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1、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,返回,第一节蛋白质的酶促降解,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P301 胞内蛋白质降解系统：溶酶系统和泛素系统 蛋白质降解的泛素途径,真核细胞内蛋白质降解,1.溶酶体的降解（酸性蛋白酶）不依赖ATP降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白2.依赖泛素的降解依赖ATP降解异常蛋白和细胞内短寿命蛋白,泛素
2、（泛肽）：泛素是一个由76个氨基酸组成单体蛋白，其存在广泛，保守性强。主要功能是标记待分解的蛋白质，并将其移入蛋白酶体，使该蛋白质水解。泛素也可以标记跨膜蛋白，如受体，将其从细胞膜上除去。,1、肽酶的种类和专一性,编号 名 称 作 用 特 征,3、4、11,3、4、13,-氨酰肽水解酶,(-aminoacyl peptide hydrolase),作用于多肽链的N-末端,-羧肽水解酶,(-carboxyl peptide hydrolase),作用于多肽链的C-末端,3、4、14,二羧肽水解酶,(depeptide hydrolase),水解二肽,2、蛋白酶的种类和专一性,编号 名 称 作用特
3、征 实例,3、4、2、1,3、4、2、2,丝氨酸蛋白酶类,(serine pritelnase),活性中心含Ser,3、4、2、3,3、4、2、4,硫醇蛋白酶类,(Thiol pritelnase),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.Trp）胃蛋白酶,蛋白质降解的泛肽途径,E
4、1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶体,20S蛋白酶体,ATP,19S调节亚基,去折叠,水解,E1：泛肽激活酶 E2：泛肽结合酶 E3：泛肽-蛋白质连接酶,（ubiquitin）,第二节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,一、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+,NH3,CO2,H2O,体蛋白,尿素,尿酸,激素,卟啉,尼克酰氨衍生物,肌酸胺,嘧啶,
5、嘌呤,SO4 2-,（次生物质代谢）,CO2,胺,含氮化合物,二、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,1、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-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：,别构激活：ADP别构抑制：ATP,NADH,2、转氨基作用,转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）,在转氨酶的催化下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的-氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的-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,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT
6、）,谷草转氨酶(GOT),3、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,1)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+NADH,-酮酸,-氨基酸,-酮戊二酸,L-谷氨酸,肝、肾,2)转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联,心肌、骨肌、脑,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,三、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）,四、氨基酸分解产物的转化,1、氨的代谢
7、转变,2、氨基酸碳骨架的代谢途径,1、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,1)谷氨酸的重新生成,L-谷氨酸脱氢酶,谷氨酸+H2O,-酮戊二 酸+NH3,NAD（P）+,NAD（P）H,2)谷氨酰胺的生成和利用,生成Gln可解氨毒，也是氨的运输和贮存形式。Gln 将氨从脑、肌肉等组织运到肝和肾脏。在肾脏中经Gln酶的作用，水解放出的氨与肾小管中的酸结合成铵盐排出体外；在肝中Gln脱下的氨可形成尿素排出。其它组织的氨以丙酮酸的形式运至肝中形成尿素排出。丙氨酸-葡萄糖循环,3)尿 素 的 生 成,a、概念,b、总反应和
8、过程,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,ATP,AMP+PPi,H2O,2ATP+CO2+NH3+H2O,2ADP+Pi,基质,线粒体,胞液,尿素,鸟氨酸循环小结,场所：线粒体、胞浆原料：2分子NH3，一个来源于游离氨，另一个来自Asp。能量消耗：3个ATP，4个高能键。参与的氨基酸：鸟氨酸、瓜氨酸、精氨琥珀酸、精氨酸、天冬氨酸。总反应式：NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸,尿素合成的调节,调节酶
9、：精氨酸代琥珀酸合成酶：尿素循环的限速酶氨甲酰磷酸合成酶I：激活剂:N-乙酰谷氨酸 Arg高时此酶活性大,2、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,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,第三节 氨的同化及氨基酸的生物
10、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,3H2,6e-,2NH3,N2,+,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
11、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（22），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,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,H2O,NO-3,+,2Fd还原态,+,2H+,NO-2,+,2Fd氧化态,+,+,NAD(P)H,+,H+,NO-2,+,NAD(P)+,+,H2O,亚硝酸还原酶,2H2O,a、铁氧还蛋白亚
12、硝酸还原酶,NO-2,+,6Fd还原态,+,8H+,NH+4,+,6Fd氧化态,+,2H2O,b、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、(His Arg),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
13、系,a、由-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
14、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,N5，N10-CH2-FH4,一碳基团的来源与转变,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH2-FH4,N5 N10-CH2-FH4,N5，N10=CH-FH4,N10-CHO-FH4,N5，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,FH4,FH4,FH4,HCOOH,H2O,NAD+,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(His Arg),（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,
