蛋白質(zhì)降解PPT課件

1、第七章 蛋白質(zhì)的酶促降解 與氨基酸代謝 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解 第二節(jié) 氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化 第三節(jié) 氨基酸的生物合成 第一節(jié) 蛋白質(zhì)的酶促降解 一、蛋白水解酶 二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的水解 三、蛋白質(zhì)降解的意義 一、蛋白水解酶 n國(guó)際生化協(xié)會(huì)命名委員會(huì)將作用于蛋白質(zhì)分子中肽鍵的酶歸屬 于第三大類（水解酶類）第四亞類，該亞類又分二個(gè)亞亞類， 即蛋白酶和肽酶（按酶的作用特點(diǎn)分類）。 （一）蛋白酶（肽鏈內(nèi)切酶） 水解肽鏈內(nèi)部的肽鍵 胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、枯草桿菌蛋白酶、彈性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶。 （二）肽酶（肽鏈外切酶） 分別從多肽鏈游離的羧基端或游離的氨基端逐一地將肽鏈水解 成氨

2、基酸（羧肽酶或氨肽酶） 1、羧肽酶： 又分為A、B兩種： 羧肽酶A：水解中性氨基酸為羧基末端構(gòu)成的肽鍵。 羧肽酶B：水解由賴氨酸、精氨酸等堿性氨基酸為羧基末端 構(gòu)成的肽鍵。 2、氨肽酶： 水解氨基末端的肽鍵。 3、二肽酶： 水解二肽氨基酸 p胃蛋白酶：芳香族aaNH2形成的肽鍵。 p胰蛋白酶：Lys或ArgCOOH形成的肽鍵（堿性，高度專一）；Pro抑制水解。 p胰凝乳蛋白酶：芳香族aaCOOH形成的肽鍵， Leu、Met、His水解速度次之。Pro抑制水解。 p嗜鹽菌蛋白酶：疏水性強(qiáng)的殘基（Leu、Ile、Phe、Trp、Val、Tyr、Met）；Pro或Gly不水解。 p溴化氰：Met（高

3、度專一） H2N CH CO HN CH CO NH CH CO NH CH NH CO R1R2CH2(CH2)3 CH2 NH CH CO NH CH COOH R3 氨肽酶胃蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶 Tyr或 AyrNH或2 羧肽酶 二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的水解 （一）、溶酶體系統(tǒng) 溶酶體的內(nèi)環(huán)境為酸性（約pH5），含有50多種蛋白酶。溶酶體通過 吞噬將蛋白質(zhì)裹入，然后進(jìn)行水解。溶酶體對(duì)蛋白質(zhì)的水解是非選擇性的。 （二）、泛素途經(jīng) 泛素系統(tǒng)可以選擇性的水解蛋白質(zhì)。該途徑要求被降解的目標(biāo)蛋白首 先進(jìn)行泛素化標(biāo)記，然后降解。 泛素是一類小分子單體蛋白，含有76個(gè)氨基酸殘基，保守性很強(qiáng)， 因廣泛存

4、在于真核細(xì)胞而得名。 二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的水解 （二）、泛素途經(jīng)過程 1、目標(biāo)蛋白的泛素化標(biāo)記 泛素對(duì)目標(biāo)蛋白的靶向 標(biāo)記由3個(gè)酶催化完成： 泛肽活化酶（E1） 泛素?cái)y帶蛋白（E2） 泛素-蛋白連接酶（E3） 二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的水解 （二）、泛素途經(jīng) 2、泛素化蛋白的降解 泛素化蛋白水解在26S蛋白酶體中完成。蛋白酶體是一種存在于細(xì)胞 質(zhì)中的多亞基蛋白，目標(biāo)蛋白被水解產(chǎn)生約7-9個(gè)氨基酸殘基的肽段，然 后再被細(xì)胞質(zhì)中的肽鏈外切酶水解為氨基酸。 三、蛋白質(zhì)降解的意義 1、形成新組織：用于新蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)行新陳代謝（自我更新）。 2、參加其它代謝：進(jìn)一步降解氧化或轉(zhuǎn)化成他物質(zhì)。 第二節(jié) 氨基酸的分

5、解與轉(zhuǎn)化 氨基酸在細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑有多種： 1、經(jīng)生物合成形成蛋白質(zhì)。(作為蛋白質(zhì)合成的原料) 2、進(jìn)行分解代謝： 因?yàn)榘被岱肿佣加邪被汪然虼烁鞣N氨基酸都具有共同的代 謝途徑： a.脫氨基形成酮酸 ATPOHCO 22 氧化 糖和脂肪 b.脫羧基一級(jí)胺 由于氨基酸側(cè)鏈不同，每種氨基酸還有其特殊的代謝途徑。 一、脫氨基作用 二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向 三、脫羧基作用 第二節(jié) 氨基酸的分解與轉(zhuǎn)化 一、脫氨基作用 1、氧化脫氨基作用（普遍存在于動(dòng)、植物） 在有氧作用下，氨基酸進(jìn)行氧化脫氨作用，產(chǎn)物是-酮 酸和氨。（每消耗1分子氧，產(chǎn)生2分子-酮酸和2分子氨）。 COOH CHNH2 R -2H

