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1、第十二章 蛋白质代谢,预备知识第一节 蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢第二节 氨基酸及其重要衍生物的生物合成第三节 蛋白质的生物合成及转运本章小结,蛋白质的生理功能机体的结构成分，是信息接收、免疫应答以及基因表达调节的主要元件。氧化供能或转化为其它蓄能物质蛋白质的需要量氮平衡(nitrogen balance)日摄入氮-排出氮：用氮平衡来反映体内蛋白质代谢的概况。（正平衡和负平衡）生理需要量：80g/日（成人）,蛋白质的营养价值,取决于必需氨基酸的种类、数量以及必需氨基酸的比例。必需氨基酸(essential amino acid)体内需要但自身又不能合成或自身合成的数量远远不足,必须由食物供应
2、的氨基酸(8+2)。苏异苯甲色缬（组精）赖亮非必需氨基酸(non-essential amino acid)食物蛋白质的互补作用蛋白质不能储备：作为氮源和能源进行代谢,第一节 蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢,一、蛋白质的降解二、氨基酸分解代谢三、氨基酸分解产物的代谢四、氨基酸碳骨架的氧化途径五、生糖氨基酸和生酮氨基酸六、氨基酸衍生的其他重要物质,一、蛋白质的降解,（一）外源性氨基酸和内源性氨基酸,（二）蛋白降解的反应机制,1.溶酶体无选择的降解内源性蛋白质（组织蛋白酶）,内源过期、变异蛋白质,水解,氨基酸,？,2.泛肽给选择降解的蛋白质加以标记,泛肽 Ubiquitin 泛肽是一种8.5KD的
3、小分子蛋白质，因普遍存在于真核细胞而得名。细胞内能有选择的降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能？在蛋白质降解过程中，泛肽通过三步反应与被降解的蛋白质形成共价连接，从而使其激活。作用:降低异常蛋白和短寿命的蛋白质。,3.机体对外源蛋白质的需要及消化作用,消化管中各种蛋白酶：胰液中的蛋白酶和肠液中的肠激酶 肽链内切酶、二肽酶、肽链外切酶（氨肽酶和羧肽酶）,小肠中的消化,不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？,最终产物氨基酸,二、氨基酸分解代谢,AA的一般代谢途径：脱氨基产生：氨和-酮酸；脱羧基作用生成胺类物质；转变为含氮化合物（嘌呤、嘧啶、血红素等）,（一）脱氨基作用,1.氧化脱氨基作用,酶L-
4、氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶,L-谷氨酸脱氢酶的特点,催化L-谷氨酸氧化脱氨生成-酮戊二酸、NH3和NADH+H+以NAD+或NADP+为辅酶分布广泛，在肝、肾、脑等组织中酶活性强。该酶是能使氨基酸直接脱去氨基的活力最强的酶，其与转氨酶协同作用是体内脱氨基的主要方式。为变构酶：GTP和ATP为变构抑制剂 GDP和ADP为变构激活剂,非氧化脱氨基作用(大多数在微生物体内进行),还原脱氨基作用(氢化酶),水解脱氨基作用(水解酶),脱水脱氨基作用,脱硫氢基脱氨基作用(脱硫氢基酶),氧化-还原脱氨基作用,L-半胱氨基酸-H2S 丙酮酸+氨,2氨基酸+H2O 酮酸+有机酸+氨,氨基酸的脱酰胺基作用,谷
5、氨酰胺酶,谷氨酰胺 H2O 谷氨酸 NH3,天冬酰胺 H2O 天冬氨酸 NH3,天冬酰胺酶,2.转氨基作用(氨基移换反应）,分两步进行：L-氨基酸磷酸吡哆醛-酮酸磷酸吡哆胺。2.磷酸吡哆胺-酮戊二酸 磷酸吡哆醛 谷氨酸,OH,CH3,CHO,CH2OP,N,转氨酶的辅基为磷酸吡哆醛，功用是携带氨基。,转氨酶的辅基及作用机制,赖氨酸,转氨酶蛋白,磷酸吡哆醛,PLP,PLP,转氨酶的特点,催化氨基酸和-酮酸间进行氨基和酮基的互换体内存在着多种转氨酶，催化不同AA与-酮酸的转氨基作用，其中以催化L-谷氨酸与-酮酸转氨基反应的转氨酶(谷丙转氨酶GPT和谷草转氨酶GOT)最为重要。辅酶:VB6的磷酸酯-
