生物化学蛋氨代谢.ppt

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1、2023/6/30,1,生物化学教程,第七章生物氧化 3.10,绪论,第一章糖类的化学 2.3,第二章脂质化学 2.4,第三章蛋白质化学 2.5,第四章 核酸化学 2.6,维生素、辅酶、激素 3.8、9,第八章糖代谢 3.11、12,第九章 脂代谢 3.13,第五章酶化学 3.7,第十章蛋氨代谢 3.14,第 11 章 核酸代谢4.16、17,第 12 章蛋白质合成 4.18,第 13 章 代谢调控 3.15,4.19,1.1、2；4.20；5.21 5.23（未讲的，自看）,蛋白质和氨基酸的代谢 3.14,第 十 章,2023/6/30,3,第一节 蛋白质的酶促降解第二节 氨基酸的分解与转化

2、第三节 氨基酸的生物合成,蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢,第一节 蛋白质的酶促降解,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,1.蛋白质的营养作用蛋白质周转：已有蛋白质的降解和新蛋白质的合成，对于机体新组织、细胞形成及机体生长发育有十分重要的意义。在生物体内，蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中。蛋白质周转使各种蛋白质得到自我更新，也使细胞中蛋白质组分得到转换。,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,氮平衡：人（或动物）每日，摄入氮量与排除氮量 相关性比较。总氮平衡：；正氮平衡：；负氮平衡：；（非）必需氨基酸：人和动物（能）不能自行合成 的氨基 酸；,2.蛋白质的消化、吸收（P：

3、328-331）蛋白水解（消化）：经胃肠（胞内、外）蛋白酶作用下：蛋白胨 肽aa 蛋白质的消化：胃中食物蛋白的消化是在胃蛋白酶作用下进行的。胃腺分泌的胃蛋白酶原(pepsmogen)受胃酸和自身激活作用，切去氨基端42个氨基酸残基活化为胃蛋白酶(pepsin)。胃蛋白酶最适pH为1.52.5，主要水解色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、亮氨酸等氨基酸残基的氨基组成的肽键，生成多肽及少量氨基酸。,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,在小肠内，食物蛋白由胰液（含有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶A和B）和小肠中的肠激酶(enterokinase)、氨肽酶和二肽酶(dipepti

4、dase)进一步消化。急性胰腺炎：胰液分泌到肠内的分泌途径障碍，蛋白水解酶酶原预先成熟转变为催化的活性形式，这些活性水解酶在胰腺细胞内攻击自身组织，损伤器官，严重时可致命。食物蛋白过敏：有时体内蛋白酶受抑制或缺失，少量蛋白可直接被吸收进入血液，导致食物蛋白过敏。,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,3.蛋白质的酶促降解：蛋白质的降解是指蛋白质在酶的作用下，使多肽键水解生成氨基酸的过程。,3.1 蛋白水解酶3.1.1 肽链内切酶和外切酶 水解肽键的酶普遍存在于生物体内，包括消化道中消化食物蛋白的蛋白酶，血液中参与血液凝固和溶解血栓的酶以

5、及补体系统，也包括细胞内蛋白酶。蛋白水解酶可按其作用特点分为肽链内切酶(endopeptidase)和肽链外切酶(expeptidase)。,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,肽链内切酶又称蛋白酶(proteinase)：水解肽链内部的肽键，对参与形成肽键的氨基酸残基有一定的专一性，如胰蛋白酶、凝血酶作用于精氨酸或赖氨酸的羧基形成的肽键；肽链外切酶包括氨肽酶(aminopeptidase)和羧肽酶(carboxypepidase)：分别从氨基端和羧基端逐一地将肽链水解成氨基酸。,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,几种常见的蛋白水解酶,酶 位点（或底物）胰蛋白酶(Tr

6、ypsin）Lys,Arg的羧基端胰凝乳(糜)蛋白酶 Phe,Trp Tyr的羧基端(Chymotrypsin),胃蛋白酶(Pepsin)Phe,Trp,Tyr的氨基端氨肽酶(aminopeptidase)肽的氨基端羧肽酶(carboxypeptidase)肽的羧基端二肽酶(dipeptidase)二肽弹性蛋白酶(elastase)各种脂肪族AA形成的肽,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,3.2 细胞内蛋白质降解3.2.1 细胞内蛋白质降解的意义 蛋白质与其它细胞组分一样，都处于不断降解和更新的周转过程中。细胞内蛋白质的周转是十分复