6、 COOH C=NH2 R +H2O COOH C=O R + NH3 + 谷氨酸 脫氫酶Glu 3NH 酮戊二酸 H2O NAD NADH+H + n谷氨酸脫氫酶在動(dòng)、植物體內(nèi)分布廣泛，且活性及專一性很強(qiáng)，只對(duì)L-谷氨酸 起催化作用。 H2O NAD NADH+H + 2、轉(zhuǎn)氨基作用 -AA和-酮酸之間氨基的轉(zhuǎn)移作用，是氨基酸脫去氨基的一種 重要形式。 催化轉(zhuǎn)氨基作用的酶叫轉(zhuǎn)氨酶或氨基轉(zhuǎn)移酶，種類繁多分布廣 泛。輔基均為磷酸吡哆醛（B6的磷醛酯） 轉(zhuǎn)氨作用 氨基酸 酮酸 酮酸 轉(zhuǎn)氨酶 氨基酸 谷氨酸L 酮戊二酸 草酰乙酸 天冬氨酸 谷氨酸L 酮戊二酸 丙酮酸 丙氨酸 谷草轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶 1

7、 1 2 2 轉(zhuǎn)氨+氧化脫氨 一般氨基酸不直接氧化脫氨，而是先與-酮戊二酸通過轉(zhuǎn)氨形成相應(yīng) 的a-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再通過谷氨酸脫氫酶氧化脫氨。 3、聯(lián)合脫氨基作用 氨基酸 酮酸 酮戊二酸 轉(zhuǎn)氨酶 谷氨酸L HHPNAPDNH3 谷氨酸脫氫酶L NADPNAD 4、非氧化脫氨 主要在微生物中進(jìn)行。其方式有以下幾種： 還原脫氨基 脫水脫氨基 裂解脫氨基 R-CH-COOH R-CH2-COOH+NH3 NH2 NH2 氫化酶 脫水酶 Ser Pyr + NH3 H2O 解氨酶Phe 反肉桂酸Phe +NH3 CH2 CH COOH NH2 CH=CH-COOH +NH3 5、脫酰胺基作用 谷氨

8、酰胺酶 天冬酰胺酶 谷氨酸 天冬酰胺天冬氨酸 H2O NH3 谷氨酰胺酶 H2O NH3 二、氨基酸分解產(chǎn)物的去向 （一）NH3的去路 1、重新形成氨基酸 2、形成酰胺（消除NH3毒害，貯存NH3） 生成Gln和Asn，一方面是生物體貯藏和運(yùn)輸氨的主要形式， 也是解除氨毒害的最主要途徑。 3、生成銨鹽，保持細(xì)胞pH 4、生成尿素 n4、尿素循環(huán) 在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，氨的主要去路是在肝臟中合成尿素并隨尿排出 體外。在部分植物體內(nèi)尿素的形成既能解除氨毒，又是氨的一種 貯存形式。 NH3 CO2 ATP Orn Arg Cit ASP Pi 氨甲酰磷酸 尿素 延胡索酸 （二）-酮酸的代謝去路（C架的去路

9、） 1、轉(zhuǎn)化為丙酮酸 2、轉(zhuǎn)化為草酰乙酸 3、轉(zhuǎn)化為-酮戊二酸 4、轉(zhuǎn)化為琥珀酰CoA 5、降解為乙酰CoA和乙酰乙酸 6、降解為延胡索酸和乙酰乙酸 7、提供一碳單位 一碳基團(tuán)、生糖氨基酸、生酮氨基酸 p269 一碳基團(tuán)p267 在氨基酸代謝過程中，可以分解產(chǎn)生具有一個(gè)碳原子的基團(tuán)，稱為“一碳基團(tuán)”或“一碳單位”。 輔酶：FH4（四氫葉酸）一碳轉(zhuǎn)移過程中起輔酶作用。 生物學(xué)意義： （1）一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移與許多氨基酸代謝有直接關(guān)系。例Gly、 Ser、Thr、His等都可作為一碳基團(tuán)的供體。 （2）參與嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成 （3）參與生物體內(nèi)許多活性物質(zhì)的生物合成， 例：肌酸、卵磷脂、S-腺苷

