第7章蛋白质降解与氨基酸代谢_...

第七章蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢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基酸的生物合成一、降解过程第一节蛋白质的酶促降解蛋白质氨基酸胨肽国际生化协会命名委员会将作用于蛋白质分子中肽键的酶归属于第三大类（水解酶类）第四亚类，该亚类又分二个亚亚类，即蛋白酶和肽酶。二、降解酶（一）肽酶（肽链外切酶）氨肽酶：专一性地从肽链的氨基端水解肽键羧肽酶：专一性地从肽链的羧基端水解肽键二、降解酶二肽酶：水解二肽→氨基酸C末端N末端氨肽酶CHR1N+HHHCOOCHNR2HCOCHNR3HCCHR4NHCOCHR5NHCOO-羧肽酶C末端N末端氨肽酶氨肽酶CHR1N+HHHCOOCHNR2HCOCHNR3HCCHR4NHCOCHR5NHCOO-羧肽酶羧肽酶植物：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶等。水解肽链内部的肽键。动物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等（二）蛋白酶（肽链内切酶）二、降解酶具有专一性的肽链内切酶，常用于蛋白质一级结构测定。胰蛋白酶：对C-端为Lys或Arg的肽键水解快。胰凝乳蛋白酶：对芳香族AA羧基形成的肽键，水解速度最快。胃蛋白酶：芳香族AA氨基形成的肽键。（二）蛋白酶（肽链内切酶）二、降解酶消化道内几种蛋白降解酶的专一性蛋白酶的种类及特点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三、蛋白质降解的泛肽途径四、蛋白质降解的意义1、形成新组织：用于新蛋白质的合成，进行新陈代谢（自我更新）。2、及时清除反常蛋白3、短寿命蛋白的半寿期很短，便于通过基因表达和降解对其含量进行精确、快速的调控。4、一些蛋白酶为防御机制组成部分5、蛋白质前体的裂解加工第二节氨基酸的降解和转化（五）脱酰胺基作用一、脱氨基作用（一）氧化脱氨基作用（二）转氨基作用（三）联合脱氨基作用（四）非氧化脱氨基（一）氧化脱氨基作用在有氧作用下，氨基酸进行氧化脱氨作用，产物是α-酮酸和氨。一、脱氨基作用COOHHCNH2RCOOHCNHRH2OCOOHCOR＋NH3-2H＋COOHHCNH2RCOOHCNHRH2OCOOHCOR＋NH3-2H＋催化氧化脱氨基的酶：（1）L-氨基酸氧化酶：催化L-AA氧化脱氨基；（2）D-氨基酸氧化酶：催化D-AA氧化脱氨基；（3）L-谷氨酸脱氢酶（催化氨基酸氧化脱氨的主要酶系，属于L-AA氧化酶）。该酶存在广泛，活性高，催化谷氨酸脱氨脱氢形成α－酮戊二酸。转氨基作用是α-氨基酸与α-酮酸之间的氨基的转移作用。（二）转氨基作用催化转氨基作用的酶叫转氨酶或氨基转移酶，种类繁多分布广泛。辅酶均为磷酸吡哆醛（B6的磷醛酯）。一、脱氨基作用α-氨基酸1R1-CH-COO-NH+3|R2-C-COO-O||α-酮酸2α-酮酸1R1-C-COO-O||R2-CH-COO-NH+3|α-氨基酸2转氨酶α-氨基酸1R1-CH-COO-NH+3|α-氨基酸1R1-CH-COO-NH+3|R2-C-COO-O||α-酮酸2R2-C-COO-O||α-酮酸2α-酮酸1R1-C-COO-O||R2-CH-COO-NH+3|α-氨基酸2α-酮酸1R1-C-COO-O||α-酮酸1R1-C-COO-Oα-酮酸1R1-C-COO-O||R2-CH-COO-NH+3|α-氨基酸2R2-CH-COO-NH+3|α-氨基酸2转氨酶谷丙转氨酶和谷草转氨酶转氨酶—谷氨酸脱氢酶联合脱氨基作用。