蛋白质的降解知识讲解
生物化学第12章、蛋白质的降解及氨基酸代谢
三、蛋白质降解的反应机制：
真核细胞对蛋白质的降解有二体系： 一是溶酶体系，即溶酶体降解蛋白质，是非选 种择性； 二是以细胞溶胶为基础的，依赖ATP机制，即 泛肽标记选择性蛋白质降解方式
四、机体对外源蛋白质的消化
（一）体内的蛋白酶系
1、 按存在部位分： （1）胃：胃蛋白酶 （2）小肠：胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白 酶、 羧肽酶（A、B）、氨肽酶。
五、生酮氨基酸和生糖氨基酸
一、生酮氨基酸
1、生酮氨基酸：有些氨基酸在分解过程中转变为 乙酰乙酰CoA，而乙酰乙酰CoA在动物的肝脏中 可变为酮体（乙酰乙酸和β-羟丁酸）。 2、种类：Leu、Lys、Trp、Phe、Tyr。
二、生糖氨基酸
1、生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、α-酮戊二酸、 琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸，它们都能导致生成 葡萄糖和糖原。 2、种类：15种
（2）外切酶：从氨基端或羧基端逐一的向内水 解肽链成氨基酸
氨肽酶：从N末端水解肽键； 羧肽酶A：水解除Pro、Arg、Lys外的C末端残基； 羧肽酶B：水解Arg、Lys为C末端的残基；
蛋白质经过上述消化管内各种酶的协同作用， 最后全部转变为游离的氨基酸。
第二节、氨基酸的分解代谢
一、氨基酸降解
二、氨的代谢去路
氨对生物机体是有毒物质，特别是高等动物的 脑对氨极为敏感。血液中1%的氨就可引起中枢 神经系统中毒。
1、 氨的转运
在血液中主要以谷氨酰胺（需谷氨酰胺合成酶） 形式转运到肝脏，形成尿素；
COOH CH2 CH2 CHNH2 COOH Glu
N H3
ATP
A D P+ P i
蛋白质分解和降解的分子机制
蛋白质分解和降解的分子机制蛋白质是生命体内的重要组分，不仅构成了细胞和组织的主要结构基础，还参与了多种生理功能和生化过程。
然而，蛋白质的生理功能和代谢状态不断变化，需要被及时降解和分解，以保证生命体系的正常运作。
蛋白质的分解和降解是一个复杂的过程，在这个过程中，需要多种酶和分子机制的协同作用。
蛋白质的分解主要包括两个过程，即蛋白质的酶解和蛋白质的水解。
蛋白质的酶解是指蛋白质被特定的酶切割成小的肽段或氨基酸，这个过程通常是可逆的，可以使蛋白质分解为原始的氨基酸序列。
而蛋白质的水解是指蛋白质被酶水解成氨基酸，这个过程是不可逆的，可以使蛋白质完全降解为单个氨基酸。
在蛋白质的分解和降解过程中，参与其中的主要酶有两类，即蛋白酶和肽酶。
蛋白酶是将蛋白质切割成肽段的酶，能够在特定的位点切割蛋白质的化学键，其水解效率较高。
肽酶是将蛋白质分解为氨基酸的酶，能够水解任何氨基酸之间的化学键。
在细胞内，蛋白质的酶解和降解过程由支配此过程的一系列酶协作完成。
其中，蛋白水解酶和肽酶是最主要的两个类别，它们的活性和特异性可以受到多种因素的影响。
蛋白质的分解和降解过程还涉及到一些辅助的分子机制。
其中，蛋白质降解的主要分子机制有两种，即UPS系统和自噬系统。
UPS系统是细胞内最重要的蛋白质降解系统之一，其特点是通过标记蛋白质的特定位置，利用泛素等小分子蛋白来调节蛋白质的酶解和降解。
在这个过程中，蛋白质的泛素化作用是由一系列酶调控的，包括泛素激活酶、泛素连接酶和泛素去除酶。
其中，泛素连接酶将泛素与特定的蛋白质结合，形成泛素化蛋白，泛素化蛋白被认作需要酶解的蛋白质，从而被送往核糖体附近的核糖体蛋白酶体酶复合体中进行降解。
降解完成后，泛素可以通过泛素去除酶的作用去除，并能进行回收利用。
这样，细胞通过泛素系统，准确地将具有代谢价值的蛋白质酶解为氨基酸和小肽时，避免了对细胞内结构的损伤。
自噬系统是细胞应对各种压力的重要机制，其特点是将部分细胞器或细胞内蛋白质受损的部分包裹成自噬小体并进行降解。
蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢
累
氨中毒原理
丙酮酸
COO (CH2)2 NAD++H2O NADH+H++NH4+
HC NH3+ L-谷氨酸脱氢酶
COO (CH2)2 CO
三羧酸 循环
COO
α-谷氨酸
COO
α-酮戊二酸
α酮戊二酸
• α酮戊二酸大量转化
• NADPH大量消耗
• 三羧酸循环中断,能量 供应受阻,某些敏感器 官〔如神经、大脑〕功 能障碍.
