生物化学-第八章氨基酸代谢.ppt

第八章 蛋白质的降解和氨基酸代谢,第一节 蛋白质的酶促降解,细胞内蛋白质的降解外源蛋白的酶促降解,一、细胞内蛋白质降解,（一）两类蛋白酶：1、相对分子质量较小、专一性较低，催化过程不需要ATP的蛋白酶和肽酶2、高分子量的多酶复合物，需要ATP，专一性较强（二）降解系统：1、溶酶体系统：主要是酸性pH下活化的小分子蛋白酶,水解长寿命蛋白质和外来蛋白。2、泛肽系统：水解短寿命蛋白和反常蛋白,（三）细胞内蛋白质降解的意义,1）及时降解清除反常蛋白的产生 有些可恢复为正常蛋白2）短寿命的蛋白在生物体的特殊作用 经常是一些代谢限速酶，便于通过基因表达和降解对其含量加以调控。3）维持细胞内氨基酸库4）防御机制组成部分 将吞入的病原体、异物等降解和清除5）蛋白质前提的裂解加工,（四）蛋白质降解的泛肽途径,E1-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：泛肽载体蛋白 E3：泛肽-蛋白质连接酶,（ubiquitin）,小肽,二、外源蛋白质的酶促降解,外切酶氨肽酶,内切酶,外切酶羧肽酶,最终产物氨基酸,（一）蛋白水解酶：,1、动物蛋白酶,Stomach：胃蛋白酶 Small Intestine：胰液 胰蛋白酶，糜蛋白酶，弹性蛋白酶，羧肽酶 小肠粘膜：氨肽酶，二肽酶,胰蛋白酶原,肠激酶,胰蛋白酶,糜蛋白酶原,糜蛋白酶,弹性蛋白酶原,弹性蛋白酶,羧基肽酶原A及B,羧基肽酶A及B,胃蛋白酶,胃蛋白酶原,胃酸,胰蛋白酶：R1=Lys、Arg（专一性较强，快）糜蛋白酶：R1=Phe、Trp、Tyr（快）；Leu、Met、His（稍慢）；R2=Pro（抑制水解）胃蛋白酶：R2=Phe、Trp、Tyr、Leu等疏水性AA（快）；R1=Pro（抑制水解）嗜热菌蛋白酶：R2=Leu、Ile、Val、Phe、Trp、Tyr等疏水性强的AA（快）；R2=Gly、Pro（不水解）；R1/R3=Pro（抑制水解）,2、植物蛋白酶,种类：木瓜、菠萝、无花果 分布：高等植物的种子及幼苗用途：消化不良；啤酒澄清；嫩肉粉,氨基酸代谢概况,氨基酸代谢库(metabolic pool),食物蛋白质,消化吸收,组织蛋白质,分解,合成,合成,脱氨基作用,NH3,-酮酸,尿素,糖,氧化供能,酮体,脱羧基作用,CO2,胺类,其他含氮化合物,转变,第二节 氨基酸的分解代谢,+NH3,R-CH2NH2+CO2,脱氨基,脱羧基,氨基酸,-酮酸,胺,L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）,一、脱氨基作用,酶L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶,亚氨基酸不稳定,H2O+H+,水解加氧,脱氢,NH4+,-酮酸,（一）氧化脱氨基作用,本应是L-氨基酸氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该酶分布不普遍，活力低（最适pH=10)，作用小。D-氨基酸氧化酶分布广，活力强，但D-氨基酸在体内不多。,问题：哪种酶作用最重要？,L-谷氨酸脱氢酶,NAD+H2O,NADH+H+NH4+,-谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸氧化脱氨,（二）转氨基作用,特点：a.可逆，受平衡影响 b.氨基大多转给了-酮戊二酸,转氨酶,-酮酸,-氨基酸,-酮酸,谷丙转氨酶和谷草转氨酶,谷丙转氨酶（GPT）,谷草转氨酶(GOT),正常成人各组织中GOT和GPT活性,提示：肝细胞中GPT活力比其他组织高出许多抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液。（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）,查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？