蛋白质的酶促降解及氨基酸的代谢

蛋白质的酶促降解及氨基酸的代谢第1页/共60页蛋白质的水解氨基酸的代谢氨基酸的分解氨基酸的合成主要内容第2页/共60页第一节蛋白质的水解水解胞外酶氨基酸

吸收入作为氮源和能源进行代谢。蛋白质不能储备。外源蛋白质第3页/共60页

一、消化：

主要在胃、小肠进行。

（一）胃内消化：

1.胃蛋白酶（pepsin):

胃蛋白酶元→胃酸(H+)→胃蛋白酶

自激活作用

蛋白质的消化吸收第4页/共60页2.胃酶作用：

蛋白质

小分子肽→肠道

胃酶作用于：Phe,Tyr,Trp,(芳香族）

Leu,

Glu,Gln。

胃蛋白酶第5页/共60页

（二）小肠消化：

1.来自胰腺的酶：

（1）内肽酶：水解pro内部肽键。

胰蛋白酶：Lys、Arg羧基端肽键；(碱性）

糜蛋白酶：Phe、Tyr、Trp肽键；(芳香族）

弹性蛋白酶：Val、Leu、Ser、Ala肽键

（脂肪族）

第6页/共60页2）外肽酶：

羧肽酶：从C端水解；

羧肽酶A：水解中性aa为C端的肽键；

羧肽酶B：水解碱性aa为C端的肽键；

2.来自小肠粘膜细胞的寡肽酶：1）氨肽酶：从N端水解，形成二肽。2）二肽酶：作用于二肽。寡肽的水解主要在小肠粘膜细胞进行。

第7页/共60页3.小肠腔的消化：

肽小肽

小肽氨基酸

至此：球蛋白几乎完全分解；

纤维蛋白、角蛋白部分水解。

胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶羧肽酶、氨肽酶第8页/共60页

酶位点（或底物）

胰蛋白酶(Trypsin）Lys,Arg的羧基端 胰凝乳(糜)蛋白酶Phe,Trp,Tyr的羧基端 胃蛋白酶(Pepsin)Phe,Trp,Tyr的氨基端 氨肽酶(aminopeptidase)肽的氨基端 羧肽酶(carboxypeptidase)肽的羧基端 二肽酶(dipeptidase)二肽 弹性蛋白酶(elastase)各种脂肪族AA形成的肽几种常见的蛋白水解酶第9页/共60页细胞内能有选择的降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能内源过期蛋白质水解氨基酸泛肽识别并在溶酶体中水解第10页/共60页泛肽过期蛋白质泛肽复合体溶酶体氨基酸泛肽第11页/共60页被标记后的内源蛋白质50~500nm各种水解酶双层膜游离于细胞质中，过于微小难以观察小分子单元溶酶体白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关第12页/共60页提问：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？NH3+—

NH3+—COO-—COO-—外切酶—氨肽酶随机内切酶特定氨基酸间限制性内切酶外切酶—羧肽酶最终产物—氨基酸第13页/共60页QinghaiUniversity–Xining–People’sRepublicofChina–August2011___COOHI-NH2ProteinsareverylargemoleculesmadeofaminoacidsThebasicstructureofproteinisachainofaminoacidsthatcontaincarbon,hydrogen,oxygen,andnitrogenLongchainofaminoacidsgeneticallycodifiedForexampleamutationatDNAlevelcouldgiverisetoanaminoacidvariationatproteinlevel第14页/共60页QinghaiUniversity–Xining–People’sRepublicofChina–August2011Theabsenceofdominanceisveryuseful,becausehomozygousindividualspresentintheelectropherogramonlyonevariantforeachprotein,whileheterozygousonesbothvariants,sothatthecountofthegenefrequenciesforapopulationresultsveryeasyGeneticpolymorphismABC第15页/共60页第二节氨基酸的代谢一、氨基酸的分解A.脱氨基氨基酸？分解NH3、尿素、尿酸CO2、H2O、ATP合成其他合成？四大物质、激素等脱氨酶NH3？OO

α酮酸第16页/共60页L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）1.氧化脱氨脱氨酶——脱氢氧化酶酶——L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶酶2H+H+亚氨基酸不稳定H2O+H+水解加氧脱氢NH4+α-酮酸本应是L-氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该酶分布不普遍，活力低（pH=7)，作用小。提问：那种酶作用最重要？2第17页/共60页有毒！L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2ONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-酮戊二酸谷氨酸氧化脱氨第18页/共60页2.转氨基作用特点：a.可逆，受平衡影响