3、4.精氨琥珀酸和精氨酸的合成〔细胞质〕
精氨琥珀酸合成酶
精氨琥珀酸酶 精氨琥珀酸
5. 精氨酸水解生成尿素〔细胞质〕
总反应
尿素的两个氨基,一个来源于氨,另一个来源于天冬氨酸； 一个碳原子来源于HCO3-,共消耗4个高能磷酸键,是一个需 能过程,但谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸反应生成1分子NADH； 延胡索酸经草酰乙酸转化为天冬氨酸也形成1分子NADH.两 个NADH再氧化,可产生5个ATP.
氨基酸脱氨基的主要方式： 转氨基〔氨基转移〕作用 氧化脱氨基作用 联合脱氨基作用 非氧化脱氨
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转氨基作用举例
谷氨酸 + 丙酮酸 天冬氨酸 + α-酮戊二酸
COO-
CH2 + CH+NH3 COO-
COO-
CH2 CH2 C=O COO-
α-酮戊二酸 + 丙氨酸
草酰乙酸 +谷氨酸
COOH NH2-C-H L-丝氨酸 CH2OH
α-氨基丙烯 酸
--=-
--
COOH
丝氨酸脱水酶 C=O +NH3
CH2 C-NH3+ COO-
蛋白质降解途径
蛋白质降解是指蛋白质在生物体内被分解为小分子物质的过程。
主要的蛋白质降解途径有两种：
1.细胞内降解：在细胞内进行的蛋白质降解主要是通过溶蛋白酶和蛋白酶去氧核酸酶
来完成的。
溶蛋白酶和蛋白酶去氧核酸酶是细胞内负责降解蛋白质的酶。
2.细胞外降解：在细胞外进行的蛋白质降解主要是由免疫系统中的酶完成的。
其中包
括组蛋白酶，溶酶体酶等。
这些酶在降解病毒、细菌、细胞和其他外来物质时发挥重要作用。
此外，蛋白质降解还可以通过两种不同的降解途径，即蛋白酶降解和水解酶降解。
蛋白酶降解是通过酶将蛋白质分解成小分子物质，而水解酶降解是通过水将蛋白质分解成小分子物质。
总之，蛋白质降解是一个复杂的过程，涉及到多种酶和酶系统的参与，这些酶和酶系统在细胞内和细胞外均有发挥作用。
蛋白质的降解与氨基酸代谢
根据动物实验，人们很早就确定了肝脏是尿素合成的主要 器官，肾脏是尿素排泄的主要器官。1932年Krebs等人利用大 鼠肝切片作体外实验，发现在供能的条件下，可由CO2和氨合 成尿素。若在反应体系中加入少量的精氨酸、鸟尿酸或瓜氨酸 可加速尿素的合成，而这几种氨基酸的含量并不减少。为此， Krebs等人提出了尿素循环学说(urea cycle) ,又称鸟氨酸循 环(orinithine cycle)。
L-谷氨酰胺 谷氨酰胺酶 (肝线粒体)
尿素
L-谷氨酸
2.丙氨酸的转运:
肌肉蛋白
肌肉中有一组氨基转移酶， 可把丙酮酸作为它的-酮酸 的载体。在它们的作用下， 产物为丙氨酸，丙氨酸被释 放到血液，经血液循环进入 肝脏，在肝脏中经转氨作用 又产生丙酮酸，通过葡萄糖 异生途径形成葡萄糖，葡萄 糖通过血液循环回到肌肉中， 通过糖酵解作用降解为丙酮 酸，该循环称为葡萄糖-丙氨 酸循环。 其既可以将肌肉中的氨以 无毒的丙氨酸形式运输到肝， 同时通过肝为肌肉提供葡萄 糖。
蛋白质的降解与氨基酸代谢 Chapter 30 Metabolism of Amino Acids & Proteins.1
一.蛋白质的降解:
细胞不断地把氨基酸合成为蛋白质，又不断地把蛋白 质降解为氨基酸(aa),这个过程有二重意义:
(1). 排除不正常蛋白质，它们若一旦聚集，将对细胞有害。 (2). 通过排除积累过多的酶和“调节蛋白”，使细胞代谢得 以秩序井然地进行。
(1). 转氨基(氨基转移)作用
(2). 氧化脱氨基作用 (3). 联合脱氨基作用
2.1 转氨基作用(transamination)：
1) 定义：在转氨酶的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成 相应的α- 酮酸，而另一种α- 酮酸得到此氨基生成相应的氨 基酸的过程。
蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢
提问：不同蛋白酶之间功能上可能有 什么区别？
氨肽酶
NH3+ —NH3+—
特定氨基酸间
CCOOOO--— —
羧肽酶
最终产物—氨基酸
二 氨基酸分解代谢
氨基酸的来源:
H C N H 33 COO-
2H+H+ R
H2O+H+
C NH
酶
C O O-
NH4+
脱氢 亚氨基酸不稳定 水解加氧
R CO C O O-
α-酮 酸
！ L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）
酶——L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶
提问：那种酶作用最重要？
常误认为是L-氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该酶分布不普 遍，活力低（pH=7)，作用小。
氨的去路：
高等动物的脑对氨极为敏感，血液中1% 的氨就可引起中枢神经系统中毒。
1. 氨的排泄(人:肝脏合成尿素) 2. 氨与谷氨酸合成谷氨酰胺 3. 氨的再利用 ： 参与合成非必需氨基酸 或其它含氮化合物（如嘧啶碱） 4. 肾排氨： 中和酸以铵盐形式排出
1. 氨的排泄---安全、价廉
直接排氨，毒性大，不消耗能量。转化为排氨形式越复杂，越安全， 但越耗能。
HC
N
H
+ 3
L-谷氨酸脱氢酶
COO
COO ( C H 2)2 CO COO
α酮戊二酸大量转化 NADH大量消耗
三羧酸循环中断，能量
α-谷氨酸
α-酮戊二酸 供应受阻，某些敏感器
蛋白质酶水解和降解的机制和功能
蛋白质酶水解和降解的机制和功能蛋白质是生命机体中的重要组分之一，它们负责着许多生命活动的执行，包括结构支撑、免疫防御、催化酶等。
由于其重要性，人们对蛋白质的降解和水解机制及其与生物体在健康和疾病状态下的关系进行了广泛的研究。
蛋白质水解机制蛋白质水解是指将蛋白质分解为一系列较小的肽链和氨基酸的过程。
这个过程发生在许多细胞中，其中包括胃、肠道和各种细胞中的酶。
在胃中，蛋白质的降解是由胃液和胃酸引起的。
胃酸将蛋白质中的氢键打破，并将其转化为易于水解的酸性物质。
胃液中的蛋白酶负责将蛋白质分解成小的肽链和氨基酸。
在肠道中，蛋白质的水解是由胰岛素、肠道腺体和肠道酶引起的。
胰岛素释放出胰岛素蛋白酶，这些酶负责将肽链分解成小的肽链。
肠道腺体分泌蛋白酶和小肽酶来完成蛋白质水解过程。
这两种酶可以将肽链和残留的氨基酸分解成单个氨基酸。
蛋白质降解机制蛋白质的降解是指分解老化和损坏的蛋白质，并从中提取氨基酸，以便进一步利用。
这个过程主要在细胞内完成，并且依赖于泛素系统。
泛素是一种蛋白质，它可以被连接到蛋白质上，并将这些蛋白质标记为需要降解的蛋白质。
作为一种组织学术语，这被称为泛素化。
被泛素化的蛋白质被送到蛋白质降解系统中，即蛋白质酶体和自溶小体。
蛋白质酶体是负责降解泛素化蛋白质的主要地方。
降解过程由酶体膜大膜蛋白和各种酶共同完成。
酶体腔中的酶包括蛋白酶、核酸酶和脂酶。
这些酶可以降解蛋白质、核酸和脂质。
自溶小体只是在早期性质研究方面偶然发现，它们由内质网体囊泡分解而来，并从而形成自质膜空间，使得溶酶体的水分子进一步转化成酸性的水分子，并对细胞内某些有害的物质起一定的代谢功能。
蛋白质水解和降解的功能蛋白质水解和降解对生物体的健康和疾病状态具有广泛的影响。
在健康状态下，蛋白质水解和降解可以帮助生物体维持正常的代谢水平。
水解可以提供生物体需要的氨基酸和能量，同时降解可以清除老化和损伤的蛋白质，从而保持细胞的健康和功能。
在疾病状态下，蛋白质水解和降解会发生一系列的改变。
蛋白质降解的三条途径
蛋白质降解的三条途径
1、运输蛋白：参与物质运输的功能，能使物质在细胞和生物体内自由、准确地转移。
主要为各种载体、血红蛋白等。