,磷酸吡哆醛的作用机理,1、是非必需氨基酸合成代谢的重要步骤；,2、是连接糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。特别注意三种氨基酸的转化：,丙氨酸 丙酮酸 天冬氨酸 草酰乙酸 谷氨酸-酮戊二酸,转氨作用,转氨基本质上没有真正脱氨。,（三）联合脱氨作用 1、转氨与氧化脱氨的联合（L-谷氨酸脱氢酶）,NH4+NADH+H+,NAD+H2O,2、嘌呤核苷酸联合脱氨基,（四）非氧化脱氨基作用 1、直接脱氨基 2、脱水脱氨基 3、脱硫化氢脱氨基 4、水解脱氨基,（五）脱酰胺基作用,Gln,Glu,Asn,Asp,二、氨基酸的脱羧作用,氨基酸 胺+CO2,脱羧酶,由肺呼出,随尿排出，或转为其他物质,不是氨基酸代谢的主要方式,直接脱羧,色氨酸 吲哚丙氨酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸,丝氨酸 乙醇胺 胆碱,CO2,co2,O2,Glu-氨基丁酸(对中枢神经系统传导有抑制作用)Asp-Ala(泛酸组分)Trp(脱氨、脱羧、氧化)吲哚乙酸(植物生长素)His组胺(降血压作用)Tyr酪胺(升血压作用)Ser(脱羧)乙醇胺甲基化成胆碱二者分别合成脑磷脂和卵磷脂，可作为生物膜的成分。,Lys尸胺Met亚精胺，精胺 多胺Arg鲱精胺，腐胺 植物适量吸收，刺激细胞分裂，生长和防止衰老等作用植物生长调节剂,胺的氧化,三、氨的代谢去路,氨基酸,CO2+胺,NH3+-酮酸,?,?,?,若外环境NH3大量进入细胞，或细胞内NH3大量积累,酮戊二酸大量转化三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。,氨中毒原理,水生生物直接扩散脱NH3,哺乳、两栖动物排尿素,（一）氨的排泄方式 各种生物根据安全、价廉的原则排氨。,体内水循环迅速，NH3浓度低，扩散流失快，毒性小。,体内水循环慢，NH3浓度较高，需要消耗能量使其转化为简单低毒的尿素形式。,（二）氨的转运,1、以Gln的形式转运 NH3+谷氨酸+ATP 谷氨酰胺+ADP+H3PO4,谷氨酰胺酶,肝,谷氨酸,NH3,谷氨酰胺合成酶,是动物体(脑等组织)向肝和肾运氨的一种方式,尿素,2、以丙氨酸形式转运,肌肉,血液,肝,丙氨酸-葡萄糖循环,3、尿素的形成鸟氨酸循环,1932年，Hans Krebs 和Kurt Henseleit 根据一系列的实验，提出了尿素循环(urea cycle)学说，又称为鸟氨酸循环(ornithine cycle)。,鸟氨酸循环,草酰乙酸,氨基酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,基质,线粒体,胞液,Pi,（1）氨甲酰磷酸的生成,（2）瓜氨酸的合成,鸟氨酸转氨甲酰酶,（3）合成精氨酸,精氨琥珀酸裂合酶,（4）生成尿素,4、酰胺的生成储存氨的形式,谷氨酰胺是动物体内氨的主要运输方式；高等植物主要以天冬酰胺形式储存和运载氨。,谷氨酰胺,谷氨酸,NH3+ATP ADP+Pi,Mg 2+,5、重新合成氨基酸和其它含氮物,1）通过还原性加氨的方式固定在-酮戊二酸上而生成谷氨酸。2）谷氨酸又可通过转氨基作用，转移给其他-酮酸，生成某些非必需氨基酸。3）氨基甲酰磷酸经环化化二氢乳清酸尿苷酸嘧啶类化合物,四、-酮酸的代谢,1、合成氨基酸（合成代谢占优势时）,其余氨基酸是通过Glu与-酮酸的转氨作用合成。是合成非必需氨基酸的途径之一。,2、进入三羧酸循环分解成CO2+H2O,3、转变成糖及脂肪,生糖氨基酸：大多数 生成糖生酮氨基酸：亮氨酸 生成脂肪生糖兼生酮氨基酸：异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸，酪氨酸、色氨酸,生糖氨基酸：能在体内转化为糖的氨基酸。