第7章蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝

1、第七章第七章 蛋白質(zhì)的酶促降解和氨基酸代謝蛋白質(zhì)的酶促降解和氨基酸代謝第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解蛋白質(zhì)的酶促降解第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化第三節(jié)第三節(jié) 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成一、降解過程一、降解過程第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解蛋白質(zhì)的酶促降解蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸胨胨肽肽國際生化協(xié)會命名委員會將作用于蛋白質(zhì)國際生化協(xié)會命名委員會將作用于蛋白質(zhì)分子中肽鍵的酶歸屬于第三大類（水解酶分子中肽鍵的酶歸屬于第三大類（水解酶類）第四亞類，該亞類又分二個亞亞類，類）第四亞類，該亞類又分二個亞亞類，即蛋白酶和肽酶。即蛋白酶和肽酶。二、降解酶二、降解酶 （一）肽酶（一）

2、肽酶（肽鏈外切酶肽鏈外切酶）u氨肽酶：氨肽酶：專一性地從肽鏈的氨基端水解肽鍵專一性地從肽鏈的氨基端水解肽鍵u羧肽酶：羧肽酶：專一性地從肽鏈的羧基端水解肽鍵專一性地從肽鏈的羧基端水解肽鍵二、降解酶二、降解酶 u二肽酶：二肽酶：水解二肽水解二肽氨基酸氨基酸u植物：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無植物：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無 花果蛋白酶等。花果蛋白酶等。水解肽鏈內(nèi)部的肽鍵。水解肽鏈內(nèi)部的肽鍵。u動物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳動物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳 蛋白酶等蛋白酶等（二）蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶）（二）蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶）二、降解酶二、降解酶 具有專一性具有專一性的肽鏈內(nèi)切酶的肽鏈內(nèi)切酶，常用于蛋

3、白質(zhì)一，常用于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定。級結(jié)構(gòu)測定。u胰蛋白酶：胰蛋白酶：對對C-C-端為端為LysLys或或ArgArg的肽鍵水解快。的肽鍵水解快。u胰凝乳蛋白酶：胰凝乳蛋白酶：對芳香族對芳香族AAAA羧基形成的肽鍵，水羧基形成的肽鍵，水 解速度最快。解速度最快。u胃蛋白酶：胃蛋白酶：芳香族芳香族AAAA氨基形成的肽鍵。氨基形成的肽鍵。（二）蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶）（二）蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶）二、降解酶二、降解酶 消化道內(nèi)幾種蛋白降解酶的專一性消化道內(nèi)幾種蛋白降解酶的專一性三、蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑三、蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑四、蛋白質(zhì)降解的意義四、蛋白質(zhì)降解的意義1 1、形成新組織：用于新蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)行

4、新陳代、形成新組織：用于新蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)行新陳代 謝（自我更新）。謝（自我更新）。2 2、及時清除反常蛋白、及時清除反常蛋白3 3、短壽命蛋白的半壽期很短，便于通過基因表達(dá)和、短壽命蛋白的半壽期很短，便于通過基因表達(dá)和 降解對其含量進(jìn)行精確、快速的調(diào)控。降解對其含量進(jìn)行精確、快速的調(diào)控。4 4、一些蛋白酶為防御機(jī)制組成部分、一些蛋白酶為防御機(jī)制組成部分5 5、蛋白質(zhì)前體的裂解加工、蛋白質(zhì)前體的裂解加工第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸的降解和轉(zhuǎn)化氨基酸的降解和轉(zhuǎn)化（五）脫酰胺基作用（五）脫酰胺基作用一、脫氨基作用一、脫氨基作用（一）氧化脫氨基作用（一）氧化脫氨基作用（二）轉(zhuǎn)氨基作用（二）轉(zhuǎn)氨基作用（三）聯(lián)

5、合脫氨基作用（三）聯(lián)合脫氨基作用（四）非氧化脫氨基（四）非氧化脫氨基（一）氧化脫氨基作用（一）氧化脫氨基作用在有氧作用下，氨基酸進(jìn)行氧化脫氨作用，產(chǎn)物是在有氧作用下，氨基酸進(jìn)行氧化脫氨作用，產(chǎn)物是- 酮酸和氨。酮酸和氨。一、脫氨基作用一、脫氨基作用催化氧化脫氨基的酶：催化氧化脫氨基的酶：（1 1）L-L-氨基酸氧化酶：催化氨基酸氧化酶：催化L-AAL-AA氧化脫氨基；氧化脫氨基；（2 2）D-D-氨基酸氧化酶：催化氨基酸氧化酶：催化D-AAD-AA氧化脫氨基；氧化脫氨基；（3 3）L-L-谷氨酸脫氫酶（催化氨基酸氧化脫氨的主要酶谷氨酸脫氫酶（催化氨基酸氧化脫氨的主要酶系，屬于系，屬于L-AAL