2、催化蛋白：催化特定的生化反应，降低反应的活化能，使反应快速高效地进行。
主要为各种酶类。
3、免疫系统蛋白：参予免疫系统接收者反应，能够并使生物体有效地抵挡有害生物
或物质的侵略。
主要为各种抗体等。
蛋白质是生命的物质基础，是有机大分子，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的
`主要承担者。
没有蛋白质就没有生命。
氨基酸是蛋白质的基本组成单位。
它是与生命及
与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。
机体中的每一个细胞和所有重要组成部分
都有蛋白质参与。
蛋白质占人体重量的16%~20%，即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.6~12kg。
人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸按不
同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。
生物化学第30章蛋白质降解和氨基酸的分解代谢
蛋白酶体
蛋白酶体是一个大的寡聚体结构，有一个中空
的腔。古细菌Thermoplasma acidophilum的蛋白酶
体为20S、700kD的桶状结构，由两种不同的亚基α 和β组成，它们缔合成α7β7β7α7四个堆积的环。这个 桶有15nm高，直径11nm，中间有一个可分为3个区 域的空腔，蛋白质降解就发生在这个腔中。两端的
泛肽
泛肽（ubiquitin）又名遍在蛋白质、泛素，它是
一个由76个氨基酸残基组成的小蛋白质。它通过其C
端Gly的羧基与被降解的蛋白质的氨基共价结合，通 常结合在Lys的ε氨基上，这是一个需要消耗ATP的反 应。这样给被降解的蛋白质作了一个标记，随后将 标记了的靶蛋白质引入蛋白酶体中降解。
一般有多个串联的泛肽连接到一个靶蛋白上，
泛肽与靶蛋白的连接
泛肽的活化
泛肽活化酶
泛肽与靶蛋白的连接
泛肽的转移及与靶蛋白连接
泛肽载体蛋白
泛肽-蛋白质连接酶
泛肽蛋白质连接酶
E3在识别和选择被降解蛋白质的过程中起着 重要的作用。E3 主要是通过备选蛋白质N端氨基 酸的性质来选择靶蛋白质的，以Met、Ser、Ala、
Thr、Val、Gly或Cys为N末端的蛋白质对泛肽介
被降解的蛋白质在进入蛋白酶体降解之前，需 要被泛肽标记。
泛肽依赖性蛋白降解途径
泛肽依赖性蛋白降解途径(Ubiquitin-dependent
proteolytic pathway)是目前已知的最重要的，有高 度选择性的蛋白质降解途径。它通过调节功能蛋白 质的周转(turn over)或降解不正常蛋白，实现对多 种代谢过程的调节。
硝化作用
反硝化作用
固氮作用
一、蛋白质的降解
细胞内蛋白质降解的分子机理和应用
细胞内蛋白质降解的分子机理和应用细胞是生命的基本单位，其中最为重要的功能之一就是蛋白质的合成和降解。
蛋白质降解是维持细胞内稳态的重要过程，通过降解不需要的或损坏的蛋白质来回收氨基酸和能量，同时也能够清除一些病毒和异常蛋白，保持细胞内环境的稳定。
细胞内蛋白质降解主要通过两种途径进行，分别是泛素-蛋白酶体途径和自噬途径。
其中泛素-蛋白酶体途径是针对细胞内蛋白质的标准途径，大多数蛋白质会经过这个途径进行降解，而自噬途径则是细胞对自身营养不足或损伤时的反应。
泛素-蛋白酶体途径的分子机理泛素-蛋白酶体途径是通过泛素标记蛋白质，使其被蛋白酶体降解的过程。
它的分子机理主要包括两个步骤：泛素化和降解。
泛素化泛素化是将泛素结合到目标蛋白上的过程。
泛素是由约76个氨基酸组成的小分子蛋白，它能够在多个位点上与目标蛋白结合。
泛素化的过程由泛素激活酶、泛素结合酶和泛素连接酶共同完成。
其中，泛素激活酶能够将泛素与ATP结合，使其形成泛素-AMP中间体，同时释放出PPi。