b.氨基大多转给了α-酮戊二酸（产物谷氨酸）转氨酶α-氨基酸

α-酮酸

α-氨基酸α-酮酸逆过程交换三羧酸循环丙酮酸α酮戊二酸提问：为什么多转给α-酮戊二酸？答案：来源有保证，谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生α-酮戊二酸。第19页/共60页谷氨酸氧化脱氨L-谷氨酸脱氢酶NAD++H2ONADH+H++NH4+α-谷氨酸α-酮戊二酸氧化脱氨转氨基谷—某转氨酶O（酮酸）NH4+(A)转氨基制谷氨酸第20页/共60页第21页/共60页提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液。（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？转氨基本质上没有真正脱氨。第22页/共60页产物反应物3.联合脱氨————转氨与氧化脱氨的联合谷氨酸L-谷氨酸脱氢酶α-酮戊二酸转氨酶NH4+α-氨基酸NAD++H2Oα-酮酸NH32H由于两种酶活性强，分布广，动物体内大部分氨基酸联合脱氨。骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要以嘌呤核苷酸脱氨基为主。NADH+H+第23页/共60页产物腺苷酸琥珀酸草酰乙酸嘌呤核苷酸联合脱氨基谷氨酸α-酮戊二酸转氨酶α-氨基酸α-酮酸NH3NH3天冬氨酸次黄苷酸H2ONH3H2ONAD+NADH+H+腺苷酸延胡索酸苹果酸谷-草转氨酶H2O反应物第24页/共60页4.谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨脱氨H2ONH3谷氨酰胺谷氨酸天冬酰胺与之类似。NH3何处去呢？水解酶第25页/共60页(主要是肌肉)5.NH3的转运与排泄各组织细胞脱氨NH3谷氨酸α-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸丙氨酸谷氨酰胺血液肝脏脱氨，转化为排泄形式提问：为什么以谷氨酰胺、丙氨酸转运氨呢？答案：经济性、高效（一举两得）。肌肉剧烈运动丙酮酸NH3丙氨酸糖异生糖原脱氨酵解蛋白质分解产能第26页/共60页水生生物直接扩散脱氨（NH3）哺乳、两栖动物排尿素各种生物根据安全、价廉的原则排氨。直接排氨，毒性大，不消耗能量。转化为排氨形式越复杂，越安全，但越耗能。？体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。第27页/共60页尿素的形成——尿素循环（脲循环）部位——肝脏细胞氨基酸（外来的或自身的）α-酮戊二酸（转氨作用）谷氨酸谷氨酸α酮戊二酸NH4+CO22ADP+Pi+H+2ATPPi鸟氨酸瓜氨酸氨甲酰磷酸Pi瓜氨酸天冬氨酸转氨基—氨精氨琥珀酸ATPAMP+PPi延胡索酸鸟氨酸精氨酸H2O尿素消耗4ATP能量第28页/共60页精氨琥珀酸精氨酸延胡索酸第29页/共60页-+精氨酸鸟氨酸尿素但还需要较多数量的饮水来冲洗血液中的尿素含量。第30页/共60页鸟类、爬虫排尿酸均来自转氨不溶于水，毒性很小，合成需要更多的能量。提问：为什么这类生物如此排氨？水循环太慢，保留水分同时不中毒得付出高能量代价。高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。第31页/共60页生酮氨基酸(只能转化为脂肪）6.α-酮酸的转化(1)合成氨基酸（合成代谢占优势时）(2)进入三羧酸循环彻底氧化分解!(3)转化为糖及脂肪除亮氨酸、赖氨酸外的氨基酸可由？转化为糖。糖异生第32页/共60页碳骨架的氧化（肝脏中）异柠檬酸柠檬酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环乙酰CoAα-酮戊二酸琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸丙酮酸精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸谷氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬酰胺谷氨酰胺第33页/共60页三羧酸循环—焚烧炉第34页/共60页必需——分解不可逆，缺乏碳骨架供给。

第三节氨基酸分解产物的转化由糖代谢中间产物转化而来。蛋白质氨基酸非必需氨基酸(10种)糖必需氨基酸(10种)酮体动物第35页/共60页CO2+H2O戊糖磷酸途径葡萄糖葡糖-6-磷酸3磷酸-甘油酸丙酮酸三羧酸循环乙醛酸循环核糖-5-磷酸酵解组氨酸色氨酸苯丙氨酸酪氨酸丝氨酸半胱氨酸甘氨酸亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙氨酸草酰乙酸α-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。谷氨酸谷氨酰胺赖氨酸精氨酸脯氨酸第36页/共60页第四节氨的同化及氨基酸的生物合成第37页/共60页一、氨基化作用

（一）还原氨基化反应——氧化脱氨基的逆反应，是酮酸氨基化的主要反应。

1.原料：-酮酸和氨

-酮酸来自糖代谢产物如丙酮酸及TCA循环的中间产物如草酰乙酸等，主要底物为-酮戊二酸。

氨可由体内代谢产生，也可以其它物质为氮源，如氮气、硝酸根或其它含氮物转变为氨后作为底物。第38页/共60页2.酶：为氨基酸脱氢酶种类很多，以NADH为辅酶，谷氨酸脱氢酶活力最强。故还原氨基化合成谷氨酸是生物体的重要反应。

