第八章+蛋白质降解和氨基酸代谢

1、一：蛋白质的降解一：蛋白质的降解u外源蛋白质的消化吸收主要外源蛋白质的消化吸收主要发生在小肠发生在小肠u蛋白酶原在小肠激活蛋白酶原在小肠激活u蛋白质水解成氨基酸，吸收蛋白质水解成氨基酸，吸收根据各种蛋白酶活性部位的性质分为四大类根据各种蛋白酶活性部位的性质分为四大类 丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶 （丝氨酸、组氨酸、天冬氨酸）（丝氨酸、组氨酸、天冬氨酸） 巯基蛋白酶巯基蛋白酶 （半胱氨酸、组氨酸）（木瓜蛋白酶）（半胱氨酸、组氨酸）（木瓜蛋白酶） 天冬氨酸蛋白酶天冬氨酸蛋白酶 （两个天冬氨酸）（胃蛋白酶）（两个天冬氨酸）（胃蛋白酶） 金属蛋白酶金属蛋白酶 胰脏羧肽酶胰脏羧肽酶A (Zn2+、谷氨酸、酪

2、氨酸）。、谷氨酸、酪氨酸）。蛋白质营养蛋白质营养氮平衡氮平衡(nitrogen balance) 生理需要量：成人每日最低蛋白质需要量为生理需要量：成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、比例蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、比例真核生物中蛋白质的降解有两条途径真核生物中蛋白质的降解有两条途径 溶酶体内降解过程溶酶体内降解过程依赖泛素依赖泛素(ubiquitin(ubiquitin) )的降解过程的降解过程 依赖依赖ATP 降解异常蛋白和短寿命蛋白降解异常

3、蛋白和短寿命蛋白溶酶体途径溶酶体途径 主要降解经胞吞进入细胞中的胞外蛋白质主要降解经胞吞进入细胞中的胞外蛋白质 五十多种水解酶五十多种水解酶 微酸性微酸性pHpH（5 5） 没有选择性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长没有选择性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白寿命的细胞内蛋白n 76个氨基酸的小分子蛋白个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)，普遍存在于真核生，普遍存在于真核生物中，一级结构高度保守物中，一级结构高度保守n 1975年从小牛的胰脏中分离出来的。年从小牛的胰脏中分离出来的。n 80年代初，发现它有调节蛋白质死亡的作用，才称它年代初，发现它有调节蛋白质死亡的作用，才称它为为“死

4、亡标签死亡标签”。 n 切哈诺沃、赫尔什科和罗斯获得切哈诺沃、赫尔什科和罗斯获得2004年度诺贝尔奖。年度诺贝尔奖。 泛素（泛素（ubiquitin）简介）简介1. 泛素化泛素化(ubiquitination) 泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连接，并使其激活。使其激活。 涉及涉及EI、E2、E3。 典型的哺乳动物体内都含有一种或数种不同的典型的哺乳动物体内都含有一种或数种不同的EI ，几十种，几十种E2和几百种不同的和几百种不同的E3 E3是决定细胞中哪一种蛋白质需要在蛋白酶体是决定细胞中哪一种蛋白质需要在蛋白酶体中被中被“处死处死”的决策者的决策者

5、泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程蛋白酶体蛋白酶体(proteasome)对对泛素化蛋白质的降解泛素化蛋白质的降解 细胞中细胞中30以上的新合成蛋白质是经以上的新合成蛋白质是经过蛋白酶体降解的过蛋白酶体降解的 泛素分子链则是开启蛋白酶体这个泛素分子链则是开启蛋白酶体这个“垃圾桶垃圾桶”的的“钥匙钥匙” 进入蛋白酶体的蛋白质，经过处理会进入蛋白酶体的蛋白质，经过处理会分解成分解成79个氨基酸的短链个氨基酸的短链 一个人体细胞含有万个蛋白酶体一个人体细胞含有万个蛋白酶体 泛素介导的蛋白质降解过程泛素介导的蛋白质降解过程1. E1类酶激活泛素（需类酶激活泛素（需ATP）2. 泛素转移至

