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第十章 蛋白质的酶促降解与合成

第一节 蛋白质的酶促降解 第二节 氨基酸的一般代谢 第三节 氨基酸的合成代谢 第四节 遗传密码 第五节 核糖体 第六节 蛋白质的生物合成. 第十章 蛋白质的酶促降解与合成. 氨基肽酶 内肽酶 羧基肽酶 H 2 N-CH-CO-NH-CH…NH-CH-CO-NH-CH-CO…NH-CH-CO-NH-CH-COOH

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第十章 蛋白质的酶促降解与合成

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  1. 第一节 蛋白质的酶促降解 第二节 氨基酸的一般代谢 第三节 氨基酸的合成代谢 第四节 遗传密码 第五节 核糖体 第六节 蛋白质的生物合成 第十章 蛋白质的酶促降解与合成

  2. 氨基肽酶 内肽酶 羧基肽酶 H2N-CH-CO-NH-CH…NH-CH-CO-NH-CH-CO…NH-CH-CO-NH-CH-COOH R1 R2 R3 R4 R5 R6 二肽酶 氨基酸 + H2N-CH-CO-NH-CH-COOH RR 氨基酸 第一节 蛋白质的酶促降解 1.概念：一级结构的破坏——肽键断裂 产物：较短的肽链和氨基酸。 场所：在胞外降解——消化道

  3. 2.蛋白水解酶分类（动物）： • 肽链水解酶——水解肽链的内部的肽键 • 肽链外切酶——水解肽链两端氨基酸所形成的肽键，作用于氨基端的称氨肽酶，作用于羧基端的称 • 羧肽酶，蛋白质经肽链外切酶作用产生许多氨基酸。 • 二肽酶——二肽酶只水解二肽，蛋白质经肽链内切酶、外切酶作用后还剩余二肽，通过二肽酶的作用产生氨基酸。 • 这三种酶分泌出来时都是无活性的酶原，其生物学意义能保护组织细胞不致因蛋白水解酶的水解作用而被破坏。

  4. 氨 尿素 食物蛋白质 酮体 氨基酸代谢库 氧化供能 组织蛋白质 －酮酸 体内合成氨基酸（非必需氨基酸） 葡萄糖 其他含氮化合物（嘌呤、嘧啶等） 胺类 高等植物中也含有蛋白酶类，其水解作用以种子萌发时最为旺盛。发芽时，胚乳中贮存的蛋白质在蛋白酶催化下水解成氨基酸，当这些氨基酸运输到胚，胚则利用来重新合成蛋白质，以组成植物自身的细胞。 植物的果实中含有丰富的蛋白酶，如木瓜、菠萝、无花果。

  5. 脱氨基作用 α-酮酸 R-CO-COO- + NH4+ R-CH2-NH2 + CO2 脱羧基作用 胺 第二节 氨基酸的一般代谢 R─CH─COO- │ NH2

  6. L-谷氨酸脱氢酶是一种别构酶，ATP、GTP、NADH是别构抑制剂，ADP、GDP是别构激活剂。此酶在动植物、微生物中普遍存在，活性很强，在肝及肾组织中活力更强。 • 一、脱氨基作用 • 1、氧化脱氨基作用（oxidative deamination） • 氨基酸脱氢酶（不需氧） 氧化脱氨基作用 • 氨基酸氧化酶（需氧）: 甘氨酸氧化酶，D-天冬氨酸氧化酶。

  7. 2、转氨基作用（transamination） 一种氨基酸的氨基可以转移到α-酮酸上，从而生成相应的一分子α-酮酸和一分子α-氨基酸，这种作用称转氨基作用，也称氨基移换作用。

  8. C=O O ‖ H─C─COO- │ H─C ─ H │ H─C ─ H │ COO- O ‖ H--C-COO- | H --C--H | H +NH3 │H─C─COO- │ H─C ─ H │ H─C ─ H │ COO- +NH3 │ H─C─COO- │ H─C ─ H │ H 丙氨酸 丙酮酸 α酮戊二酸 谷氨酸 +NH3 +NH3 转氨基作用 C=O 特点： 没有游离氨（NH3）产生。

  9. 转氨酶（其辅酶为磷酸吡哆醛/胺） 两个重要的转氨酶: 谷草转氨酶(GOT)：心脏活性最高,其次肝脏； 谷丙转氨酶(GPT)：肝脏活性最高, 其次心脏。 反应式: α-酮戊二酸 + 天冬氨酸 =GOT= 谷氨酸 + 草酰乙酸 α-酮戊二酸 + 丙氨酸 ==GPT== 谷氨酸 + 丙酮酸

