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第十二章 蛋白质降解和氨基酸代谢

第十二章 蛋白质降解和氨基酸代谢. 第一节 蛋白质的降解 第二节 氨基酸的分解代谢 第三节 氨基酸的合成代谢. 第一节 蛋白质降解. 胞内蛋白质的降解 外源蛋白质的消化吸收. 一、胞内蛋白质的降解. 溶酶体降解蛋白质 蛋白酶体降解泛素化的蛋白质. 1. 溶酶体降解蛋白质. 溶酶体 ：是具有一组水解酶、并起消化作用的细胞器。 囊状小体，其形态和大小有较大的差别。外面是一层单位膜，里面包含约 60 种水解酶，在酸性条件下，对蛋白质、肽、糖、中性脂质、糖脂、糖蛋白、核酸等多种物质起水解作用。 被比喻为细胞内的“酶仓库”“消化系统”。.

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第十二章 蛋白质降解和氨基酸代谢

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Presentation Transcript

  1. 第十二章 蛋白质降解和氨基酸代谢 第一节 蛋白质的降解 第二节 氨基酸的分解代谢 第三节 氨基酸的合成代谢

  2. 第一节 蛋白质降解 • 胞内蛋白质的降解 • 外源蛋白质的消化吸收

  3. 一、胞内蛋白质的降解 • 溶酶体降解蛋白质 • 蛋白酶体降解泛素化的蛋白质

  4. 1.溶酶体降解蛋白质 溶酶体：是具有一组水解酶、并起消化作用的细胞器。 • 囊状小体，其形态和大小有较大的差别。外面是一层单位膜，里面包含约60种水解酶，在酸性条件下，对蛋白质、肽、糖、中性脂质、糖脂、糖蛋白、核酸等多种物质起水解作用。 • 被比喻为细胞内的“酶仓库”“消化系统”。

  5. 2.蛋白酶体选择性降解泛素化的蛋白质 • 泛素-蛋白酶体系统： • 作用过程 • 泛素（Ubiquitin 也称泛肽）： 一种76氨基酸残基蛋白单体，高度保守。因普遍存在于真核细胞而得名。 • 泛素活化酶（E1） • 泛素结合酶（E2） • 泛素连接酶（E3） • 蛋白酶体 （1）泛素与蛋白底物的相互作用 （2）蛋白酶体对底物的降解

  6. (1)泛素与蛋白底物的相互作用 E2 E2 E1 E3 F 盒 靶底物 ATP E3 F 盒 底物 靶底物 被磷酸化、氧化、错误折叠或与辅助蛋白结合的蛋白质 • 蛋白质泛素化: 泛素活化酶、泛素结合酶、泛素连接酶将泛素单个地或连续地附着到将被降解的蛋白质赖氨酸残基上。泛素链与蛋白底物的结合形成被蛋白酶体降解的识别信号。

  7. (2)蛋白酶体对底物的降解 • 蛋白质底物在多聚泛素化后才被转移到蛋白酶体降解成4-10个氨基酸残基的小肽，然后再释放到细胞质中被分解成单个氨基酸。

  8. TRENDS in Plant Science Vol.8 No.3 March 2003 Molecular Cell, Vol. 8, 499–504, September, 2001,

  9. 二、机体对外源蛋白质的消化吸收 胃蛋白酶 蛋白质 多肽 + 少量氨基酸 • 胃中的消化 • 小肠中的消化 • 胰蛋白酶 、糜蛋白酶 、弹性蛋白酶等将肽链裂解为小肽； • 氨基肽酶、羧基肽酶将小肽裂解为氨基酸 C-term of val, Ala, Ser, Lys C-terminal side of Lys, Arg C-term of Phe, Trp, Tyr

  10. 第二节 氨基酸分解代谢 • 氨基酸的脱氨和脱羧作用 • 氨基酸分解产物的代谢 • 一碳基团与氨基酸 • 氨基酸与生物活性物质

  11. 一、氨基酸的脱氨基和脱羧基作用 R－C－COOH　＋　NH3 O 脱氨基作用 α－酮酸 氨 2 脱羧基作用 R－CH2－NH2　＋　CO2 胺

  12. (一)脱氨基作用 • 转氨基作用 • 氧化脱氨基作用 • 联合脱氨基作用

  13. 1.转氨基作用 2 1 1 2 丙酮酸 转氨酶 ＋ 　＋ 2 2 ＋ 2 三羧酸循环 α－氨基酸 α－酮酸 α－酮酸 L-α－氨基酸 α酮戊二酸 • 在转氨酶催化下，,一种α-氨基酸的氨基可以转移到α-酮酸上，从而产生相应的一分子α-酮酸和一分子α-氨基酸，这种作用称为转氨基的作用，也叫做氨基转移作用。 • 与糖代谢的联系