6、-AA氧化酶）。氧化酶）。該酶存在廣泛，活性高，催該酶存在廣泛，活性高，催化谷氨酸脫氨脫氫形成化谷氨酸脫氨脫氫形成酮戊二酸。酮戊二酸。轉(zhuǎn)氨基作用是轉(zhuǎn)氨基作用是-氨基酸與氨基酸與-酮酸之間的氨基酮酸之間的氨基的轉(zhuǎn)移作用。的轉(zhuǎn)移作用。（二）轉(zhuǎn)氨基作用（二）轉(zhuǎn)氨基作用u催化轉(zhuǎn)氨基作用的酶叫轉(zhuǎn)氨酶或氨基轉(zhuǎn)移酶，種類繁催化轉(zhuǎn)氨基作用的酶叫轉(zhuǎn)氨酶或氨基轉(zhuǎn)移酶，種類繁多分布廣泛。輔酶均為磷酸吡哆醛（多分布廣泛。輔酶均為磷酸吡哆醛（B6B6的磷醛酯）。的磷醛酯）。一、脫氨基作用一、脫氨基作用谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶u轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶谷氨酸脫氫酶聯(lián)合脫氨基作用。谷氨酸脫氫酶聯(lián)合脫氨基作用。u轉(zhuǎn)氨

7、酶轉(zhuǎn)氨酶嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨基作用。嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨基作用。（三）（三）聯(lián)合脫氨基作用聯(lián)合脫氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨基作用聯(lián)合進(jìn)行的脫轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨基作用聯(lián)合進(jìn)行的脫氨基作用方式。氨基作用方式。一、脫氨基作用一、脫氨基作用一般氨基酸不直接氧化脫氨，而是先與一般氨基酸不直接氧化脫氨，而是先與酮戊二酸通過轉(zhuǎn)氨形成相應(yīng)的酮戊二酸通過轉(zhuǎn)氨形成相應(yīng)的a-a-酮酸和谷氨酮酸和谷氨酸，谷氨酸再通過二種方式氧化脫氨：酸，谷氨酸再通過二種方式氧化脫氨：轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶谷氨酸脫氫酶聯(lián)合脫氨基作用谷氨酸脫氫酶聯(lián)合脫氨基作用轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨基作用嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨基作用（四）（四）

8、非氧化脫氨基非氧化脫氨基主要在微生物中進(jìn)行。主要在微生物中進(jìn)行。還原脫氨基還原脫氨基 （嚴(yán)格無氧（嚴(yán)格無氧) )脫水脫氨基脫水脫氨基 氨基酸氨基酸氫化酶氫化酶2HR-CH2-COOH + NH3一、脫氨基作用一、脫氨基作用 裂解脫氨基裂解脫氨基 （四）（四）非氧化脫氨基非氧化脫氨基一、脫氨基作用一、脫氨基作用（五）脫酰胺基作用（五）脫酰胺基作用一、脫氨基作用一、脫氨基作用二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向（一）（一）NHNH3 3的代謝去路的代謝去路1 1、重新形成氨基酸、重新形成氨基酸3 3、生成銨鹽，保持細(xì)胞、生成銨鹽，保持細(xì)胞pHpH在哺乳動物體內(nèi)，氨的主要去路是在肝臟中合

9、成尿素并在哺乳動物體內(nèi)，氨的主要去路是在肝臟中合成尿素并隨尿排出體外。在部分植物體內(nèi)尿素的形成既能解除氨隨尿排出體外。在部分植物體內(nèi)尿素的形成既能解除氨毒，又是氨的一種貯存形式。毒，又是氨的一種貯存形式。5 5、合成其他含、合成其他含N N物質(zhì)（如形成嘧啶環(huán)）物質(zhì)（如形成嘧啶環(huán)）生成生成GlnGln和和AsnAsn，一方面是生物體貯藏和運(yùn)輸氨的主要，一方面是生物體貯藏和運(yùn)輸氨的主要形式，也是解除氨毒害的最主要途徑。另一方面還可形式，也是解除氨毒害的最主要途徑。另一方面還可作為蛋白質(zhì)合成的原料。作為蛋白質(zhì)合成的原料。2 2、形成酰胺（消除、形成酰胺（消除NHNH3 3毒害，貯存毒害，貯存NHNH