能转化为丙酮酸及三羧酸循环的中间体，如草酰乙酸、-酮戊二酸、延胡索酸和琥珀酸。生酮氨基酸：在体内能转化成酮体的氨基酸。能转化为乙酰辅酶A、乙酰乙酸或乙酰乙酰辅酶A的氨基酸。生糖兼生酮氨基酸：既可以生成糖，又可以生成酮体的氨基酸。,氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径,草酰乙酸,2-磷酸烯醇式丙酮酸,-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 氨基酸的合成代谢概况,无机态N NH3 氨基酸,+-酮酸,在植物体内，合成氨基酸所利用的碳源主要来自糖、脂肪产生的-酮酸，而直接利用的氮源则是NH3。,一、NH3的合成,（一）微生物固氮作用合成NH3,N2+3H2 2NH3,固氮酶,ATP,（二）NO3-、NO2-还原成NH3,NO3-NO2-NH3,硝酸还原酶,亚硝酸还原酶,二、NH3的同化,无机态的N合成氨基酸主要通过下面两条途径：,1、谷氨酸的形成途径2、氨甲酰磷酸形成,其他氨基酸则是通过转氨作用。,L-谷氨酸脱氢酶,NAD+H2O,NADH+H+,-谷氨酸,-酮戊二酸,1、谷氨酸的形成,+NH4+,氨基甲酰磷酸,CPS-,AGA,2、氨基甲酰磷酸的合成：氨基甲酰磷酸合成酶（CPS-）,三、氨基酸的合成,原料,NH3：主要由谷氨酸提供通过转氨作用,碳架：-酮酸，来源于糖代谢中间产物,根据氨基酸合成的碳架来源不同，可将氨基酸分为若干族。,五个族：1、丙氨酸族：2、丝氨酸族：3、谷氨酸族：4、天冬氨酸族：5、组氨酸和芳香族氨基酸（莽草酸途径）,(1)Ala族,Ala；Val；Leu 共同碳架：丙酮酸(EMP)Ala 丙酮酸 Val-酮异戊酸-酮异己酸Leu,(2)Ser族,Ser；Gly；Cys 共同碳架：3-P-甘油酸(EMP)乙醛酸 Gly CO2 NH33-P-甘油酸 Ser Cys,(3)Glu族,Glu；Gln；Pro；羟脯氨酸；Arg 共同碳架：-酮戊二酸(TCA)Gln-酮戊二酸 Glu Pro 羟脯氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸 Arg,(4)Asp族,Asp Asn Thr Met Ile Lys共同碳架：OAA(TCA)Asn OAA Asp Lys Met Thr Ile,(5)His,碳架：5-P-核糖(HMP)、ATP、Glu、Gln,(6)芳香族AA(莽草酸途径),4-P-赤藓糖(HMS)莽草酸分枝酸Trp PEP(EMP)预苯酸Tyr Phe,CO2+H2O,戊糖磷酸途径,葡萄糖,葡糖-6-磷酸,3-磷酸-甘油酸,丙酮酸,三羧酸循环乙醛酸循环,核糖-5-磷酸,酵解,组氨酸,色氨酸 苯丙氨酸酪氨酸,丝氨酸 半胱氨酸甘氨酸,亮氨酸 异亮氨酸缬氨酸 丙氨酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,天冬氨酸天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸,微生物和植物可以合成所有类型氨基酸。,谷氨酸 谷氨酰胺赖氨酸 精氨酸 脯氨酸,总结：,1、无论N素来源如何，生物体最先合成的氨基酸都是谷氨酸或谷氨酰胺。2、大多数氨基酸的合成需要转氨作用。转氨作用的NH3来源于谷氨酸，碳架来源于糖代谢中间产生的-酮酸，但由糖代谢中-酮酸直接转氨合成的氨基酸只有丙氨酸和天冬氨酸，其他氨基酸的合成还需要别的步骤。,四、一碳基团代谢,1、一碳基团的概念,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-CH3-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、甘氨酸,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+,NADH+H+,H+,参与嘌呤合成,