  14. 转氨酶的特点 2 1 1 2 转氨酶 ＋ 　＋ 2 2 ＋ 2 α－氨基酸 α－酮酸 α－酮酸 L-α－氨基酸 • 催化氨基酸和α-酮酸间进行氨基和酮基的互换，辅基为磷酸吡哆醛。所催化的反应完全可逆。 • 作用机制 • 大多数氨基酸都可将氨基转给共同的受体-酮戊二酸，少部分是草酰乙酸，产生谷氨酸或天冬氨酸。 • 常见转氨酶

  15. GPT：谷丙转氨酶（肝） COO- CH2 CH2 C=O COO- COO- CH2 CH2 CHNH+3 COO- CH3 C=O COO- CH3 CHNH+3 COO- GPT + + 丙氨酸 + α-酮戊二酸 丙酮酸＋ 谷氨酸

  16. GOT：谷草转氨酶（心） COO- CH2 CH2 CHN+H3 COO- COO- CH2 CH2 C=O COO- COO- CH2 C=O COO- COO- CH2 CHN+H3 COO- GOT + + 谷氨酸 ＋草酰乙酸 α-酮戊二酸 ＋ 天冬氨酸

  17. 查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数？ • 常作为疾病诊断、观察疗效和预后的指标： 　急性肝炎：S-GPT↑ 心肌梗塞：S-GOT↑

  18. 2.氧化脱氨基作用 L-谷氨酸脱氢酶 α-酮戊二酸 α-谷氨酸 • 氧化脱氨基作用： 指L-谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶 催化下氧化脱氨生成游离氨和α-酮戊二酸的过程。 • L-谷氨酸脱氢酶 • 以NAD+或NADP+为辅酶 • 为变构酶： GTP和ATP为变构抑制剂 ADP为变构激活剂 • 与转氨酶协同作用是体内脱氨基的主要方式。

  19. 3.联合脱氨基作用 • 谷氨酸脱氢酶为核心的联合脱氨作用 • 嘌呤核苷酸联合脱氨基作用 （骨骼肌、心脏、肝脏）

  20. 谷氨酸脱氢酶为核心的联合脱氨作用

  21. 嘌呤核苷酸联合脱氨基作用 次黄苷酸 NH3 -酮戊 二酸 天冬氨酸 氨基酸 腺苷酸琥珀酸  -酮酸 谷氨酸 水 腺苷酸 草酰 乙酸 苹果酸 转氨酶 延胡 索酸 谷草转氨酶 腺苷酸脱氨酶 腺苷酸代琥珀酸

  22. 图示

  23. （二）氨基酸的脱羧基作用 CO2 一级胺  -氨基酸 • 催化脱羧反应的酶称为脱羧酶，辅酶为PLP。酶专一性高，一种氨基酸只有一种脱羧酶。 • 氨基酸脱羧后生成相应的一级胺。氨基酸转化为胺后，多数有毒，可被氧化酶作用，变成醛、酸而进入脂肪酸降解循环。

  24. 二、氨基酸分解产物的代谢 （氨、 -酮酸、 CO2、胺） • （一）氨的代谢(NH3) • （二）-酮酸的代谢 • (三) CO2的去路 • （四）胺的代谢

  25. （一）氨的代谢(NH3) 1.氨基氮的转运 肝脏 谷氨酸 谷氨酰胺 血液 脱氨 丙酮酸 NH3 各组织细胞 丙氨酸 谷氨酸 (主要是肌肉) 脱氨，转化为排泄形式 α-酮戊二酸 • 以谷氨酰胺、丙氨酸转运氨

  26. (1) Gln的运氨作用 • 通过Gln的合成与分解,在肝中释放NH3 • 它主要从脑、肌肉等组织向肝脏运氨，是大脑等组织解氨毒和运氨的重要形式 谷氨酰胺酶

  27. (2) 丙氨酸-葡萄糖循环 丙氨酸 酵解 丙酮酸 肌肉剧烈运动 NH3 蛋白质分解产能 • 丙氨酸和葡萄糖反复地在肌肉和肝之间进行氨的转运，这一途径称为丙氨酸-葡萄糖循环。 • 生成Ala是肌肉解氨毒和运输氨的方式。 • 意义：使肌肉中的氨以无毒的丙氨酸形式运输至肝，同时肝又为肌肉提供了生成丙酮酸的葡萄糖。

  28. 丙氨酸-葡萄糖循环 Ala

  29. 2、氨基氮的排泄—尿素的生成

  30. 尿素的生成 • 肝脏是合成尿素的主要器官

  31. 尿素循环图示 NH3 （外来的或自身的） α-酮戊二酸 （转氨作用） 谷氨酸 精氨酸 延胡索酸 尿素 谷氨酸 α酮戊二酸 NH4+ 2ATP CO2 精氨琥珀酸 鸟氨酸 2ADP+Pi+H+ 氨甲酰磷酸 瓜氨酸 天冬氨酸 瓜氨酸 部位：肝脏细胞 H2O 鸟氨酸

