第九章主要含氮化合物的代谢

第九章主要含氮化合物的代谢蛋白质的酶促降解氨基酸的降解和转化氨同化及氨基酸的生物合成核酸的酶促降解核苷酸的生物降解核苷酸的生物合成第一节蛋白质的酶促降解肽酶(PPeeppttiiddaassee)末端蛋白酶（肽链内切酶）肽链内部消化道内几种蛋白酶的专一性二、细胞内蛋白质降解的重要性排除异常蛋白质（翻译出错的蛋白）排除积累过多的酶或调节蛋白三、细细胞胞内内蛋蛋白白质质降降解解的的机机制制（1）不依赖ATP的溶酶体途径，没有选择性，主要降解细胞通过胞吞作用摄取的外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。（蛋白酶的pH偏低，5左右）（2）依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白（调节蛋白），此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。（选择性降解）泛素是一种8.5KD（76AA残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个aa残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。蛋白质是否被泛素结合而选择性降解与该蛋白N端的AA有关，N端为AspArgLeuLysPhe时，蛋白质的半寿期为2-3分钟。泛素化的蛋白质在ATP参与下被蛋白酶水解。2004年10月6日瑞典皇家科学院宣布，2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。第二节氨基酸的降解和转化脱氨基作用脱羧基作用一、脱氨基作用定义：氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用。脱氨基作用包括：氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用脱酰胺作用转氨基作用联合脱氨基作用㈠氧化脱氨基作用定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸，并产生氨的过程。AA氧化酶的种类L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。反应通式：㈡非氧化脱氨还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。（在微生物中个别AA进行,但不普遍）由解氨酶催化㈢氨基酸的脱酰胺作用（四）转氨基作用指α-AA和酮酸之间氨基的转移作用，α-AA的α-氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基。转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联(骨骼肌\心脏\肝脏\脑组织中)脱氨基作用氧化脱氨(L-或D-AA氧化酶\L-谷氨酸氧化酶)非氧化脱氨氨基酸的脱酰胺作用转氨基作用联合脱氨基（两个内容）转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联二脱羧基作用第二节氨基酸的降解和转化脱氨基作用脱羧基作用脱氨基作用氧化脱氨(L-或D-AA氧化酶\L-谷氨酸氧化酶)非氧化脱氨氨基酸的脱酰胺作用转氨基作用联合脱氨基（两个内容）转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联三、氨基酸分解产物的代谢1、氨的去路：尿素的生成尿素循环总反应和过程2、AA碳骨架的去路（AA脱氨基的意义）(1)AA分解产生7种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解。七种产物为：丙酮酸、乙酰乙酰CoA、乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸(2)再合成AA(3)转变成糖和脂肪生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的AA。（AlaThrGlySerCysAspAsnArgHisGlnProIleMetVal、Phe、Tyr、Trp）(4)转变成酮体生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、-羟-丁酸的AA。（PheTyrLeuLysTrp,在动物肝脏中）四、AA与其它含氮化合物的关系(多胺\生物碱\动植物激素\水杨酸)许多AA可以作为一碳单位的来源，在各种化合物发生甲基化时作为甲基的供体。一碳单位:亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（HC=O-），羟甲基（-CH2OH），亚甲基（又称甲叉基，-CH2），次甲基（又称甲川基，-CH=），甲基（-CH3）Gly、Ser、Thr、His、Met等可以提供一碳单位。一碳基团的利用：参与合成反应，如磷脂、核苷酸等的合成。个别氨基酸的分解代谢(P347-350)第三节氨的同化及氨基酸的生物合成氨同化氨基酸的合成一氨的同化定义：生物体将无机态的氨转化为含氮有机化合物的过程（N素亦称生命元素）生物体N的来源食物来源的N—食物中的蛋白质和氨基酸可以作为人和动物的N源生物固N（某些微生物和藻类通过体内固氮酶系的作用将分子氮转变成氨的过程，1862年发现）植物体中的N源(硝酸还原生成）NO3-植物直接吸收氨氨同化的途径谷AA的形成途径氨甲酰磷酸形成途径㈠谷AA合成途径谷AA脱氢酶（细菌）谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）㈡氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物）原料：NH3CO2ATP二氨基酸的合成主要通过转氨基作用氨基酸的合成㈠丙氨酸族氨基酸的合成包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