生物化学_08 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢

第八章蛋白质的酶促降解和AA的代谢本章着重讨论蛋白质在机体内的降解，氨基酸的分解和合成的共同代谢途径。在了解蛋白质代谢基本规律的基础上，要求掌握蛋白质分解的主要酶类，氨基酸分解和合成的主要共同代谢途径。目录第一节蛋白质的酶促降解第二节AA的分解与转化第三节AA的生物合成第一节蛋白质的酶促降解食物中摄取的蛋白质组成机体细胞的蛋白质水解酶细胞内合成的蛋白质肽酶、蛋白酶一、蛋白质水解酶的种类和专一性（一）、肽酶（Peptidase）（二）、蛋白酶(Proteinase)AA（一）、肽酶1、概念：肽酶：肽链外切酶，可分别从多肽链的游离羧基端或游离氨基端逐个水解AA的酶。氨肽酶：从多肽链氨基端逐个水解AA的酶。羧肽酶羧肽酶A：水解中性AA为羧基末端的肽键羧肽酶B：水解碱性AA为羧基末端的肽键2、肽酶的种类和专一性编号名称作用特征3、4、113、4、13-氨酰肽水解酶(-aminoacylpeptidehydrolase)作用于多肽链的N-末端-羧肽水解酶(-carboxylpeptidehydrolase)作用于多肽链的C-末端3、4、14二羧肽水解酶(dipeptidehydrolase)水解二肽（二）、蛋白酶1、概念：蛋白酶又称肽链内切酶，它能水解肽链内部的肽键，使蛋白质多肽链水解为许多小肽段。编号名称作用特征实例3、4、2、13、4、2、2丝氨酸蛋白酶类活性中心含Ser3、4、2、33、4、2、4半胱氨酸蛋白酶类活性中心含Cys天冬氨酸蛋白酶类活性中心含Asp,最适pH在5以下金属蛋白酶类活性中心含有Zn2+、Mg2+等胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶木瓜蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶胃蛋白酶凝乳酶枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶2、蛋白酶的种类和专一性OOOH2N－CH－C－N－CH－C－N－CH－C－N－CH－R1HR2HR3HR4氨胃芳胰凝非肽蛋香乳蛋极酶白族白酶性酶AAAA嗜热菌蛋白酶芳香族AA3、几种蛋白酶的专一性OOOO－C－N－CH－C－N－CH－C－N－CH－C－N－CH－COOHHR5HR6HR7HRnMet碱性AALysArg胰蛋白酶溴化氰羧肽酶回首页3、几种蛋白酶的专一性二、细胞内蛋白质降解途径（一）、溶酶体途径:无选择地降解蛋白质。（二）、泛肽（ubiquitin）途径:※※有选择性地降解被标记的蛋白质。泛肽:真核细胞内普遍存在的一种8.5kDa,76氨基酸残基,与被降解蛋白质共价结合的小肽。(二）、蛋白质降解的泛肽途径※※E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶体20S蛋白酶体ATP19S调节亚基去折叠水解E1：泛肽激活酶E2：泛肽载体蛋白E3：泛肽-蛋白质连接酶（ubiquitin）第二节AA的分解与转化一、氨基酸的脱氨基作用（四）、非氧化脱氨基作用（五）、脱酰胺基作用（一）、氧化脱氨基作用（二）、转氨基作用(三）、联合脱氨基作用（一）、氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用：氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的α-酮酸的过程。主要有以下两种类型：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+O2H2O2L-谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOH（二）、转氨基作用※※α-氨基酸1R1-CH-COO-NH+3|α-酮酸1R1-C-COO-O||R2-C-COO-O||α-酮酸2R2-CH-COO-NH+3|α-氨基酸2转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）在转氨酶的催化下，一个α-氨基酸的氨基转移到另一个α-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的α-氨基酸生成相应的α-酮酸，而原来的α-酮酸则形成了相应的α-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。