氨基酸的生物合成水解蛋白質(zhì)的酶

氨基酸的生物合成水解蛋白質(zhì)的酶1.水解蛋白質(zhì)的酶肽酶(Peptidase)作用位點為多肽鏈的末端氨基酸殘基，作用結(jié)果是產(chǎn)生游離氨基酸。包括：羧肽酶：水解多肽鏈的羧基端氨基酸殘基。氨肽酶：水解多肽鏈的氨基端氨基酸殘基。蛋白酶（Protease）主要指蛋白內(nèi)切酶，即特異性水解多肽鏈內(nèi)部特異肽鍵的酶。結(jié)果是形成多個小的多肽鏈。19.1蛋白質(zhì)的降解（①②Phe.Tyr.Trp）（④Arg.Lys）（③脂肪族）（①Phe.Trp）消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)的降解途徑：不依賴ATP的降解途徑:在溶酶體中進(jìn)行，沒有選擇性，主要降解細(xì)胞通過胞吞作用攝取的外源蛋白、膜蛋白及長壽命的細(xì)胞內(nèi)蛋白。（蛋白酶的pH偏低，5左右）依賴ATP和泛素的降解途徑:在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，為選擇性降解，主要降解異常蛋白和短壽命蛋白質(zhì)（調(diào)節(jié)蛋白），此途徑在不含溶酶體的紅細(xì)胞中尤為重要。2.細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的機(jī)制泛素(ubiquitin)是一種小分子蛋白質(zhì)，76個氨基酸殘基，分子量8.5KD，普遍存在于真核細(xì)胞中。一級結(jié)構(gòu)高度保守，酵母與人只相差3個氨基酸殘基，它能與被降解的蛋白質(zhì)共價結(jié)合，使后者活化，更易于被蛋白酶降解。蛋白質(zhì)是否被泛素結(jié)合而選擇性降解與該蛋白N端的氨基酸殘基有關(guān)，N端為Asp、Arg、Leu、Lys、Phe時，蛋白質(zhì)的半壽期為2-3分鐘。泛素化的蛋白質(zhì)在ATP參與下被蛋白酶水解。泛素-蛋白酶體途徑排除異常蛋白質(zhì)翻譯出錯的蛋白質(zhì)錯誤折疊的蛋白質(zhì)排除積累過多的酶或調(diào)節(jié)蛋白3.細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的生理意義人和動物體內(nèi)游離的氨基酸很少，主要以蛋白質(zhì)的形式存在，氨基酸是蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子。人和動物一方面從食物中攝取蛋白質(zhì)，在消化道內(nèi)被多種蛋白酶水解成氨基酸，經(jīng)小腸吸收，進(jìn)入血液；另一方面，體內(nèi)的蛋白質(zhì)也不斷地降解成氨基酸。這些分布于血液和各個組織內(nèi)的全部游離氨基酸稱為氨基酸代謝庫。氨基酸降解包括脫氨基作用和脫羧基作用。19.2氨基酸的分解代謝氨基酸代謝庫氨基酸失去氨基的作用叫脫氨基作用。脫氨基作用包括：氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用脫酰胺作用轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基作用氨基酸脫氨基作用-氨基酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同時消耗氧并產(chǎn)生氨的過程。氧化脫氨基的反應(yīng)過程包括脫氫和水解兩步，脫氫反應(yīng)需酶催化，而水解反應(yīng)則不需酶的催化。R-CH-COOHNH2

2H

R-C-COOH+NH3

OH2OR-C-COOHNH

酶1.氧化脫氨基作用氨基酸氧化酶的種類：L-氨基酸氧化酶：催化L-AA氧化脫氨，體內(nèi)分布不廣泛，最適pH10左右，以FAD或FMN為輔基。D-氨基酸氧化酶：體內(nèi)分布廣泛，以FAD為輔基。但體內(nèi)D-AA不多。L-谷氨酸脫氫酶：專一性強(qiáng)，分布廣泛（動、植、微生物），活力強(qiáng)，以NAD+或NADP+為輔酶。反應(yīng)通式：HNH2R-C-COOH--+O2+H2OR-C-COOH+H++NH3AA氧化酶O還原脫氨基、脫水脫氨基、水解脫氨基、脫硫氫基脫氨基等。例：脫水脫氨基（只適于含一個羥基的AA)L-Ser

