第八章+蛋白質(zhì)降解和氨基酸代謝

1、一：蛋白質(zhì)的降解一：蛋白質(zhì)的降解u外源蛋白質(zhì)的消化吸收主要外源蛋白質(zhì)的消化吸收主要發(fā)生在小腸發(fā)生在小腸u蛋白酶原在小腸激活蛋白酶原在小腸激活u蛋白質(zhì)水解成氨基酸，吸收蛋白質(zhì)水解成氨基酸，吸收根據(jù)各種蛋白酶活性部位的性質(zhì)分為四大類(lèi)根據(jù)各種蛋白酶活性部位的性質(zhì)分為四大類(lèi) 絲氨酸蛋白酶絲氨酸蛋白酶 （絲氨酸、組氨酸、天冬氨酸）（絲氨酸、組氨酸、天冬氨酸） 巰基蛋白酶巰基蛋白酶 （半胱氨酸、組氨酸）（木瓜蛋白酶）（半胱氨酸、組氨酸）（木瓜蛋白酶） 天冬氨酸蛋白酶天冬氨酸蛋白酶 （兩個(gè)天冬氨酸）（胃蛋白酶）（兩個(gè)天冬氨酸）（胃蛋白酶） 金屬蛋白酶金屬蛋白酶 胰臟羧肽酶胰臟羧肽酶A (Zn2+、谷氨酸、酪

2、氨酸）。、谷氨酸、酪氨酸）。蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)氮平衡氮平衡(nitrogen balance) 生理需要量：成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為生理需要量：成人每日最低蛋白質(zhì)需要量為3050g，我，我國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦成人每日蛋白質(zhì)需要量為80g蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值取決于必需氨基酸的數(shù)量、種類(lèi)、比例蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值取決于必需氨基酸的數(shù)量、種類(lèi)、比例真核生物中蛋白質(zhì)的降解有兩條途徑真核生物中蛋白質(zhì)的降解有兩條途徑 溶酶體內(nèi)降解過(guò)程溶酶體內(nèi)降解過(guò)程依賴(lài)泛素依賴(lài)泛素(ubiquitin(ubiquitin) )的降解過(guò)程的降解過(guò)程 依賴(lài)依賴(lài)ATP 降解異常蛋白和短壽命蛋白降解異常

3、蛋白和短壽命蛋白溶酶體途徑溶酶體途徑 主要降解經(jīng)胞吞進(jìn)入細(xì)胞中的胞外蛋白質(zhì)主要降解經(jīng)胞吞進(jìn)入細(xì)胞中的胞外蛋白質(zhì) 五十多種水解酶五十多種水解酶 微酸性微酸性pHpH（5 5） 沒(méi)有選擇性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及長(zhǎng)沒(méi)有選擇性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及長(zhǎng)壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白n 76個(gè)氨基酸的小分子蛋白個(gè)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，一級(jí)結(jié)構(gòu)高度保守物中，一級(jí)結(jié)構(gòu)高度保守n 1975年從小牛的胰臟中分離出來(lái)的。年從小牛的胰臟中分離出來(lái)的。n 80年代初，發(fā)現(xiàn)它有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)死亡的作用，才稱(chēng)它年代初，發(fā)現(xiàn)它有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)死亡的作用，才稱(chēng)它為為“死

4、亡標(biāo)簽死亡標(biāo)簽”。 n 切哈諾沃、赫爾什科和羅斯獲得切哈諾沃、赫爾什科和羅斯獲得2004年度諾貝爾獎(jiǎng)。年度諾貝爾獎(jiǎng)。 泛素（泛素（ubiquitin）簡(jiǎn)介）簡(jiǎn)介1. 泛素化泛素化(ubiquitination) 泛素與選擇性被降解蛋白質(zhì)形成共價(jià)連接，并泛素與選擇性被降解蛋白質(zhì)形成共價(jià)連接，并使其激活。使其激活。 涉及涉及EI、E2、E3。 典型的哺乳動(dòng)物體內(nèi)都含有一種或數(shù)種不同的典型的哺乳動(dòng)物體內(nèi)都含有一種或數(shù)種不同的EI ，幾十種，幾十種E2和幾百種不同的和幾百種不同的E3 E3是決定細(xì)胞中哪一種蛋白質(zhì)需要在蛋白酶體是決定細(xì)胞中哪一種蛋白質(zhì)需要在蛋白酶體中被中被“處死處死”的決策者的決策者