  32. Urea Biosynthesis -1 • 氨基甲酰磷酸的合成：氨甲酰磷酸合成酶 Ⅰ (carbamoyl phophate synthetase,CPS) CPS-Ⅰ AGA 氨基甲酰磷酸 • 细胞定位：肝细胞线粒体 • 调节：N-乙酰-谷氨酸（AGA）为变构激活剂。 (N-acetyl glutamatic acid,AGA)

  33. Urea Biosynthesis -2 (Citrulline) (Carbamol phosphate) (Ornithine) • 瓜氨酸的合成 鸟氨酸转氨甲酰酶

  34. Urea Biosynthesis -3、4 • 精氨酸的合成 精氨酸琥珀酸合成酶 精氨琥珀酸酶

  35. Urea Biosynthesis -5 (Ornithine) (Arginine) (Urea) • 精氨酸水解生成尿素

  36. 循环图示

  37. 鸟氨酸循环的小结 NH4+ + CO2 + 3ATP + 天冬氨酸 + 2H2O －－ 　　　尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + 延胡索酸 • 合成尿素是体内氨的主要去路（尿素是氨基酸代谢的主要终产物） • 尿素分子中的2个氮原子的来源，1个来自氨，另一个则来自天冬氨酸；C来自CO2 • 反应部位：肝细胞的线粒体和胞液。 • 合成1分子尿素需要消耗4个高能磷酸键。 • 意义：解氨毒，把有毒的NH3转变成无毒的尿素。 • 关键酶：氨基甲酰磷酸合成酶I • 与TCA的联系：天冬氨酸、延胡索酸

  38. （二）-酮酸的代谢 • 彻底氧化供能（氨基酸碳骨架的氧化途径）：进入TCA • 转变成脂和糖： • 生成氨基酸

  39. 氨基酸碳骨架的氧化途径 • 氨基酸碳骨架可通过多种途径，形成5种物质进入TCA循环 • 乙酰CoA • 丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸 • α-酮戊二酸 • 精氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、谷氨酸 • 琥珀酰CoA • 异亮氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸 • 延胡索酸 • 苯丙氨酸、酪氨酸 • 草酰乙酸 • 天冬氨酸、天冬酰胺

  40. 氨基酸进入TCA循环的五种途径 P315 丙氨酸 甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 半胱氨酸 精氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸 谷氨酸 丙酮酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸 乙酰乙酰CoA 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 亮氨酸 赖氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 精姑姑富足 酥拌饼干丝 异柠檬酸 柠檬酸 2.α-酮戊二酸 也产生乙酰辅酶A 乙酰CoA TCA 3. 琥珀酰CoA 1. 乙酰CoA 5. 草酰乙酸 琥珀酸 衣架鞋 苹果酸 4. 延胡索酸 烙饼 氨基酸碳骨架的氧化途径

  41. 转变成脂和糖 • 生酮氨基酸： 某些氨基酸在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA,乙酰乙酰CoA在动物肝脏中可以转变成乙酰乙酸和β-羟丁酸，因此这些氨基酸叫做。。。 苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、亮氨酸、赖氨酸 • 生糖氨基酸 脱氨后，能转变为丙酮酸、α酮戊二酸、琥珀酸（琥珀酰辅酶A 、延胡索酸）草酰乙酸，并能通过糖原异生作用生成糖的氨基酸，称为生糖氨基酸。 • 生酮和生糖氨基酸

  42. (三) CO2的去路 • 脱羧形成的CO2直接排除； • 体内羧化反应

  43. （四）胺的代谢 醛脱氢酶 -氧化 乙酰辅酶A TCA循环

  44. 氨基酸代谢概况（动物） 组织蛋白质 氨基酸库 食物蛋白质 尿素 其它含氮物 嘌呤，嘧啶、卟啉，某些 激素 —酮酸 胺 氨 鸟氨酸循环 CO2 醛 非必须氨基酸 糖 脂类 TCA循环 酮体 酸 β-氧化 乙酰辅酶A TCA CO2、H2O、ATP

  45. 三 氨基酸与一碳单位(one carbon unit, OCU) • 概念：含一个碳原子的基团 • 种类： 甲基（-CH3 ）、亚甲基（甲叉基-CH2-）、次甲基（甲川基-CH= ） 、亚氨甲基（CH=NH） 、甲酰基（H-C0- ） 、羟甲基（-CH2OH- ） • 一碳单位的转移：四氢叶酸（THF, FH4） • 来源： 甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、组氨酸、色氨酸的代谢均可产生一碳基团。 • 作用： • 参与嘌呤和嘧啶的生物合成。 • 参与S-腺苷甲硫氨酸（是约50种甲基受体的供给者）的生物合成

  46. FH4 • FH4是一碳单位的运载体，是一碳单位代谢的辅酶。一碳单位不能游离存在，常与FH4结合而转运和参加代谢。 • 一碳单位通常结合在FH4分子的N5、N10位上。 -亚甲基四氢叶酸

  47. + NADH+CO2 +NAD + +NH4 先脱氨基 βC转移 苏氨酸 甘氨酸 + 乙醛

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