生物化学 第七章蛋白质的降解和氨基酸代谢

蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢本章着重讨论蛋白质在机体内的降解，以及氨基酸的分解和合成的共同代谢途径。第一节蛋白质的酶促降解第二节氨基酸的分解与转化第三节氨的同化及氨基酸的生物合成氨基酸的分解与转化一、氨基酸代谢概况三、氨基酸的脱羧基作用四、氨基酸分解产物的转化二、氨基酸的脱氨基作用氨基酸代谢概况食物蛋白质氨基酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物TCA鸟氨酸循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体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-生物固氮硝酸还原（次生物质代谢）CO2胺氨基酸的脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用1、氧化脱氨基作用2、转氨基作用3、联合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-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。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-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H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，α-氨基酸的氨基转移到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。磷酸吡哆醛的作用机理谷氨酰胺的生成和利用+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶联合脱氨基作用（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。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-谷氨酸转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联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苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸非氧化脱氨基作用（自学）（1）直接脱氨基作用（2）还原脱氨基作用（3）水解脱氨基作用（4）脱水脱氨基作用（5）氧化还原脱氨基作用氨基酸的脱羧基作用1、概念3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。直接脱羧胺羟化脱羧羟胺2、类型:氨基酸分解产物的转化1、氨的代谢转变2、氨基酸碳骨架的代谢途径氨的代谢转变（1）重新生成氨基酸（2）谷氨酰胺和天冬酰氨的生成（3）尿素的生成——尿素循环（4）合成其他含N物质谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)谷氨酸的重新生成L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H尿素的生成a、概念b、总反应和过程在排尿动物体内由NH3合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环。NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2ONH2-CO-NH2+2ADP+2+AMP+PPi+延胡索酸鸟氨酸循环氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟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基质线粒体胞液NH2-C-NH2O尿素氨基酸碳骨架的代谢途径（1）再氨基化生成氨基酸（2）转变成糖或脂肪生糖氨基酸和生酮氨基酸（3）氧化成CO2和H2O作业：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成CO2、H2O的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的ATP数。氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径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赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸异亮氨酸亮氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸葡萄糖柠檬酸转氨基作用是α—氨基酸与α-酮酸之间的氨基的转移作用。即：一种α-氨基酸的α-氨基在转氨酶作用下转移到α-酮酸的酮基上，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸，反应如图蛋白质的酶促降解一、水解蛋白质的酶的种类和专一性肽酶（Peptidase）蛋白酶(Proteinase)二、细胞内蛋白质降解胞内蛋白质降解的意义胞内蛋白质降解系统：溶酶系统和泛肽系统蛋白质降解的泛肽途径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(depeptidehydrolase)水解二肽蛋白酶的种类和专一性编号名称作用特征实例3、4、2、13、4、2、2丝氨酸蛋白酶类(serinepritelnase)活性中心含Ser3、4、2、33、4、2、4硫醇蛋白酶类(Thiolpritelnase)活性中心含Cys羧基（酸性）蛋白酶类[carboxyl(asid)pritelnase]活性中心含Asp,最适pH在5以下金属蛋白酶类(metallopritelnase)活性中心含有Zn2+、Mg2+等金属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消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）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）氨的同化及氨基酸的生物合成一、氮素循环二、生物固氮（自学）四、氨基酸的生物合成五、氨基酸与一碳基团代谢三、氨的同化（自学）自然界的氮素循环硝酸盐亚硝酸氮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生物固氮（自学）1、生物固N的化学本质2、固N酶3、固N条件生物固N的化学本质3H26e-2NH3N2+固N条件（1）电子供体：氧化底物（MH2）、丙酮酸、H2（2）ATP供能（3）厌氧环境固N酶b、ATP酶活性：能催化ATP分解，从中获取能量推动电子向还原底物上转移。（1）结构组成（2）作用机理：（3）特点：是一种多功能酶N2还原剂铁蛋白钼铁蛋白a、氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可催化N2O化合物等还原。铁蛋白：二聚体、含Fe和S，形成[Fe4S4]簇钼铁蛋白：四聚体（α2β2），含Mo、Fe和S硝酸还原作用（2）硝酸还原酶(3)亚硝酸还原酶（1）硝酸还原作用的化学本质NH+4NO-32e-6e-硝酸还原酶亚硝酸还原酶NO-2硝酸还原酶a、铁氧还蛋白——硝酸还原酶b、NAD(P)H-硝酸还原酶H2ONO-3+2Fd还原态+2H+NO-2+2Fd氧化态++NAD(P)H+H+NO-2+NAD(P)++H2ONO3-亚硝酸还原酶2H2Oa、铁氧还蛋白——亚硝酸还原酶NO-2+6Fd还原态+8H+NH+4+6Fd氧化态+2H2Ob、NAD(P)H——亚硝酸还原酶NO-2+3NAD(P)H+NH+4+3NAD(P)++5H+氨的同化1、谷氨酸的形成途径2、氨甲酰磷酸的生成氨基酸的生物合成1、必需氨基酸和非必需氨基酸2、氨基酸的生物合成必需氨基酸的概念Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phr、Trp、(HisArg)凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。人的必需氨基酸：氨基酸的生物合成的碳架来源（1）非必需氨基酸的生物合成（2）各族氨基酸的前体及相互关系a、由α-酮酸氨基化生成b、由某些非必需氨基酸转化而来c、由某些必需氨基酸转变而来非必需氨基酸的生物合成各种氨基酸的前体及相互关系谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族丝氨酸族His和芳香族氨基酸与一碳基团代谢1、一碳基团（一碳单位）的概念2、一碳基团和氨基酸代谢Gly、Ser、Thr、His都可以作为一碳基团的供体。3、一碳基团的利用：参与合成反应，如磷脂、核苷酸等的合成。一碳基团在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO2），称为一碳基团。一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成。一碳基团转移酶的辅酶：FH4一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名-CH=NH亚氨甲基H-CO-甲酰基-CH2OH甲醇基-CH=次甲基-CH2-亚甲基-CH3甲基叶酸和四氢叶酸（FH4）叶酸四氢叶酸HH105N5，N10-CH2-FH4N5-CHO-FH4CH2CHO一碳基团的来源与转变S-腺苷蛋氨酸N5-CH2-FH4N5N10-CH2-FH4N5，N10=CH-FH4N10-CHO-FH4N5，N10-CH2-FH4还原酶N5，N10-CH2-FH4脱氢酶环水化酶丝氨酸组氨酸苷氨酸参与甲基化反应为胸腺嘧啶合成提供甲基参与嘌呤合成FH4FH4FH4HCOOHH2ONAD+NDAH+H+NAD+NDAH+H+H+参与嘌呤合成六、蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢1蛋白质的酶促降解（1）肽酶和蛋白酶的类别（2）蛋白酶的专一性2氨基酸代谢概况3氨基酸降解与转化（1）脱氨基作用氧化脱氨基作用：转氨基作用；联合脱氨基（2）脱羧基作用，脱羧产物—胺类物质的生理功能（3）氨基酸分解产物的转化4氨和氨基酸的生物合成(1)自然界的氮循环（2）生物固氮的生物化学（3）硝酸还原作用人的必需氨基酸Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phr、Trp(HisArg)（4）氨基酸的生物合成必需氨基酸和非必需氨基酸的概念氨基酸碳架的来源（5）一碳单位的代谢