第六章 蛋白质的降解
蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢
第二节 氨基酸的降解和转化
❖食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源 性AA）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源 性AA）混在一起，分布于体内各处，参与代谢， 称为氨基酸代谢库。
氨基酸的去向 ：
（1）重新合成蛋白质（蛋白质周转） （2）合成其它含氮化合物，如血红素、活性胺、
GSH、核苷酸、辅酶等 （3）彻底分解，提供能量
（3）排出体外：动物通过尿素循环将NH3生成尿素
尿素的生成
a、概念
在排尿动物体内由 NH3合成尿素是在肝脏 中通过一个循环机制完 成的，这一个循环称为 尿素循环。
b、总反应和过程
NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2AMP +PPi+延胡索酸
尿 素 循 环
2004年6日瑞典皇家科学院宣布，2004年诺贝 尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿 夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表 彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。
泛素的羧基末端的Gly与将被送去降解 的蛋白质的Lys的-氨基共价连接，而 使将被降解的蛋白质携带了降解标记， 这个过程分三步进行： ① 泛素的羧基末端以硫酯键与泛素活 化酶（E1）相连。 ② 泛素然后被转移到被称为泛素结合 酶（E2）的许多同源小蛋白质的中某一 小蛋白的巯基上。 ③ 泛素-蛋白质连接酶（E3）将活化的 泛素从E2转移到已结合在E3上的蛋白质 的赖氨酸-氨基上，形成一个异肽键（ isopetide bond）。
脱羧基作用
一、脱氨基作用
（一） 氧化脱氨基 1、L-Glu脱氢酶
L-谷氨酸脱氢酶
AA
酮酸+NH3
➢反应不需氧。
细胞内蛋白质的降解
直到1970年代末才真正揭示了细胞内蛋白质选择性 降解的分子机制，降解是维护细胞内蛋白质水平不可 或缺的控制步骤。
细胞内特定蛋白质的动态变化像放射性同位素一样，服从 一级反应动力学。常用半寿期表示其降解速率，即一种蛋白质 合成之后被降解一半所用的时间。
丝氨酸蛋白酶 及其活性中心 的结构
枯草溶菌素
胰蛋白酶胰腺胰蛋 白酶抑制 剂复合物
（2）半胱氨酸蛋白酶（EC3.4.22）：其活性中心都 有Cys-His，通过共价催化裂解特定的肽键，受低浓度 对-羟基汞苯甲酸（pHMB）和碘乙酸等烷基化试剂抑制。
按进化渊源可划分成三个家族：链球菌溶血素家族 （streptolysin）；梭菌蛋白酶家族（clostripain） 和木瓜蛋白酶家族（papain）。
短寿命蛋白质： 长寿命蛋白质：
表5.1 大鼠肝细胞一些蛋白质的半寿期
蛋白质 鸟氨酸脱羧酶 δ-氨基γ--酮戊酸合酶 RNA聚合酶Ⅰ 酪氨酸氨基转移酶 色氨酸加氧酶 脱氧胸苷激酶 β-羟基-β-甲基戊二酰辅酶A还原酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 精氨酸酶 醛缩酶 细胞色素b5 甘油醛3-磷酸脱氢酶 细胞色素b 乳酸脱氢酶（同工酶5） 细胞色素c 透明质酸酶
真核细胞半胱氨酸蛋白酶都属于木瓜蛋白酶家族，主要 存在于细胞溶胶和溶酶体（液泡）内，如组织蛋白酶B、L 、 H、N、S、M、T、依赖金属的半胱氨酸蛋白酶等。
钙依蛋白calpain (calcium-dependent papain-like proteinase)也属于木瓜蛋白酶家族，是一种Ca2+激活的中性 蛋白酶，由80kDa大亚基和30kDa小亚基组成，在细胞溶胶中 降解细胞骨架、受体等长寿命蛋白和一些蛋白激酶。