转氨酶—嘌呤核苷酸循环联合脱氨基作用。（三）联合脱氨基作用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。一、脱氨基作用一般氨基酸不直接氧化脱氨，而是先与α－酮戊二酸通过转氨形成相应的a-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再通过二种方式氧化脱氨：转氨酶—谷氨酸脱氢酶联合脱氨基作用转氨酶—嘌呤核苷酸循环联合脱氨基作用（四）非氧化脱氨基主要在微生物中进行。①还原脱氨基（严格无氧)②脱水脱氨基氨基酸氢化酶2HR-CH2-COOH+NH3一、脱氨基作用＋H2O＋NH3＋H2O丝氨酸丙酮酸丝氨酸脱水酶辅酶为磷酸吡哆醛COOHCOCH3NH2CHCOOHCH2OH＋H2O＋NH3＋H2O丝氨酸丙酮酸丝氨酸脱水酶辅酶为磷酸吡哆醛COOHCOCH3COOHCOCH3NH2CHCOOHCH2OHNH2CHCOOHCH2OH③裂解脱氨基（四）非氧化脱氨基一、脱氨基作用CHCHCOOH苯丙氨酸反式肉桂酸＋NH3苯丙氨酸解氨酶CH2CHNH2COOHCHCHCOOH苯丙氨酸反式肉桂酸＋NH3苯丙氨酸解氨酶苯丙氨酸解氨酶CH2CHNH2COOH反式香豆酸CHCHCOOHOH＋NH3酪氨酸酪氨酸解氨酶CH2CHNH2COOHOH反式香豆酸CHCHCOOHOH＋NH3酪氨酸酪氨酸解氨酶CH2CHNH2COOHOH（五）脱酰胺基作用一、脱氨基作用COOHCHNH2CH2CH2CONH2＋H2OCOOHCHNH2CH2CH2COOH＋NH3谷氨酰胺谷氨酸谷氨酰胺酶COOHCHNH2CH2CH2CONH2＋H2OCOOHCHNH2CH2CH2COOH＋NH3谷氨酰胺谷氨酸谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶CONH2CH2CHNH2COOH＋H2OCOOHCHNH2CH2COOH＋NH3天冬酰胺天冬氨酸天冬酰胺酶CONH2CH2CHNH2COOH＋H2OCOOHCHNH2CH2COOH＋NH3天冬酰胺天冬氨酸天冬酰胺酶二、氨基酸分解产物的去向（一）NH3的代谢去路1、重新形成氨基酸3、生成铵盐，保持细胞pH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。在部分植物体内尿素的形成既能解除氨毒，又是氨的一种贮存形式。5、合成其他含N物质（如形成嘧啶环）生成Gln和Asn，一方面是生物体贮藏和运输氨的主要形式，也是解除氨毒害的最主要途径。另一方面还可作为蛋白质合成的原料。2、形成酰胺（消除NH3毒害，贮存NH3）4、生成尿素尿素的生成和鸟氨酸循环2、形成其它物质（糖和脂肪）（二）α-酮酸的代谢去路（C架的去路）1、形成新的氨基酸3、参加TCA循环，氧化成CO2和水，产生能量二、氨基酸分解产物的去向在体内可转变成糖的AA称为生糖AA。在体内能转变为酮体的AA称为生酮氨基酸。既能生成糖又能生成酮体的AA称为生糖兼生酮AA。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三、脱羧基作用氨基酸在脱羧酶作用下，进行脱羧反应生成胺类化合物，脱羧酶辅酶为磷酸吡哆醛。1、直接脱羧基作用＋CO2NH2RCHCOOHNH2RCH2氨基酸胺＋CO2NH2RCHCOOHNH2RCH2氨基酸胺γ－氨基丁酸GluLys尸胺腐胺ArgSer乙醇胺γ－氨基丁酸Gluγ－氨基丁酸GluLys尸胺Lys尸胺腐胺Arg腐胺ArgSer乙醇胺Ser乙醇胺Tyr在Tyr酶催化下发生羟化作用生成3，4－二羟苯丙氨酸（多巴），多巴进一步脱羧生成3，4－二羟苯乙胺（多巴胺），多巴进一步氧化后形成聚合物黑素。