生物化学第30章.ppt
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1、第30章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢(Protein degradation and amino acids catabolism)一、蛋白质的降解一、蛋白质的降解 二、氨基酸的分解代谢二、氨基酸的分解代谢三、尿素的形成三、尿素的形成四、氨基酸碳骨架的氧化途径四、氨基酸碳骨架的氧化途径五、生糖氨基酸和生酮氨基酸五、生糖氨基酸和生酮氨基酸六、由氨基酸衍生的其他重要物质六、由氨基酸衍生的其他重要物质七、氨基酸代谢缺陷症七、氨基酸代谢缺陷症一、蛋白质的降解机体对外源蛋白质的消化吸收 高高等等动动物物摄摄入入的的蛋蛋白白质质在在消消化化道道内内被被胃胃蛋蛋白白酶酶、胰胰蛋蛋白白酶酶、胰胰凝凝乳乳蛋蛋
2、白白酶酶、弹弹性性蛋蛋白白酶酶、羧羧肽肽酶酶、氨氨肽肽酶酶等等降降解解,全全部部转转变变成成氨氨基基酸酸,被小肠吸收。被小肠吸收。细胞内蛋白质的降解 细细胞胞内内的的蛋蛋白白质质是是处处于于不不断断地地周周转转(turnover)的的。一一些些异异常常的的蛋蛋白白质质、不不需需要要的的蛋蛋白白质质需需要要清清除除。对对一一种种特特定定的的蛋蛋白白质质来来说说,它它在在细细胞胞中中的的含含量量取取决决于于合合成成和和降降解解的的速速率率。通通过过对对一一些些代代谢谢途途径径的的关关键键酶酶的的合合成成和和降降解解,控控制制酶酶的的含含量量,也也是是控控制制代代谢谢途途径径运行的一个重要措施。运行
3、的一个重要措施。细胞内蛋白质降解的机构 蛋蛋白白质质降降解解是是限限制制在在细细胞胞内内的的特特定定区区域域的的,一一种种是是称称为为蛋蛋白白酶酶体体的的大大分分子子结结构构,另另一一种种是是具有单层膜的溶酶体(细胞器)。具有单层膜的溶酶体(细胞器)。溶溶酶酶体体中中含含有有约约50种种水水解解酶酶,它它与与吞吞噬噬泡泡及及细细胞胞内内产产生生的的一一些些自自噬噬泡泡融融合合,然然后后将将摄摄取取的的各各种种蛋蛋白白质质全全部部降降解解,对对被被降降解解的的蛋蛋白白质质没没有选择性。有选择性。被被降降解解的的蛋蛋白白质质在在进进入入蛋蛋白白酶酶体体降降解解之之前前,需要被泛肽标记。需要被泛肽标
4、记。泛肽 泛泛肽肽(ubiquitin)又又名名遍遍在在蛋蛋白白质质、泛泛素素,它它是是一一个个由由76个个氨氨基基酸酸残残基基组组成成的的小小蛋蛋白白质质。它它通通过过其其C端端Gly的的羧羧基基与与被被降降解解的的蛋蛋白白质质的的氨氨基基共共价价结结合合,通通常常结结合合在在Lys的的氨氨基基上上,这这是是一一个个需需要要消消耗耗ATP的的反反应应。这这样样给给被被降降解解的的蛋蛋白白质质作作了了一一个个标标记记,随随后后将将靶靶蛋白质引入蛋白酶体中降解。蛋白质引入蛋白酶体中降解。可可有有多多个个泛泛肽肽连连接接到到靶靶蛋蛋白白上上,形形成成多多泛泛肽肽链链,后后面面的的每每一一个个泛泛肽
5、肽的的C端端羧羧基基连连接接到到前前一一个个泛泛肽肽的的Lys48的的氨基上。氨基上。泛肽与靶蛋白的连接E1:泛肽活化酶泛肽活化酶E2:泛肽载体蛋白泛肽载体蛋白E3:泛肽蛋白质连接酶泛肽蛋白质连接酶泛肽泛肽蛋白酶体 蛋蛋白白酶酶体体是是一一个个大大的的寡寡聚聚体体结结构构,有有一一个个中中空空的的腔腔。古古细细菌菌Thermoplasma acidophilum的的蛋蛋白白酶酶体体为为20S、700kD的的桶桶状状结结构构,由由两两种种不不同同的的亚亚基基和和组组成成,它它们们缔缔合合成成7777四四个个堆堆积积的的环环。这这个个桶桶有有15nm高高,直直径径11nm,中中间间有有一一个个可可
6、分分为为3个个区区域域的的空空腔腔,蛋蛋白白质质降降解解就就发发生生在在这这个个腔腔中中。两两端端的的7环环解解折折叠叠被被降降解解的的蛋蛋白白质质,并并将将其其送送入入中中央央的的腔腔内内,而而亚亚基基具具有有蛋蛋白白裂裂解解活活性性。蛋蛋白白酶酶体体降降解解蛋蛋白白质质的的产物为产物为79个氨基酸残基的寡肽。个氨基酸残基的寡肽。二、氨基酸分解代谢 氨氨基基酸酸是是合合成成蛋蛋白白质质和和肽肽类类物物质质的的基基本本成成分分,可可以以氧氧化化释释放放出出能能量量,还还可可以以转转变变成成各各种种其其他他含含氮物质。氮物质。氨基酸的分解一般有三步:氨基酸的分解一般有三步:1.1.脱氨基;脱氨基
7、;2.2.脱下的氨基排出体外,或转变成尿素或尿酸排脱下的氨基排出体外,或转变成尿素或尿酸排 出体外;出体外;3.3.氨基酸脱氨后的碳骨架进入糖代谢途径彻底氧氨基酸脱氨后的碳骨架进入糖代谢途径彻底氧 化。化。碳碳骨骨架架也也可可以以进进入入其其他他代代谢谢途途径径用用于于合合成成其其他物质。他物质。(一)氨基酸的转氨作用转氨酶转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶 -酮酸酮酸1 1 氨基酸氨基酸2 2 氨基酸氨基酸1 -1 -酮酸酮酸2 2转氨反应机制 转转氨氨酶酶以以磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛为为辅辅基基,从从氨氨基基酸酸上上脱脱下下的的氨氨基基先先结结合合在在磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛上上,氨氨基基酸酸转转变变成成