10、3 3） 4 4、生成尿素、生成尿素尿素的生成和鳥氨酸循環(huán)尿素的生成和鳥氨酸循環(huán)2 2、形成其它物質(zhì)（糖和脂肪）、形成其它物質(zhì)（糖和脂肪）（二）（二）-酮酸的代謝去路（酮酸的代謝去路（C C架的去路）架的去路）1 1、形成新的氨基酸、形成新的氨基酸3 3、參加、參加TCATCA循環(huán)，氧化成循環(huán)，氧化成COCO2 2和水，產(chǎn)生能量和水，產(chǎn)生能量二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成糖的在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變成糖的AAAA稱為生糖稱為生糖AAAA。在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)橥w的在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)橥w的AAAA稱為生酮氨基酸。稱為生酮氨基酸。既能生成糖又能生成酮體的既能生成糖又能生成酮體的AAAA稱

11、為生糖兼生酮稱為生糖兼生酮AAAA。氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑三、脫羧基作用三、脫羧基作用氨基酸在脫羧酶作用下，進(jìn)行脫羧反應(yīng)生成胺類氨基酸在脫羧酶作用下，進(jìn)行脫羧反應(yīng)生成胺類化合物，脫羧酶輔酶為磷酸吡哆醛?；衔铮擊让篙o酶為磷酸吡哆醛。1 1、直接脫羧基作用、直接脫羧基作用 TyrTyr在在TyrTyr酶催化下發(fā)生羥化作用生成酶催化下發(fā)生羥化作用生成 3 3，4 4二羥苯丙二羥苯丙氨酸（多巴），多巴進(jìn)一步脫羧生成氨酸（多巴），多巴進(jìn)一步脫羧生成3 3，4 4二羥苯乙二羥苯乙胺（多巴胺），多巴進(jìn)一步氧化后形成聚合物黑素。胺（多巴胺），多巴進(jìn)一步氧化后形成聚

12、合物黑素。 2 2、羥化脫羧基作用、羥化脫羧基作用 u白化病人：缺酪氨酸酶。白化病人：缺酪氨酸酶。 三、脫羧基作用三、脫羧基作用第三節(jié)第三節(jié) 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成一、一、 NHNH3 3的來源的來源（一）生物固氮；（一）生物固氮；（二）（二）NONO3 3-N-N還原；還原；（三）含（三）含N N有機(jī)物分解。有機(jī)物分解。植物：植物：動物：動物：主要來源是消化道吸收和主要來源是消化道吸收和含含N N有機(jī)物分解。有機(jī)物分解。生物固氮：部分微生物通過自身的固氮酶復(fù)合物把生物固氮：部分微生物通過自身的固氮酶復(fù)合物把分子氮變成氨的過程。生物固氮是氨的重要來源。分子氮變成氨的過程。生物固氮是氨

13、的重要來源。（一）生物固氮（一）生物固氮3H22NH3N2+6e-一、一、NHNH3 3的來源的來源硝酸還原酶硝酸還原酶根據(jù)反應(yīng)中電子供體不同又分為：根據(jù)反應(yīng)中電子供體不同又分為：鐵氧還蛋白鐵氧還蛋白- -硝酸還原酶；硝酸還原酶；NADNAD（P P）H H硝酸還原酶。硝酸還原酶。電子供體為鐵氧還蛋白。電子供體為鐵氧還蛋白。 硝酸還原分為兩步，第一步在硝酸還原酶催化下，硝酸還原分為兩步，第一步在硝酸還原酶催化下，NONO3 3還原為還原為NONO2 2，第二步在亞硝酸還原酶催化下，第二步在亞硝酸還原酶催化下，NONO2 2還原為還原為NHNH3 3（二）硝酸還原（二）硝酸還原硝酸還原酶是硝酸還