  10. 转氨酶是人体代谢过程中必不可少的“催化剂”，主要存在于肝细胞内。当肝细胞发生炎症、中毒等，造成肝细胞受损时，酶便会释放到血液内，使血清转氨酶升高。1%的肝脏细胞损害，可以使血中GPT的浓度增加1倍。早期肝炎患者的酶活力大大高于正常人，临床上以此推断肝功能的正常与否。转氨酶是人体代谢过程中必不可少的“催化剂”，主要存在于肝细胞内。当肝细胞发生炎症、中毒等，造成肝细胞受损时，酶便会释放到血液内，使血清转氨酶升高。1%的肝脏细胞损害，可以使血中GPT的浓度增加1倍。早期肝炎患者的酶活力大大高于正常人，临床上以此推断肝功能的正常与否。 体检中主要检查谷丙转氨酶(GPT或ALT)，转氨酶在0—40之间是正常的。

  11. 肝炎、心肌梗死、心肌炎等心内科疾病，长期酗酒导致酒精肝，或饮食结构不合理导致脂肪肝，都可能使转氨酶升高。肝炎、心肌梗死、心肌炎等心内科疾病，长期酗酒导致酒精肝，或饮食结构不合理导致脂肪肝，都可能使转氨酶升高。

  12. 3、联合脱氨基作用 转氨基作用＋L-Glu氧化脱氨 联合方式：氨基酸与α酮戊二酸的联合

  13. 生物体内L-氨基酸氧化酶的活力不高，一般L-氨基酸在体内往往不是直接氧化脱去氨基，而是先与α-酮戊二酸经转氨作用变为相当的酮酸及谷氨酸，谷氨酸经谷氨酸脱氢酶作用重新变成α-酮戊二酸，同时放出氨，这种脱氨基作用是转氨基作用和氧化脱氨作用配合进行的，所以叫联合脱氨基作用。生物体内L-氨基酸氧化酶的活力不高，一般L-氨基酸在体内往往不是直接氧化脱去氨基，而是先与α-酮戊二酸经转氨作用变为相当的酮酸及谷氨酸，谷氨酸经谷氨酸脱氢酶作用重新变成α-酮戊二酸，同时放出氨，这种脱氨基作用是转氨基作用和氧化脱氨作用配合进行的，所以叫联合脱氨基作用。 联合脱氨基作用： 体内大多数的氨基酸的脱氨基是通过转氨基作用和氧化脱氨基作用两种方式联合起来进行。 大多数动物体内采取此方式。 特点：α-酮戊二酸只是氨基的传递体, 而没有被消耗。 经脱氨基作用后的产物有：氨（NH3）、α-酮酸

  14. 二、脱羧基作用 脱羧作用不是氨基酸代谢的主要方式。 脱羧后形成胺类具生理功能：如 谷氨酸脱羧后形成的γ-氨基丁酸抑制中枢神经系统传导； 天冬氨酸脱羧后形成的β-丙氨酸是为泛酸的组成成分； 组氨酸脱羧形成的组胺可使血管舒张、降低血压； 酪氨酸脱羧形成的酪胺则使血压升高。

  15. 三、氨基酸的分解产物的代谢 氨基酸经脱氨作用生成氨及-酮酸。 氨对有机体是有毒物质，血液中1%的氨就可引起中枢神经系统中毒。高浓度的胺可与α-酮戊二酸结合生成L-谷氨酸，使大脑中的α-酮戊二酸大量减少，导致TCA循环无法正常进行，ATP生成受到严重阻碍，从而引起脑功能受损，引起语言紊乱、视力模糊、震颤，甚至昏迷或死亡。

  16. 生物体内的氨不能在体内累积，必须向体外排出。各种动植物排泄氨的方式各不相同。生物体内的氨不能在体内累积，必须向体外排出。各种动植物排泄氨的方式各不相同。 • 排氮动物（ammonotelic animals）——水生生物 固氮植物——大豆、豆科类 • 排尿酸动物（uricotelic animals）——鸟类 • 排尿素动物——两栖动物，哺乳动物

  17. 1、氨的代谢转变 游离氨对动植物机体是有毒害作用的。在正常情况下，细胞中游离氨浓度非常低，随着根系对氨的吸收和脱氨基反应的进行，细胞不断地将氨转变为无毒（或毒性很小）的化合物． 动植物机体内氨的代谢转变主要有以下4种方式： ㈠重新合成氨基酸：不增加氨基酸的数量，但改变其种类 ㈡生成谷氨酰胺和天冬酰胺：体内氨的储存、运转方式，脑组织中氨的主要去路。 ㈢生成氨盐：柠檬酸 或 苹果酸 + 氨  胺盐 ㈣生成尿素：尿素循环或鸟氨酸循环