蛋白质修饰和降解在细胞生理中的作用
蛋白质修饰和降解在细胞生理中的作用在细胞生理中，蛋白质是非常重要的一类分子，它们参与了细胞代谢、信号转导、结构保持等多种生理过程。
然而，在细胞内，蛋白质并不是一成不变的，与之相关的蛋白质修饰和降解也扮演着同样重要的角色。
一、蛋白质修饰蛋白质修饰指的是在蛋白质分子中结构上所引起的变化，有助于改变蛋白质的活性、局部结构、定位、分解，从而对细胞生理过程产生影响。
蛋白质修饰可以分为两类：可逆修饰和不可逆修饰。
1. 可逆修饰可逆修饰包括磷酸化、脱磷酸化、糖基化、乙酰化、甲基化、亚硝基化等多种形式。
磷酸化是指由磷酸化酶在特定残基上引入磷酸基，造成蛋白质分子的变化。
磷酸化可以引起蛋白质的结构变化，如促进蛋白质的结构紧密性、减轻分子的电荷、造成非共价键交互的变化，从而促进或抑制蛋白质的酶活性。
甲基化和乙酰化都是指加入烷基分子来修饰蛋白质，他们主要发生于赖氨酸和天冬酰胺，他们可以改变蛋白质分子的电荷性、即时结构（亲水性、多变）、转运和活性等。
2. 不可逆修饰如糖基化、羧化、和氨基酸的氧化等，对蛋白质分子不可逆酸配置和氧化的等，对蛋白质分子不可逆的修饰会引起蛋白质结构的持久性改变，导致蛋白质的酶活性或免疫原性改变。
二、蛋白质降解蛋白质降解是指细胞内将不需要的蛋白质分解成氨基酸和短肽段的过程。
主要包括自噬-溶质体途径和普通蛋白-酶体途径两种方式。
1. 自噬-溶质体途径自噬是一种通过囊泡来降解分子的过程，其中特殊的细胞器称为自噬体。
它们可以被囊泡吞噬的物质被虚空酸性液体包裹，然后用酶降解成氨基酸和短肽。
2. 普通蛋白-酶体途径普通蛋白-酶体途径是在酶体中进行的一种降解蛋白质的方法，较为常见于细胞质和核质中。
蛋白质在细胞中和废物蛋白（生物毒素）通过自噬或者其他途径进入酶体，酶体内的酶就会将其降解成氨基酸和短肽。
三、蛋白质修饰和降解在细胞生理中的作用蛋白质修饰和降解是生命活动的基础。
蛋白质修饰可以调节蛋白质活性，控制免疫应答、发育过程等重要的生理过程。
细胞内蛋白质的降解
5.1.2.2 叶绿体中的蛋白降解系统
5.1.2.2 Protein Degradation System in Chloplast
5.1.3
蛋白质降解的生物学意义
最近十几年对各类生物细胞内蛋白降解的 研究取得了长足的进展。以植物细胞为例， 每个区隔有一个或多个降解途径（图5.1）。
图5.1 植物细胞中蛋白酶和蛋白水解途径的亚细胞定位
在氨基酸供给不足的条件下，自体吞噬泡的数量增加，细胞 蛋白降解加速，以弥补氨基酸代谢库的亏缺。
许多激素调节着溶酶体的蛋白降解速率，如胰岛素可通过 减少自体吞噬泡的形成抑制肝和骨骼肌溶酶体系统降解蛋白；而 甲状腺素却加速肌肉溶酶体酶的合成和蛋白质降解速率。
在许多病理条件下溶酶体系统主要负责降解糖蛋白、蛋白 聚糖、脂蛋白、膜蛋白、外来蛋白等，但至今还没有足够的证据 表明它的作用是高度选择性的。
（不依赖ATP的胰蛋白酶活性和胰凝乳蛋白酶活性，最大的蛋白酶）
ClpP
ClpAP
E.coli HslVU蛋白酶
FtsH蛋白酶
FtsH蛋白酶
Tricorn Proteinase
5.1.2 细胞内蛋白质降解系统
5.1.2.1 溶酶体系统
1960 年 代 De Duve 证 实 ， 溶 酶 体 富 含 在 酸 性 条 件 下 起作用的酶，能把经内吞被摄入细胞的外源蛋白或经受体 介 导 胞饮 进 入的 脂 蛋白 、 铁传 递 蛋白 、 激素 、受体等 长寿命蛋白迅速降解成肽和氨基酸。
这些现象暗示，蛋白质的半寿期取决于它特有的结构和 细胞内环境。 特定蛋白质的降解速率以及细胞或组织中蛋白质降解的 总速率在不同生理条件下是可变的，如应答激素刺激或饥饿。 底物、产物、辅因子甚至药物也能影响蛋白质在细胞内的 降解速率，例如色氨酸加氧酶在其底物色氨酸和辅因子血红素 存在时降解较慢；谷酰胺合成酶在其终产物谷酰胺浓度增大时 加速降解。这种效应的分子机制尚不明了，但在生理上的合理 性显而易见，它保证在底物大量存在时酶保持较高浓度，或者 当产物过多时酶的水平适当降低。
