蛋白質(zhì)的酶促降解課件

第八章蛋白質(zhì)的酶促降解和氨基酸代謝

主要內(nèi)容第一節(jié)

蛋白質(zhì)的酶促降解第二節(jié)

氨基酸的降解與轉(zhuǎn)化第三節(jié)

氮素同化作用第四節(jié)氨基酸的生物合成

本章教學(xué)目的要求：

掌握蛋白質(zhì)的酶促降解過程，氨基酸的分解、轉(zhuǎn)化、生物合成；了解氨的同化及氨基酸的生物合成。

重點(diǎn)、難點(diǎn)：氨基酸的降解，氨的同化、氨基酸的生物合成。肽酶的種類和專一性編號名稱作用特征3、4、113、4、13-氨酰肽水解酶(-aminoacylpeptidehydrolase)作用于多肽鏈的N-末端-羧肽水解酶(-carboxylpeptidehydrolase)作用于多肽鏈的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：肽鏈內(nèi)切酶，作用于肽鏈內(nèi)部，將蛋白質(zhì)分解成長度較短的含氨基酸分子數(shù)較少的多肽鏈。2、植物含有的特殊蛋白酶

木瓜蛋白酶：醫(yī)藥上用于治療消化不良，工業(yè)上用于對啤酒澄清和作肉類嫩化劑。

菠蘿蛋白酶；啤酒澄清，面包（有彈性、疏松）

種子發(fā)芽時(shí)，蛋白酶活性增強(qiáng)。在許多食蟲植物中，發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)烈分解蛋白質(zhì)的酶類，這些蛋白酶可分解捕獲到的蟲體蛋白，供植物吸收利用。3、動(dòng)物中：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶蛋白酶的種類和專一性編號名稱作用特征實(shí)例3、4、2、13、4、2、2絲氨酸蛋白酶類(serinepritelnase)活性中心含Ser3、4、2、33、4、2、4硫醇蛋白酶類(Thiolpritelnase)活性中心含Cys羧基（酸性）蛋白酶類[carboxyl(asid)pritelnase]活性中心含Asp,最適pH在5以下金屬蛋白酶類(metallopritelnase)活性中心含有Zn2+

、

Mg2+等金屬胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶木瓜蛋白酶無花果蛋白酶菠蘿酶胃蛋白酶凝乳酶枯草桿菌蛋白酶嗜熱菌蛋白酶第二節(jié)

氨基酸的降解與轉(zhuǎn)化

氨基酸代謝概況食物蛋白質(zhì)氨基酸特殊途徑-酮酸糖及其代謝中間產(chǎn)物脂肪及其代謝中間產(chǎn)物TCA鳥氨酸循環(huán)NH4+NH4+NH3CO2H2O體蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤SO42

-生物固氮硝酸還原（次生物質(zhì)代謝）CO2胺

一、脫氨基作用

（Deamination）

AA失去氨基的作用。（一）氧化脫氨（主要存在于動(dòng)植物中）產(chǎn)物為相應(yīng)的酮酸。

2、L-氨基酸氧化酶，分布不廣、活力低，一類以FAD為輔基、另一類以FMN為輔基（人和動(dòng)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為輔基，分布廣，但作用不大。（二）非氧化脫氨（主要存在于微生物中）1、還原脫氨基作用

嚴(yán)格無氧條件下，某些含有氫化酶的微生物，產(chǎn)物是脂肪酸。

R-CH-COO-2H氫化酶R-C-COO-NH+3O+NH33、脫水脫氨基作用

L—Ser和L—Thr在脫水酶作用下脫氨，輔酶是磷酸吡哆醛。

4、脫硫氫基脫氨基作用

L—Cys，由脫硫氰基酶催化。

Cys

脫硫氫基酶丙酮酸

SH-CH2-CH-COO-

NH+3

CH3-C-COO-+NH3OH2OH2S6、解氨酶催化的脫氨基作用

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，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為香豆素、木素、單寧等次生物質(zhì)。Tyr反式香豆酸，可轉(zhuǎn)化為P—羥苯甲酸，后者可參加CoQ（泛醌）的合成。

