生物化学合工大第十一章蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢.ppt

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1、第十一章 蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢第一节第一节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解第二节第二节 氨基酸的分解与转化氨基酸的分解与转化第三节第三节 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成氨基酸的分解与转化一、氨基酸代谢概况三、氨基酸的脱羧基作用四、氨基酸分解产物的转化二、氨基酸的脱氨基作用氨基酸代谢概况食物蛋白质食物蛋白质食物蛋白质食物蛋白质氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸特殊途径特殊途径特殊途径特殊途径 -酮酸酮酸酮酸酮酸糖及其代谢糖及其代谢糖及其代谢糖及其代谢中间产物中间产物中间产物中间产物脂肪及其代脂肪及其代脂肪及其代脂肪及其代谢中间产物谢中间产物谢中间产物谢中间产物TCATCA鸟鸟鸟鸟氨酸氨酸氨酸氨

2、酸循环循环循环循环NHNH4 4+NHNH4 4+NHNH3 3COCO2 2HH2 2OO体蛋白体蛋白体蛋白体蛋白尿素尿素尿素尿素尿酸尿酸尿酸尿酸激素激素激素激素卟啉卟啉卟啉卟啉尼克酰氨尼克酰氨尼克酰氨尼克酰氨衍生物衍生物衍生物衍生物肌酸胺肌酸胺肌酸胺肌酸胺嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤SOSO4 4 2 2 -生物固氮生物固氮生物固氮生物固氮硝酸还原硝酸还原硝酸还原硝酸还原（次生物质代谢）（次生物质代谢）（次生物质代谢）（次生物质代谢）COCO2 2胺胺胺胺氨基酸的脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用1、氧化脱氨基作用 2、转氨基作用3、联合脱氨基作用氧化脱氨基作用 氨基酸在酶的催化下脱去氨基

3、生成相氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的应的-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：主要有以下两种类型：-氨基酸氨基酸 氨基酸氧化酶（氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸酮酸 R-CH-COO-NH+3|R-C-COO-+NH3 O|H2O+O2H2O2 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+H2O -酮酮酮酮戊二戊二戊二戊二 酸酸酸酸+NH3NADNAD（P P）+NADNAD（P P）HH转氨基作用-氨基酸氨基酸1 R1-CH-COO-NH+3|-酮酸酮酸1 R1-C-COO-O|R2-C-COO-O|-酮酸酮酸2 R2-CH-C

4、OO-NH+3|-氨基酸氨基酸2转氨酶转氨酶（辅酶：（辅酶：磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛）在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下，-氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，酮酸的酮基碳原子上，酮酸的酮基碳原子上，酮酸的酮基碳原子上，结果原来的结果原来的结果原来的结果原来的-氨基酸生成相应的氨基酸生成相应的氨基酸生成相应的氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的酮酸，而原来的酮酸，而原来的酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应酮酸则形成了相应酮酸则形成了相应酮酸则形成了相应的的的的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。氨基

5、酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛的的作用机理作用机理谷氨酰胺的生成谷氨酰胺的生成和和利用利用+NH+NH2 2+H+H2 2OOATP ADP+PiATP ADP+Pi谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶MgMg2+2+2H+2H谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶联合脱氨基作用（1 1 1）概念）概念）概念（2 2 2）类型）类型）类型a a、转氨酶转氨酶与与L-L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联谷氨酸脱氢酶作用相偶联b b、转氨基作用与嘌呤核苷酸

6、循环相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联转氨基作用和转氨基作用和转氨基作用和氧化脱氨基作氧化脱氨基作氧化脱氨基作用联合进行的用联合进行的用联合进行的脱氨基作用方脱氨基作用方脱氨基作用方式。式。式。转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H H2 20+NAD0+NAD+NHNH3 3+NADH+NADH-酮酸酮酸-氨基酸氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸L-L-谷氨酸谷氨酸转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联-氨基酸氨基酸-酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸腺苷酰琥珀酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸腺苷酸腺苷酸次黄苷酸次黄苷酸非氧化脱氨基作用（

7、自学）（1）直接脱氨基作用（2）还原脱氨基作用（3）水解脱氨基作用（4）脱水脱氨基作用（5）氧化还原脱氨基作用氨基酸的脱羧基作用1 1、概念、概念3 3、脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）氨基酸在脱羧酶的氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。酶为磷酸吡哆醛。直接脱羧直接脱羧 胺胺羟化脱羧羟化脱羧 羟胺羟胺 2 2、类型、类型:氨基酸分解产物的转化氨基酸分解产物的转化1.1.氨的代谢转变2 2.氨基酸碳骨架的代谢途径氨的代谢转变氨的代谢转变（1 1）重新生