CH2

COO-

C-NH3+=-

CH3

COO-

C=NH2+--

COOH

CH2OHNH2-C-H--

COOH

CH3

C=O--絲氨酸脫水酶丙酮酸-H2O+H2Oα-氨基丙烯酸亞氨基丙酸NH3+2.非氧化脫氨基作用上述兩種酶廣泛存在于微生物、動物、植物中，有相當(dāng)高的專一性。CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO---+H2OCH2-COO-CH2-CHNH3+COO---+NH3谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO---+H2O天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO---+NH33.脫酰胺作用指α-AA和酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用，α-AA的α-氨基借助轉(zhuǎn)氨酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來的AA生成相應(yīng)的酮酸，而原來的酮酸則形成相應(yīng)的AA。轉(zhuǎn)氨基作用可以在各種氨基酸與-酮酸之間普遍進(jìn)行。除Lys，Pro外，均可參加轉(zhuǎn)氨基作用。4.轉(zhuǎn)氨基作用迄今發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)氨酶都是以磷酸吡哆醛(胺)為輔基。Glu＋丙酮酸ａ－酮戊二酸＋Ala

Glu＋草酰乙酸ＧＯＴａ－酮戊二酸＋Asp谷丙轉(zhuǎn)氨酶：GlutamicPyruvicTransaminase(GPT)

（丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶AlanineTransaminase,ALT)在肝臟中活性最高，主要分布在細(xì)胞質(zhì)中，血清中GPT的水平常用作肝炎診斷的指標(biāo)之一。谷草轉(zhuǎn)氨酶：GlutamicOxaloaceticTransaminase(GOT)(天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶AspartateTransaminase,AST)在很多組織中活性都很高，存在于線粒體和細(xì)胞質(zhì)中，血清中GOT的水平常用作心肌梗死診斷的指標(biāo)之一。正常成人組織中GOT及GPT活性－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

組織

ＧＯＴ

ＧＰＴ

（單位／ｇ濕組織）（單位／ｇ濕組織）－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－心1560007100

骼肌990004800腎9100019000胰腺280002000脾140001200肺10000700血清

216－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－由于轉(zhuǎn)氨基作用不能最后脫掉氨基，氧化脫氨中只有谷氨酸脫氫酶活力高，轉(zhuǎn)氨基作用與氧化脫氨基作用聯(lián)合在一起才能迅速脫氨，這種作用就稱為聯(lián)合脫氨基作用。轉(zhuǎn)氨酶氨基酸-酮酸谷氨酸脫氫酶NH3+NAD(P)H+H+H2O+NAD(P)+

-酮戊二酸谷氨酸5.聯(lián)合脫氨基作用（動物組織采取的主要方式）由氨基酸脫羧酶(decarboxyase)催化，輔酶為磷酸吡哆醛，產(chǎn)物為CO2和胺。所產(chǎn)生的胺可由胺氧化酶氧化為醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化為CO2和水。氨基酸脫羧酶氨基酸胺類RCH2NH2+CO2磷酸吡哆醛氨基酸的脫羧基作用1.體內(nèi)氨的來源與去向NH3氨基酸脫氨基作用腸道蛋白質(zhì)的腐敗(NH4+)谷氨酰胺（腎）尿素合成谷氨酰胺合成核苷酸、非必需氨基酸NH4