7、杂和受到精密控制的过程，周转速率不仅与生物体的种类、营养状况、环境因素、发育阶段等有关，还与蛋白质的种类有关。,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,例如，大鼠肝中鸟氨酸脱羧酶的半寿期只有11min；5-氨基乙酰丙酸合酶的半寿期约1h，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的半寿期约13 h；精氨酸酶的半寿期约96h；3-磷酸甘油醛脱氢酶的半寿期约130h。细胞内蛋白质降解对细胞生长发育和适应内外环境变化有重要功能：基因突变、生物合成误差、自发变性、自由基破坏以及环境胁迫和疾病均可导致反常蛋白的产生，其中有些可以重新恢复成正常蛋白。大多数反常蛋白必须被及时地降解清除，以免干扰正常的生命活动。,一.蛋

8、白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,短寿命蛋白虽然不到总蛋白的10，但却包括许多代谢途径的限速酶，控制细胞周期和细胞分化、细胞增殖的蛋白质，调节基因表达的转录因子等，具有十分重要的生理功能。由于它们的半寿期很短，便于通过基因表达和降解对其含量进行精确、快速的调控。另外，生长发育及细胞分化过程中代谢途径的改变，也涉及到酶蛋白的降解。,维持体内氨基酸代谢库。体重70 kg的健康成人，体内约有组织蛋白14000g，每日分解和重新合成的蛋白质约300500g，由食物提供的氨基酸约70100g，自己合成的氨基酸约3040g，血液和组织内的氨基酸(代谢库)约300700g。,防御机制的组成部分。例如

9、高等动物免疫系统的单核吞噬细胞中含有特殊的溶酶体，其中有一系列组织蛋白酶和其它水解酶，可将吞人的病原体、异物等降解和清除。蛋白质前体的裂解加工。另外，为了有效地利用转基因技术生产有价值的蛋白质，也需要了解细胞内蛋白质降解机制，以免这些外来蛋白被转基因生物破坏。,一.蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,3.2.2 胞内蛋白质降解系统 细胞质内有两个最重要的蛋白质降解系统：溶酶体系统和泛肽系统。溶酶体系统包括多种在酸性pH下活化的小分子量蛋白酶，因此又称为酸性系统，主要水解长寿命蛋白质和外来蛋白。泛肽系统在pH=7.2的胞液中起作用，因此又称为碱性系统，主要水解短寿命蛋白和反常蛋白。,一.

10、蛋白质的酶促降解,第一节 蛋白质的酶促降解,第二节 氨基酸的分解与转化,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,1.氨基酸的代谢（分解、转化、合成）a.蛋白水解（消化）：经胃肠（胞内、外）蛋白酶 作用下：蛋白 胨 肽 aa b.Aa：在体（细胞）内，分解、转化、（利用、贮 存、外排）c.蛋白质降解成的氨基酸可通过：脱氨基、脱羧基作用（共同途径）、及其它特殊途径 进一步分解、转化、利用,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,2.脱氨基作用(P:331-5)：NH2作用。氧化脱氨基、转氨脱氨基、联合脱氨基、非氧化脱氨基、脱酰胺作用（氨基酸主要的转化方式）2.1 氧化脱氨基

11、作用 氨基酸在氧化（脱氢）酶的催化下脱去氨基生成相应酮酸的过程，称作氧化脱氨基作用。催化脱氨基的酶有脱氢酶和氧化酶，脱氢酶中最重要的是谷氨酸脱氢酶，以NAD或NADP为辅酶，催化谷氨酸氧化脱氨，生成-酮戊二酸。,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,Glu dHE催化的反应,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,2.2 转氨基作用-氨基酸和-酮酸之间的氨基转移反应（转氨基作用或氨基移换作用）。-氨基酸的氨基在转氨酶催化下转移到-酮酸的酮基碳原子上，结果使原来的氨基酸生成了相应的-酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应的氨基酸。转氨酶（氨基移换酶）：催化转氨基作用的酶。（谷