2、羟化脱羧基作用白化病人：缺酪氨酸酶。三、脱羧基作用第三节氨基酸的生物合成一、NH3的来源（一）生物固氮；（二）NO3-N还原；（三）含N有机物分解。植物：动物：主要来源是消化道吸收和含N有机物分解。生物固氮：部分微生物通过自身的固氮酶复合物把分子氮变成氨的过程。生物固氮是氨的重要来源。（一）生物固氮固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。3H22NH3N2+6e-一、NH3的来源固固NN酶酶组成铁蛋白：二聚体，含Fe和S钼铁蛋白：四聚体，含Mo、Fe和S固固NN酶酶组成铁蛋白：二聚体，含Fe和S钼铁蛋白：四聚体，含Mo、Fe和S硝酸还原酶根据反应中电子供体不同又分为：①铁氧还蛋白-硝酸还原酶；②NAD（P）H—硝酸还原酶。电子供体为铁氧还蛋白。硝酸还原分为两步，第一步在硝酸还原酶催化下，NO3－还原为NO2－，第二步在亚硝酸还原酶催化下，NO2－还原为NH3（二）硝酸还原硝酸还原酶是诱导酶，环境中须有NO3-，需光照条件。一、NH3的来源NO3－+2H++2e-NO2－+H2O硝酸还原酶NO3－+2H++2e-NO2－+H2O硝酸还原酶NO2－+7H++6e-NH3+2H2O亚硝酸还原酶NO2－+7H++6e-NH3+2H2O亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶主要指蛋白质分解，少量的抗生素、维生素、核酸分解。（三）含氮有机物的分解一、NH3的来源二、S的来源细胞、藻类、高等植物能吸收SO42-在体内还原成H2S，用于含硫氨基酸的合成。（一）硫酸离子的活化（分两步）第一步是硫酸离子在ATP硫酸化酶催化下与ATP反应，生成腺苷酰硫酸（APS）第二步，APS在相应的激酶催化下，在3-位形成磷酸酯，即磷酸腺苷酰硫酸（PAPS）。硫酸离子的活化态（APS、PAPS）的结构APS或PAPS将其磺酰基转移给一个含巯基的载体，再被铁氧还蛋白还原产生H2S，即可用于合成半胱氨酸。（二）硫酸离子还原二、S的来源三、C架的来源来源于糖酵解、三羧酸循环、PPP途径、光呼吸、乙醛酸循环等途径代谢中间产物。1、谷氨酸合成途径氨的同化指将氨转化为有机态氮的过程，有两条途径：四、氨基酸的生物合成（一）氨的同化（1）谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化合成现有试验证明，谷氨酸的合成，主要通过谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶这条双酶途径催化的。谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP谷氨酰胺+α-酮戊二酸谷氨酸合酶2谷氨酸NADPH+H+NADP+谷氨酰胺+α-酮戊二酸谷氨酸合酶2谷氨酸NADPH+H+NADP+1、谷氨酸合成途径（2）谷氨酸脱氢酶催化的反应（非主要途径）四、氨基酸的生物合成（一）氨的同化COOHCHNH2CH2CH2COOHCOOHCCH2CH2COOHONAD+NADH+H++NH3COOHCHNH2CH2CH2COOHCOOHCCH2CH2COOHONAD+NADH+H++NH3α-酮戊二酸谷氨酸2、氨甲酰磷酸的形成有二种酶能催化NH3、CO2、ATP共同合成氨甲酰磷酸。四、氨基酸的生物合成（一）氨的同化在转氨酶的作用下，谷氨酸的氨基转给其它α-酮酸，形成相应的氨基酸。转氨酶催化可逆反应，既在氨基酸分解代谢起作用，也在氨基酸合成代谢中起作用。（二）转氨基作用谷氨酸为氨基的转换站四、氨基酸的生物合成谷氨酸-酮戊二酸-酮酸