3.反应过程：

R-COCOOH+NH3

氨基酸脱氢酶

R-CNHCOOH+H2O

NADHR-CHNH2COOH+NAD第39页/共60页（二）直接氨基化反应——是分解脱氨基反应的逆过程。1.原料：不饱和酸和氨2.反应过程：如Asp的合成

HOOCCH=CHCOOH+NH3

天冬氨酸酶

HOOCCH2CHNH2COOH（三）酰氨化反应——由Glu和Asp和氨为原料，在Gln和Asn合成酶作用下，合成Gln和Asn的反应。第40页/共60页二、转氨基作用1.原料：-酮酸必须具有相应的-酮酸才能形成相应的氨基酸，植物和大多数微生物一般能合成全部氨基酸的碳链骨架，因此可以合成全部氨基酸，有些微生物不能合成个别-酮酸，而人因不能合成8种-酮酸，而有8种必需氨基酸。氨基酸—作为氨的供体，不能用无机氨。2.酶：转氨酶第41页/共60页三、氨基酸之间的相互转化及鸟氨酸循环（一）氨基酸之间的互相转化——利用氨基酸侧链基团的变化合成新的氨基酸。

由Glu可以变化成Pro、Orn、Cit、Arg和Gln

由Asp可以转化成Lys、Met、Thr、Ile和Asn

由Ser转化成Cys

由Gly转化成Ser

第42页/共60页（二）鸟氨酸循环——氨基酸转化实例1.鸟氨酸的合成：由Glu开始(液泡)HOOCCHNH2CH2CH2COOH+CH3CO~S-CoA

乙酰化酶

HOOCCHNHCH2CH2COOH（N-乙酰Glu）

|

COCH3

乙酰Glu激酶+ATPHOOCCHNHCH2CH2COOPO3H2（N-乙酰谷氨酰磷酸）

|

COCH3+ADP第43页/共60页

脱氢酶+NADHHOOCCHNHCH2CH2CHO（N-乙酰谷氨酸--半醛）

|

COCH3+NAD+磷酸

转氨酶

HOOCCHNHCH2CH2CH2NH2（N-乙酰鸟氨酸）

|

COCH3

乙酰鸟氨酸酶+H2OHOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2

+乙酸鸟氨酸（Orn）

(进入线粒体)第44页/共60页2.瓜氨酸（Cit）的合成(在线粒体中)

以鸟氨酸和氨基甲酰磷酸为底物，在鸟氨酸转甲酰基酶的作用下，鸟氨酸接受氨基甲酰磷酸分子上的甲酰基，形成瓜氨酸。

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2

+H2NCOO~PO3H2

鸟氨酸（Orn）氨基甲酰磷酸

鸟氨酸转甲酰基酶

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHCONH2

+磷酸瓜氨酸（Cit）

(转出线粒体)第45页/共60页3.精氨酸的合成和鸟氨酸循环

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2

+H2NCOO~PO3H2

鸟氨酸（Orn）氨基甲酰磷酸（2）鸟氨酸转甲酰基酶

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHCONH2

+磷酸瓜氨酸（Cit）（3）精氨琥珀酸合成酶+Asp+ATPHOOCCHNH2CH2CH2CH2NHC=NH

+ADP+磷酸精氨琥珀酸|

NH|HOOCCHCH2COOH第46页/共60页

（4）精氨琥珀酸分解酶

HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHC=NH

+延胡索酸

L-精氨酸（Arg）|

NH2

（5）精氨酸酶HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2

+H2NCONH2

鸟氨酸（Orn）尿素

由鸟氨酸开始，以氨基甲酰磷酸和Asp为原料，中间产物有Cit和Arg，又回到鸟氨酸，产物为延胡索酸和尿素，延胡索酸通过TCA可形成草酰乙酸，再转氨形成Asp。所以，鸟氨酸循环实际上是以氨基甲酰磷酸为原料合成尿素的循环,在肝脏中进行。

第47页/共60页第48页/共60页4.鸟氨酸循环的生理意义（1）鸟氨酸循环是生物合成Arg、Orn、Cit的途径。（2）是尿素合成途径，是机体氨代谢的重要方式和解毒方式。（3）尿素合成在肝脏进行。（4）肝脏病变时，由于尿素合成受阻会引起肝昏迷。肝功能受损尿素合成障碍血氨升高氨进入脑

-酮戊二酸浓度下降TCA减弱ATP形成减少大脑功能障碍昏迷第49页/共60页必需氨基酸的概念Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phr、Trp、(HisArg)

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：第50页/共60页氨基酸的生物合成的碳架来源（1）非必需氨基酸的生物合成（2）各族氨基酸的前体及相互关系a、由α-酮酸氨基化生成b、由某些非必需氨