14、原酶是誘導(dǎo)酶，環(huán)境中須有誘導(dǎo)酶，環(huán)境中須有NONO3 3- -，需光照條件。，需光照條件。 一、一、NHNH3 3的來源的來源主要指蛋白質(zhì)分解，少量的抗生素、維主要指蛋白質(zhì)分解，少量的抗生素、維生素、核酸分解。生素、核酸分解。（三）含氮有機(jī)物的分解（三）含氮有機(jī)物的分解一、一、NHNH3 3的來源的來源二、二、S S的來源的來源細(xì)胞、藻類、高等植物能吸收細(xì)胞、藻類、高等植物能吸收SOSO4 42-2-在體內(nèi)還原成在體內(nèi)還原成H H2 2S S，用，用于含硫氨基酸的合成。于含硫氨基酸的合成。 （一）硫酸離子的活化（分兩步）（一）硫酸離子的活化（分兩步）第一步是硫酸離子在第一步是硫酸離子在ATPA

15、TP硫酸化酶催化下與硫酸化酶催化下與ATP ATP 反應(yīng)，生成反應(yīng)，生成腺苷酰硫酸（腺苷酰硫酸（APSAPS）第二步，第二步，APSAPS在相應(yīng)的激酶催化下，在在相應(yīng)的激酶催化下，在3-3-位形成磷酸酯，即位形成磷酸酯，即磷酸腺苷酰硫酸（磷酸腺苷酰硫酸（PAPSPAPS）。）。硫酸離子的活化態(tài)（硫酸離子的活化態(tài)（APSAPS、PAPSPAPS）的結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)APSAPS或或PAPSPAPS將其磺酰基轉(zhuǎn)移給一個含巰基的載體，再被將其磺酰基轉(zhuǎn)移給一個含巰基的載體，再被鐵氧還蛋白還原產(chǎn)生鐵氧還蛋白還原產(chǎn)生H H2 2S S，即可用于合成半胱氨酸。，即可用于合成半胱氨酸。（二）硫酸離子還原（二）硫酸離

16、子還原二、二、S S的來源的來源三、三、C C架的來源架的來源來源于糖酵解、三羧酸循環(huán)、來源于糖酵解、三羧酸循環(huán)、PPPPPP途徑、途徑、光呼吸、乙醛酸循環(huán)等途徑代謝中間產(chǎn)物。光呼吸、乙醛酸循環(huán)等途徑代謝中間產(chǎn)物。 1 1、谷氨酸合成途徑、谷氨酸合成途徑 氨的同化氨的同化指將氨轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)氮的過程，指將氨轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)氮的過程，有兩條途徑：有兩條途徑：四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成（一）氨的同化（一）氨的同化 （1 1）谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化合成）谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化合成u現(xiàn)有試驗(yàn)證明，谷氨酸的合成，主要通過谷氨現(xiàn)有試驗(yàn)證明，谷氨酸的合成，主要通過谷氨酰胺合成酶和谷氨

17、酸合酶這條雙酶途徑催化的。酰胺合成酶和谷氨酸合酶這條雙酶途徑催化的。1 1、谷氨酸合成途徑、谷氨酸合成途徑 （2 2）谷氨酸脫氫酶催化的反應(yīng)（非主要途徑）谷氨酸脫氫酶催化的反應(yīng)（非主要途徑）四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成（一）氨的同化（一）氨的同化 - -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸2 2、氨甲酰磷酸的形成、氨甲酰磷酸的形成有二種酶能催化有二種酶能催化 NHNH3 3、COCO2 2、ATPATP共同合成氨甲酰磷酸。共同合成氨甲酰磷酸。四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成（一）氨的同化（一）氨的同化 在轉(zhuǎn)氨酶的作用下，谷氨酸的氨基轉(zhuǎn)給其它-酮酸，形成相應(yīng)的氨基酸。轉(zhuǎn)氨酶催化可逆反

18、應(yīng)，既在氨基酸分解代謝起作用，也在氨基酸合成代謝中起作用。（二）轉(zhuǎn)氨基作用（二）轉(zhuǎn)氨基作用谷氨酸為氨基的轉(zhuǎn)換站谷氨酸為氨基的轉(zhuǎn)換站四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成（三）各族氨基酸的合成（三）各族氨基酸的合成根據(jù)氨基酸合成的碳架來源不同，將氨基酸分為五族。根據(jù)氨基酸合成的碳架來源不同，將氨基酸分為五族。1 1、丙氨酸族、丙氨酸族（Ala Val Leu）C C架：丙酮酸（來自架：丙酮酸（來自EMPEMP途徑）途徑）四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成2 2、絲氨酸族（、絲氨酸族（SerSer、GlyGly、GysGys）C C架：架：3-3-磷酸甘油酸（來自磷酸甘油酸（來自EMPEM