12、丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)最重要）,第二章 氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,转氨酶的辅酶都是磷酸吡哆醛；转氨酶催化的反应是可逆的，平衡常数为10左右；,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,2.3 联合脱氨基作用 转氨与氧化脱氨作用相偶联的脱氨基作用。氨基酸的转氨作用并不能最终使氨基脱掉。同时，氧化脱氨作用也不能满足机体脱氨基的需要。因此一般认为L-氨基酸在体内不是直接氧化脱氨，而是先与-酮戊二酸经转氨作用变为相应的-酮酸和谷氨酸，谷氨酸可通过2种方式氧化脱氨。,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,转氨酶谷氨酸脱氢酶的联合脱氨作用,一

13、.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,转氨酶嘌呤核苷酸循环联合脱氨作用,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,2.4 非氧化脱氨基作用（P：334-5）微生物中主要进行非氧化脱氨基作用，常见有3种。还原脱氨基作用 在无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物能利用还原脱氨基方式使氨基酸脱去氨基。,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,脱水脱氨基作用 丝氨酸和苏氨酸的脱氨基也可经脱水的方式完成，催化该反应的酶以磷酸吡哆醛为辅酶。,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,由解氨酶催化的脱氨基反应 苯丙氨酸解氨酶可催化苯丙氨酸和酪氨酸发生脱氨。,一.氨基酸

14、的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,2.5 脱酰胺基作用 谷氨酰胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶的作用下分别发生脱酰胺基作用而形成相应的氨基酸。谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶广泛存在于微生物和动植物细胞中，具有很高的性。在花生种子发芽期，可观察到脱酰胺反应。,3.脱羧基作用3.1 直接脱羧基作用氨基酸在脱羧酶作用下，进行脱羧反应生成胺类化合物。氨基酸脱羧酶广泛存在于动植物和微生物体内，以磷酸吡哆醛作为辅酶。,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,3.2 羟化脱羧基作用 酪氨酸在酪氨酸酶的催化下可发生羟化作用而生成3,4-二羟苯丙氨酸，简称多巴(dopa)，它可进一步脱羧生成3

15、,4-二羟苯乙胺，简称多巴胺(dopamine)。,第二节 氨基酸的分解与转化,4.氨基酸降解产物的代谢 氨基酸（经脱氨和脱羧作用）的各种降解产物，如NH3、-酮酸和胺类等，在体内的进一步代谢转变。4.1 氨的代谢转变 游离氨对动、植物机体是有毒害作用，细胞不断地将氨转变为无毒(或毒性较小)的化合物。动植物机体内氨的代谢转变主要方式：,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,重新合成氨基酸 当组织细胞中碳水化合物代谢旺盛时，氨可与碳水化合物转化成的-酮酸发生氨基化反应重新生成氨基酸。虽然通过脱氨基作用产生的氨再用来合成氨基酸时并不能增加氨基酸的数量，但却能改变氨基酸的种类。生成谷氨

16、酰胺和天冬酰胺 氨可以通过谷氨酰胺合成酶或天冬酰胺合成酶催化生成相应的酰胺，这些酰胺又可以经过谷氨酰胺酶或天冬酰胺酶的作用，将NH3重新释放出来。因此，生成酰胺的形式既是生物体贮藏和运输氨的主要方式，也是解除氨毒的一条主要途径。,第二节 氨基酸的分解与转化,生成铵盐 有些植物组织中含有大量的有机酸，如异柠檬酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸和草酰乙酸等，氨可以和这些有机酸结合生成铵盐，以保持细胞内正常的pH。鸟氨酸（尿素 urea cycle)循环：（P336-340）哺乳类动物体内氨的主要去路是在肝脏中合成尿素并随尿排出体外。某些植物如洋蕈、马勃中也能利用氨合成尿素，其含量占干物质重量的10以上。尿