6、磷酸吡哆醛(Pyridoxal phosphate,PLP),作用是传递氨基所催化的反应完全可逆，平衡常数近于1转氨作用的生理意义反应的实质是氨基在-氨基酸和酮酸的转移。生理意义：既是氨基酸的分解代谢过程，也是体内某些非必需AA合成的重要途径。只有Pro Thr Lys不能进行转氨基反应。,转氨酶,GPT：谷丙转氨酶（肝）,丙氨酸+-酮戊二酸 丙酮酸 谷氨酸,GOT：谷草转氨酶（心）,谷氨酸 草酰乙酸-酮戊二酸 天门冬氨酸,GPT和GOT分布于各组织细胞内含量不同,3.联合脱氨基作用,实验：组织中的其它 L-氨基酸的脱氨作用缓慢。当加入少量的-酮戊二酸，则脱氨作用显著增加。,L-谷氨酸脱氢酶及
7、谷-某转氨酶的活性强、分布广，是动物体内大部分氨基酸脱氨的方式意义：体内氨基酸脱氨基的最重要方式 体内合成非必需氨基酸的主要途径,腺嘌呤核苷酸循环,在肌肉、脑等组织中，L-谷氨酸脱氢酶的活力低，而腺苷酸脱氨酶的活力高。实验证明脑组织细胞中的氨有 50%是由该循环产生的。,体系2,N,裂合酶,（二）脱羧基作用,脱羧酶：专一性高，只对 L-氨基酸作用。辅酶是磷酸吡哆醛，组氨酸脱羧酶不需要辅酶。,一些胺，具有重要的生理作用,磷酸吡哆醛,磷酸吡哆醛,一级胺,三、氨基酸分解产物的代谢（氨、胺、-酮酸）,（一）氨的代谢氨中毒：若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累。某些敏感器官（如神经、大脑）
8、功能障碍。表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。,.,1.氨基氮转运的一般途径,(1)丙氨酸-葡萄糖循环(alanine-glucose cycle),概念：丙氨酸和葡萄糖反复地在肌肉和肝之间进行氨的转运，这一途径称为.生成Ala是肌肉解氨毒和运输氨的方式意义：使肌肉中的氨以无毒的丙氨酸形式运输至肝，同时肝又为肌肉提供了生成丙酮 酸的葡萄糖.经济性高效（一举两得）若血氨升高进入脑组织，可导致肝昏迷,丙氨酸-葡萄糖循环,(2)谷氨酰胺Gln的运氨作用,它主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运氨.Gln是大脑等组织解氨毒和运氨的重要形式通过Gln的合成与分解,在肝中释放NH3中和固定酸：肾小管Gln分解产
9、生的NH3 与H+结合成NH4+,NH3何处去呢？,植物体内贮存氨的重要形式,谷氨酰胺和天冬酰胺不仅在解除氨毒和贮存氨方面起重要作用，而且都是合成蛋白质的原料。,天冬酰胺酶,H2O,水生生物直接扩散脱氨（NH3）,哺乳、两栖动物排尿素,直接排氨，毒性大，不消耗能量；转化后排氨形式越复杂，越安全，但越耗能。,？,体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,？,体内水循环较慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低毒的尿素形式。,2、氨基氮的排泄 各种生物根据安全、价廉的原则排氨,鸟类、爬虫排尿酸,均来自转氨,不溶于水，毒性很小，合成需要更多的能量。,提问：为什么这类生物如此排氨
10、？,水循环太慢，保留水分同时不中毒得付出高能量代价。,高等植物，以谷氨酰胺或天冬酰胺形式储存氨，不排氨。,(1)尿素(urea)的生成 Urea Biosynthesis,实验：动物切除肝脏，输入氨基酸后，血氨浓度升高；动物保留肝脏、切除肾脏，输入氨基酸后，血中尿素浓度升高；动物肝脏、肾脏同时切除，输入氨基酸后，血中尿素含量较低，但血氨浓度升高；结论：肝脏是合成尿素的主要器官,1932,德国学者Hans Krebs提出尿素循环(urea cycle)或鸟氨酸循环(ornithine cycle)最早被简明,延胡索酸,氨甲酰磷酸合成酶鸟氨酸转氨甲酰酶精氨酸琥珀酸合成酶精氨琥珀酸酶精氨酸酶,尿素循