)丙氨酸族其它氨基酸的合成㈡丝氨酸族氨基酸的合成包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)丝AA还有其它合成途径半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）半胱氨酸的合成途径（动物中）L-高半胱氨酸+丝氨酸㈢天冬氨酸族氨基酸的合成天冬氨酸族其它氨基酸的合成几种氨基酸的关系㈣谷氨酸族氨基酸的合成由谷AA脯AA由谷AA其它AA几种氨基酸的关系㈤组氨酸族和芳香族氨基酸的合成芳香族氨基酸的关系核酸的酶促降解核苷酸的降解核苷酸的合成第四节核酸的酶促降解核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶,按其作用位置分为:核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3端或5端），逐个水解下核苷酸。脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA核糖核酸外切酶:只作用于RNA核酸内切酶:从核酸分子内部切断3，5-磷酸二酯键。只能水解DNA磷酸二酯键的酶。牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），可切割双链和单链DNA，降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可特异切割外源DNA特定序列中的磷酸二脂键(对碱基序列专一），切断双链，常作为工具酶。限限制制性性内内切切酶酶类类型型限限制制性性内内切切酶酶的的命命名名和和意意义义既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。小球菌核酸酶（内切酶），可作用于RNA或变性的DNA，产生3’-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶（外切酶）。某些核酸外切酶对RNA、DNA均有作用：一、核苷酸的降解核苷酸+H2O核苷+Pi核苷+H2O嘌呤（或嘧啶）+戊糖（核苷水解酶主要存在于植物和微生物体内，并且只能对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷不起作用。）核苷+H3PO4嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖（核苷磷酸化酶存在广泛）二、嘌呤的降解：这是一个氧化降解过程，不同生物降解的产物不同。腺嘌呤鸟嘌呤H2OH2ONH3NH3次黄嘌呤黄嘌呤H2O+O2H2O2H2O+O2H2O2尿囊素尿酸H2OCO2+H2O22H2O+O2尿囊酸尿素+乙醛酸H2O2H2O4NH3+2CO2三、嘧啶的降解：这是一个还原降解过程。胞嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶H2ONH3NAD(P)H+H+NAD(P)+H2Oβ-丙氨酸β-脲基丙酸H2O胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶NAD(P)H+H+NAD(P)+H2Oβ-氨基异丁酸β-脲基异丁酸H2O第六节核苷酸的生物合成（1）嘌呤环上各原子的来源IMP的合成是从5-磷酸核糖开始的，先与ATP反应生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤环的各原子在PRPP的C-1位置上逐渐加上去。（3）IMP转变为GMP和AMP嘌呤核苷酸的生物合成（从头合成）：嘌呤核苷酸的合成结果直接形成IMPIMP合成从5-P-核糖开始的，在ATP参与下先形成PRPP嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的。由Gln、Asp、Gly、甲酸、CO2提供N和C四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体治癌药物：嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）、谷胺酰胺类似物、叶酸类似物（氨基蝶呤）2、补救途径（1）PRPP+嘌呤嘌呤核苷酸+PPi腺嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（2）碱基+1-磷酸核糖核苷+Pi(核苷磷酸酶)核苷+ATP核苷酸+ADP(核苷磷酸激酶)（2）胞苷酸的生物合成UMPUDPUTPATPADPATPADPUTP+NH3+ATPCTP+ADP+Pi(细菌体内)在动物体内,由谷氨酰胺代替氨参加反应提供氨基UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP+谷氨酸+ADP+Pi嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。（1）核糖核苷酸的还原反应由尿嘧啶脱氧核苷酸（dUMP）经甲基化生成。Ser提供甲基，NADPH提供还原当量。胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMP）的合成dUDP+H2OdUMP+PidCMP+H2OdUMP+Pi胸腺嘧啶核苷酸合酶dUMPdTMPN5,10亚甲基四氢叶酸二氢叶酸结束糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系氨基酸代谢概况三、氨基酸的羟化作用(??)主要讲Tyr代谢与黑色素形成问题生物固N机制的研究历史：1862-1962：完整的细胞水平（分离固氮微生物）1960-1966：无细胞水平（发现固N需要铁氧还蛋白等作电子传递体，需要ATP等）1966-目前：分子水平（固N酶纯化，组分I为钼铁蛋白；组分II为铁蛋白，1992年测定其空间结构）其它原核细胞中：NTPdNTP到目前为止，脱氧核糖核苷酸的生物合成机制仍然不太清楚