生物化學課件30-31-蛋白質分解與氨基酸合成

蛋白質代謝蛋白質降解氨基酸的分解代謝氨基酸及其衍生物的生物合成固氮作用目錄蛋白質降解氨基酸的分解與轉化尿素的形成（鳥氨酸循環(huán)）氨基酸碳骨架的氧化生糖氨基酸和生酮氨基酸氨基酸的衍生物氨基酸的生物合成氨基酸生物合成的調節(jié)其它含氮物的合成生物固氮硝酸還原和氨同化蛋白質的酶促降解蛋白質的消化吸收

哺乳動物的胃、小腸中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、彈性蛋白酶。經上述酶的作用，蛋白質水解成游離氨基酸，在小腸被吸收

被吸收的氨基酸（與糖、脂一樣）一般不能直接排出體外，需經歷各種代謝途徑

腸粘膜細胞還可吸收二肽或三肽，吸收作用在小腸的近端較強，因此肽的吸收先于游離氨基酸蛋白質的消化吸收蛋白質攝取多肽更小的肽氨基酸+短鏈肽血液循環(huán)胃蛋白酶胰蛋白酶

胰凝乳蛋白酶

羧肽酶

氨肽酶胃小

腸體內氨基酸代謝一覽蛋白質的生命周期肽酶的種類和專一性編號名稱作用特征3、4、113、4、13-氨酰肽水解酶(-aminoacylpeptidehydrolase)作用于多肽鏈的N-末端-羧肽水解酶(-carboxylpeptidehydrolase)作用于多肽鏈的C-末端3、4、14二羧肽水解酶(depeptidehydrolase)水解二肽蛋白酶的種類和專一性編號名稱作用特征實例3,4,2,13,4,2,2絲氨酸蛋白酶類(serinepritelnase)活性中心含Ser3,4,2,33,4,2,4硫醇蛋白酶類(Thiolpritelnase)活性中心含Cys羧基(酸性)蛋白酶類[carboxyl(asid)pritelnase]活性中心含Asp,最適pH在5以下金屬蛋白酶類(metallopritelnase)活性中心含有Zn2+、

Mg2+等金屬胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶木瓜蛋白酶無花果蛋白酶菠蘿酶胃蛋白酶凝乳酶枯草桿菌蛋白酶嗜熱菌蛋白酶真核細胞中蛋白質降解的兩條途徑不依賴ATP的途徑，在溶酶體中進行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及長壽命的細胞內蛋白依賴ATP和泛肽的途徑，在胞質中進行，主要降解異常蛋白和短壽命蛋白，此途徑在不含溶酶體的紅細胞中尤為重要泛肽是一種8.5KD的小分子蛋白質，普遍存在于真核細胞內。一級結構高度保守，能與被降解的蛋白質共價結合，使后者活化，然后被蛋白酶降解溶酶體途徑溶酶體是單層膜被細胞器，約含50種水解酶，包括不同種蛋白酶利用吞噬泡，分解其內容物進行組織降解溶酶體降解蛋白無選擇性，對異常蛋白和短壽命酶無快速降解效益蛋白質降解的泛肽途徑E1-S-E1-SHE2-S-E1-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiE3多泛肽化蛋白ATP26S蛋白酶體20S蛋白酶體ATP19S調節(jié)亞基去折疊水解E1：泛肽激活酶E2：泛肽載體蛋白

E3：泛肽-蛋白質連接酶（ubiquitin）氨基酸的分解代謝氨基酸的脫氨基作用體內主要有3種脫氨基方式

1）轉氨基作用：氨基轉移酶

α-氨基酸

+α-酮酸

→α-酮酸

+α-氨基酸

2）氧化脫氨基作用：氨基酸氧化酶

α-氨基酸

+NAD(P)+

+H2O→

α-酮酸

+NAD(P)H+

+H++氨

3）聯合脫氨基

a.轉氨酶與谷氨酸脫氫酶的聯合脫氨基作用：肝腎腦等器官

b.嘌呤核苷酸循環(huán)：肌肉轉氨基作用在轉氨酶的催化下，α-氨基酸的氨基轉移到α-酮酸的酮基碳原子上，結果原來的α-氨基酸生成相應的α-酮酸，而原來的α-酮酸則形成了相應的α-氨基酸，這種作用稱為轉氨基作用或氨基移換作用。（除Gly、Lys、Thr、Pro外）3個重要的轉氨基反應-氨基酸磷酸吡哆醛醛亞胺酮亞胺磷酸吡哆胺轉氨酶輔酶——磷酸吡哆醛(PLP)的作用機理-酮酸互變異構轉氨基動畫PLP參與氨基酸的多種催化反應PIC1PIC2NOTE酸轉氨酶，可生成Glu，叫谷丙轉氨酶（GPT）。肝細胞受損后，血中此酶含量大增，活性高。肝細胞正常，血中此酶含量很低。動物組織中，Asp轉氨酶的活性最大。在大多數細胞中含量高，Asp是合成尿素時氮的供體，通過轉氨作用解決氨的去向大多數轉氨酶，優(yōu)先利用α-酮戊二酸作為氨基的受體，生成Glu。如丙氨氧化脫氨基作用氨基酸在酶的催化下脫去氨基生成相應的α-酮酸的過程稱為氧化脫氨基作用。主要有以下兩種類型：