10、蛋（甲硫）氨酸（SAM）等的生物 合成，都和一碳基團(tuán)的轉(zhuǎn)移有關(guān)。這些化合物中都含有活性甲 基。 常見一碳基團(tuán)： 甲基 -CH3 亞甲基 -CH2- 次甲基 -CH= 甲酰基 CHO 羥甲基 -CH2OH 亞氨甲基 -CH=NH 三、脫羧基作用 1、直接脫羧基作用 氨基酸在脫羧酶作用下，進(jìn)行脫羧反應(yīng)生成胺類化合物，脫羧 酶輔酶為磷酸吡哆醛。 廣泛存在于動(dòng)、植、微生物中 脫羧酶 胺 腐胺 尸胺 乙醇胺 R CH COOH R CH2 NH2 + CO2 NH2 Lys +CO2 Arg +CO2 Ser +CO2 2、羥化脫羧基作用 Tyr在Tyr酶催化下發(fā)生羥化作用生成3，4二羥苯丙氨酸（多 巴

11、），后者進(jìn)一步脫羧生成3，4二羥苯乙胺（多巴胺）。 多巴進(jìn)一步氧化后形成聚合物黑素。 馬鈴薯、蘋果、梨、切開長(zhǎng)時(shí)間暴露空氣變黑，形成黑色素。 人體的表皮基底層及毛囊中有成黑素細(xì)胞，可將酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谒兀蛊つw毛發(fā)呈黑色（可吸收紫外光）。 白化病人：缺酪氨酸酶。 第三節(jié) 氨基酸的生物合成 一、氨的來源 二、S的來源：硫酸的還原 三、C架的來源 四、氨的同化 五、氨基酸的合成 一、氨的來源 植物：生物固氮 、NO3-N還原、含N有機(jī)物分解 動(dòng)物：主要來源是AA的脫氨基作用，此外嘌呤嘧啶的分解也生成氨。 （一）、生物固氮 1、固氮微生物把N2NH3的過程。 固氮反應(yīng) 固氮酶 ： 鐵蛋白：電子供體與鉬

12、鐵蛋白之間的電子傳遞體。能提供高還原能力的電子 鉬鐵蛋白 ：利用鐵蛋白傳來的電子還原N2或其它底物形成NH3等還原物 PiADPHNHHeATPN 16210816 2 4 2 固氮酶 固氮條件： 還原劑： 鐵氧還蛋白（Fd）、黃素氧還蛋白(Fld)、NADPH、Na2S2O4。 ATP 厭氧條件 AH2 2H Fd H ATP N2 NH3 鐵蛋白鉬鐵蛋白 2、固氮過程中的氫代謝 固氮生物種催化氫代謝的酶：固氮酶、可逆性氫酶和單向性氫酶（吸氫 酶） 固氮酶：能催化還原H+生成H2。（當(dāng)有N2時(shí)，H+和N2的還原同時(shí)進(jìn) 行。所以H+是N2的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。）不受CO抑制，需ATP。 可逆性氫酶：

13、催化可逆放氫反應(yīng) 2H+ +2e- H2，一般生理?xiàng)l件下放 H2 ，除去過剩還原力，保證細(xì)胞正常生理活動(dòng)。不需ATP，受CO抑制。 單向性氫酶：催化 需ATP，KCN抑制。 H2O O H2 生物固氮的意義 意義：有益于生物固氮 H2氧化生成ATP，用于固氮。 吸氫酶催化的羥化反應(yīng)消耗大量O2，從而保護(hù)固氮酶系統(tǒng)免受O2的破壞 吸氫酶防止H2的積累，避免H2對(duì)固氮酶的抑制 H2的利用可間接產(chǎn)生還原力。 （二）NO3-N還原 植物體所需要的氮素營(yíng)養(yǎng)除了生物固氮外，絕大部分來自土壤中的氮素，主要是植物吸收土壤中的NO3-在 硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的作用形成氨。 2e- 6e- NO3- NO2-

14、 NH4+ 硝酸還原酶 亞硝酸還原酶 1、硝酸還原酶 誘導(dǎo)酶，環(huán)境中須有NO3-，需光照條件。 根據(jù)反應(yīng)中電子供體不同又分為： 鐵氧還蛋白硝酸還原酶 NAD(P)H硝酸還原酶 OHFdNOHFdNO 223 222 氧化態(tài)還原態(tài) OHPNADNOHHPNADNO 2 23 2、亞硝酸還原酶 正常情況下，NO2-在植物細(xì)胞內(nèi)很少積累，很快在亞硝酸還 原酶催化下，進(jìn)一步還原成氨。 NO2- + 7H+ + 6e- NH3 + 2H2O 電子供體：Fd（鐵氧還蛋白） NAD(P)H 二、S的來源：硫酸的還原 細(xì)胞、藻類、高等植物能吸收SO42-在體內(nèi)還原成H2S，用于含硫氨基酸的合成。動(dòng)物中不存在。