8、成氨基酸重新生成氨基酸（2 2）谷氨酰胺和天冬酰氨的生成谷氨酰胺和天冬酰氨的生成（3 3）尿素的生成尿素的生成尿素循环尿素循环（4 4）合成其他含合成其他含N N物质物质谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶谷草转氨酶(GOT)谷氨酸的重新生成L-L-L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+H2O -酮酮酮酮戊二戊二戊二戊二 酸酸酸酸+NH3NADNAD（P P）+NADNAD（P P）HH尿尿 素素 的的 生生 成成a、概念b、总反应和过程 在排尿动物体内由在排尿动物体内由在排尿动物体内由NHNHNH3 33合成合成合成 尿素

9、是在肝脏尿素是在肝脏尿素是在肝脏中通过一个循环机制完中通过一个循环机制完中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为成的，这一个循环称为成的，这一个循环称为尿素循环。尿素循环。尿素循环。NHNH3 3+CO+CO2 2+3ATP+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸+2H+2H2 2O O NHNH2 2-CO-NH-CO-NH2 2 +2ADP+2+2ADP+2+AMP+AMP+PPiPPi+延胡索酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸鸟鸟氨氨酸酸循循环环氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡

10、索酸草酰乙酸草酰乙酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基质基质线线粒粒体体胞液胞液NH2-C-NH2NH2-C-NH2OO尿素尿素氨基酸碳骨架的代谢途径氨基酸碳骨架的代谢途径（1 1）再氨基化生成氨基酸再氨基化生成氨基酸（2 2）转变成糖或脂肪转变成糖或脂肪生糖氨基酸生糖氨基酸和生酮氨基酸和生酮氨基酸（3 3）氧化成氧化成COCO2 2和和H H2 2O O作业：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成作业：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成作业：分别写出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成作业：分别写

11、出谷氨酸在体内生成糖和氧化分解成COCO2 2、HH2 2OO的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的的代谢途径，并计算氧化分解时可产生的ATPATP数。数。数。数。氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯磷酸烯醇式酸醇式酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨丙酮酸丙酮酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷

12、氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸缬氨酸缬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸葡萄糖葡萄糖柠檬酸柠檬酸 转氨基作用是氨基酸与-酮酸之间的氨基的转移作用。即：一种-氨基酸的-氨基在转氨酶作用下转移到-酮酸的酮基上，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸，反应如图蛋白质的酶促降解一、水解蛋白质的酶的种类和专一性一、水解蛋白质的酶的种类和专一性 肽酶肽酶（PeptidasePeptidase）蛋白酶蛋白酶(ProteinaseProteinase)二、细胞内蛋白质降

13、解二、细胞内蛋白质降解 胞内蛋白质降解的意义胞内蛋白质降解的意义 胞内蛋白质降解系统：溶酶系统和胞内蛋白质降解系统：溶酶系统和泛肽系统泛肽系统 蛋白质降解的泛肽途径蛋白质降解的泛肽途径肽酶的种类和专一性编号编号编号编号 名名名名 称称称称 作作作作 用用用用 特特特特 征征征征3 3、4 4、11113 3、4 4、1313 -氨酰肽水解酶氨酰肽水解酶氨酰肽水解酶氨酰肽水解酶(-aminoacylaminoacylaminoacylaminoacyl peptide peptide peptide peptide hydrolasehydrolasehydrolasehydrolase)作用于

14、多肽链的作用于多肽链的作用于多肽链的作用于多肽链的N-N-N-N-末端末端末端末端 -羧肽水解酶羧肽水解酶羧肽水解酶羧肽水解酶(-carboxyl-carboxyl-carboxyl-carboxyl peptide peptide peptide peptide hydrolasehydrolasehydrolasehydrolase)作用于多肽链的作用于多肽链的作用于多肽链的作用于多肽链的C-C-C-C-末端末端末端末端3 3、4 4、1414二羧肽水解酶二羧肽水解酶二羧肽水解酶二羧肽水解酶(depeptidedepeptidedepeptidedepeptide hydrolasehyd