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+O2H2O2

+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOHL-谷氨酸脫氫酶轉氨基與氧化脫氨基討論轉氨酶

種類多，分布廣，活性高

但是氨基酸并沒有真正脫掉氨基

因此轉氨基作用不是體內主要的脫氨基方式氧化脫氨基，使用氨基酸氧化酶

只有谷氨酸脫氫酶分布廣，活性高，但肌肉缺乏

其他氨基酸氧化酶種類不多，分布不廣，活性不高

所以氧化脫氨基也不是體內主要的脫氨基方式最佳脫氨基方式：

1.轉氨酶與谷氨酸脫氫酶的聯合脫氨基（肝腎腦）

2.嘌呤核苷酸循環(huán)（肌肉肝腦）轉氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯轉氨酶L-谷氨酸脫氫酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸嘌呤核苷酸循環(huán)（肌肉及肝腎腦）氨基酸的脫羧基作用由氨基酸脫羧酶催化，輔酶：磷酸吡多醛（組氨酸不需要此酶）胺過量將對機體造成傷害，故產生的胺還要進行生物轉化胺→醛→酸→CO2+H2O氨的命運氨是強烈的神經毒物

肝昏迷

尿素合成減少

血氨增高谷氨酸可緩解氨必須及時排泄氨的來源與去路NH3比NH4+更易被血液吸收氮的排泄形式氨(銨離子)

大部分水生脊椎動物。釋放NH4+到水環(huán)境尿素

大部分陸生脊椎動物，鯊魚。通過尿液排泄尿素尿酸

鳥類和爬行類。氨基N轉化為嘌呤，嘌呤分解產生尿酸氨自肝外轉運至肝臟谷氨酰胺的運氨作用丙氨酸的運氨作用尿素的生成（1）概念（2）總反應和過程NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2ONH2-CO-NH2+

2ADP+2Pi+

AMP+PPi+延胡索酸在排尿動物體內由NH3合成，尿素是在肝臟中通過一個循環(huán)機制完成的，這一個循環(huán)稱為尿素循環(huán)。尿素循環(huán)場所：肝細胞原料：CO2，NH3產物：尿素1氨甲酰磷酸合成酶I2鳥氨酸轉氨甲酰酶3精氨酸代琥珀酸合成酶4精氨酸代琥珀酸酶5精氨酸酶氨的轉運與尿素合成尿素的合成尿素循環(huán)和檸檬酸循環(huán)的關系尿素循環(huán)和檸檬酸循環(huán)的關系[圖]PIC3氨基酸分解加強促進尿素合成氨基酸分解代謝加強引起谷氨酸濃度增高N-乙酰谷氨酸合成別構激活氨甲酰合成酶尿素合成加速氨代謝轉變—谷氨酸重新生成L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸+H2O-酮戊二酸+NH3NAD（P）+NAD（P）H谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸轉氨酶在大腦中發(fā)生上述反應，大量消耗了-酮戊二酸和NADPH，引起中毒癥狀——肝昏迷。在肌肉中，可利用這一反應生成的谷氨酸的轉氨基作用，生成丙氨酸，將氨轉運到肝臟中去。谷氨酰胺和天冬酰胺的生成+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶碳鏈進入TCA氧化1-乙酰CoA途徑2-α-酮戊二酸途徑3-琥珀酰CoA途徑4-延胡索酸途徑5-草酰乙酸途徑甘氨酸能產生一碳單位一碳單位是核苷酸合成的原料PIC8乙酰CoA途徑生糖氨基酸和生酮氨基酸定義舉例生糖氨基酸凡能分解產生TCA中間產物的氨基酸Asp、Asn、Ser、Gly、Thr、Ala、Cys、Glu、Gln、His、Arg、Pro、Met生酮氨基酸凡能分解產生乙酰CoA的氨基酸Leu、Lys生糖兼生酮氨基酸既能產生乙酰CoA又能產生TCA中間產物的氨基酸Phe、Tyr、Ile、TrpPIC5PIC6一碳基團在代謝過程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解產生具有一個碳原子的基團（不包括CO2），稱為一碳基團，一碳基團的轉移除了和許多氨基酸的代謝直接有關外，還參與嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。

一碳基團的轉移由相應的一碳基團轉移酶催化，其輔酶為FH4

一碳基團不能獨立存在-CH=NH亞氨甲基H-CO-甲?；?CH2OH甲醇基-CH=次甲基-CH2-亞甲基-CH3甲基一碳單位載體：THF葉酸廣泛存在于綠葉中N5，N10可攜帶一碳單位一碳單位是個別氨基酸代謝產生的四氫葉酸THF某些氨基酸產生一碳單位蛋氨酸循環(huán)甲基供體：S-腺苷蛋氨酸生物素CO2載體