15、 （一）硫酸離子的活化：活化分兩步： PPiAPSATPSO 2 4 腺苷酰硫酸 APS ATP ADP PAPS 磷酸腺苷酰硫酸 3 酸根的活化態(tài) 為硫PAPSAPS HO S O P OCH2 O APS OH O=P-OH OH PAPS OO O OH A （二）還原 APS或PAPS的還原可以有不同的途徑，在小球藻和高等植物內(nèi)，APS將其磺?；D(zhuǎn)移給一個(gè)含巰基的載體， 再被鐵氧還蛋白還原成載體-S-SH，即可用于合成半胱氨酸。 載體 SH 或 載體 SH SH 然后還原 載體 載體 PAPS 還 氧 載體S SH 三、C架的來源 來源于糖酵解、三羧酸循環(huán)、PPP途徑、光呼吸、乙醛酸循

16、環(huán)等途徑代謝中間產(chǎn)物。 四、氨的同化 在氮素循環(huán)中，生物固氮和硝酸鹽還原形成了無機(jī)態(tài)氨，進(jìn)一步氨便被同化轉(zhuǎn)變成含氮有機(jī)化合物。生 物體內(nèi)有兩種方式同化氨。 p270 1、谷氨酸合成途徑 （1）谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化合成，現(xiàn)有試驗(yàn)證明，谷氨酸的合 成，主要通過這條雙酶途徑催化的。 （2）非主要途徑 3 NH谷氨酸 ATP ADP 谷氨酰胺合成酶 谷氨酰胺 酮戊二酸谷氨酰胺 谷氨酸合酶 NADPH+H+ NADP+ 谷氨酸2 3 NH 酮戊二酸 谷氨酸脫氫酶 OH 2 谷氨酸 NADPH+H+ NADP+ 2、氨甲酰磷酸的形成 有二種酶能催化 NH3、CO2、ATP共同合成氨甲酰磷酸 氨甲

17、酰激酶 氨甲酰磷酸合成酶 NH3+CO2+ATPH2N- C-PO3H2+2ADP+Pi O2 Mg NH3+CO2+ATPH2N- C-PO3H2+ADP O2 Mg ADP Pi 五、氨基酸的合成 （一）氨基酸的合成與轉(zhuǎn)氨基作用 在轉(zhuǎn)氨酶的作用下，谷氨酸的氨基轉(zhuǎn)給其它-酮酸，形成相應(yīng)的 氨基酸。 轉(zhuǎn)氨酶催化可逆反應(yīng)，即在氨基酸分解代謝起作用，也在氨基酸 合成代謝中起作用。 氨基酸 酮酸 酮戊二酸 轉(zhuǎn)氨酶 谷氨酸L谷氨酸L 酮戊二酸 丙酮酸 丙氨酸 谷丙轉(zhuǎn)氨酶 （二）個(gè)別氨基酸的合成 1、谷氨酸族（Glu Gln Pro Arg） c架：-戊酮二酸（TCA循環(huán)） -戊酮二酸 谷氨酸 谷氨酰胺

18、脯氨酸精氨酸 GluPro的過程如下 GluArg 2、絲氨酸族（Ser、Gly、Gys） C架：3-磷酸 甘油酸 （EMP及光合碳循環(huán)） 乙醛酸（光呼吸乙醇途徑） 3、天冬氨酸族（Asp Asn Lys Ile Thr Met） C架：草酰乙酸（TCA循環(huán)） 4、丙氨酸族（Ala Val Leu） C架：丙酮酸（EMP途徑） 丙酮酸 AlaValLeu 5、His和芳香氨基酸族（His Tyr Phe Trp） His C架:R-5-P(PPP途徑) R5P 組氨酸 5、His和芳香氨基酸族（His Tyr Phe Trp） 芳香氨基酸 C架PEP（EMP途徑）、E-4-P（PPP途徑） E4P 苯丙氨酸酪氨酸色氨酸 PEP + 酪氨酸 莽草酸分枝酸預(yù)苯酸 PEP E-4-P Tyr PheTrp HOOC OH OH OH n莽草酸途徑是合成芳香組氨基酸的唯一途徑。p274 二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的水解 （一）、溶酶體系統(tǒng) 溶酶體的內(nèi)環(huán)境為酸性（約pH5），含有50多種蛋白酶。溶酶體通過 吞噬將蛋白質(zhì)裹入，然后進(jìn)行水解。溶酶體對(duì)蛋白質(zhì)的水解是非選擇性的。 （二）、泛素途經(jīng) 泛素系統(tǒng)可以選擇性的水解蛋白質(zhì)。該途徑要求被降