蛋白質(zhì)降解與氨基酸代謝課件

第十二章蛋白質(zhì)降解與氨基酸的分解代謝

蛋白質(zhì)有自己的存活時間，短到幾分鐘，長到幾周。細(xì)胞總是不斷地從氨基酸合成蛋白質(zhì)，又把蛋白質(zhì)降解為氨基酸。這一變化過程有二重功能，一是排除那些不正常的蛋白質(zhì)，它們?nèi)舴e聚將對細(xì)胞有害；二是通過排除積累過多的酶和調(diào)節(jié)蛋白使細(xì)胞代謝的井然有序得以維持。酶的活動能力實際是根據(jù)它的合成速度和降解速度決定的。在細(xì)胞“經(jīng)濟(jì)學(xué)”中，控制蛋白質(zhì)的降解與控制其合成速度是同樣重要的。本章將討論細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解及氨基酸的分解代謝。第一節(jié)蛋白酶與蛋白質(zhì)降解

蛋白酶是水解蛋白質(zhì)肽鍵的一類酶的總稱。蛋白酶按照水解方式的不同，可分為內(nèi)肽酶（內(nèi)切酶）和外肽酶（端肽酶）兩類。蛋白內(nèi)切酶切開大分子多肽內(nèi)部肽鍵，生成分子量較小的胨等產(chǎn)物。端肽酶是把多肽從一端水解，放出一個氨基酸的酶，包括羧肽酶，氨肽酶及二肽酶三種。根據(jù)酶的來源不同，分為植物蛋白酶、動物蛋白酶和微生物蛋白酶。蛋白酶根據(jù)反應(yīng)的最適pH分類：酸性蛋白酶(最適pH一般在2-4)

主要來源于哺乳動物的消化道和部分微生物，目前工業(yè)上主要由黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)。中性蛋白酶（pH7-8）

目前工業(yè)生產(chǎn)微生物主要有枯草桿菌、耐熱解蛋白芽孢桿菌、米曲霉、棲土曲霉等。來源于植物的木瓜蛋白酶、無花果蛋白酶、菠蘿蛋白酶等也都屬于此類。熱穩(wěn)定性較差，活性中心通常含有鋅離子。堿性蛋白酶(pH7-11范圍內(nèi)有活力)

主要由微生物產(chǎn)生，廣泛應(yīng)用于洗滌劑、皮革工業(yè)、絲綢脫膠等領(lǐng)域。酶活性中心的主要活性基團(tuán)是絲氨酸。除水解肽鍵外，還具有較強的水解酯鍵的能力。

根據(jù)酶的活性中心基團(tuán)分類：絲氨酸蛋白酶（胰蛋白酶、糜蛋白酶、凝血蛋白酶等，活性中心的絲氨酸通過其羥基與底物多肽的羧基結(jié)合而形成酶與底物的絡(luò)合物，水解底物）；金屬蛋白酶（大多數(shù)微生物的中性蛋白酶都屬于此類，酶活性中心的鋅離子起著同底物之間的橋梁作用，有的還含有鈣離子，具有穩(wěn)定構(gòu)象的作用）；巰基蛋白酶（木瓜蛋白酶、無花果蛋白酶、某些鏈球菌的蛋白酶，活性中心含有半胱氨酸）。

內(nèi)肽酶的作用具有一定的專一性，即對肽鍵兩側(cè)的氨基酸有一定的要求。胰蛋白酶：肽鍵的羧基端是堿性氨基酸；胰凝乳蛋白酶：肽鍵的羧基端是芳香族氨基酸及一些具有大的非極性側(cè)鏈的氨基酸；彈性蛋白酶：肽鍵的羧基端是脂肪族氨基酸；枯草桿菌堿性蛋白酶：肽鍵的羧基端是疏水性芳香族氨基酸；霉菌的酸性蛋白酶：多數(shù)情況下肽鍵的羧基端是賴氨酸殘基；胃蛋白酶：專一性較低，多作用于酸性氨基酸和芳香族氨基酸的羧基端肽鍵。二、端肽酶（外肽酶）1、氨肽酶：從多肽的游離氨基端開始水解，逐個切下氨基酸分子。2、羧肽酶：從多肽的游離羧基端開始水解，逐個切下氨基酸分子。3、二肽酶：水解二肽為單個氨基酸的酶。第二節(jié)氨基酸降解