11、环,部位肝脏细胞,鸟氨酸,H2O,尿素,天冬氨酸,氨基甲酰磷酸(Carbamol phosphate),CPS-,AGA,氨基甲酰磷酸的合成：氨基甲酰磷酸合成酶(carbamoyl phophate synthetase,CPS-),(N-acetyl glutamatic acid,AGA),Urea Biosynthesis-1,氨基甲酰磷酸合成酶I的特点,细胞定位：肝细胞线粒体催化底物：NH3+CO2+2ATP+H2O产物：氨基甲酰磷酸作用：先合成氨基甲酰磷酸，再进一步合成 尿素 而解氨毒调节：N-乙酰谷氨酸（AGA）为变构激活剂意义：其活性可作为肝细胞分化程度的指标,(Carbamol
12、 phosphate),(Ornithine),(Citrulline),瓜氨酸的合成,Urea Biosynthesis-2,Urea Biosynthesis-3,精氨酸的合成,精氨酸水解生成尿素,(Arginine),(Urea),(Ornithine),Urea Biosynthesis-4,鸟氨酸循环的小结,合成尿素是体内氨的主要去路（尿素是AA代谢 的主要终产物）尿素分子中的2个氮原子，1个来自氨，另一个则来自天冬氨酸；C来自CO2反应部位：肝细胞的线粒体和胞液合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键意义：解氨毒一把有毒的NH3转变成无毒的尿素重要的酶：精氨酸代琥珀酸合成酶（限速酶）氨
13、基甲酰磷酸合成酶I（限速酶 CPS-I）此循环与TCA的联系？,NH4+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O 尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸,（2）尿素合成的调节,食物Pr的影响：高Pr膳食尿素合成CPS-I的调节：AGA为变构激活剂 精氨酸为AGA 合成酶的激活剂尿素合成酶系的调节：主要对精氨酸代 琥珀酸合成酶进行调节植物体内也存在鸟氨酸循环的酶，但很少运转。形成的尿素并不排出体外，可在脲酶的作用下分解成CO2和NH3，再被重新利用。,高血氨症与氨中毒,血 氨,氨基酸,脱氨,肠道,吸收,肾小管,分泌,合成,尿素,合成,合成氨基酸等 含氮化合物,铵盐,生成,排出,合成,谷氨酰
14、胺,高血氨症：肝功能严重损伤时，尿素合成发生障碍，血氨浓度升高，称为一高血氨症引起肝性脑病的生化机理：肝功能严重受损尿素合成障碍高血氨症 氨进入脑组织 合成Glu、Gln酸性(直接伤脑)-酮戊二酸循环 脑组织ATP生成大脑功能紊乱肝性脑病,高血氨症与肝昏迷氨中毒,（二）胺的代谢,（三）-酮酸的代谢(碳骨架的氧化)生成非必需氨基酸转变成糖（生糖氨基酸）和酮（生成脂肪，生酮氨基酸）彻底氧化供能：进入TCA,(四)CO2的去路 脱羧形成的CO2直接排除，小部分走TCA回补途径。,四、氨基酸碳骨架的氧化途径,315页,五、生酮氨基酸和生糖氨基酸,来源 去路,乙酰辅酶A,葡萄糖经糖酵解,经三羧酸循环和呼
15、吸链：CO2，H20，ATP,经脂肪酸合成途径：变成脂肪酸,转化并接受氨基：变成氨基酸,可合成胆固醇、酮体,氨基酸经氧化分解脱氨作用,脂肪酸经降解循环,乙酰辅酶A在代谢中的地位,六、氨基酸衍生的其他重要物质,一碳单位的来源：甘、苏、丝、组、甲硫氨酸等。参与嘌呤和嘧啶的生物合成及S-腺苷甲硫氨酸的生物合成，S-腺苷甲硫氨酸它是生物体各种化合物甲基化的甲基来源。一碳单位的转移靠四氢叶酸(和THF)，携带甲基的部位是在N5，N10位上。THF 前体物为叶酸。,(一)氨基酸与一碳单位,-CH=NH H-C0-CH2OH-CH2-CH=-CH3,S-腺苷甲硫氨酸：是大约50种不同甲基受体的供给者,“增效
