蛋白质的酶促降解课件

第八章蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢

主要内容第一节

蛋白质的酶促降解第二节

氨基酸的降解与转化第三节

氮素同化作用第四节氨基酸的生物合成

本章教学目的要求：

掌握蛋白质的酶促降解过程，氨基酸的分解、转化、生物合成；了解氨的同化及氨基酸的生物合成。

重点、难点：氨基酸的降解，氨的同化、氨基酸的生物合成。第一节蛋白质的酶促降解一、肽酶〔Peptidase〕1、概念：肽链端解酶，作用于肽链的末端，将氨基酸一个一个的或两个两个的从多肽链上分解出来，产生氨基酸或二肽(二肽酶)。2、分类：羧肽酶：作用于肽链的羧基末端氨肽酶：作用于肽链的氨基末端肽酶的种类和专一性编号名称作用特征3、4、113、4、13-氨酰肽水解酶(-aminoacylpeptidehydrolase)作用于多肽链的N-末端-羧肽水解酶(-carboxylpeptidehydrolase)作用于多肽链的C-末端3、4、14二羧肽水解酶(depeptidehydrolase)水解二肽二、蛋白酶(Proteinase)

1、概念：肽链内切酶，作用于肽链内部，将蛋白质分解成长度较短的含氨基酸分子数较少的多肽链。2、植物含有的特殊蛋白酶木瓜蛋白酶：医药上用于治疗消化不良，工业上用于对啤酒澄清和作肉类嫩化剂。菠萝蛋白酶；啤酒澄清，面包〔有弹性、疏松〕种子发芽时，蛋白酶活性增强。在许多食虫植物中，发现有强烈分解蛋白质的酶类，这些蛋白酶可分解捕获到的虫体蛋白，供植物吸收利用。3、动物中：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶蛋白酶的种类和专一性编号名称作用特征实例3、4、2、13、4、2、2丝氨酸蛋白酶类(serinepritelnase)活性中心含Ser3、4、2、33、4、2、4硫醇蛋白酶类(Thiolpritelnase)活性中心含Cys羧基〔酸性〕蛋白酶类[carboxyl(asid)pritelnase]活性中心含Asp,最适pH在5以下金属蛋白酶类(metallopritelnase)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枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）第二节

氨基酸的降解与转化

氨基酸代谢概况食物蛋白质氨基酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物TCA鸟氨酸循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物嘧啶嘌呤SO42

-生物固氮硝酸还原〔次生物质代谢〕CO2

一、脱氨基作用〔Deamination〕AA失去氨基的作用。〔一〕氧化脱氨〔主要存在于动植物中〕产物为相应的酮酸。1、氧化专一氨基酸〔Glu脱氢酶〕

L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H

2、L-氨基酸氧化酶，分布不广、活力低，一类以FAD为辅基、另一类以FMN为辅基〔人和动物〕。

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O+O2H2O2

3、D-氨基酸氧化酶，以FAD为辅基，分布广，但作用不大。〔二〕非氧化脱氨〔主要存在于微生物中〕1、复原脱氨基作用严格无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物，产物是脂肪酸。R-CH-COO-2H氢化酶R-C-COO-NH+3O+NH32、水解脱氨基作用

产物是羟酸和氨

α-氨基酸

氨基酸水解酶α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-CH-COO-+NH3OH|H2O3、脱水脱氨基作用

L—Ser和L—Thr在脱水酶作用下脱氨，辅酶是磷酸吡哆醛。

4、脱硫氢基脱氨基作用

L—Cys，由脱硫氰基酶催化。

Cys

脱硫氢基酶丙酮酸

SH-CH2-CH-COO-

NH+3

CH3-C-COO-+NH3OH2OH2S5、氧化—复原脱氨基作用两个AA相互发生氧化复原反响，分别生成有机酸、酮酸和氨。酶R-CH-COOH+R′-CH-COOH+H2O