15、rolasehydrolasehydrolase)水解二肽水解二肽水解二肽水解二肽蛋白酶的种类和专一性编号编号编号编号 名名名名 称称称称 作用特征作用特征作用特征作用特征 实例实例实例实例3 3、4 4、2 2、1 13 3、4 4、2 2、2 2丝氨酸蛋白酶类丝氨酸蛋白酶类丝氨酸蛋白酶类丝氨酸蛋白酶类(serine(serine(serine(serine pritelnasepritelnasepritelnasepritelnase)活性中心含活性中心含活性中心含活性中心含SerSerSerSer3 3、4 4、2 2、3 33 3、4 4、2 2、4 4硫醇蛋白酶类硫醇蛋白酶类硫醇蛋

16、白酶类硫醇蛋白酶类(ThiolThiolThiolThiol pritelnasepritelnasepritelnasepritelnase)活性中心含活性中心含活性中心含活性中心含CysCysCysCys羧基（酸性）蛋白酶类羧基（酸性）蛋白酶类羧基（酸性）蛋白酶类羧基（酸性）蛋白酶类 carboxyl(asidcarboxyl(asidcarboxyl(asidcarboxyl(asid)pritelnasepritelnasepritelnasepritelnase 活性中心含活性中心含活性中心含活性中心含AspAspAspAsp,最适最适最适最适pHpHpHpH在在在在5 5 5 5以

17、下以下以下以下金属蛋白酶类金属蛋白酶类金属蛋白酶类金属蛋白酶类(metallopritelnasemetallopritelnasemetallopritelnasemetallopritelnase)活性中心含有活性中心含有活性中心含有活性中心含有ZnZnZnZn2+2+2+2+、MgMgMgMg2+2+2+2+等等等等金属金属金属金属胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶凝血酶凝血酶凝血酶凝血酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶无花果蛋白酶无花果蛋白酶无花果蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶菠萝酶菠萝酶菠萝酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶凝乳酶凝乳酶

18、凝乳酶凝乳酶枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（Phe.Trp）蛋白质降解的泛肽途径蛋白质降解的泛肽途径E1-S-E1-S-E1-SHE1-SHE2-S-E2-S-E1-SHE1-SHE2-SHE2-SHE2-SHE2-SHATP ATP AMP+PPiAMP+PPiE3E3多多多多泛肽化蛋白泛肽化蛋

19、白泛肽化蛋白泛肽化蛋白ATPATP2626S S蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体2020S S蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体ATPATP1 19S9S调节亚基调节亚基调节亚基调节亚基去折叠去折叠去折叠去折叠水解水解水解水解E1E1E1E1：泛肽激活酶泛肽激活酶泛肽激活酶泛肽激活酶 E2E2E2E2：泛肽载体蛋白泛肽载体蛋白泛肽载体蛋白泛肽载体蛋白 E3E3E3E3：泛肽泛肽泛肽泛肽-蛋白质连接酶蛋白质连接酶蛋白质连接酶蛋白质连接酶（ubiquitin）自然界的氮素循环自然界的氮素循环硝酸盐硝酸盐亚硝酸亚硝酸氮氮生物固氮生物固氮工业固氮工业固氮固氮生物固氮生物动植物动植物硝酸盐还原硝酸盐还原大

20、气固氮大气固氮大气氮素大气氮素岩浆源的岩浆源的固定氮固定氮火成岩火成岩反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮蛋白质蛋白质入地下水入地下水动植物废物动植物废物死的有机体死的有机体氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成1 1 1、必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸2 2 2、氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成的碳架来源氨基酸的生物合成的碳架来源（1）非必需氨基酸的生物合成非必需氨基酸的生物合成（2 2）各族氨基酸的前体及

21、相互关系各族氨基酸的前体及相互关系a、由、由-酮酸氨基化生成酮酸氨基化生成b、由某些非必需氨基酸转化而来由某些非必需氨基酸转化而来c、由某些必需氨基酸转变而来由某些必需氨基酸转变而来非必需氨基酸的生物合成各各种种氨氨基基酸酸的的前前体体及及相相互互关关系系谷氨酸族谷氨酸族天冬氨天冬氨酸族酸族丙氨丙氨酸族酸族丝氨丝氨酸族酸族His 和和芳香族芳香族氨基酸与一碳基团代谢1 1、一碳基团（一碳单位）的概念一碳基团（一碳单位）的概念一碳基团（一碳单位）的概念一碳基团（一碳单位）的概念2 2、一碳基团和氨基酸代谢一碳基团和氨基酸代谢一碳基团和氨基酸代谢一碳基团和氨基酸代谢GlyGly、SerSer、Th