蛋白质的泛素化降解总结
仅作参考，如有抄袭，依法追究目录：1.研究背景2.泛素化降解途径2.1泛素的基本结构2.2泛素化的过程2.3 E3酶对蛋白底物的识别2.4 蛋白底物在26S蛋白酶体中的降解3.研究的意义以及应用4.研究展望真核生物细胞中的蛋白质泛素化降解摘要：蛋白质是执行生命活动的基本分子,细胞中的蛋白质不断地处于合成、修饰与降解的代谢更新过程中。
保持细胞正常的蛋白质代谢对于生命的正常功能至关重要。
目前所知蛋白质的降解主要通过两种途径:溶酶体降解途径和泛素介导的蛋白酶体降解途径。
溶酶体降解途径是一个非选择的蛋白质降解途径,主要降解通过摄粒作用或胞饮作用进入细胞内的外源蛋白质;而泛素介导的途径是一个受到严格的时空调控的特异性蛋白质降解途径。
泛素系统广泛存在于真核生物中，是精细的特异性的蛋白质降解体系。
泛素是一种序列保守的小分子蛋白质，蛋白质与泛素结合后，被蛋白酶体通过消耗ATP的方式降解。
泛素系统由泛素、26S 蛋白酶体、多种酶（E1、E2、E3去泛素酶等）组成。
其中E1和E2被称为泛素活化酶和泛素载体酶。
泛素连接酶E3负责连接泛素与特异性底物，这样泛素化底物可以被26S蛋白酶体降解为若干肽段。
泛素系统在真核生物中有非常重要的作用，通过降解蛋白质，调节细胞的分化、免疫，参与转录、分泌调控和细胞形成等，与人类的某些疾病有关。
本文就泛素系统的组成、调控机制和研究进展做一介绍。
关键字：泛素系统；E3；26S蛋白酶体正文：1.研究背景蛋白质在细胞内的降解是一个复杂的过程，但是又是一个高度有序的过程。
真核生物中蛋白质的降解绝大多数都是由泛素系统完成。
蛋白质首先是由泛素分子所特异性识别结合，在泛素分子的介导下，由泛素活化酶E1、泛素载体蛋白E2以及泛素连接酶E3特异性作用，与26S蛋白酶体作用，被切割成多肽。
多聚泛素链可以还原成单体，循环使用。
泛素与细胞的多种生命活动有关，例如细胞生长发育过程中组织抑制因子的选择性降解；细胞周期中，周期蛋白选择性降解等。
蛋白质的降解
蛋白质的降解
蛋白质是生命体内最重要的有机物之一，是构成细胞及组织的基础。
但是，蛋白质在生命体内并不是永久存在的，而是经过一定的代谢作用后被降解掉。
蛋白质的降解过程是一个复杂的过程，涉及到多种酶的参与，包括蛋白酶、肽酶等。
蛋白质降解的主要途径是通过蛋白酶的作用将蛋白质分解成小分子，再通过肝脏和肾脏等器官的代谢作用将其转化为能量或废物排出体外。
此外，蛋白质在细胞内还会经历泛素化和蛋白酶体途径的降解，这是一种通过标记蛋白质并将其送入蛋白酶体内降解的过程。
蛋白质的降解是一个动态平衡的过程，当蛋白质合成速度高于降解速度时，蛋白质的含量就会增加，反之则会减少。
因此，蛋白质的降解对于维持生命体内的蛋白质水平具有至关重要的作用。
总之，蛋白质降解是生命体内的一个重要代谢过程，对于维持生命体内的蛋白质水平具有重要作用。
了解蛋白质的降解过程对于预防和治疗某些疾病具有重要意义。
- 1 -。
蛋白质与代谢的相互关系及其对疾病的影响
蛋白质与代谢的相互关系及其对疾病的影响摘要：蛋白质是人体生命活动的重要组成部分，与代谢紧密相关。
本文主要探讨蛋白质的代谢途径、蛋白质的生物合成和降解过程、蛋白质对体内代谢的调节作用、蛋白质与疾病的关系，旨在促进人们加强蛋白质的摄入，健康饮食，预防疾病。
一、蛋白质的代谢途径蛋白质的代谢分为两个基本过程：生物合成和降解。
蛋白质合成和降解的途径常规分成两个部分，即胰岛素类途径和胰高糖素类途径。
胰岛素类途径以葡萄糖为原料，能够促进蛋白质的生物合成，而胰高糖素类途径则以脂肪和蛋白质为原料，能够促进蛋白质降解，产生氨基酸。
二、蛋白质的生物合成和降解过程1.蛋白质的生物合成：蛋白质的合成需要通过RNA的调控，不同的RNA会携带不同的氨基酸，通过连接组合成蛋白质。
这个过程需要依靠ATP能量和氨基酸的供应，同时也需要依靠多种酶的参与。
2.蛋白质的降解：蛋白质的降解是通过蛋白质酶的作用，将蛋白质分解成氨基酸，氨基酸进入肝脏进行代谢后再进入身体各个组织。