尿+氨基酸脫氨基反應(yīng)產(chǎn)物的代謝去向氨在血液中的轉(zhuǎn)運(yùn)形式：Gln和Ala大多數(shù)組織利用谷胺酰胺合成酶將氨整合到Glu，轉(zhuǎn)化為無毒的Gln，經(jīng)血液運(yùn)到肝臟后再經(jīng)谷氨酰胺酶水解生成Glu和氨。2）氨的轉(zhuǎn)運(yùn)大多數(shù)組織肝臟肌肉組織利用葡萄糖－Ala循環(huán)將氨轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟：Glu與丙酮酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨生成Ala和α-酮戊二酸。Ala經(jīng)血液運(yùn)到肝臟后再經(jīng)轉(zhuǎn)氨重新生成Glu和丙酮酸，Glu在谷氨酸脫氫酶催化下生成NH3和α-酮戊二酸。肝臟中丙酮酸經(jīng)糖異生生成葡萄糖，經(jīng)血液又轉(zhuǎn)運(yùn)回肌肉作為肌肉的能源。通過葡萄糖－Ala循環(huán)，肌肉既排除了有毒的氨，又將丙酮酸轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟用于糖異生。葡萄糖－丙氨酸循環(huán)氨的轉(zhuǎn)運(yùn)3）氨的去向排尿酸動物：鳥類、爬行動物排氨動物：大多數(shù)水生脊椎動物，如硬骨魚和兩棲動物的幼體排尿素動物：大多數(shù)陸地脊椎動物由于氨能滲透許多生物膜，對細(xì)胞來說氨是毒性很強(qiáng)的物質(zhì)，通常細(xì)胞內(nèi)氨的濃度都維持在很低的水平：許多水生動物，如魚，可以通過鰓組織的細(xì)胞膜直接排氨；鳥和許多爬行動物可以將過量的氨轉(zhuǎn)化為尿酸排泄掉，尿酸也是鳥、爬行動物和靈長類動物嘌呤核苷酸降解的產(chǎn)物；陸地上的大多數(shù)脊椎動物可以在肝臟中經(jīng)尿素循環(huán)途徑將氨轉(zhuǎn)化為毒性很小的尿素，經(jīng)血液轉(zhuǎn)運(yùn)到腎臟后作為尿的主要成分排泄掉。也稱為鳥氨酸循環(huán)，是排尿動物體內(nèi)由氨合成尿素的過程，由HansKrebs和KurtHenseleit于1932年提出，合成部位主要是肝臟。催化這些反應(yīng)的酶存在于細(xì)胞質(zhì)和線粒體中。Krebs先后發(fā)現(xiàn)了：檸檬酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)尿素循環(huán)尿素循環(huán)：氨甲酰磷酸的合成：線粒體尿素循環(huán)的準(zhǔn)備階段瓜氨酸的合成：線粒體精氨琥珀酸的合成：細(xì)胞質(zhì)精氨酸的合成：細(xì)胞質(zhì)尿素的生成：細(xì)胞質(zhì)尿素NH2-C-NH2O尿素循環(huán)包括5步反應(yīng)：尿素循環(huán)（1）氨甲酰磷酸的合成在肝細(xì)胞線粒體內(nèi)，氨甲酰磷酸合成酶I

（CPSI）催化氨、CO2（以HCO3－形式存在）和ATP合成氨甲酰磷酸。反應(yīng)中先由HCO3－與ATP的γ-磷酸形成羰酰磷酸，然后氨取代磷酸形成氨甲酸，最后通過第二個ATP分子的γ-磷酸轉(zhuǎn)移形成氨甲酰磷酸。（2）尿素循環(huán)①真正尿素循環(huán)第一個反應(yīng)發(fā)生在線粒體內(nèi)，在鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶的催化下，氨甲酰磷酸的氨甲?；晦D(zhuǎn)移到鳥氨酸分子上，形成瓜氨酸。②瓜氨酸進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，在精氨琥珀酸合成酶催化下與Asp縮合形成精氨琥珀酸，需要1個ATP（相當(dāng)于消耗2ATP）。通過這步反應(yīng)，將用于尿素合成的第二個氮原子整合到了尿素的前體分子中。此步反應(yīng)為尿素循環(huán)的限速步驟。③在精氨琥珀酸裂解酶（也稱為精氨琥珀酸酶）催化下，精氨琥珀酸裂解為Arg和延胡索酸，生成的延胡索酸可進(jìn)入檸檬酸循環(huán)，或轉(zhuǎn)換為葡萄糖。④精氨酸酶催化Arg水解生成鳥氨酸和尿素，生成的鳥氨酸又被轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體內(nèi)，與氨甲酰磷酸縮合反應(yīng)開始另一輪尿素循環(huán)。反

應(yīng)酶發(fā)生在線粒體的2步反應(yīng)：HCO3－＋NH3＋2ATP→氨甲酰磷酸＋2ADP＋Pi氨甲酰磷酸＋鳥氨酸→瓜氨酸＋Pi氨甲酰磷酸合成酶

I鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中的3步反應(yīng)：

瓜氨酸＋天冬氨酸＋ATP→精氨琥珀酸＋AMP＋PPi精氨琥珀酸→精氨酸＋延胡索酸

精氨酸+H2O→鳥氨酸＋尿素精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸裂解酶精氨酸酶尿素循環(huán)反應(yīng)生成1分子尿素共消耗4個ATP：生成氨甲酰磷酸時消耗了2個ATP在合成精氨琥珀酸時消耗了1個ATP分子，生成了AMP和焦磷酸，相當(dāng)于消耗了2個ATP。尿素中的兩個氮原子前體是氨和Asp，尿素中碳原子來自于CO2（以HCO3－），尿素合成的總反應(yīng)：