16、剂”,S-腺苷甲硫氨酸：是大约50种不同甲基受体的供给者,2,H,甲硫氨酸,高半胱氨酸,(二)氨基酸与生物活性物质,儿茶酚胺,神经递质,心脏、血管,色氨酸,5-羟色氨,5-羟色氨酸,吲哚丙酮酸,吲哚乙酸,(神经递质),(植物生长激素),抑制作用神经递质,组氨酸,组胺,组氨酸脱羧酶,使血管舒张，感觉神经递质,谷氨酸,-氨基丁酸(GABA),氨基酸代谢概况（动物）,组织蛋白质,第二节 氨基酸及其重要衍生物的生物合成,一、各种氨基酸的合成 343360页二、氨基酸重要衍生物的生物合成 363373页三、氨基酸生物合成的调节,(一)通过终端产物对氨基酸生物合成的抑制 361362页(二)通过酶生成量的
17、改变调节氨基酸的生物合成 酶生成量的控制：主要是通过有关酶编码基因的活性的改变。阻遏酶：能够受到细胞合成量的控制。它们的调控靠细胞对 其合成速度的改变。比变构调控缓慢,第三节 蛋白质的生物合成及转运,一、蛋白质合成的分子基础二、翻译的步骤三、翻译过程中GTP的作用四、翻译过程中能跳跃式读码五、多核糖体六、蛋白质合成的抑制剂七、蛋白质的运输及翻译后修饰,蛋白质合成（Translation）,以mRNA为直接模板，tRNA为氨基酸运载体,，核蛋白体为装配场所，共同协调完成蛋白质生物合成的过程。也就是把mRNA的碱基排列顺序转译成多肽链中氨基酸的排列顺序。,遗传信息的传递,遗传密码,翻译过程通过密码
18、来沟通,密码子：mRNA从5 3，每三个相邻的碱基形成三联体，即组成一个密码子。(1961年),遗传密码字典 511页,读码框架：每一个氨基酸可通过mRNA上3个核苷酸序列组成的遗传密码来决定，这些密码以连续的方式连接，组成读码框架,终止密码子：UAG、UGA、UAA为，只被肽链释放因子阅读；起始密码子：AUG，也是甲硫氨酸的密码子。多数生物的密码是不重叠的。密码的简并性与同义密码：密码子通用性和变异性：密码的防错系统：可使基因突变造成的危害降至最低程度。密码的变偶性：mRNA上密码子专一性取决于前两位碱基，且与tRNA上反密码子配对是严格的，第三位碱基“摆动碱基”可有一定的变动，此现象称。5
19、13页,遗传密码的基本特性,密码子的摆动性,一、蛋白质合成的分子基础,mRNA、tRNA、核糖体、氨基酸、GTP、ATP、非核糖体蛋白质(起始因子、延伸因子、释放因子等)、Mg2+、K+等。,(一)mRNA是蛋白质合成的模板 传递DNA上的信息、是一种不稳定的物质、分子大小不等。,真核生物mRNA,原核生物mRNA,SD序列：在起始AUG序列上游10个碱基左右的位置，含有一段富含嘌呤碱基的序列，被称为。它能与细菌16S核糖体RNA3端的7个嘧啶碱基互补性的 识别，以帮助从起始AUG处开始翻译。,(二)tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上,与多肽合成有关的位点：3端-CCA氨基酸接受位点识别
20、氨酰-tRNA合成酶位点识别核糖体的位点反密码子(与密码子碱基互补),书写：tRNA Phe,(三)核糖体是蛋白质合成的工厂,核糖体：大、小亚基组成(蛋白质和rRNA),DNA rRNA,转录,核糖体(ribosome)：蛋白质合成场所,有容纳mRNA的通道能结合起始、延长及终止因子等。有A位（acceptor site)和P位(donor site).有转肽酶活性，催化肽键形成大亚基上有延长因子依赖的GTP酶活性，可为转肽提供能量。,(四)氨基酸、氨基酰tRNA合成酶、多种蛋白因子等,核糖体的功能,是合成蛋白质的机器有两个 tRNA的 结合位点:肽酰结合位点（P位）氨酰接受位（A位）,二、翻