三、蛋白质对体内代谢的调节作用蛋白质可以通过多种方式来调节人体的代谢，最重要的是它可以通过上调和下调蛋白质相关基因来影响激素的分泌和代谢途径的产生。
例如，急性和慢性蛋白质摄入可以对胰岛素和葡萄糖产生不同的效应。
此外，蛋白质摄入也可以提高体内胆固醇和脂肪酸的合成，从而影响人体的代谢水平。
四、蛋白质与疾病的关系蛋白质与疾病之间存在着复杂的相互关系。
一些研究发现，喝饱和脂肪饮食会导致糖尿病，但是摄入蛋白质能够降低食物的糖类含量，从而降低糖尿病发生的风险。
此外，过度的蛋白质摄入还会对肾脏产生损害，尤其是对肾脏功能不佳的人群。
因此，在健康饮食中，应该合理摄入适量的蛋白质，从而发挥最大的营养作用和健康作用。
总体来说，蛋白质是人体需要的重要营养物质，它与代谢的紧密关系一定程度上决定了人体的健康状况。
因此，在日常生活中，需要根据自身的生理特征合理摄入蛋白质，保证人体的健康。
[生物学]真核生物内蛋白质的降解途径
![[生物学]真核生物内蛋白质的降解途径](https://img.taocdn.com/s3/m/c74426d3aef8941ea76e0569.png)
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
对于哺乳动物来说，虽然细胞凋亡受多种因子 调控，但细胞凋亡的最终执行者是胱天蛋白 酶（Caspase）家族，Caspase的含义是指该 类蛋白酶的活性部位为极保守的半胱氨酸 （cysteine）及特异性切割底物的天冬氨酸 （aspase）,故简称Caspase。目前已发现了 该家族的14种成员，它们以酶原的形式存在 于正常细胞中，一旦细胞凋亡启动，便被激 活，降解蛋白质，执行细胞的凋亡。
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
2.4线粒体蛋白酶
• 线粒体基质中含有一个完整的蛋白质周转 系统，并存在一种依赖ATP的细胞器蛋白 降解途径。 • 线粒体蛋白酶系统中不含有泛素，但含有 高分子蛋白酶复合体。该复合体在与细胞 中发现的相似。 • 线粒体蛋白酶分解系统能把多肽或游离的 蛋白质亚基消化成氨基酸。
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
溶酶体途径
胱天蛋白酶（Caspase）水解途径
胞液蛋白酶水解途径
Clapains钙蛋白酶系统
泛素-蛋白酶体途径
线粒体蛋白酶
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
• 2.1溶酶体途径
溶酶体是真核细胞内重要 的细胞器，属于内膜系统 的组分。它内含60多种酸 性水解酶，能够分解蛋白 质、核酸、多糖及脂类等。
②泛素的转移 活化的泛素转移到泛素结合酶E2的半胱氨酸巯基上，前面我们提到过， E2的作用是将泛素分子绑在蛋白质上，但是，其本身不能特异性的识别蛋白质，所以， 需要E3的帮助。
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
• 2.3泛素——蛋白酶体体系
2.3.3依赖泛素的蛋白酶体体系降解蛋白质的过程
（一）蛋白质的泛素化 ③泛素与蛋白质结合 E3具有特异性，可以识别出需破坏的目标蛋白质，即底物蛋白。 底物蛋白先与泛素蛋白连接酶E3结合，E3可使连接了泛素的E2和底物蛋白相互接近， 继而，泛素分子C——末端的甘氨酸残基就与目标蛋白的赖氨酸ε—氨基结合形成异肽键。 一旦有一个泛素分子结合到蛋白质上，不断重复上述过程，下一个泛素又可以连接到前 一个泛素分子48位的赖氨酸残基上。通常多于4个泛素分子，至此即完成了蛋白质的泛 素化。也就是给底物蛋白按上了标签。 （二）蛋白酶体降解蛋白质 被泛素化的蛋白质，就能够被蛋白酶体识别并被多种蛋白水解酶水解成寡肽。
蛋白质的酶促降解
• 酶促降解概述 • 蛋白质的酶分类 • 蛋白质的酶促降解过程 • 酶促降解的调节 • 酶促降解的应用 • 研究展望
目录
01
酶促降解概述
酶促降解的定义