5、泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解過(guò)程泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解過(guò)程蛋白酶體蛋白酶體(proteasome)對(duì)對(duì)泛素化蛋白質(zhì)的降解泛素化蛋白質(zhì)的降解 細(xì)胞中細(xì)胞中30以上的新合成蛋白質(zhì)是經(jīng)以上的新合成蛋白質(zhì)是經(jīng)過(guò)蛋白酶體降解的過(guò)蛋白酶體降解的 泛素分子鏈則是開(kāi)啟蛋白酶體這個(gè)泛素分子鏈則是開(kāi)啟蛋白酶體這個(gè)“垃圾桶垃圾桶”的的“鑰匙鑰匙” 進(jìn)入蛋白酶體的蛋白質(zhì)，經(jīng)過(guò)處理會(huì)進(jìn)入蛋白酶體的蛋白質(zhì)，經(jīng)過(guò)處理會(huì)分解成分解成79個(gè)氨基酸的短鏈個(gè)氨基酸的短鏈 一個(gè)人體細(xì)胞含有萬(wàn)個(gè)蛋白酶體一個(gè)人體細(xì)胞含有萬(wàn)個(gè)蛋白酶體 泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解過(guò)程泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解過(guò)程1. E1類(lèi)酶激活泛素（需類(lèi)酶激活泛素（需ATP）2. 泛素轉(zhuǎn)移至

6、泛素轉(zhuǎn)移至E2類(lèi)酶類(lèi)酶3. E3類(lèi)酶具有特異性，可以識(shí)別目類(lèi)酶具有特異性，可以識(shí)別目標(biāo)蛋白質(zhì)，與目標(biāo)蛋白質(zhì)接近的標(biāo)蛋白質(zhì)，與目標(biāo)蛋白質(zhì)接近的E2-泛素復(fù)合體將泛素轉(zhuǎn)移至目標(biāo)泛素復(fù)合體將泛素轉(zhuǎn)移至目標(biāo)蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)；4. E3類(lèi)酶釋放出被泛素標(biāo)記的蛋白類(lèi)酶釋放出被泛素標(biāo)記的蛋白5. 被標(biāo)記的蛋白尾端形成一小段泛被標(biāo)記的蛋白尾端形成一小段泛素分子鏈；素分子鏈；6. 泛素分子鏈在蛋白酶體的端口被泛素分子鏈在蛋白酶體的端口被識(shí)別并脫離蛋白質(zhì)，目標(biāo)蛋白質(zhì)識(shí)別并脫離蛋白質(zhì)，目標(biāo)蛋白質(zhì)進(jìn)入蛋白酶復(fù)合體的桶狀通道最進(jìn)入蛋白酶復(fù)合體的桶狀通道最終降解為縮氨酸并由另一端口釋終降解為縮氨酸并由另一端口釋放出去。放出

7、去。二：氨基酸分解的核心在于脫氨二：氨基酸分解的核心在于脫氨催化氨基酸直接脫氨的酶催化氨基酸直接脫氨的酶u催化氧化脫氨的酶催化氧化脫氨的酶黃素蛋白：黃素蛋白：-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脫氫酶脫氫酶u非氧化脫氨。非氧化脫氨。水解、脫水、加氫、脫硫化氫等水解、脫水、加氫、脫硫化氫等僅僅L-谷氨酸脫氫酶有明顯的生理活性谷氨酸脫氫酶有明顯的生理活性u(píng)在氨基酸代謝中起重要作用的脫氨酶是在氨基酸代謝中起重要作用的脫氨酶是L-谷氨酸脫氫酶。谷氨酸脫氫酶。u是一種變構(gòu)酶，是一種變構(gòu)酶，GTP、ATP是變構(gòu)抑制劑是變構(gòu)抑制劑氨基酸代謝的樞紐氨基酸代謝的樞