  18. 生成尿素的鸟氨酸循环 尿素的生成： 排尿素动物合成尿素是在肝脏中进行的，通过鸟氨酸循环的过程合成尿素。

  19. 鸟氨酸循环将氨转化为尿素，每生成1mol尿素要消耗3mol ATP，鸟氨酸循环与三羧酸循环非常密切。通过这一循环不但消除氨毒，还消耗了一部分CO2。尿素是哺乳动物的蛋白质代谢的最终产物。 鸟氨酸循环总反应： 2NH3+CO2+3APT+3H2O→CH4ON2+2ADP+AMP+4H3PO4

  20. 2、-酮酸的代谢转变 （一）. 生成非必需氨基酸 （二）. 转变成糖和脂类 （三）. 氧化供能 氨基酸生糖及生酮性质的分类 -------------------------------------------------------------------------------- 类别 氨基酸 -------------------------------------------------------------------------------- 生糖氨基酸 甘、丝、缬、精、半胱、脯、羟脯、丙、 组、谷、谷氨酰胺、天冬、天冬酰胺、蛋 生酮氨基酸 亮Leu、赖Lys(不能生成葡萄糖) 生糖兼生酮氨基酸 异亮、苯丙、酪、苏、色 --------------------------------------------------------------------------------

  21. 糖 脂肪 葡萄糖或糖原 甘油三酯 磷酸丙糖 a-磷酸甘油 脂肪酸 磷酸烯醇型丙酮酸 丙酮酸 乳酸 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA酮体 草酰乙酸 柠檬酸 延胡索酸 a酮戊二酸 谷氨酸 琥珀酸单酰CoA 丙氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 色氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 色氨酸 亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 苯丙氨酸 酪氨酸 精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸 氨基酸、糖及脂肪代谢的联系

  22. （1）再合成氨基酸 体内氨基酸的脱氨作用与-酮酸的还原氨基化可看成一对可逆反应，当需要氨基酸时，氨基化作用则会加强。 （2）转变为糖及脂肪 当体内不需要将-酮酸再合成氨基酸，并且体内的能量供应又极充足时， -酮酸可以转变为糖及脂肪。 在体内能转变为糖的氨基酸称生糖氨基酸，按糖代谢途径进行代谢； 能转变为酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，按脂肪酸代谢途径进行代谢； 二者兼有的称为生糖兼生酮氨基酸。

  23. （3）氧化成CO2和H2O 脊椎动物体内氨基酸分解代谢过程中，20种氨基酸集中形成5种中间产物分别进入TCA循环，进一步分解生成氧化成CO2和H2O 。这5种中间产物是乙酰CoA， α-酮戊二酸，琥珀酰CoA，延胡索酸，草酰乙酸。

  24. 总结氨基酸分解与转化的内容

  25. 第三节 氨基酸的合成代谢 不同生物合成氨基酸的能力有所不同。动物不能合成全部20种氨基酸，植物和绝大多数微生物能合成全部氨基酸。 必需氨基酸：赖氨酸，色氨酸，苯丙氨酸，缬氨酸， 甲硫氨酸，亮氨酸，苏氨酸，异亮氨酸， 精氨酸，组氨酸（10个） 半必需氨基酸：精氨酸，组氨酸（2个） 非必需氨基酸：自身能合成的氨基酸。 （8个）

  26. 第四节 遗传密码 遗传密码(genetic code) : 指DNA(或mRNA)中碱基序列与蛋白质氨基酸顺序之间的关系。 密码子(codon) : mRNA（DNA）中代表一种氨基酸的一个碱基三联体。 反密码子: tRNA反密码环上的三个连续碱基构成一组，识别mRNA上的密码子。 4种核苷酸要代表20种氨基酸：43=64 密码子以5’-磷酸开始，3’-OH为止，阅读方向为5’ 3’。

  27. 遗传密码的基本特性： 1、密码是无标点符号（reading frame，frame-shift） 2、一般遗传密码是不重叠的（non-overlapping） 3、密码的简并性（degeneracy） 4、密码子中第三位碱基具有较小的专一性（wobble） 5、64组密码子中，有3组不编码任何氨基酸，而是多肽合成终止密码子（termination codon） 6、密码是近于完全通用的（generality）

