenyl keronuria, PKU),体内苯丙氨酸羟化酶缺陷，苯丙氨酸不能正常转变为酪氨酸，苯丙氨酸经转氨基作用生成苯丙酮酸、苯乙酸等，并从尿中排出的一种遗传代谢病。,2.色氨酸代谢,色氨酸,5-羟色胺,一碳单位,丙酮酸 + 乙酰乙酰CoA,维生素 PP,(三)含硫氨基酸的代谢,胱氨酸,甲硫氨酸,半胱氨酸,1.甲硫氨酸的代谢,(1) 甲硫氨酸与转甲基作用,腺苷转移酶,PPi+Pi,+,甲硫氨酸,ATP,S腺苷甲硫氨酸(SAM),甲基转移酶,RH,RHCH3,腺苷,SAM,S腺苷同型半胱氨酸,同型半胱氨酸,SAM为体内甲基的直接供体,(2)甲硫氨酸循环(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 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,从蛋氨酸形成的S-腺苷蛋氨酸，在提供甲基以后转变为同型半胱氨酸，然后再反方向重新合成蛋氨酸，这一循环