II-第九章--蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢.ppt

1、第九章 蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢,本章着重讨论蛋白质在机体内的降解，以及氨基酸的分解和合成的共同代谢途径。,返回,思考,第一节 蛋白质的酶促降解 第二节 氨基酸的酶促降解 第三节 氨基酸的生物合成 第四节 一碳单位,第一节 蛋白质的酶促降解,人体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。 成人每天约有1%2%的体内蛋白质被降解。,蛋白质的最低生理需要量,在糖和脂肪等物质充分供应的条件下，为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白质的量，称为蛋白质的最低生理需要量。 成人每日最低蛋白质需要量为3050g 我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。,蛋白质的酶促降解过程是在蛋白水解酶系统的催化下进

2、行，使肽键断裂，最后生成氨基酸或者小肽。,一、蛋白酶： 也称为肽链内切酶，广泛存在于各种生物体内。它能随机地水解多肽链内部的肽键，将肽链降解为小肽。 二、 肽酶： 肽酶也称肽链端链酶，作用于肽链末端的肽键，每次水解下一个或者两个氨基酸。,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,(serine pritelnase),活性中心含Ser,3、4、2、3,3、4、2、4,硫醇蛋白酶类,(Thiol pritelnase),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,

3、(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,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 例如：细菌亮氨酸氨肽酶、胞质丙氨酸氨肽酶等。, -羧肽水解酶,( -carboxyl peptide hydrolase),作用于多肽链的C-末端 例如：羧肽酶、二肽羧肽酶、三肽羧肽酶。,3、4、14,二羧肽水解酶,(depeptide h

4、ydrolase),水解二肽,消化道内几种蛋白酶的专一性,三、 蛋白质酶促降解,需内肽酶、羧肽酶、氨肽酶和二肽酶的共同作用,蛋白质,多肽,AA,合成新蛋白质,真核细胞中存在两条不同的降解途径： 1. 不依赖ATP的降解途径： 在溶酶体内进行，主要降解外源性蛋白质、膜蛋白和长寿命的胞内蛋白质。 溶酶体：细胞器，50种蛋白酶。,2. 依赖ATP和泛素的降解途径： 在胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与 泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中（76个氨基酸）。,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

5、径: -给选择降解的蛋白质加以标记,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 酶促降解,一、氨基酸代谢概况,三、氨基酸的脱羧基作用,二、氨基酸的脱氨基作用,氨基酸的结构通式,不同的侧链基团 不同的理化性质,氨基酸代谢库,食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处参与代谢，称

6、为氨基酸代谢库(metabolic pool)。,一、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+,NH3,CO2,H2O,体蛋白,尿素,尿酸,激素,卟啉,尼克酰氨衍生物,肌酸胺,嘧啶,嘌呤,（次生物质代谢）,CO2,胺,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,氨基酸代谢概况,氨基酸的分解代谢,二、氨基酸的脱氨基作用,4、非氧化脱氨基作用,1、氧化脱氨基作用,2、转氨基作用,3、联合脱氨基作用,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：,谷氨酸,-酮

7、戊二酸,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,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 结合乙肝抗原等指标进一步确定原因,查肝功抽血化验转氨酶指数,3、联合脱氨基作用

8、,（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,L-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,肌肉、肝、脑、肾中的嘌呤核苷酸循环,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,三、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）,四、氨基酸分解产物的去路,1、重新生成氨基酸,3、谷氨酰胺和天冬酰氨的生成,4、尿素的生成尿素循环

9、,5、合成其他含N物质,2、形成铵盐,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. 形成铵盐 生物体内物质代谢产生的柠檬酸、苹果酸、延胡索酸、草酰乙酸等大量有机酸均可以与氨基结合形成铵盐。,3. 形成酰胺 谷氨酸或天冬氨酸可与相应的酰胺，反应由谷氨酰胺合成酶或天冬酰胺合成酶催化。,4、尿 素 的 生 成,（1）概念,（2）总反应和过程,L-谷氨酸脱氢酶,NAD+H2O,NADH+H+NH4+,-谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸氧化脱氨,氨的转运与排泄,血氨过高

10、可引起中枢神经系统中毒！,尿素循环,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,2ADP+Pi,2ATP+CO2+NH3+H2O,1,细胞溶液,线粒体,尿素,-酮戊二酸,-酮戊二酸,2,3,4,5,第三节 氨基酸的生物合成,一、氨基酸的生物合成 二、生物固氮 三、氨基酸重要衍生物的 生物合成(自学),自然界的氮素循环,硝酸盐,亚硝酸,NH3,生物固氮,工业固氮,固氮生物,动植物,硝酸盐还原,大气固氮,大气氮素,岩浆源的固定氮,火成岩,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

11、,生物固氮（N）的化学本质,e-,e-,e-,e-,生物固氮的概念,固 N 酶, 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,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(

12、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+,氨的同化,1、谷氨酸的形成途径,2、氨甲酰磷酸的生成,三、氨基酸的生物合成,1、必需氨基酸 2、20种氨基酸的生物合成概况 3、氨基酸生物合成的调节,必需氨基酸的概念,Ile、 Met、 Val、 Leu、 Trp 、 Phe、 Thr、 Lys、 (His、 Arg) 异亮氨酸、甲硫氨酸、缬

13、氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、赖氨酸（组氨酸和精氨酸） “一家写两三本书来”,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：,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、T

14、yr、Trp,3、氨基酸生物合成的调节,(1) 通过终端产物对氨基酸 生物合成的抑制 (2) 通过酶生成量的改变调节 氨基酸的生物合成,氨基酸合成的反馈调控,反硝化作用,氧化亚氮,氨甲酰磷酸,分支酸,脱氧庚酮糖酸-7-磷酸,天冬氨酸,天冬氨酰磷酸,赤藓糖-4-磷酸,脱氢奎尼酸,莽草酸,谷氨酸,磷酸烯醇式丙酮酸,+,预苯酸,Try,Phe,Trp,Ile,Trp,His,CTP,AMP,Gln,Lys,Met,Thr,酮丁酸,Gly,Ala,谷氨酰胺合酶,天冬氨酰半醛,高丝氨酸,氨基苯甲酸,二、氨基酸碳骨架的转化途径,1、再氨基化生成氨基酸,2、转变成糖或脂肪,生糖氨基酸 生酮氨基酸,3、氧化供

15、能生成CO2和H2O,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,谷氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 组氨酸 脯氨酸,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,第四节 一碳单位,一、一碳单位的概念： 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），称为一碳单位或者一碳基团，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

16、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,叶酸和 四氢叶酸（FH4或THFA）,叶酸,N5，N10-CH2-FH4,二、一碳单位的生物学意义： 参与氨基酸代谢。 是生物体内各种化合物甲基化的主要甲基来源。（生物体内许多活性物质的代谢，如嘌呤、嘧啶、肌酸、卵磷脂等，都与一碳单位转移有关）。 氨基酸代谢和核苷酸代谢联系的纽带。,三、一碳单位的种类,结构 一碳单位名称 与四氢叶酸结合位 -CH=NH 亚氨甲基 N5 H-CO- 甲酰基 N5 -CH2OH 甲醇基 N5 -CH= 次甲基 N5 N10 -CH2- 亚甲基 N5 N10 -CH3 甲基 N5,四、一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH3-FH4,N5 ，N1