6、泛素转移至E2类酶类酶3. E3类酶具有特异性，可以识别目类酶具有特异性，可以识别目标蛋白质，与目标蛋白质接近的标蛋白质，与目标蛋白质接近的E2-泛素复合体将泛素转移至目标泛素复合体将泛素转移至目标蛋白质；蛋白质；4. E3类酶释放出被泛素标记的蛋白类酶释放出被泛素标记的蛋白5. 被标记的蛋白尾端形成一小段泛被标记的蛋白尾端形成一小段泛素分子链；素分子链；6. 泛素分子链在蛋白酶体的端口被泛素分子链在蛋白酶体的端口被识别并脱离蛋白质，目标蛋白质识别并脱离蛋白质，目标蛋白质进入蛋白酶复合体的桶状通道最进入蛋白酶复合体的桶状通道最终降解为缩氨酸并由另一端口释终降解为缩氨酸并由另一端口释放出去。放出

7、去。二：氨基酸分解的核心在于脱氨二：氨基酸分解的核心在于脱氨催化氨基酸直接脱氨的酶催化氨基酸直接脱氨的酶u催化氧化脱氨的酶催化氧化脱氨的酶黄素蛋白：黄素蛋白：-氨基酸氧化酶、氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶吡啶蛋白：吡啶蛋白：Glu脱氢酶脱氢酶u非氧化脱氨。非氧化脱氨。水解、脱水、加氢、脱硫化氢等水解、脱水、加氢、脱硫化氢等仅仅L-谷氨酸脱氢酶有明显的生理活性谷氨酸脱氢酶有明显的生理活性u在氨基酸代谢中起重要作用的脱氨酶是在氨基酸代谢中起重要作用的脱氨酶是L-谷氨酸脱氢酶。谷氨酸脱氢酶。u是一种变构酶，是一种变构酶，GTP、ATP是变构抑制剂是变构抑制剂氨基酸代谢的枢纽氨基酸代谢的枢

8、纽转氨转氨 在转氨酶（在转氨酶（aminotransferase）的催化下，）的催化下，-氨基酸和氨基酸和-酮酸之酮酸之间发生的氨基转移反应间发生的氨基转移反应 其中一个底物对为其中一个底物对为-酮戊二酸酮戊二酸/Glu 除除Gly、Lys、Thr、Pro、HO-Pro外外转氨机理转氨机理H2O 转氨基作用的主要生物学转氨基作用的主要生物学意义在于转氨不脱氨，避意义在于转氨不脱氨，避免了氨对代谢的干扰。免了氨对代谢的干扰。 转氨基作用不仅是体内多转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。氨基酸的重要途径。转氨

9、作用的生理意义转氨作用的生理意义联合脱氨联合脱氨氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD(P)+转氨酶转氨酶 NH3+NAD(P)HL-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 联合脱氨：联合脱氨：转氨与脱氨两种脱氨基方式的联合作用，转氨与脱氨两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下使氨基酸脱下- -氨基生成氨基生成- -酮酸的过程。酮酸的过程。嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环苹果酸苹果酸 腺苷酸腺苷酸代琥珀酸代琥珀酸次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸合成酶珀酸合成酶-酮戊酮戊 二酸二酸氨氨基基酸酸 谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸 转转氨氨酶酶 1草酰乙酸草

10、酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸转转氨氨酶酶 2主要在肌肉组织进行。主要在肌肉组织进行。腺苷酸腺苷酸脱氢酶脱氢酶H2ONH3延胡索酸延胡索酸腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)高浓度的氨对高等动物具有毒性高浓度的氨对高等动物具有毒性u 高等动物的大脑对氨极敏感，血中高等动物的大脑对氨极敏感，血中1%的氨的氨会引起中枢神经中毒会引起中枢神经中毒u 氨中毒的机理：在脑细胞的线粒体大量消耗氨中毒的机理：在脑细胞的线粒体大量消耗-酮戊二酸等酮戊二酸等氨的排泄氨的排泄u 排氨动物（水生如鱼类）排氨动物（水生如鱼类）u 尿素形成（陆栖高等动物和两栖类）尿素形成（陆栖高等动物和两栖类）u 排尿酸动物（如陆生爬虫类和鸟类