酶促降解是指蛋白质在酶的作用下被 分解成小分子的过程。
酶是一种生物催化剂，能够加速蛋白 质的分解反应，使其成为更小的肽段 或氨基酸。
蛋白裂解酶
总结词
蛋白裂解酶是一类能够催化蛋白质分子内部特定化学键转移 的酶，主要作用是将蛋白质分子断裂成两个或多个片段。
详细描述
蛋白裂解酶在生物体内的多种生理过程中发挥作用，如蛋白 质的合成、加工和降解等。与蛋白水解酶不同，蛋白裂解酶 的作用位点通常在蛋白质分子内部的特定化学键，因此具有 更高的特异性。
药物生产
在药物生产过程中，酶促降解技术可以用于实现大规模 的蛋白质切割和修饰，提高生产效率和产品质量。
生物能源
生物燃料
利用酶促降解技术，可以将生物质转化为燃料，如乙 醇和生物柴油等，实现可再生能源的生产。
生物质转化
通过酶促降解技术，可以将生物质转化为高附加值的 化学品，如乳酸和丁醇等，实现生物经济的可持续发 展。
03
蛋白质的酶促降解过程
蛋白质的识别与结合
蛋白质的特异性识别
酶能够识别并选择性地结合特定的蛋白质底 物，这一过程依赖于酶的活性位点和底物之 间的相互作用。
蛋白质与酶的结合方式
蛋白质通过与酶的活性位点结合，形成酶底物复合物，为蛋白质的剪切提供准备。
蛋白质的剪切
蛋白质的断裂
在酶的作用下，蛋白质分子内部或分子间的特定化学键断裂，导致蛋白质被剪切成较小 的肽段或氨基酸。
酶促降解的调节因子
激素
激素可以调节酶的合成和活性，从而影响酶 促降解过程。例如，胰岛素可以促进蛋白质 降解酶的合成和活性。
蛋白质的降解
第六章蛋白质的降解及其生物学意义•第一节蛋白质降解的概述•第二节参与蛋白质降解的酶类•第三节蛋白酶体-泛素系统及其功能•第四节蛋白质降解的生物学意义蛋白质降解是生命的重要过程•维持细胞的稳态。
•清除因突变、热或氧化胁迫造成的错误折叠的蛋白质，防止形成细胞内凝集。
•及时终止不同生命时期调节蛋白的生物活性。
•蛋白质的过度降解也是有害的，蛋白质的降解必须受到空间和时间上蛋白质降解的体系•蛋白质消化分解为被机体吸收的营养物质。
•研究蛋白质结构时，用蛋白酶降解肽链。
•蛋白质新生肽链生物合成以及新生肽链折叠的过程中，质量的控制都与“次品”的降解有关。
•蛋白质在行使功能时，很多调节控制都与肽键的断裂有关，如前肽的切除、无活性的前体蛋白质的激活等。
第一节蛋白质降解的概述蛋白质的寿命•细胞内绝大多数蛋白质的降解是服从一级反应动力学。
半衰期介于几十秒到百余天，大多数是70～80d。
•哺乳动物细胞内各种蛋白质的平均周转率为 1 ～ 2d。
代谢过程中的关键酶以及处于分支点的酶寿命仅几分钟，有利于体内稳态在情况改变后快速建立。
–大鼠肝脏的鸟氨酸脱羧酶半衰期仅11min，是大鼠肝脏中降解最快的蛋白质。
–肌肉肌动蛋白和肌球蛋白的寿命约l～2w。
–血红蛋白的寿命超过一个月。
•蛋白质的半衰期并不恒定，与细胞的生理状态密切相关。
蛋白质寿命的N端规则•N端规则：细胞质中蛋白质的寿命与肽链的N端氨基酸残基的性质有一定的关系。
•N端的氨基酸残基为D、R、L、K和F的蛋白质，其半衰期只有2~3min。
•N端的氨基酸残基为A、G、M和V的蛋白质，它们在原核细胞中的半衰期可超过10h，而在真核细胞中甚至可超过20h。
酿酒酵母蛋白质代谢特点•酿酒酵母中不稳定蛋白的N端氨基酸残基有12个： Asn（B）、Asp（D）、Glu（E）、Phe（F）、His （H）、Ile（I）、Leu（L）、Lys（K）、Arg（R）、Trp（W）、Tyr（Y）和Gln（Z）。
蛋白质合成与降解的平衡
蛋白质合成与降解的平衡蛋白质是生物体内最重要的组成部分之一，它们在细胞内起着关键的功能作用。
蛋白质合成和降解是一个动态的平衡过程，维持着细胞内蛋白质的稳定水平。
本文将探讨蛋白质合成与降解之间的平衡机制以及其在生物体内的重要性。
一、蛋白质合成的过程蛋白质合成是指基因信息转录成mRNA后，通过翻译作用转化为多肽链，再经过摺叠和修饰形成功能性的蛋白质的过程。
蛋白质合成主要发生在细胞质中的核糖体中。
蛋白质合成的过程包括三个主要的阶段：转录、转运和翻译。