NH3＋HCO3－＋天冬氨酸＋3ATP

尿素＋延胡索酸＋2ADP＋2Pi

＋AMP＋Ppi精氨琥珀酸合成酶是尿素循環(huán)的限速酶。尿素循環(huán)的特點：從尿素循環(huán)可以看出，形成1分子尿素可清除2分子氨和1分子CO2。尿素是中性無毒物質(zhì)，它不僅可消除氨的毒性，還可減少CO2溶于血液所產(chǎn)生的酸性。參與尿素循環(huán)的任何酶存在遺傳缺陷的人都不能耐受高蛋白食物，除了必需最低氨基酸攝入量之外，多余的蛋白質(zhì)脫下的氨釋放到血液中，會導(dǎo)致高血氨癥。腦對高氨濃度敏感，能造成智力障礙。AA分解產(chǎn)生的7種產(chǎn)物可進(jìn)入TCA循環(huán)，進(jìn)行徹底的氧化分解：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸再合成AA氨基酸碳骨架的降解氨基酸作為燃料，主要指的是氨基酸的碳骨架。人需要的10～15％能量來自于氨基酸降解：氨基酸被降解為7種常見的代謝物1)轉(zhuǎn)變成糖和脂肪的氨基酸生糖AA：指能生成丙酮酸、琥珀酰CoA、草酰乙酸和-酮戊二酸的AA

AlaSerCysThrGlyAspAsnArgHisGluGlnProMetVal2)轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸生酮AA：能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的AALeuLys:在動物肝臟中3)既能生成糖又生成酮的氨基酸Ile、Phe、Tyr和TrpPhe在苯丙氨酸羥化酶作用下轉(zhuǎn)化為Tyr，經(jīng)轉(zhuǎn)氨、脫羧、氧化開環(huán)、異構(gòu)和水化等過程生成乙酰乙酸和延胡索酸。延胡索酸可以通過糖異生轉(zhuǎn)化為葡萄糖，乙酰乙酸為酮體。轉(zhuǎn)氨氧化開環(huán)脫羧水化異構(gòu)例：Phe和Tyr降解當(dāng)缺少苯丙氨酸羥化酶時，只得經(jīng)轉(zhuǎn)氨生成苯丙酮酸，但苯丙酮酸不能在體內(nèi)進(jìn)一步代謝，造成苯丙酮酸堆積，導(dǎo)致病人尿中排出大量的苯丙酮酸，稱為苯酮尿癥。苯丙酮酸堆積，對神經(jīng)有毒害，會導(dǎo)致智力發(fā)育障礙。缺乏尿黑酸雙加氧酶會造成尿黑酸大量堆積，隨尿排出，尿液在空氣中放置時尿黑酸被氧化，尿液逐漸變黑，稱為尿黑酸癥?；加心蚝谒岚Y的遺傳缺陷個體會患關(guān)節(jié)炎，但不致于有生命危險。另外，黑色素是Tyr降解過程的中間產(chǎn)物，如缺乏酪氨酸酶，黑色素生成減少，頭發(fā)、皮膚會變白，稱為白化病?；颊吲鹿猓劬θ鄙偕?。A：Tyr代謝與黑色素的形成B：Tyr形成多巴、多巴胺、去甲腎上腺素和腎上腺素的途徑AB氮循環(huán)：N2在氮氧化物、氨、含氮的生物分子之間的生物循環(huán)和返回到N2的過程。19.3氨基酸的生物合成生物體將無機(jī)態(tài)的氨轉(zhuǎn)化為含氮有機(jī)化合物的過程，稱為氨的同化。1.生物體中氨的來源：生物固氮硝酸還原生成：植物體中的氮源食物來源的氮：人和動物的N源植物直接吸收氨NO3-NO2-NH3AA其它含氮化合物氨的同化某些微生物和藻類通過體內(nèi)固氮酶系的作用將分子氮轉(zhuǎn)變成氨的過程，稱為生物固氮。固氮酶存在于和大豆、蠶豆、豌豆、苜蓿和紅花草等豆科植物根瘤細(xì)胞共生的根瘤菌中。豆科植物根瘤藍(lán)細(xì)菌1）生物固氮大豆根瘤切片的電子顯微鏡圖固氮根瘤菌（紅色），外周包被菌膜（籃）固氮酶由兩種蛋白組成，一個是含有鐵的鐵蛋白，另一個是含有鐵和鉬的鐵鉬蛋白。兩個金屬蛋白對O2高度敏感，與氧接觸就會失活，在固氮生物內(nèi)，固氮酶都是與氧隔絕的。厭氧固氮菌只有在無氧條件下才能進(jìn)行固氮，在豆科的根瘤內(nèi)，豆血紅蛋白可以結(jié)合氧，在固氮酶直接作用的環(huán)境下使氧濃度保持在非常低的水平。固氮酶催化N2還原生成NH3N2