19、P及光合碳循環(huán)）；及光合碳循環(huán)）； 乙醛酸（來自光呼吸乙醇酸途徑）。乙醛酸（來自光呼吸乙醇酸途徑）。（三）各族氨基酸的合成（三）各族氨基酸的合成四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成3 3、谷氨酸族（、谷氨酸族（GluGlu、GlnGln、ProPro、ArgArg）C C架：架：-酮戊二酸（來自酮戊二酸（來自TCATCA循環(huán)）循環(huán)）（三）各族氨基酸的合成（三）各族氨基酸的合成四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成C C架：草酰乙酸（來自架：草酰乙酸（來自TCATCA循環(huán)）循環(huán)）4 4、天冬氨酸族（、天冬氨酸族（AspAsp、AsnAsn、LysLys、IleIle、ThrThr、MetM

20、et）（三）各族氨基酸的合成（三）各族氨基酸的合成四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成5 5、組氨酸和芳香氨基酸族（、組氨酸和芳香氨基酸族（HisHis、TyrTyr、PhePhe、TrpTrp）芳香氨基酸芳香氨基酸 C C架：架：PEPPEP（來自（來自EMPEMP途徑）及途徑）及E-4-PE-4-P（來自（來自PPPPPP途徑）途徑）His CHis C架：架：R-5-PR-5-P（來自（來自PPPPPP途徑）途徑）（三）各族氨基酸的合成（三）各族氨基酸的合成四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成各種氨基酸合成的各種氨基酸合成的C C架來源總結(jié)架來源總結(jié)一碳轉(zhuǎn)移酶的輔酶：一碳轉(zhuǎn)移酶的

21、輔酶：FHFH4 4（四氫葉酸）（四氫葉酸）一碳基團(tuán)代謝一碳基團(tuán)代謝概念概念：在代謝過程中，某些化合物可以分解產(chǎn)生：在代謝過程中，某些化合物可以分解產(chǎn)生具有一個碳原子的基團(tuán)，稱為具有一個碳原子的基團(tuán)，稱為“一碳基團(tuán)一碳基團(tuán)”或或“一碳單位一碳單位”。-CH=NH 亞氨甲基亞氨甲基 -CH= 次甲基次甲基H-CO- 甲酰基甲?；?-CH2- 亞甲基亞甲基-CH2OH 甲醇基甲醇基 -CH3 甲基甲基常見一碳基團(tuán)常見一碳基團(tuán)u一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移與許多氨基酸代謝有直接關(guān)系。一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移與許多氨基酸代謝有直接關(guān)系。一碳基團(tuán)代謝的生物學(xué)意義一碳基團(tuán)代謝的生物學(xué)意義例：肌酸、卵磷脂、例：肌酸、卵磷脂、S-S

22、-腺苷蛋（甲硫）氨酸（腺苷蛋（甲硫）氨酸（SAMSAM）等）等的生物合成，都和一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移有關(guān)。這些化合物的生物合成，都和一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移有關(guān)。這些化合物中都含有活性甲基。中都含有活性甲基。u參與生物體內(nèi)許多活性物質(zhì)的生物合成參與生物體內(nèi)許多活性物質(zhì)的生物合成u參與嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成參與嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成例例GlyGly、SerSer、ThrThr、HisHis等都可作為一碳基團(tuán)的供體。等都可作為一碳基團(tuán)的供體。（一）肽酶（一）肽酶（肽鏈外切酶肽鏈外切酶）u氨肽酶：氨肽酶：專一性地從肽鏈的氨基端水解肽鍵專一性地從肽鏈的氨基端水解肽鍵u羧肽酶：羧肽酶：專一性地從肽鏈的羧基端水解肽鍵專一性地從肽鏈的羧基端水解肽鍵二、降解酶二、降解酶 u二肽酶：二肽酶：水解二肽水解二肽氨基酸氨基酸具有專一性具有專一性的肽鏈內(nèi)切酶的肽鏈內(nèi)切酶，常用于蛋白質(zhì)一，常用于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定。級結(jié)構(gòu)測定。u胰蛋白酶：胰蛋白酶：對對C-C-端為端為LysLys或或ArgArg的肽鍵水解快。的肽鍵水解快。u胰凝乳蛋白酶：胰凝乳蛋白酶：對芳香族對芳香族AAAA羧基形成的肽鍵，水羧基形成的肽鍵，水 解速度最快。解速度最快。u胃蛋白酶：胃蛋白酶：芳香族芳香族AAAA氨基形成的