在转录过程中，DNA的信息被转录成mRNA，然后mRNA通过核孔进入到细胞质中。
在细胞质中，mRNA被核糖体读取，将其上的密码子与适配的tRNA上的氨基酸配对，逐个将氨基酸连接成多肽链，最终形成蛋白质的结构。
二、蛋白质降解的过程蛋白质降解是指细胞中噬菌体溶酶体系统、线粒体以及泛素-蛋白酶体系统通过不同的机制将蛋白质降解成小片段的过程。
这些降解过程主要发生在质体、线粒体和细胞质中。
蛋白质降解的过程可以分为两个主要的途径：泛素-蛋白酶体途径和噬菌体溶酶体途径。
泛素-蛋白酶体途径是最重要的蛋白质降解机制，它通过泛素分子的附着将需要降解的蛋白质标记，然后由蛋白酶体进行降解。
噬菌体溶酶体途径是一种非特异性的降解机制，主要针对已经损坏或老化的细胞器和细胞分子。
三、蛋白质合成和降解是一个动态的平衡过程，细胞内的蛋白质水平由这两个过程的相对速率决定。
当蛋白质合成速率高于降解速率时，蛋白质的含量将增加；相反，当蛋白质降解速率高于合成速率时，蛋白质的含量将减少。
细胞通过调节蛋白质合成和降解速率来维持蛋白质水平的稳定。
这一平衡过程受到多种调控机制的影响，包括转录因子、翻译后修饰和蛋白质降解途径等。
例如，细胞可以通过调节转录因子的活性来控制蛋白质合成的速率。
另外，转录后调控机制如miRNA也可以通过靶向特定mRNA降解来影响蛋白质的合成。
细胞还可以通过调节蛋白质的泛素化水平来控制蛋白质的降解速率。
细胞生物学中蛋白降解途径的研究
细胞生物学中蛋白降解途径的研究细胞中存在大量的蛋白质，其中包括成千上万种的酶、激素、受体、信号分子，以及细胞结构组成的各种蛋白质等等。
这些蛋白质需要不断地更新和维护，以保证细胞的正常功能。
其中，蛋白降解是细胞内维持蛋白平衡的一个重要过程。
蛋白降解主要通过两个途径进行，分别是线粒体自噬和晚期溶酶体依赖性自噬。
线粒体自噬是一种针对线粒体的特殊形式的自噬过程，包括选择性线粒体自噬（mitophagy）和非选择性线粒体自噬（mitophagy-like）。
晚期溶酶体依赖性自噬又称为自噬溶酶体途径，是一种通过包含某种特定蛋白质的小体（自噬体）最终完全降解所依赖的溶酶体途径。
线粒体自噬的发现揭示了另一种基于细胞质道的自噬途径，并启示了开发一种新型药物的目标。
选择性线粒体自噬还涉及几种调控类型，因此也是许多疾病研究的焦点。
目前，研究已经证实线粒体自噬在调控细胞死亡中发挥了重要作用。
不仅针对恶性肿瘤的治疗方案中，线粒体自噬已经成为了一个临床前的重要研究方向，而且研究表明，线粒体自噬可以逐渐恢复癌细胞对化疗和放疗的敏感性。
晚期溶酶体依赖性自噬是真核生物中重要的自噬途径之一，它将不需要的细胞成分包裹进自噬体以进行降解。
自噬体在融入溶酶体后会扩大，最终形成自噬溶酶体。
在自噬过程中，蛋白酶切割并消化封闭在自噬体的成分。
目前已经发现，许多神经退行性疾病，如亨廷顿氏病（Huntington’s disease）、帕金森病（Parkinson’s disease）、阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease）等，都和自噬途径的异常有关系。
自噬途径的异常可能会导致蛋白聚集和细胞功能的损害，而且线粒体的异常也可能引起这一过程。
因此，蛋白降解途径的研究不仅对于揭示细胞的基本功能有着重要意义，而且还有望为新药研发提供新的靶标。
通过研究这一过程，有望开发出对抗神经退行性疾病等疾病的新型药物。
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（一）蛋白酶（肽链内切酶）
水解肽链内部的肽键 胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、枯 草杆菌蛋白酶、弹性蛋白酶、木瓜蛋白酶、 菠萝蛋白酶。
（二）肽酶（肽链外切酶）
分别从多肽链游离的羧基端或游离的氨基端逐一 地将肽链水解成氨基酸（羧肽酶或氨肽酶） 1、羧肽酶： 又分为A、B两种： 羧肽酶A：水解中性氨基酸为羧基末端构成的 肽键。 羧肽酶B：水解由赖氨酸、精氨酸等碱性氨基 酸为羧基末端构成的肽键。 2、氨肽酶： 水解氨基末端的肽键。 3、二肽酶： 水解二肽→氨基酸