17、素在部分植物体内起着与谷氨酰胺类似的作用，既能解除氨毒，又是氨的一种贮存形式。,第二节 氨基酸的分解与转化,4.2-酮酸的代谢转变 氨基酸经氧化脱氨等降解过程后，生成多种-酮酸。,第二节 氨基酸的分解与转化,酮酸的代谢途径总括有3条去路：再合成新的氨基酸；转变为糖和脂肪；彻底氧化成二氧化碳和水并放出能量供机体利用。还原氨基化合成新氨基酸 生物体内，在生理条件下；氨基酸的脱氨作用与酮酸的还原氨基化是一对可逆反应，并处于动态平衡中。体内：氨基酸过剩-脱氨作用加强；氨基酸缺乏，氨基化作用加强；,一.氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,转变为糖和脂肪-酮酸可以转变为糖和脂肪。生糖氨基酸：可

18、降解为糖代谢中间物。（丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等）生酮氨基酸：在体内能转变为酮体，进入脂肪酸合成途径。,氧化成二氧化碳和水 当需要能量时，氨基酸降解产生的各种酮酸都可直接或间接进入TCA氧化分解供能。,第二章 氨基酸的分解与转化,第二章 氨基酸的分解与转化,第二节 氨基酸的分解与转化,5.其它（特定）Aa分解代谢 自总结,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,1.氨基酸的生物合成(P：340-347)a.不同生物（微、植）：不同途径、原料、产物（动：非必需氨基酸）；b.以其它代谢中产物，为合成起始物，分族、类 合成；1.1 氨基酸的转氨基合成作用 生物机体内各

19、种转氨酶催化的反应都是可逆的，所以转氨基过程既发生在氨基酸分解过程，也发生在氨基酸合成。反应方向与当时细胞中具体代谢的需要有关。,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,谷氨酸可由-酮戊二酸与无机态氨合成，然后再转给其他-酮酸合成相应的氨基酸。因此，谷氨酸是的重要氨基转换站。,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,1.2各族氨基酸的合成 根据氨基酸合成的碳架来源不同，可将氨基酸分为若干族。在每一族里的几种氨基酸都有共同的碳架来源。,丙氨酸族 丙氨酸族包括丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸。它们的共同碳架来源是糖酵解生成的丙酮酸。,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,丝氨酸族 包括丝氨酸、

20、甘氨酸和半胱氨酸。光呼吸形成的乙醇酸经转氨作用生成甘氨酸，甘氨酸缩合为丝氨酸。,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,由丝氨酸转变成半胱氨酸,谷氨酸族 谷氨酸族的氨基酸有谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸。它们的碳架都是来自TCA的中间产物-酮戊二酸。谷氨酸转变为脯氨酸和精氨酸的反应如下。,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,天冬氨酸族 天冬氨酸族包括天冬氨酸、天冬酰胺、赖氨酸、苏氨酸、异亮氨酸和蛋氨酸。它们的碳架都来自TCA中的草酰乙酸或延胡索酸。,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,

21、一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,组氨酸和芳香氨基酸族 包括组氨酸、酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。组氨酸的合成过程较复杂，它的碳架主要来自磷酸戊糖途径的中间产物核糖-5-磷酸。另外还有ATP、谷氨酸和谷氨酰胺的参与。,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,2.一碳基团代谢一碳基团的概念及生物学意义 在代谢过程中，某些化合物可以分解产生具有一个碳原子的基团，称为“一碳基团”或“一碳单位”。在一碳基团转移过程中起辅酶作用的是四氢叶酸(FH4)。在专一性的一碳基团转移酶作用下，携带着一碳基团的四氢叶酸

22、可将其一碳基团转移给其他化合物。另外，S-腺苷甲硫氨酸也是重要的活化甲基供体。,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,常见的一碳基团：亚氨甲基 CH=NH甲酰基 CHO甲基 CH3羟甲基-CH2OH 亚甲基 CH2 次甲基 CH=,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,一碳基团和氨基酸代谢 许多氨基酸都和一碳基团有关。如甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、组氨酸等，都可作为一碳基团的供体。例如，甘氨酸经脱氨基作用，生成乙醛酸，即可在酶的催化下，与四氢叶酸反应，生成N5，N10=CH-FH4 一碳基团的转移除与许多氨基酸的代谢有直接关系外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成；生物体内许多活性物质，如肌酸、卵磷脂、S-腺苷蛋氨酸等的生物合成，都和一碳基团的转移有关。这些化合物中都含有活性甲基。,一.氨基酸生物合成,第三节 氨基酸生物合成,一碳基团的来源与转变,