脫氨基作用

氧化脫氨基普遍存在于動植物及需氧微生物中，催化氧化性脫氨基反應(yīng)的酶有兩類：氨基酸氧化酶和氨基酸脫氫酶。前者是黃素蛋白，以FAD或者FMN為輔基，脫下的氫與分子氧結(jié)合生成過氧化氫；后者屬于不需氧脫氫酶，其中活性最強、分布最廣泛的是L-谷氨酸脫氫酶（以NAD或NADP為輔酶），催化L-谷氨酸氧化脫氨生成α-酮戊二酸，此反應(yīng)為可逆反應(yīng)。轉(zhuǎn)氨基作用（transamination）是α-氨基酸和酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用；α-氨基酸的α-氨基借助酶的催化作用轉(zhuǎn)移到酮酸的酮基上，結(jié)果原來的氨基酸生成相應(yīng)的酮酸，而原來的酮酸則形成相應(yīng)的氨基酸。

催化轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)的酶為轉(zhuǎn)氨酶。大多數(shù)轉(zhuǎn)氨酶需要α-酮戊二酸作為氨基的受體，因此它們對兩個底物中的一個，即α-酮戊二酸（或谷氨酸）是專一的，而對另一個底物則無嚴(yán)格的專一性。正常情況下，轉(zhuǎn)氨酶主要分布在細(xì)胞內(nèi)，尤其是肝臟和心臟中活性最高，而血清中的活性很低。當(dāng)心臟或者肝臟出現(xiàn)炎癥時，由于細(xì)胞膜透性增加，轉(zhuǎn)氨酶可大量進(jìn)入血液。臨床上通過測定血清轉(zhuǎn)氨酶的活力可診斷肝臟、心臟的疾病。聯(lián)合脫氨基作用

氨基酸的轉(zhuǎn)氨作用雖然在生物體內(nèi)普遍存在，但是并不能最終脫掉氨基。單靠氧化脫氨作用也不能滿足機(jī)體對脫氨基的需要，因為只有谷氨酸脫氫酶的活力最高，其余的L-氨基酸氧化酶活力都較低。 機(jī)體可借助聯(lián)合脫氨基作用，迅速地使各種不同的氨基酸脫掉氨基。脫羧基作用

氨基酸脫羧酶的專一性很高，一般是一種氨基酸對應(yīng)一種脫羧酶，而且只對L-型氨基酸起作用。 脫羧基反應(yīng)并不是氨基酸代謝的主要方式。氨基酸脫羧后生成相應(yīng)的胺和二氧化碳。一元胺和二元胺有臭味，為堿性，對人體有毒性。脫氨脫羧作用在有些微生物如細(xì)菌或酵母細(xì)胞中，能進(jìn)行加水分解，同時進(jìn)行脫氨基與脫羧基，生成少一碳原子的一元醇、NH3和CO2。酒類釀造中生成的微量高級醇芳香成分（雜醇油），大多來自支鏈氨基酸的脫氨脫羧反應(yīng)。第三節(jié)氨基酸代謝產(chǎn)物的去路

一、酮酸的去路1、合成新的氨基酸：沿著脫氨基作用的逆反應(yīng)進(jìn)行，主要發(fā)生轉(zhuǎn)氨作用和還原氨基化。2、氧化成二氧化碳和水3、轉(zhuǎn)變成糖及脂肪生糖氨基酸生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸 酮體：丙酮、乙酰乙酸、β-羥丁酸。二、氨的去路 游離的氨對生物體是有毒的，所以正常情況下，體內(nèi)游離氨并不積累，形成后立刻進(jìn)行代謝，方式主要是以下兩種：

1、以酰胺形式儲存

儲存在酰胺基上的氨基可用于合成新的氨基酸或其它含氮化合物如嘌呤、嘧啶、核苷酸等；酰胺也可以直接參與蛋白質(zhì)的合成。2、轉(zhuǎn)變成廢物排泄到體外——尿素的形成尿素循環(huán)也稱為鳥氨酸循環(huán)（ornithinecycle），是最早發(fā)現(xiàn)的代謝循環(huán)之一，1932年H·A·Krebs和K.Henseleit對肝等器官通過切片分析，并后來由同位素標(biāo)記實驗證明，合成尿素的原料是

NH3和CO2，但二者不能直接化合，而是經(jīng)過一個環(huán)式代謝途徑后，稱為鳥氨酸循環(huán)(ornithinecycle)，NH3和CO2才能轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?。三、CO2的去路 大部分可以直接排出細(xì)胞外，小部分參與CO2的固定形成細(xì)胞組分（丙酮酸羧化支路）。四、胺的去路 在胺氧化酶的作用下氧化成醛，經(jīng)醛脫氫酶催化生成有機(jī)酸，再經(jīng)β-氧化生成乙酰CoA，進(jìn)入三羧酸循環(huán)，徹底氧化成水和CO2。糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝的相互關(guān)系糖、脂肪和蛋白質(zhì)等物質(zhì)在代謝過程中都是彼此影響，相互轉(zhuǎn)化和密切相關(guān)的。三羧酸循環(huán)不僅是各類物質(zhì)共同的代謝途徑，而且也是它們之間相互聯(lián)