  28. 原核细胞中核糖体或自由存在或与mRNA结合形成串状的多核糖体。 (提高翻译效率) 真核细胞中核糖体或与粗面内质网结合或者自由存在。 第五节 核糖体 核糖体是细胞质里的一种球状小颗粒。

  29. 核糖体由大小不同的两个亚基组成，以沉降系数表示，参与多肽链合成的启动、延长和终止的各种因子的识别，以及把持并“移动”含有遗传信息的mRNA。核糖体由大小不同的两个亚基组成，以沉降系数表示，参与多肽链合成的启动、延长和终止的各种因子的识别，以及把持并“移动”含有遗传信息的mRNA。 大肠杆菌核蛋白体的空间结构为一椭圆球体，其30S亚基呈哑铃状，50S亚基带有三角，中间凹陷形成空穴，将30S小亚基抱住，两亚基的结合面为蛋白质生物合成的场所。

  30. 第六节 蛋白质的生物合成 • 翻译（translation）：mRNA分子中的遗传信息转变为蛋白质的氨基酸排列顺序 • 基因表达（Gene expression）：转录与翻译 • 中心法则 转录 翻译 蛋白质 DNA RNA 反转录 复制 复制

  31. 一、蛋白质的生物合成体系 • 原料：20种氨基酸 • 模板：mRNA • 场所：核蛋白体 • 氨基酸的“搬运工具”：tRNA • 酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子 • 能量：ATP、GTP • 无机离子

  32. DNA（遗传信息） mRNA 多个核蛋白体 核膜 （装配机） mRNA（模板） 多个tRNA 多核蛋白体 （搬运工具） 蛋白质（产品）） 多个氨基酸（原料） 二、蛋白质生物合成的分子机制

  33. 翻译的过程十分复杂，几乎涉及到细胞内所有种类的RNA和几十种蛋白质分子。蛋白质合成的场所是在核糖体，所以核糖体也称作是蛋白质合成的工厂。蛋白质合成需要大约300多种生物大分子，多肽链的合成是从N端向C端进行的，而mRNA上信息的阅读是从mRNA的5’端向3’端进行的。

  34. AMP+ppi ATP 氨基酸+tRNA 氨基酰-tRNA 氨基酰-tRNA合成酶 三、蛋白质生物合成过程 氨基酸活化、起始复合物生成、肽链延长、终止 1、氨基酸的激活（activation） （1） 氨基酰tRNA合成酶：高度特异识别氨基酸、tRNA；校对活性 （2）能量：1个ATP（2个高能键） 氨基酰-tRNA合成

  35. 氨基酰-tRNA合成

  36. 2、肽链合成的起始（initiation） （1）起始因子 3种IF（原核）：IF1、IF2、IF3 多种eIF（真核）：eIF2是合成调控的关键物质 （2） 能量：GTP（真核体系还需ATP） （3） 起始AA-tRNA fMet-tRNAfmet（原核） Met-tRNAmet（真核）

  37. （4） 起始复合物组成： 大、小亚基、mRNA、起始因子、起始AA-tRNA （5）起始复合物形成过程： 核蛋白体的拆离、mRNA就位、起始tRNA结合、大亚基结合 小亚基先与mRNA结合（原核） 小亚基先与起始AA-tRNA结合（真核）

  38. IF2-GTP IF3 IF2-GTP IF3 30S亚基 IF2 起始密码子 IF3 起始复合物 2、起始tRNA结合 3、大亚基结合 1、mRNA就位 原核起始

  39. GTP-eIF2a eIF2b Met-tRNAi GDP 三元复合物 eIF2b GDP 40S亚基 GDP-eIF2a eIF4c 起始复合物 60S eIF4D eIF5 eIF4a eIF4b eIF4f mRNA 前起始复合物

  40. 起始因子

  41. 3、肽链的延长（elongation） （1）延长因子EFT：真核为EFT1与T2 原核为EFTu、Ts与EFG （2）能量：GTP （3）过程 进位：EFTu、Ts或T1、GTP；进入A位 成肽：转肽酶；P位酰基与A位氨基反应 转位、脱落、移位：EFG（转位酶）或T2、GTP；由A位移至P位，A位留空 方向：N端→C端（肽链）；5′端→3′端（mRNA）

  42. 1）进位 肽链延长

  43. 肽链延长 进位

  44. 肽链延长 2）肽键生成

  45. 肽链延长 移位 转肽 肽链延长

  46. 1、终止因子识别、结合终止密码 3、终止因子、mRNA、tRNA脱离 4、亚基拆离 2、转肽酶活性转变、肽链解离 4、肽链合成的终止和释放（termination） 释放因子RF：3种（原核）或1种（真核）

  47. 肽链终止

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