22、rThr、HisHis都可以作为一碳基团的供体。都可以作为一碳基团的供体。都可以作为一碳基团的供体。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，某些化合在代谢过程中，某些化合在代谢过程中，某些化合在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生物（如氨基酸）可以分解产生物（如氨基酸）可以分解产生物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包具有一个碳原子的基团（不包具有一个碳原子的基团（不包具有一个碳原子的基团（不包括括括括COCOCOCO2 2 2 2），），），），称为称为称为称为一碳基团一碳基团一碳基团一碳基团。一碳一

23、碳一碳一碳基团的转移除了和许多氨基酸基团的转移除了和许多氨基酸基团的转移除了和许多氨基酸基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌的代谢直接有关外，还参与嘌的代谢直接有关外，还参与嘌的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成。呤和胸腺嘧啶的生物合成。呤和胸腺嘧啶的生物合成。呤和胸腺嘧啶的生物合成。一碳基团转移酶的辅酶一碳基团转移酶的辅酶一碳基团转移酶的辅酶一碳基团转移酶的辅酶：FHFH4 4一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名-CH=NH 亚氨甲基亚氨甲基H-CO-甲酰基甲酰基-

24、CH2OH 甲醇基甲醇基-CH=次甲基次甲基-CH2-亚甲基亚甲基-CH3 甲基甲基叶酸叶酸和和 四氢叶酸（四氢叶酸（FH4）叶叶酸酸四四氢氢叶叶酸酸HH105N N5 5，N N1010-CH-CH2 2-FH-FH4 4N N5 5-CHO-FH-CHO-FH4 4CHCH2 2CHOCHO一碳基团的一碳基团的来源与转变来源与转变S-S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸N N5 5-CH-CH2 2-FHFH4 4N N5 5 N N10 10-CHCH2 2-FHFH4 4N N5 5，N N10 10=CH-=CH-FHFH4 4 N N10 10-CHO-FH-CHO-FH4

25、 4N N5 5，N N10 10-CH-CH2 2-FH-FH4 4还原酶还原酶还原酶还原酶N N5 5，N N10 10-CH-CH2 2-FH-FH4 4脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶环水化酶环水化酶环水化酶环水化酶 丝丝丝丝氨酸氨酸氨酸氨酸 组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸苷氨酸苷氨酸苷氨酸苷氨酸参与参与参与参与 甲基化甲基化甲基化甲基化反应反应反应反应为为为为胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶合合合合成提供成提供成提供成提供甲基甲基甲基甲基参与参与参与参与嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤合成合成合成合成FHFH4 4FHFH4 4FHFH4 4 HCOOHHCOOHHH2 2OONADNAD+NDAH+HNDAH+

26、H+NADNAD+NDAH+HNDAH+H+HH+参与参与参与参与嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤合成合成合成合成六、蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢六、蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢1 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解 （1）肽酶和蛋白酶的类别）肽酶和蛋白酶的类别 （2）蛋白酶的专一性）蛋白酶的专一性2 氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况3 氨基酸降解与转化氨基酸降解与转化 （1）脱氨基作用）脱氨基作用 氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用：转氨基作用转氨基作用；联合脱氨基联合脱氨基 （2）脱羧基作用，脱羧产物）脱羧基作用，脱羧产物胺类物质的生理功能胺类物质的生理功能 （3）氨基酸分解产物的）氨基酸分解产物的转化转化4 氨和氨基酸的生物合成氨和氨基酸的生物合成 (1)自然界的氮循环自然界的氮循环（2）生物固氮生物固氮的生物化学的生物化学（3）硝酸还原硝酸还原作用作用人的必需氨基酸人的必需氨基酸Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phr、Trp(His Arg)（4）氨基酸的生物合成）氨基酸的生物合成 必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸的概念和非必需氨基酸的概念 氨基酸碳架的来源氨基酸碳架的来源（5）一碳单位一碳单位的代谢的代谢本章重点本章重点:1.氨基酸降解与合成的主要途径氨基酸降解与合成的主要途径2.初步理解蛋白质代谢与糖类代谢、初步理解蛋白质代谢与糖类代谢、脂类代谢的相互关系。脂类代谢的相互关系。