7、脫酰氨基作用

對谷氨酰胺Gln、天冬酰胺Asn的脫氨作用。

谷氨酰胺酶Gln+H2OGlu+NH3天冬酰胺酶Asn+H2OAsp+NH3

8、聯(lián)合脫氨作用

A：以谷氨酸脫氫酶為中心的聯(lián)合脫氨基作用（廣泛存在）

B：通過嘌呤核苷酸循環(huán)的聯(lián)合脫氨基作用（骨骼肌、心肌、肝臟、腦中）

轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)

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蘋果酸延胡索酸腺苷酸次黃苷酸重要氨基酸的脫羧基作用谷氨酸γ-氨基丁酸（GABA）：對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的傳導(dǎo)具有抑制作用；VB6是其輔酶，因此臨床上用VB6防治神經(jīng)性妊娠嘔吐及小孩抽搐；主要存在于大腦中。組氨酸組胺：血管舒張劑，具有擴(kuò)張血管降低血壓功效；促進(jìn)胃液分泌；動(dòng)物性食物腐敗產(chǎn)生大量組胺。酪氨酸酪胺：使血壓升高。色氨酸5-羥色胺（5-HT，血清素）：促進(jìn)微血管收縮、血壓升高和促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)；促進(jìn)睡眠；與神經(jīng)興奮傳導(dǎo)有關(guān)，當(dāng)其濃度降低時(shí)，痛閾降低。

三、羥化作用

酪氨酸酶1/2O2多巴脫羧酶酪氨酸3，4—二羥苯丙氨酸（多巴）

3，4—二羥苯乙胺（多巴胺）＋CO2

應(yīng)用：1、多巴進(jìn)一步氧化為聚合物黑素。馬鈴薯、蘋果、梨等切開后變黑，是由于黑素造成的。2、人體的皮膚和毛發(fā)呈黑色，是因?yàn)槿梭w表皮基底層及毛囊有成黑素細(xì)胞，酪氨酸在其中可轉(zhuǎn)變?yōu)楹谒亍?、在動(dòng)物體內(nèi)，多巴、多巴胺可生成腎上腺素和去甲腎上腺素，它們是重要的動(dòng)物激素；在植物體內(nèi)，多巴、多巴胺可進(jìn)一步生成生物堿。

四、AA分解產(chǎn)物的去向

（一）NH3的去向-------------尿素循環(huán)1、排氨作用

高等動(dòng)植物均有保留并重新利用氨的能力，但是動(dòng)物有一部分氨必須排除體外，氨的排泄是生物體維持正常生命活動(dòng)的一種代謝方式。

氨有毒，高等動(dòng)物的腦組織對氨相當(dāng)敏感，血液中含1%氨即可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)中毒（語言紊亂、視力模糊、甚至昏迷死亡。

機(jī)理：高濃度的氨與α-酮戊二酸形成谷氨酸，使大腦中的α-酮戊二酸大量減少，導(dǎo)致TCA循環(huán)無法正常進(jìn)行，從而引起腦功能受損）。

脫氨產(chǎn)生的氨對生物組織是有毒的，必須將氨轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒的化合物：

A：如果組織內(nèi)含有足夠的碳水化合物，氨可以與由碳水化合物轉(zhuǎn)變成的酮酸發(fā)生氨基化（如氧化脫氨的逆反應(yīng)），重新生成氨基酸。

B：有些植物組織含有大量的有機(jī)酸，氨可以與有機(jī)酸形成有機(jī)酸鹽。C：酰胺的形成起著消除氨的作用。

不同生物排氨方式各異：

陸生脊椎動(dòng)物：尿素水生或海洋動(dòng)物（原生動(dòng)物、線蟲、魚類、水生兩棲類）：氨態(tài)氮，排氨動(dòng)物鳥類、爬蟲類：固體尿酸，排尿酸動(dòng)物蜘蛛：鳥嘌呤魚類：氧化三甲胺高等植物：一般不排氨，多余的氨以酰胺的方式儲(chǔ)存