8、紐轉(zhuǎn)氨轉(zhuǎn)氨 在轉(zhuǎn)氨酶（在轉(zhuǎn)氨酶（aminotransferase）的催化下，）的催化下，-氨基酸和氨基酸和-酮酸之酮酸之間發(fā)生的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)間發(fā)生的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng) 其中一個(gè)底物對(duì)為其中一個(gè)底物對(duì)為-酮戊二酸酮戊二酸/Glu 除除Gly、Lys、Thr、Pro、HO-Pro外外轉(zhuǎn)氨機(jī)理轉(zhuǎn)氨機(jī)理H2O 轉(zhuǎn)氨基作用的主要生物學(xué)轉(zhuǎn)氨基作用的主要生物學(xué)意義在于轉(zhuǎn)氨不脫氨，避意義在于轉(zhuǎn)氨不脫氨，避免了氨對(duì)代謝的干擾。免了氨對(duì)代謝的干擾。 轉(zhuǎn)氨基作用不僅是體內(nèi)多轉(zhuǎn)氨基作用不僅是體內(nèi)多數(shù)氨基酸脫氨基的重要方數(shù)氨基酸脫氨基的重要方式，也是機(jī)體合成非必需式，也是機(jī)體合成非必需氨基酸的重要途徑。氨基酸的重要途徑。轉(zhuǎn)氨

9、作用的生理意義轉(zhuǎn)氨作用的生理意義聯(lián)合脫氨聯(lián)合脫氨氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 H2O+NAD(P)+轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶 NH3+NAD(P)HL-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶 聯(lián)合脫氨：聯(lián)合脫氨：轉(zhuǎn)氨與脫氨兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，轉(zhuǎn)氨與脫氨兩種脫氨基方式的聯(lián)合作用，使氨基酸脫下使氨基酸脫下- -氨基生成氨基生成- -酮酸的過(guò)程。酮酸的過(guò)程。嘌呤核苷酸循環(huán)嘌呤核苷酸循環(huán)蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸 腺苷酸腺苷酸代琥珀酸代琥珀酸次黃嘌呤次黃嘌呤 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 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)氨氨酶酶 1草酰乙酸草

10、酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)氨氨酶酶 2主要在肌肉組織進(jìn)行。主要在肌肉組織進(jìn)行。腺苷酸腺苷酸脫氫酶脫氫酶H2ONH3延胡索酸延胡索酸腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)高濃度的氨對(duì)高等動(dòng)物具有毒性高濃度的氨對(duì)高等動(dòng)物具有毒性u(píng) 高等動(dòng)物的大腦對(duì)氨極敏感，血中高等動(dòng)物的大腦對(duì)氨極敏感，血中1%的氨的氨會(huì)引起中樞神經(jīng)中毒會(huì)引起中樞神經(jīng)中毒u 氨中毒的機(jī)理：在腦細(xì)胞的線粒體大量消耗氨中毒的機(jī)理：在腦細(xì)胞的線粒體大量消耗-酮戊二酸等酮戊二酸等氨的排泄氨的排泄u 排氨動(dòng)物（水生如魚(yú)類(lèi)）排氨動(dòng)物（水生如魚(yú)類(lèi)）u 尿素形成（陸棲高等動(dòng)物和兩棲類(lèi)）尿素形成（陸棲高等動(dòng)物和兩棲類(lèi)）u 排尿酸動(dòng)物（如陸生爬蟲(chóng)類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)

11、）排尿酸動(dòng)物（如陸生爬蟲(chóng)類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)）氨的轉(zhuǎn)運(yùn)氨的轉(zhuǎn)運(yùn)u 尿素循環(huán)發(fā)生于肝臟，其他部位尿素循環(huán)發(fā)生于肝臟，其他部位“脫脫下下”的氨被轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟的氨被轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟u 丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循環(huán)（葡萄糖循環(huán)（Ala-Glc cycle）u 谷氨酰胺的運(yùn)氨作用谷氨酰胺的運(yùn)氨作用丙氨酸丙氨酸-葡萄糖循環(huán)葡萄糖循環(huán)谷氨酰胺的運(yùn)氨作用谷氨酰胺的運(yùn)氨作用氨的運(yùn)轉(zhuǎn)主要通過(guò)氨的運(yùn)轉(zhuǎn)主要通過(guò)Gln，動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)由，動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)由Gln合成酶合成酶催化催化Glu與氨結(jié)合，生成與氨結(jié)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環(huán)尿素循環(huán) 主要在肝細(xì)