一、氨的来源
植物：生物固氮 、NO3--N还原、含N有机物 分解 动物：主要来源是AA的脱氨基作用，此外嘌 呤嘧啶的分解也生成氨。
（一）、生物固氮
1、固氮微生物把N2→NH3的过程。
固氮反应
固氮酶 ： 铁蛋白：电子供体与钼铁蛋白之间的电子 传递体。能提供高还原能力的电子 钼铁蛋白 ：利用铁蛋白传来的电子还原N2 或其它底物形成NH3等还原物
NO32e硝酸还原酶
NO2-
NH4+ 亚硝酸还原酶
6e-
1、硝酸还原酶
诱导酶，环境中须有NO3-，需光照条件。 根据反应中电子供体不同又分为： ①铁氧还蛋白——硝酸还原酶
2H NO 2 Fd 3 还原态
NO 2 Fd H O 2 氧化态 2
②NAD(P)H—硝酸还原酶
NO3 NADP H H NO2 NADP H 2 O
谷氨酰胺酶
谷氨酰胺酶 谷氨酸
H2O
天冬酰胺
天冬酰胺酶
NH3
天冬氨酸
H2O
NH3
二、氨基酸分解产物的去向
（一）NH3的去路 1、重新形成氨基酸 2、形成酰胺（消除NH3毒害，贮存NH3） 生成Gln和Asn，一方面是生物体贮藏和运输氨 的主要形式，也是解除氨毒害的最主要途径。 3、生成铵盐，保持细胞pH 4、生成尿素
钼铁蛋白
N2 NH3
2、固氮过程中的氢代谢
①
②
③
固氮生物种催化氢代谢的酶：固氮酶、可逆性氢酶和单 向性氢酶（吸氢酶） 固氮酶：能催化还原H+生成H2。（当有N2时，H+和N2 的还原同时进行。所以H+是N2的竞争性抑制剂。）不受 CO抑制，需ATP。 可逆性氢酶：催化可逆放氢反应 2H+ +2e- H2，一般 生理条件下放H2 ，除去过剩还原力，保证细胞正常生理 活动。不需ATP，受CO抑制。 单向性氢酶：催化 H H2O 需ATP，KCN抑制。
4、尿素循环
在哺乳动物体内，氨的主要去路是在肝脏中合成 尿素并随尿排出体外。在部分植物体内尿素的形 成既能解除氨毒，又是氨的一种贮存形式。
Pi NH3 CO2 ATP Cit ASP
延胡索酸
氨甲酰磷酸
Orn
尿素
Arg
（二）α-酮酸的代谢去路（C架的去路）
1、转化为丙酮酸 2、转化为草酰乙酸 3、转化为α-酮戊二酸 4、转化为琥珀酰CoA 5、降解为乙酰CoA和乙酰乙酸 6、降解为延胡索酸和乙酰乙酸 7、提供一碳单位 一碳基团、生糖氨基酸、生酮氨基酸 p269
载体 或 载体 SH
SH
SH
然后还原
载体
PAPS
载体
还
氧
载体－S － SH
三、C架的来源
来源于糖酵解、三羧酸循环、PPP途径、 光呼吸、乙醛酸循环等途径代谢中间产物。
四、氨的同化
p270
在氮素循环中，生物固氮和硝酸盐还原 形成了无机态氨，进一步氨便被同化转变 成含氮有机化合物。生物体内有两种方式 同化氨。
二、细胞内蛋白质的水解
（一）、溶酶体系统
溶酶体的内环境为酸性（约pH5），含有50多种蛋白 酶。溶酶体通过吞噬将蛋白质裹入，然后进行水解。溶酶 体对蛋白质的水解是非选择性的。
（二）、泛素途经
泛素系统可以选择性的水解蛋白质。该途径要求被降 解的目标蛋白首先进行泛素化标记，然后降解。 泛素是一类小分子单体蛋白，含有76个氨基酸残基， 保守性很强，因广泛存在于真核细胞而得名。
L 谷氨酸
丙酮酸
谷丙转氨酶
酮戊二酸
天冬氨酸
酮戊二酸
丙氨酸
3、联合脱氨基作用
转氨+氧化脱氨
氨基酸
转氨酶
酮戊二酸
NH 3 NAPD P H H
L 谷氨酸脱氢酶
酮酸
L 谷氨酸
NAD NADP
一般氨基酸不直接氧化脱氨，而是先与α-酮戊二酸通过 转氨形成相应的a-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再通过谷氨酸 脱氢酶氧化脱氨。
三、蛋白质降解的意义
1、形成新组织：用于新蛋白质的合成，进 行新陈代谢（自我更新）。 2、参加其它代谢：进一步降解氧化或转化 成他物质。
第二节 氨基酸的分解与转化
氨基酸在细胞内的代谢途径有多种：