8、酮酮酸酸,然然后后氨氨基基转转到到另另一一个个酮酮酸酸的的碳碳上上,产产生生新新的的氨氨基基酸酸。结结合合氨氨的的反反应应是是脱脱氨反应的逆反应。氨反应的逆反应。转氨酶(aminotransferase)催催化化转转氨氨反反应应的的酶酶很很多多,大大多多数数转转氨氨酶酶以以酮酮戊戊二二酸酸为为氨氨基基受受体体,而而对对氨氨基基供供体体无无严严格格要要求求。动动物物和和高高等等植植物物的的转转氨氨酶酶一一般般只只催催化化L-氨氨基基酸酸的的转转氨氨,某某些些细细菌菌中中也也有有可可以以催催化化D-和和L-两两种种构型氨基酸转氨的转氨酶。构型氨基酸转氨的转氨酶。葡萄糖丙氨酸循环 在在肌肌肉肉中中有
9、有一一组组转转氨氨酶酶,可可把把肌肌肉肉中中糖糖酵酵解解产产生生的的丙丙酮酮酸酸当当作作氨氨基基的的受受体体。形形成成的的丙丙氨氨酸酸进进入入血血液液,运运输输到到肝肝脏脏,在在肝肝脏脏中中再再次次转转氨氨产产生生丙丙酮酮酸酸,丙丙酮酮酸酸可可进进入入糖糖异异生生途途径径产产生生葡葡萄萄糖糖,再再回到肌肉中。回到肌肉中。通通过过葡葡萄萄糖糖丙丙氨氨酸酸循循环环,将将肌肌肉肉中中的的氨氨运运输输到到了了肝肝脏脏中中。肝肝脏脏中中的的氨氨可可转转变变成成尿尿素素,从从尿尿液中排出。液中排出。(二)谷氨酸氧化脱氨作用 转转氨氨作作用用产产生生了了大大量量的的谷谷氨氨酸酸,谷谷氨氨酸酸可可以以在在谷谷
10、氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶的的作作用用下下发发生生氧氧化化脱脱氨氨。谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶由由6个个亚亚基基组组成成,存存在在于于细细胞胞溶溶胶胶中中,它它受受GTP和和ATP的的别别构构抑抑制制,受受ADP的的别别构构激激活活。该该酶酶既既可可以以用用NAD+也也可可以以用用NADP+作为氧化剂。作为氧化剂。谷氨酸的氧化脱氨反应谷氨酸谷氨酸-亚氨基戊二酸亚氨基戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸(三)其他氧化脱氨作用 L氨氨基基酸酸氧氧化化酶酶和和D氨氨基基酸酸氧氧化化酶酶以以FAD为为辅辅基基,催催化化L及及D氨氨基基酸酸的的氧氧化化脱脱氨反应。产生的氨反应。产生的FADH2又被又被O2氧化。氧化。氨基酸
11、氨基酸+FAD+H2O 酮酸酮酸+NH3+FADH2FADH2+O2 FAD+H2O2定义:定义:由两种(或两种以上)酶的联合催化时,氨基酸由两种(或两种以上)酶的联合催化时,氨基酸脱下脱下-氨基产生游离氨的过程。氨基产生游离氨的过程。类型:类型:转氨基偶联氧化脱氨基作用转氨基偶联氧化脱氨基作用氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 -酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸H2O+NAD+转氨酶转氨酶NH3+NADH+H+L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶*此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式,也为体内合成非必需此种方式既是氨基酸脱氨基的主要方式,也为体内合成非必需氨基酸的主要方式。主要在肝、肾组织进行。氨基酸的主要方式。主
12、要在肝、肾组织进行。(四)联合脱氨基作用联合脱氨基作用嘌呤核苷酸循环:此种方式主要在肌肉组织进行嘌呤核苷酸循环:此种方式主要在肌肉组织进行苹果酸苹果酸腺苷酸腺苷酸脱氢酶脱氢酶H2ONH3延胡索酸延胡索酸NNNNR-5-PNH2腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸(AMP)NNNNHNHCCOOHCH2HOOCR-5-P 腺苷酸腺苷酸代琥珀酸代琥珀酸NNNHNR-5-PO次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 (IMP)腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸合成酶珀酸合成酶-酮戊酮戊 二酸二酸氨氨基基酸酸 谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸转转氨氨酶酶 1草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸转转氨氨酶酶 2(五)氨基酸的脱羧基作用 机机体体内内
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