-氨基酸磷酸吡哆醛醛亚胺酮亚胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛的作用机理-酮酸互变异构谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)（三）、联合脱氨基作用1、概念2、类型a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式。方式一：转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联。转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸方式二：转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联（四）、非氧化脱氨基作用：1、直接脱氨基作用：苯丙氨酸解氨酶（PAL）2、还原脱氨基作用NH2R-CH-COOH+2H氢化酶R-CH2-COOH+NH33、脱水脱氨基作用CH2OHCH3CH-NH2丝氨酸脱水酶C=O+NH3+H2OCOOHCOOH（五）、脱酰胺基作用二、脱羧基作用氨基酸在脱羧酶催化下,发生脱羧基,形成胺类化合物的反应。辅酶是磷酸吡哆醛。（一）、直接脱羧基作用Ser的脱羧※COOHCOOH(CH2)2Glu脱羧E(CH2)2CHNH2CO2CHNH2COOHγ-氨基丁酸Glu脱羧※Lys、鸟氨酸的脱羧Tyr在酪氨酸酶作用下发生羟化生成多巴,氧化成黑色素。多巴脱羧生成多巴胺。在植物体内可以由这二个化合物转变成生物碱、吗啡、秋水仙碱植物加倍,抑制细胞的有丝分裂。（二）、羟化脱羧基：（三）、氧化脱羧基脱氨基：※※1、氨基酸的茚三酮反应。2、色氨酸的氧化脱氨基脱羧基。三、AA降解产物的去向（一）、氨的代谢转变在正常情况下细胞中游离氨浓度非常低。1、重新合成AA：不能增加AA数量，能改变AA种类。2、生成酰胺：酰胺是生物体贮藏和运输氨的主要形式；解除氨毒。3、生成铵盐：保证细胞内正常的pH。4、经鸟氨酸循环，合成尿素，排出体外。在哺乳动物体内，氨的主要去路是在肝脏中合成尿素并随尿排出体外。H2N2NH3+CO2+3ATP+3H2OC=O+2ADP+H2NAMP+4Pi在植物体内也有尿素的生成，植物体中含有脲酶，能将尿素水解：H2NC=O+H2O脲酶2NH3+CO2H2N生成的氨可再循环利用。（二）α-酮酸的代谢转变1、还原氨基化:合成新AA。2、转变为糖和脂肪。生糖AA：分解生成丙酮酸和TCA循环的有机酸,通过糖异生作用转化为糖。※生酮AA：代谢终产物为乙酰CoA或乙酰乙酰CoA的AA。（只有Leu、Lys是纯粹的生酮AA）。※3、氧化为CO2和H2O。碳骨架的氧化（肝脏中）（三）脱羧产物的转化：胺：生理活性物质。Lys－尸胺（戊二胺）鸟AA－腐胺（丁二胺）－精胺、亚精胺Trp－色胺－吲哚乙酸Ser－乙醇胺－胆碱－卵磷脂脑磷脂Cys－β-巯基乙胺Asp－β-丙氨酸CoA、ACP氨基酸脱羧CO2+胺氨基化脱氨NH3α-酮酸新AA酰胺胺盐尿素糖CO2+H2O脂肪返回小结：※※第三节氨基酸的生物合成一、氨基化作用（直接氨基化）NH3+a-酮酸AA（一）氨的来源1、生物固氮某些微生物，在常温常压下，将N2转变为NH3的过程。自然界的氮素循环硝酸盐亚硝酸NH3生物固氮工业固氮固氮生物动植物硝酸盐还原大气固氮大气氮素岩浆源的固定氮火成岩反硝化作用氧化亚氮蛋白质入地下水动植物废物死的有机体不需高温高压，节约能源，不污染环境；生物固氮可以为农作物提供氮肥（2）固氮酶结构（多功能酶）：铁蛋白+钼铁蛋白二者结合才有活性（3）固氮酶催化的反应及反应条件（1）意义：催化的反应：N2+6H++6e-2NH3主要反应N2O+2H++2e-N2+H2O(N2O对固氮起竞争性抑制作用)2H3O++2e-2H2O+H2(使还原性底物被还原)C2H2+2H++2e-C2H4(固氮酶活性的测定)反应条件：A、电子供体NADPHB、ATP还原1molN2需消耗12molATPC、厌氧环境固氮酶对O2十分敏感，要求在严格的厌氧环境下才能固氮在植物体内N是以NH3进入AA的，而植物从土壤中吸收的主要是硝酸盐。