2、尿素循環(huán)

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延胡索酸鳥氨酸瓜氨酸精氨酸

H2O尿素

1、瓜氨酸的生成2、精氨琥珀酸的生成

這個(gè)需要ATP的反應(yīng)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、鳥氨酸和尿素的生成

精氨酸酶催化精氨酸的胍基水解鳥氨酸循環(huán)氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鳥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基質(zhì)線粒體胞液NH2-C-NH2O尿素（二）α—酮酸的去向1、氧化途徑2、變?yōu)樘呛椭荆?）生糖氨基酸:某些氨基酸可以生成丙酮酸或TCA中間產(chǎn)物離開TCA時(shí)生成草酰乙酸，然后沿糖異生途徑轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，這類氨基酸叫生糖氨基酸。（2）生酮氨基酸：有些AA的代謝終產(chǎn)物為乙酰CoA或乙酰乙酰CoA，后者在某些情況下如饑餓、糖尿病等在動(dòng)物體肝臟內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)橥w（乙酰乙酸、β—羥丁酸和丙酮）。乙酰CoA脂肪3、用于合成新的氨基酸。

氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑

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賴氨酸色氨酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸絲氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸組氨酸脯氨酸異亮氨酸亮氨酸纈氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸葡萄糖檸檬酸第三節(jié)

氮素同化作用

一、自然界的N素循環(huán)

自然界的氮素循環(huán)硝酸鹽亞硝酸氮生物固氮工業(yè)固氮固氮生物動(dòng)植物硝酸鹽還原大氣固氮大氣氮素巖漿源的固定氮火成巖反硝化作用氧化亞氮蛋白質(zhì)入地下水動(dòng)植物廢物死的有機(jī)體

二、生物固氮的生物化學(xué)

1、概念：指某些微生物或藻類通過其體內(nèi)的固氮酶復(fù)合體的作用把分子氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡淖饔谩?、意義

可增加農(nóng)作物的氮肥來源，而且可節(jié)約大量能源，減少環(huán)境污染（工業(yè)污染）。

通過基因工程技術(shù)，使不能固氮的禾本科植物也能象豆科作物那樣固氮，可望提高產(chǎn)量。

A：把豆科植物的結(jié)瘤基因?qū)肫渌魑铮怪畬痰母腥咀鞒銮‘?dāng)反應(yīng)；

B：改變根瘤菌的遺傳結(jié)構(gòu)，使之能與非豆科植物的根結(jié)合形成根瘤，即擴(kuò)大根瘤菌的寄主范圍；

C：直接導(dǎo)入固氮基因。

3、固氮生物細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)藻）等原核微生物。

（1）自生固氮微生物

利用光能進(jìn)行氮素還原：魚腥藻、念珠藻等藍(lán)藻，紅螺菌、紅色極毛桿菌、綠桿菌等。

利用化學(xué)能進(jìn)行固氮：如貝氏固氮菌、德氏固氮菌、厭氣性的巴斯德梭菌、兼厭氣性的克氏桿菌。

（2）共生固氮微生物

根瘤菌與豆科植物，藍(lán)藻與蕨類植物紅萍。共生固氮根瘤固氮根瘤

(Nitrogen-fixingNodules)4、固氮的生物化學(xué)（1）固氮酶

結(jié)構(gòu)：由兩種鐵硫蛋白組成：鉬鐵蛋白，鐵蛋白。（2）固氮酶的反應(yīng)N2＋6e－＋6H＋2NH3N2O＋2H＋＋2e－N2＋H2O2H＋＋2e－H2C2H2＋2H＋＋2e－C2H4固氮酶復(fù)合物的酶和輔助因子鐵鉬中心MoFeSADP固氮酶鉬鐵與氮

的可能結(jié)合

反應(yīng)條件：

A：還原劑，鐵氧還蛋白，由NADPH＋H＋供氫

B：ATP，每傳遞兩個(gè)電子約消耗4—5個(gè)ATP。還原N2需12ATP，因此豆科植物在固氮的同時(shí)，還要提高淀粉、PRO產(chǎn)量是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)楦迪牧薃TP總量的1/5用于固氮。