11、）排尿酸动物（如陆生爬虫类和鸟类）氨的转运氨的转运u 尿素循环发生于肝脏，其他部位尿素循环发生于肝脏，其他部位“脱脱下下”的氨被转运到肝脏的氨被转运到肝脏u 丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环（葡萄糖循环（Ala-Glc cycle）u 谷氨酰胺的运氨作用谷氨酰胺的运氨作用丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循环葡萄糖循环谷氨酰胺的运氨作用谷氨酰胺的运氨作用氨的运转主要通过氨的运转主要通过Gln，动物细胞内由，动物细胞内由Gln合成酶合成酶催化催化Glu与氨结合，生成与氨结合，生成Gln谷氨酸谷氨酸 + NH3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶尿素循环尿素循环 主要在肝细

12、胞的线粒体及胞液中。主要在肝细胞的线粒体及胞液中。 占排氮总量占排氮总量80 80 90% 90%； 生理意义：把有毒的生理意义：把有毒的NHNH3 3转化成无毒的尿素，转化成无毒的尿素，排除体外，使血排除体外，使血NHNH3 3浓度低、稳定。浓度低、稳定。 氨的活化氨的活化 氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成 CO2 + NH3 + H2O + 2ATP氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶（N-乙酰谷氨酸，乙酰谷氨酸，Mg2+）COH2NO PO32-+ 2ADP + Pi氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 反应在线粒体中进行反应在线粒体中进行尿素循环尿素循环尿素循环尿素循环尿素循环小结尿素循环小结

13、n 原料：原料：2 分子氨，一个来自于分子氨，一个来自于NH4，另一个来，另一个来自天冬氨酸。自天冬氨酸。n 过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。过程：先在线粒体中进行，再在胞液中进行。n 耗能：耗能：3 个个ATP，4 个高能磷酸键。个高能磷酸键。草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯磷酸烯醇式酸醇式酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨丙酮酸丙酮酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸组氨

14、酸组氨酸脯氨酸脯氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸缬氨酸缬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸葡萄糖葡萄糖柠檬酸柠檬酸氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径生糖氨基酸与生酮氨基酸生糖氨基酸与生酮氨基酸氨基酸与一碳单位氨基酸与一碳单位 将具有一个碳原子的基团称为将具有一个碳原子的基团称为“一碳单位一碳单位”。如。如 CH=NH；HCO；CH2OH；CH2；CH3， CH= 等等。等等。四氢叶酸（四氢叶酸（FH4）是）是一碳单位的主要转移载体。一碳单位的主要转移载体。一碳单位的生理意义：一碳单位的生理意义：（1）与氨基

15、酸代谢密切相关；与氨基酸代谢密切相关；（2）参与嘌呤和嘧啶的生物合成以及）参与嘌呤和嘧啶的生物合成以及S腺苷甲硫氨酸的生物合成；腺苷甲硫氨酸的生物合成；（3）是生物体各种化合物甲基化的甲基来源；）是生物体各种化合物甲基化的甲基来源；氨基酸合成的主要氨基酸合成的主要原料来自糖代谢原料来自糖代谢必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸和非必需氨基酸n 必需氨基酸必需氨基酸(essential amino acid)指体内需要而又指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸，共有8种：种：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。n 其余其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸氨基酸氨基酸代谢小结代谢小结生物固氮生物固氮 固氮作用是地球上氮循环的一个重要部分。固氮作用是地球上氮循环的一个重要部分。 只有某些原核生物才能固氮。固氮分自生与共生固只有某些原核生物才能固氮。固氮分自生与共生固氮两大类。氮两大类。生物固氮的化学本质生物固氮的化学本质固氮条件固氮条件（1 1）电子供体）电子供体（2 2）ATPATP供能供能（3 3）厌氧环境）