NH2NH2

R-C-COOH+R′-CH2-COOH+2NH3

O6、解氨酶催化的脱氨基作用苯丙氨酸解氨酶PAL催化苯丙氨酸Phe和酪氨酸Tyr。Phe反式肉桂酸，可进一步转化为香豆素、木素、单宁等次生物质。Tyr反式香豆酸，可转化为P—羟苯甲酸，后者可参加CoQ〔泛醌〕的合成。8、联合脱氨作用A：以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用〔广泛存在〕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+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸B：通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用〔骨骼肌、心肌、肝脏、脑中〕转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联

α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸重要氨基酸的脱羧基作用谷氨酸γ-氨基丁酸〔GABA〕：对中枢神经系统的传导具有抑制作用；VB6是其辅酶，因此临床上用VB6防治神经性妊娠呕吐及小孩抽搐；主要存在于大脑中。

四、AA分解产物的去向〔一〕NH3的去向-------------尿素循环1、排氨作用高等动植物均有保存并重新利用氨的能力，但是动物有一局部氨必须排除体外，氨的排泄是生物体维持正常生命活动的一种代谢方式。

氨有毒，高等动物的脑组织对氨相当敏感，血液中含1%氨即可引起中枢神经系统中毒〔语言紊乱、视力模糊、甚至昏迷死亡。机理：高浓度的氨与α-酮戊二酸形成谷氨酸，使大脑中的α-酮戊二酸大量减少，导致TCA循环无法正常进行，从而引起脑功能受损〕。

2、尿素循环

NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O

NH2-CO-NH2+

2ADP+2Pi+

AMP+PPi+延胡索酸

NH3+CO2+2ATP

氨甲酰磷酸

PiAsp延胡索酸鸟氨酸瓜氨酸精氨酸

H2O尿素

1、瓜氨酸的生成2、精氨琥珀酸的生成这个需要ATP的反响是由精氨琥珀酸合成酶催化的。3、精氨酸和延胡索酸的生成

精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶的催化下裂解

4、鸟氨酸和尿素的生成

精氨酸酶催化精氨酸的胍基水解鸟氨酸循环氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸

-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基质线粒体胞液NH2-C-NH2O尿素〔二〕α—酮酸的去向1、氧化途径2、变为糖和脂肪〔1〕生糖氨基酸:某些氨基酸可以生成丙酮酸或TCA中间产物离开TCA时生成草酰乙酸，然后沿糖异生途径转变为糖，这类氨基酸叫生糖氨基酸。〔2〕生酮氨基酸：有些AA的代谢终产物为乙酰CoA或乙酰乙酰CoA，后者在某些情况下如饥饿、糖尿病等在动物体肝脏内可转变为酮体〔乙酰乙酸、β—羟丁酸和丙酮〕。乙酰CoA脂肪3、用于合成新的氨基酸。氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径

草酰乙酸磷酸烯醇式酸

-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰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异亮氨酸亮氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸葡萄糖柠檬酸第三节

氮素同化作用

一、自然界的N素循环

自然界的氮素循环硝酸盐亚硝酸氮生物固氮工业固氮固氮生物动植物硝酸盐复原大气固氮大气氮素岩浆源的固定氮反硝化作用氧化亚氮蛋白质入地下水动植物废物死的有机体共生固氮根瘤固氮根瘤

(Nitrogen-fixingNodules)4、固氮的生物化学〔1〕固氮酶结构：由两种铁硫蛋白组成：钼铁蛋白，铁蛋白。〔2〕固氮酶的反响N2＋6e－＋6H＋2NH3N2O＋2H＋＋2e－N2＋H2O2H＋＋2e－H2C2H2＋2H＋＋2e－C2H4固氮酶复合物的酶和辅助因子铁钼中心MoFeSADP固氮酶钼铁与氮