羧化酶的輔基一碳基團的來源與轉變S-腺苷蛋氨酸N5-CH3-FH4N5，N10-

CH2-FH4N5，N10=CH-FH4

N10-CHO-FH4N5，

N10-CH2-FH4還原酶N5，

N10-CH2-FH4脫氫酶環(huán)水化酶

絲氨酸

組氨酸苷氨酸參與甲基化反應為胸腺嘧啶合成提供甲基參與嘌呤合成FH4FH4FH4

HCOOHH2ONAD+NDAH+H+NAD+NDAH+H+H+參與嘌呤合成PIC7氨基酸與生物活性物質γ-氨基丁酸：谷氨酸脫羧形成，抑制性神經遞質，對中樞神經有抑制作用牛磺酸：半胱氨酸加氧脫羧形成，強極性物質，是結合膽汁酸的組成部分組胺：組氨酸脫羧形成，強烈血管舒張劑，刺激胃酸和胃蛋白酶分泌5-羥色胺：色氨酸脫羧形成，抑制性神經遞質，在外周有收縮血管作用多胺：精氨酸脫羧生成腐胺，腐胺轉化形成亞精胺和精氨，細胞生長調節(jié)物質TAB3色氨酸重要衍生物色氨酸尼克酸NAD與NADP前體吲哚乙酸植物生長激素5-羥色胺抑制性神經遞質血管收縮丙氨酸與代謝缺陷癥多巴胺是一種神經遞質帕金森病：腦中多巴胺減少人類遺傳病與氨基酸代謝氨基酸的生物合成◆氨基酸合成的氨通常來自：氨甲酰磷酸，谷氨酸，谷氨酰胺◆氮固定的2條途徑：生物固氮，硝酸基還原◆氨基酸合成的碳骨架來自中間代謝產物◆氨基酸合成途徑有5條：谷氨酸族，天冬氨酸族，丙氨酸族，絲氨酸族，組氨酸和芳香族必需氨基酸的概念Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp(His、Arg)

凡是機體不能自己合成，必需來自外界的氨基酸，稱為必需氨基酸。

人的必需氨基酸：二十種氨基酸的生物合成概況谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族絲氨酸族His和芳香族氨基酸生物合成的分族情況（1）丙氨酸族丙酮酸Ala、Val、Leu（2）絲氨酸族甘油酸-3-磷酸Ser、Gly、Cys（3）谷氨酸族

-酮戊二酸Glu、Gln、Pro、Arg（4）天冬氨酸族草酰乙酸Asp、Asn、Lys、Thr、Ile、Met（5）組氨酸和芳香氨基酸族磷酸核糖His磷酸赤蘚糖+PEPPhe、Tyr、Trp谷氨酸族氨基酸合成α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺脯氨酸精氨酸PIC10脯氨酸合成PIC9精氨酸合成天冬氨酸族

氨基酸的合成

(蘇氨酸和甲硫氨酸)天冬氨酸族

氨基酸的合成

(賴氨酸)丙氨酸族氨基酸的合成天冬氨酸族丙氨酸族合成草酰乙酸絲氨酸族氨基酸的合成3-磷酸苷油酸絲氨酸甘氨酸半胱氨酸絲氨酸族氨基酸的合成半胱氨酸的巰基來自PAPS動物體內半胱氨酸合成的另一途徑芳香族氨基酸的合成3-磷酸苷油酸4-磷酸赤蘚糖+苯丙氨酸酪氨酸色氨酸酪氨酸5-磷酸核糖組氨酸芳香族氨基酸合成PIC11PIC12氨基酸生物合成的調節(jié)通過終端產物對氨基酸生物合成的抑制通過酶生成量的改變調節(jié)氨基酸的生物合成氨基酸合成的反饋調控反硝化作用氧化亞氮氨甲酰磷酸分支酸脫氧庚酮糖酸-7-磷酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸赤蘚糖-4-磷酸脫氫奎尼酸莽草酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸+預苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛高絲氨酸氨基苯甲酸谷胱甘肽的合成◆GSH保護巰基蛋白和巰基酶不被氧化◆GSSG的還原依賴NADPH供氫肌酸的合成血紅素和葉綠素的合成合成原料琥珀酰CoA甘氨酸自然界的氮素循環(huán)硝酸鹽亞硝酸NH3生物固氮工業(yè)固氮固氮生物動植物硝酸鹽還原大氣固氮大氣氮素巖漿源的固定氮火成巖反硝化作用氧化亞氮蛋白質入地下水動植物廢物死的有機體固氮作用與脫氮作用生物固氮的化學本質2NH33H26e-N2+12ATP+12H2O12ADP+12Pi固氮酶（厭氧環(huán)境）N2還原劑鐵蛋白鉬鐵蛋白NADPH生物固氮的作用機理e-e-e-e-固氮酶

ATP酶活性：能催化ATP分解，從中獲取能量推動電子向還原底物上轉移（2）作用機理：（3）特點：是一種多功能酶N2還原劑鐵蛋白鉬鐵蛋白

氧化還原酶：不僅能催化N2還原，還可催化N