硝酸还原主要在叶中进行，但在种子萌发初期或缺N的情况下，主要在根中进行。2、硝酸盐的还原作用NO3－NRNO2－NiRNH4+NADH+H+NAD++H2ONADPH+H+NAD(P)++H2O（1）NR（硝酸还原酶）（2）NiR（亚硝酸还原酶）NO3-+NAD(P)H+H+NO2-+NAD(P)++H2ONO2-+7H++6e-NiRNH3+H2O铁氧还蛋白－NRNAD(P)H－NRNR是诱导酶，我国吴相钰和汤佩松在1957年首先发现。（二）α-酮酸的来源1、来自糖代谢：Pyr、OAA、α-Kg。2、来自GAC：CHO－COOH。3、来自脂类代谢。3、分解代谢产生的NH3（三）氨的同化（氨基化作用）COOHCOOHC=O+NH3+NADH+H+GDHCHNH2+NAD+(CH2)2(CH2)2+H2OCOOHCOOH1、Glu合成途径（1）Glu脱氢酶途径（异养真核生物）GDH对NH3的亲和力低，反应要求较高的[NH3]。（2）GS－GOGAT途径（高等绿色植物）※※GS：谷氨酰胺合成E；GOGAT：谷氨酸合ECOOHCOOHCHNH2CHNH2CH2+NH3+ATPGSCH2+ADP+PiCH2CH2COOHCONH2谷氨酸谷氨酰胺COOHCOOHCOOHC=OCHNH2CHNH2CH2+CH2+NADPH·H+GOGAT2CH2+NADP+CH2CH2CH2COOHCONH2COOH谷氨酰胺谷氨酸总反应：a-Kg+NH3+NADPH·H+GS、GOGATGlu+NADP+2、氨甲酰磷酸的合成（1）氨甲酰激ENH3+CO2+ATPMg2+H2N－C－PO3H2+ADPO（2）氨甲酰磷酸合成ENH3+CO2+2ATPMg2+H2N－C－PO3H2+2ADP+PiO在植物体内，氨甲酰磷酸中的NH3来自Gln。二、转氨基作用NH3Glu转氨酶其它AA三、各族AA的合成不同生物合成AA的能力不同。动物不能合成全部二十种AA，其中，在动物体内不能自身合成，必须由食物供给的AA称“必需AA”。CO2+H2O戊糖磷酸途径葡萄糖葡糖-6-磷酸3磷酸-甘油酸丙酮酸三羧酸循环乙醛酸循环核糖-5-磷酸酵解组氨酸色氨酸苯丙氨酸酪氨酸丝氨酸半胱氨酸甘氨酸亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙氨酸草酰乙酸α-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。谷氨酸谷氨酰胺赖氨酸精氨酸脯氨酸根据AA合成的碳架来源不同，可将AA分为若干族。每一族中的AA有共同的碳架来源。Ala丙酮酸a-酮基异戊酸转氨EVala-酮基异己酸转氨ELeu碳架来源：光呼吸乙醇酸途径形成的乙醛酸或EMP途径生成的3-PGA。成员：GlySerCys2、丝氨酸族2乙醛酸2GlySer3-PGA3-磷酸羟基丙酮酸磷酸丝氨酸SerD-甘油酸3-羟基丙酮酸SerO-乙酰丝氨酸CysS-SHSXCH3COOHXSHS3、天冬氨酸族碳架来源：TCA的OAA成员：AspAsnLysThrIleMetOAAAspAsnβ-天冬氨酸半醛LysThrMetIle4、谷氨酸族碳架来源：TCA的a-酮戊二酸成员：GluGlnProArgGlna-酮戊二酸Glu鸟氨酸瓜氨酸ArgPro羟脯氨酸5、组氨酸和芳香氨基酸族His的碳架来源：PPP的核糖-5-磷酸芳香AA族：PPP的4-磷酸赤藓糖（E-4-P）和EMP的PEP。成员：HisPheTyrTrpE-4-PTrp＋莽草酸分枝酸PEP预苯酸PheTyr莽草酸途径光合作用呼吸作用CO2葡萄糖乙醇酸EMPPPP磷酸核糖His乙醛酸3-磷酸甘油酸磷酸赤藓糖Gly莽草酸SerAlaPEPTrpPheTyrCysVal丙酮酸Leu草酰乙酸TCAAsna-酮戊二酸GlnAspGluLysThrMetArgProIle二十种氨基酸的生物合成概况谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族丝氨酸族His和芳香族四、SO42－还原产生(Cys)Cys的合成反应中，有硫化物的参与，此处的硫化物是由硫酸还原而成。1、SO42－的活化SO42－+ATPATP硫化酶APS+PPiAPS+ATP激酶PAPS+ADPOOHO－S－O－P－OCH2OAAPSOOHOHOH