21、译的步骤(在细胞溶胶中进行),(一)氨基酸的激活(氨酰-tRNA的形成(准备),氨基酰tRNA合成酶：可识别一个特定的氨基酸和与此对应的tRNA的特定部位。能够纠正酰化的错误。,(二)在核糖体上合成蛋白质(起始、延长及终止),原核生物,甲硫氨酰tRNA合成酶：识别两种tRNA:tRNAMet(肽链内部Met)、tRNAifMet(起始Met),起始(起始复合物的形成),起始因子：IF-3、IF-1、IF-2、核糖体小亚基mRNA(原核生物SD序列)fMet-tRNAifMet(甲酰甲硫氨酰-tRNA)GTP核糖体大亚基,fMet,fMet,fMet,mRNA上的阅读方向：是从mRNA的5端向3
22、端进行的。,2.延长(三个步骤),（1）进位三种延长因子(EF-Tu,、EF-Ts)GTP氨基酸tRNA-A位,(2)转肽-肽键的形成在核糖体转肽酶作用下，A位上形成了一个二肽酰tRNA,Thr,fMet,fMet,fMet,延伸的方向：从N端到C端,（3）移位移位因子EF-2、GTP和Mg2+的参加,三种终止密码子：UAA、UAG、UGA释放因子：RF1、RF2、RF3(还不明确)(真核生物中只有一种释放因子eRF)释放因子都作用于A位点：使转肽酶活性变为水解酶活性。核糖体在IF-3作用下，解离出大、小亚基。核糖体循环：多肽链在核糖体上的合成过程又称。,3.终止,三、翻译过程中GTP的作用,
23、每一分子氨酰-tRNA的形成需要两个高能磷酸基团 在延长 过程中有一分子GTP水解成GDP 在易位过程中又有一分子GTP水解翻译因子：属于G蛋白家族，都能结合并水解GTP，当与GTP 结合后，这些蛋白被激活，当结合上水解来的GDP后，就变成无活性的构象。,四、翻译过程中能跳跃式读码(翻译跳跃),五、多核糖体在一条mRNA链上常结合有多个核糖体，呈串珠状排列，同时进行多肽链的合成。每个独立的核糖体都能合成一条完整的多肽链，因此从同一模板上同时能合成多条多肽链。可提高mRNA的利用率和蛋白质生物合成的速度。,六、蛋白质合成的抑制剂,嘌呤霉素对蛋白质合成的抑制作用机制：,七、蛋白质的运输及翻译后修饰
24、,信号肽：由起始编码AUG翻译出的甲硫氨酸逐个往羧基末端延伸至20肽左右的片断。(多位于N端，也有的位于肽链中部)信号识别体(SRP)：与信号肽结合。负责将新生肽、移至内质网(SRP受体停泊蛋白)，进行加工。一些激素原前体转移到高尔集体中进行选择性酶促加工。,肽链的翻译后加工,概念：肽链从核蛋白体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质过程新生肽链的折叠：折叠酶(foldase)或分子伴侣。分子伴侣:是一个结构上互不相同的蛋白质家族,可识别肽链的非天然构象,促进蛋白质正确折叠。如热休克蛋白（heat shock protein,HSP)70与60。肽链中氨基酸的共价修饰 糖苷
25、共价修饰 脂质共价修饰 其它共价修饰新生肽链的水解修饰亚单位聚合高级结构修饰,蛋白质的靶向,胞浆蛋白质的目标 细胞器体液信号肽：分泌性蛋白前一段疏水性氨基酸较多的肽段，其作用是把合成的蛋白质移向胞膜并与胞膜结合，然后把合成的蛋白质送出胞外。一般由1040多个氨基酸组成，,分泌性蛋白,新生肽向内质网的转移,内质网中蛋白质的修饰,蛋白质的分拣,掌握氨基酸的一般代谢、转氨基作用、联合脱氨基作用。掌握生糖氨基酸、生酮氨基酸及生糖兼生酮氨基酸的概念；熟悉-酮酸的代谢。尿素循环及与三羧酸循环的联系？氨基酸碳骨架的代谢通过形成哪些物质进行？乙酰CoA在代谢中的地位？一碳单位？一碳单位的转移靠？蛋白质生物合成所需物质及各自作用？步骤？能量？嘌呤霉素抑制机理？信号肽作用？遗传密码相关概念遗传密码的特点熟悉 SD序列概念、核糖体循环。了解蛋白质生物合成的主要过程。蛋白质翻译后加工作用。思考题：第338页2,7，9第375页3，5第516页2,5第537页3,4，5,6，7,8,本章小结,