＋8H＋

+8e－＋16ATP→2NH3

＋H2

＋16ADP＋16Pi在固氮酶的作用下，1分子N2可被還原為2分子NH3，同時2H＋也被還原為H2：在閃電時，高壓放電催化N2的氧化，N2與大氣中的O2反應(yīng)生成生物可利用的硝酸鹽（NO3－）和亞硝酸鹽（NO2－），隨雨水進(jìn)入土壤。大多數(shù)植物和微生物含有硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽還原酶。硝酸鹽還原酶可以使硝酸鹽還原為亞硝酸鹽：2）硝酸還原生成氨在亞硝酸鹽還原酶的催化下，亞硝酸鹽被還原為NH3：某些細(xì)菌可以將氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，另外一些細(xì)菌可以將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。硝酸鹽的形成稱為硝化作用（Nitrification）。還有一些細(xì)菌可以將硝酸鹽轉(zhuǎn)換為亞硝酸鹽或N2，稱為去硝化作用(Denitrification)。NO2-NH3亞硝酸鹽還原酶氨同化主要通過Glu、Gln合成途徑和氨甲酰磷酸合成途徑來實現(xiàn)：1）Glu和Gln合成途徑：氨的pK值為，在中性水溶液中，氨主要是以氨離子（NH4＋）形式存在。在植物和動物中，在谷氨酸脫氫酶催化下使α-酮戊二酸結(jié)合氨形成Glu（細(xì)菌中氨同化的主要途徑）。2.氨的同化谷氨酰胺合成酶催化Glu和氨形成Gln：高等植物中氨同化的主要途徑，Gln可做為NH3的供體進(jìn)行NH3的轉(zhuǎn)移。原核生物可利用谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶所催化的偶聯(lián)反應(yīng)將氨整合到Glu中，再將其用于其他代謝途徑。微生物和動物氨同化的主要途徑原料：NH3CO2ATP可通過兩種酶催化：（1）氨甲酰激酶NH3+CO2+ATPMg2+

O

H2N-C-OPO3H2+ADP=氨甲酰磷酸（2）氨甲酰磷酸合成酶NH3+CO2+2ATPMg2+輔因子

O

H2N-C-OPO3H2+2ADP+Pi=2）氨甲酰磷酸合成途徑：主要通過轉(zhuǎn)氨基作用許多氨基酸可以作為氨基的供體，其中最主要的是Glu，其被稱為氨基的“轉(zhuǎn)換站”。AA-R1α-酮酸R1轉(zhuǎn)氨酶AA-R2α-酮酸R2氨基酸的合成C骨架（α-酮酸）AA提供氨基(最主要為谷氨酸)氨基酸的生物合成按照生物合成途徑將氨基酸分為六組：Glu組、Ser組、丙酮酸組、Asp組、芳香類組和His組。包括Glu、Gln、Pro、Arg、Hyp五種氨基酸共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸由α-酮戊二酸轉(zhuǎn)化為Glu，為還原同化作用幾種氨基酸的關(guān)系：α-酮戊二酸GluGlnProHyp鳥AA瓜AAArg1.Glu組氨基酸的合成包括Gly、Ser、CysGly碳架：光呼吸乙醇酸途徑中的乙醛酸三種氨基酸的關(guān)系：乙醛酸GlySerCys3-磷酸甘油酸2.Ser組氨基酸的合成包括Asp、Asn、Lys、Thr、Met、Ile六種氨基酸共同碳架：TCA循環(huán)中的草酰乙酸幾種氨基酸的關(guān)系：3.Asp組氨基酸的合成包括Ala、Val、Leu共同碳架：糖酵解中的丙酮酸幾種氨基酸的關(guān)系：2丙酮酸α-酮異戊酸

縮合CO2轉(zhuǎn)氨基Valα-酮異己酸