C：厭氧環(huán)境，因固氮酶對氧十分敏感，需嚴(yán)格厭氧。固氮酶具有防氧機(jī)理：固氮菌通過呼吸消耗氧，根瘤菌的豆血紅蛋白與氧結(jié)合。

（3）氫代謝A：固氮酶的放氫反應(yīng)：2H＋＋2e－H2

要求ATP，不為CO抑制。B：氫酶的放氫反應(yīng)

氫酶存在于固氮生物中，也是一種鐵硫蛋白。2鐵氧還蛋白氧化態(tài)＋H22鐵氧還蛋白還原態(tài)＋2H＋

不需ATP，可被CO抑制。

三、硝酸還原作用

將NO3－、NO2－還原為NH3的作用。

部位：根和葉，以葉為主；

在種子萌發(fā)初期或缺氧時(shí)，以根為主。

硝酸還原作用的化學(xué)本質(zhì)NH+4NO-32e-6e-硝酸還原酶亞硝酸還原酶NO-2（一）硝酸還原酶NO3－NO2－

1、鐵氧還蛋白—硝酸還原酶

以鐵氧還蛋白為電子供體

存在于：藍(lán)綠藻，光合細(xì)菌，化能合成細(xì)菌

2、NAD（P）H—硝酸還原酶

以NAD（P）H為電子供體

存在于：真菌，綠藻，高等植物

硝酸還原酶1、鐵氧還蛋白——硝酸還原酶2、NAD(P)H-硝酸還原酶H2ONO-3+2Fd還原態(tài)+2H+NO-2+2Fd氧化態(tài)++NAD(P)H+H+NO-2+NAD(P)++H2ONO3-（二）亞硝酸還原酶

NO2－NH31、鐵氧還蛋白—亞硝酸還原酶

存在于光合生物中

2、NAD（P）H—亞硝酸還原酶

存在于非光合生物中亞硝酸還原酶2H2O1、鐵氧還蛋白——亞硝酸還原酶NO-2+6Fd還原態(tài)+8H+NH+4+6Fd氧化態(tài)+2H2O2、NAD(P)H——亞硝酸還原酶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還原生成的氨轉(zhuǎn)變?yōu)楹袡C(jī)物的作用。（一）谷氨酸的形成途徑

1、谷氨酸脫氫酶途徑

這是異養(yǎng)真核生物（如真菌）的氨同化的主要途徑，要求[NH3]高。

+NH3+H2ONADH+H+NAD+

谷氨酸脫氫酶

2、谷氨酰胺合酶、谷氨酸合酶途徑

這是高等植物的氨同化的主要途徑。

+NH3+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶總反應(yīng)式為：Gln合成酶α-酮戊二酸+NH3+ATP+NAD（P）H+H+Fd還原態(tài)+2H+

Glu合成酶

Glu+ADP+Pi+NAD（P）+Fd氧化態(tài)（二）氨甲酰磷酸的形成無機(jī)氨含N有機(jī)物，有2個(gè)反應(yīng)。1、氨甲?；复呋?/p>

氨甲?；窸NH3+CO2+ATPH2N-C-O-+ADPMg2+P2、氨甲酰磷酸合成酶：

氨甲?；窸NH3+CO2+2ATPH2N-C-O-+2ADP+PiMg2+P第四節(jié)

氨基酸的生物合成一、轉(zhuǎn)氨作用（Transamination）

由一種AA把它的分子上的氨基轉(zhuǎn)移至其他α—酮酸上，以形成另一種AA。反應(yīng)的通式為：

R-CH-COOH+R′-C-COOH轉(zhuǎn)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轉(zhuǎn)氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）

谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)

谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）

催化谷氨酸與丙酮酸之間的轉(zhuǎn)氨作用。谷丙轉(zhuǎn)氨酶以肝臟中活力最大，當(dāng)肝細(xì)胞損傷時(shí)，酶就釋放到血液內(nèi)。因此臨床上常以此來判斷肝功能的正常與否。谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）