1、经生物合成形成蛋白质。(作为蛋白质合成的原料) 2、进行分解代谢：
⑴因为氨基酸分子都有α－氨基和羧基，因此各种氨基酸 都具有共同的代谢途径：
N 16 ATP 8e 10 H 固氮酶 2 NH H 16 ADP Pi 2 2 4
固氮条件： ①还原剂： 铁氧还蛋白（Fd）、黄素氧还 蛋白(Fld)、NADPH、Na2S2O4。 ②ATP ③厌氧条件
AH 2 H 2H Fd ATP 铁蛋白
2、转氨基作用
α-AA和α-酮酸之间氨基的转移作用，是氨基酸脱 去氨基的一种重要形式。 催化转氨基作用的酶叫转氨酶或氨基转移酶，种 类繁多分布广泛。辅基均为磷酸吡哆醛（B6的磷 醛酯）
转氨作用
氨基酸 1
酮酸2
转氨酶
酮酸1
氨基酸2
L 谷氨酸
草酰乙酸
谷草转氨酶
谷氨酸脱氢酶
谷氨酸 H 2 O
NADPH+H + NADP +
氨基酸在脱羧酶作用下，进行脱羧反应生成胺类 化合物，脱羧酶辅酶为磷酸吡哆醛。 广泛存在于动、植、微生物中
R CH NH2 Lys Arg Ser
尸胺 腐胺
COOH
脱羧酶
R
CH2
胺
NH2 + CO2
+CO 2 +CO2
乙醇胺 +CO2
2、羟化脱羧基作用
Tyr在Tyr酶催化下发生羟化作用生成3，4－二羟 苯丙氨酸（多巴），后者进一步脱羧生成3，4－ 二羟苯乙胺（多巴胺）。
氧化 a.脱氨基—形成α－酮酸 CO2 H2O ATP
b.脱羧基→一级胺
糖和脂肪
⑵由于氨基酸侧链不同，每种氨基酸还有其特殊的代谢途径。
第二节 氨基酸的分解与转化
一、脱氨基作用 二、氨基酸分解产物的去向 三、脱羧基作用
一、脱氨基作用
1、氧化脱氨基作用（普遍存在于动、植物）
4、非氧化脱氨
主要在微生物中进行。其方式有以下几种：
R-CH-COOH NH2
氢化酶
①还原脱氨基 ②脱水脱氨基
R-CH2-COOH+NH3
NH2
Ser
脱水酶
Pyr + NH 3
H2O
③裂解脱氨基
Phe
CH2
Phe解氨酶
CH NH2 COOH
反肉桂酸
+NH 3
CH=CH-COOH
+NH3
5、脱酰胺基作用
2
[O]
生物固氮的意义
① ② ③ ④
意义：有益于生物固氮 H2氧化生成ATP，用于固氮。 吸氢酶催化的羟化反应消耗大量O2，从而 保护固氮酶系统免受O2的破坏 吸氢酶防止H2的积累，避免H2对固氮酶的 抑制 H2的利用可间接产生还原力。
（二）NO3--N还原
植物体所需要的氮素营养除了生物固氮外， 绝大部分来自土壤中的氮素，主要是植物 吸收土壤中的NO3-在硝酸还原酶和亚硝酸 还原酶的作用形成氨。
氨肽酶
胃蛋白酶
CH R2 CO NH CH CH2
胰凝乳蛋白酶
CO NH CH (CH2)3 CH2 NH
胰蛋白酶
H2N
CH R1
CO
HN
CO
或Tyr
羧肽酶
NH CH CO NH CH R3 COOH
NH 2或Ayr
胃蛋白酶：芳香族aa－NH2形成的肽键。 胰蛋白酶：Lys或Arg－COOH形成的肽键（碱性，高度专一）；Pro 抑制水解。 胰凝乳蛋白酶：芳香族aa－COOH形成的肽键， Leu、Met、His水解 速度次之。Pro抑制水解。 嗜盐菌蛋白酶：疏水性强的残基（Leu、Ile、Phe、Trp、Val、Tyr、 Met）；Pro或Gly不水解。 溴化氰：Met（高度专一）
例：肌酸、卵磷脂、S-腺苷蛋（甲硫）氨酸 （SAM）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。 常见一碳基团： 甲基 -CH3 亚甲基 -CH2- 次甲基 -CH= 甲酰基 –CHO 羟甲基 -CH2OH 亚氨甲基 -CH=NH
三、脱羧基作用
1、直接脱羧基作用
多巴进一步氧化后形成聚合物黑素。 马铃薯、苹果、梨、切开长时间暴露空气 变黑，形成黑色素。 人体的表皮基底层及毛囊中有成黑素细胞， 可将酪氨酸转变为黑素，使皮肤毛发呈黑 色（可吸收紫外光）。白化病人：缺酪氨 酸酶。
第三节 氨基酸的生物合成
一、氨的来源 二、S的来源：硫酸的还原 三、C架的来源 四、氨的同化 五、氨基酸的合成