的可能结合反响条件：A：复原剂，铁氧还蛋白，由NADPH＋H＋供氢B：ATP，每传递两个电子约消耗4—5个ATP。复原N2需12ATP，因此豆科植物在固氮的同时，还要提高淀粉、PRO产量是一个挑战，因为根系消耗了ATP总量的1/5用于固氮。C：厌氧环境，因固氮酶对氧十分敏感，需严格厌氧。固氮酶具有防氧机理：固氮菌通过呼吸消耗氧，根瘤菌的豆血红蛋白与氧结合。〔3〕氢代谢A：固氮酶的放氢反响：2H＋＋2e－H2要求ATP，不为CO抑制。B：氢酶的放氢反响氢酶存在于固氮生物中，也是一种铁硫蛋白。2铁氧还蛋白氧化态＋H22铁氧还蛋白复原态＋2H＋不需ATP，可被CO抑制。三、硝酸复原作用将NO3－、NO2－复原为NH3的作用。部位：根和叶，以叶为主；在种子萌发初期或缺氧时，以根为主。硝酸复原作用的化学本质NH+4NO-32e-6e-硝酸还原酶亚硝酸还原酶NO-2〔一〕硝酸复原酶NO3－NO2－1、铁氧还蛋白—硝酸复原酶以铁氧还蛋白为电子供体存在于：蓝绿藻，光合细菌，化能合成细菌2、NAD〔P〕H—硝酸复原酶以NAD〔P〕H为电子供体存在于：真菌，绿藻，高等植物硝酸复原酶1、铁氧还蛋白——硝酸复原酶2、NAD(P)H-硝酸复原酶H2ONO-3+2Fd复原态+2H+NO-2+2Fd氧化态++NAD(P)H+H+NO-2+NAD(P)++H2ONO3-〔二〕亚硝酸复原酶NO2－NH31、铁氧还蛋白—亚硝酸复原酶存在于光合生物中2、NAD〔P〕H—亚硝酸复原酶存在于非光合生物中亚硝酸复原酶2H2O1、铁氧还蛋白——亚硝酸复原酶NO-2+6Fd复原态+8H+NH+4+6Fd氧化态+2H2O2、NAD(P)H——亚硝酸复原酶NO-2+3NAD(P)H++NH+4+3NAD(P)++5H+四、氨的同化由氮素固定的氨和硝酸复原生成的氨转变为含氮有机物的作用。〔一〕谷氨酸的形成途径1、谷氨酸脱氢酶途径这是异养真核生物〔如真菌〕的氨同化的主要途径，要求[NH3]高。+NH3+H2ONADH+H+NAD+

谷氨酸脱氢酶+NH3+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶总反响式为：Gln合成酶α-酮戊二酸+NH3+ATP+NAD〔P〕H+H+Fd复原态+2H+Glu合成酶Glu+ADP+Pi+NAD〔P〕+Fd氧化态〔二〕氨甲酰磷酸的形成无机氨含N有机物，有2个反响。1、氨甲酰基酶催化：

氨甲酰基酶ONH3+CO2+ATPH2N-C-O-+ADPMg2+P2、氨甲酰磷酸合成酶：

氨甲酰基酶ONH3+CO2+2ATPH2N-C-O-+2ADP+PiMg2+P第四节氨基酸的生物合成一、转氨作用〔Transamination〕由一种AA把它的分子上的氨基转移至其他α—酮酸上，以形成另一种AA。反响的通式为：R-CH-COOH+R′-C-COOH转氨酶NH2OR-C-COOH+R′-CH-COOHONH2

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2转氨酶〔辅酶：磷酸吡哆醛〕

谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶〔GPT〕谷草转氨酶(GOT)谷丙转氨酶〔GPT〕催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨作用。谷丙转氨酶以肝脏中活力最大，当肝细胞损伤时，酶就释放到血液内。因此临床上常以此来判断肝功能的正常与否。谷草转氨酶〔GOT〕催化谷氨酸与草酰乙酸的转氨作用。