12、胞的線粒體及胞液中。主要在肝細(xì)胞的線粒體及胞液中。 占排氮總量占排氮總量80 80 90% 90%； 生理意義：把有毒的生理意義：把有毒的NHNH3 3轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的尿素，轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的尿素，排除體外，使血排除體外，使血NHNH3 3濃度低、穩(wěn)定。濃度低、穩(wěn)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 反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行尿素循環(huán)尿素循環(huán)尿素循環(huán)尿素循環(huán)尿素循環(huán)小結(jié)尿素循環(huán)小結(jié)

13、n 原料：原料：2 分子氨，一個(gè)來(lái)自于分子氨，一個(gè)來(lái)自于NH4，另一個(gè)來(lái)，另一個(gè)來(lái)自天冬氨酸。自天冬氨酸。n 過(guò)程：先在線粒體中進(jìn)行，再在胞液中進(jìn)行。過(guò)程：先在線粒體中進(jìn)行，再在胞液中進(jìn)行。n 耗能：耗能：3 個(gè)個(gè)ATP，4 個(gè)高能磷酸鍵。個(gè)高能磷酸鍵。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賴(lài)氨酸賴(lài)氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸蘇氨酸蘇氨酸甘氨酸甘氨酸絲氨酸絲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組氨

14、酸組氨酸脯氨酸脯氨酸異亮氨酸異亮氨酸亮氨酸亮氨酸纈氨酸纈氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸纈氨酸纈氨酸葡萄糖葡萄糖檸檬酸檸檬酸氨基酸碳骨架進(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)的途徑生糖氨基酸與生酮氨基酸生糖氨基酸與生酮氨基酸氨基酸與一碳單位氨基酸與一碳單位 將具有一個(gè)碳原子的基團(tuán)稱(chēng)為將具有一個(gè)碳原子的基團(tuán)稱(chēng)為“一碳單位一碳單位”。如。如 CH=NH；HCO；CH2OH；CH2；CH3， CH= 等等。等等。四氫葉酸（四氫葉酸（FH4）是）是一碳單位的主要轉(zhuǎn)移載體。一碳單位的主要轉(zhuǎn)移載體。一碳單位的生理意義：一碳單位的生理意義：（1）與氨基

15、酸代謝密切相關(guān)；與氨基酸代謝密切相關(guān)；（2）參與嘌呤和嘧啶的生物合成以及）參與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）是生物體各種化合物甲基化的甲基來(lái)源；）是生物體各種化合物甲基化的甲基來(lái)源；氨基酸合成的主要氨基酸合成的主要原料來(lái)自糖代謝原料來(lái)自糖代謝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)指體內(nèi)需要而又指體內(nèi)需要而又不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有不能自身合成，必須由食物供給的氨基酸，共有8種：種：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp。n 其余其余12種氨基酸體內(nèi)可以合成，稱(chēng)非必需氨基酸種氨基酸體內(nèi)可以合成，稱(chēng)非必需氨基酸氨基酸氨基酸代謝小結(jié)代謝小結(jié)生物固氮生物固氮 固氮作用是地球上氮循環(huán)的一個(gè)重要部分。固氮作用是地球上氮循環(huán)的一個(gè)重要部分。 只有某些原核生物才能固氮。固氮分自生與共生固只有某些原核生物才能固氮。固氮分自生與共生固氮兩大類(lèi)。氮兩大類(lèi)。生物固氮的化學(xué)本質(zhì)生物固氮的化學(xué)本質(zhì)固氮條件固氮條件（1 1）電子供體）電子供體（2 2）ATPATP供能供能（3 3）厭氧環(huán)境）