泛素结合酶能够将泛素-AMP中间体转移给泛素连接酶，使其在C端结合泛素，形成泛素-蛋白复合物，从而完成泛素化的过程。
降解泛素化后的蛋白会被送入蛋白酶体进行降解。
蛋白酶体是一种大分子蛋白质复合物，主要由核心的20S囊泡和外部的19S蛋白质复合物组成。
19S复合物能够识别泛素标记的蛋白，并将其送入20S囊泡中进行降解。
20S囊泡中含有多种蛋白酶，能够将蛋白质分解为小片段或单个氨基酸，并回收和利用其中的氨基酸和能量。
自噬途径的分子机理和应用自噬途径是通过将细胞内蛋白质或细胞器包裹成自噬体，而在溶酶体内降解的过程。
它分为非选择性自噬和选择性自噬两种类型。
非选择性自噬主要是针对长期储存的细胞蛋白和细胞器，在调节能量代谢时发挥重要作用。
选择性自噬则是指特定蛋白或细胞器的降解，包括线粒体、内质网和紧密连接的细胞膜。
自噬途径的分子机理主要包括以下几个步骤：自噬体形成、自噬体的运输和自噬体的降解。
蛋白质降解的机制与意义
蛋白质降解的机制与意义蛋白质是生命体内最为重要的基本分子之一，它们不仅参与了身体的组织结构和细胞功能的构建，还可以充当信号分子和调节分子的角色。
尽管它具有如此的重要性，但它们却并不永久存在于身体内部，而是会遭受各种方式的降解。
那么，蛋白质降解的机制究竟是什么呢？在降解过程中又有着怎样的意义呢？蛋白质降解的机制在细胞内，蛋白质的降解可以通过两种途径执行：一个是通过泛素-蛋白酶体递交系统（UPS）进行降解，另一个是通过自噬途径实现。
其中UPS途径是针对细胞内已经标记的蛋白质进行降解；启动UPS降解途径的关键是在目标蛋白质通常上附着泛素（一种多肽翻译后修饰）这么一个信号。
随后，被标记的蛋白质就会被识别并发往蛋白酶体执行降解，这些蛋白酶体基本包含了所有的蛋白质降解酶，并在其中形成一个纤维粘性的网状结构。
细胞中的 UPS 途径做为主要的及时清除损坏蛋白或无用蛋白的途径，在维护细胞活力上起到了非常重要的作用。
除了泛素递交系统，自噬途径也是现今生物学里研究的火热方向。
自噬是一种非特异性的、包囊性的蛋白质降解方式，它可以对膜限制内的细胞器进行包裹，并将这些膜完整的细胞器转运到溶酶体中进行降解。
相比细胞核和线粒体等稳定的细胞器，内质网、高尔基体、溶酶体等动态的细胞器参与自噬降解的更加频繁。
通过自噬途径降解的蛋白质量最终会被装载到溶酶体中，利用其去进行活性物质的提取和成分的回收。
蛋白质的降解和身体的代谢与调节密切相关蛋白质的降解对身体代谢和调节有重要意义。
在我们身体内，蛋白质并不仅仅是一种用于构建组织与细胞器的基本分子，还有一定的代谢性质。
事实上，身体内的蛋白质并不是一成不变的，它们会不断地参与身体的代谢过程，因此并没有和 DNA、RNA 等遗传物质一样稳定。
经过食物消化过程，蛋白质进入人体后，经过不同形式的代谢，被分解成小分子和溶解物，最后通过尿液等途径排出体外。
而蛋白质的降解过程就是其代谢的关键之一。
无论是通过哪种降解途径，细胞内标记过的蛋白质或者大部分长期滞留在细胞中的蛋白质都可以得到有效的降解，解放随之而来的氨基酸供身体进行其他的代谢。
蛋白质在线粒体中的降解
蛋白质在线粒体中的降解
蛋白质在线粒体中的降解是一个复杂的过程，涉及到多个步骤和机制。
以下是对这个过程的简要概述：
1.蛋白质进入线粒体：首先，需要将待降解的蛋白质从细胞质中转运到线粒体中。
这通常通过特定的转运蛋白进行，这些蛋白能够识别并转运特定的蛋白质。
2.蛋白质水解：一旦蛋白质进入线粒体，它们会被水解成更小的肽段或氨基酸。
这个过程由线粒体蛋白酶完成。
这些蛋白酶具有高度调节的蛋白水解活性，可以控制线粒体中的蛋白质降解过程。
3.质量控制：线粒体蛋白酶还参与质量控制过程，通过识别并降解受损或错误折叠的蛋白质，以防止它们对线粒体功能的干扰。
4.调节线粒体功能：除了降解功能外，线粒体蛋白酶还通过调节其他蛋白质的稳定性来影响线粒体的功能。
例如，它们可以降解参与线粒体呼吸链复合物组成的蛋白质，从而影响线粒体的氧化磷酸化过程。
总之，蛋白质在线粒体中的降解是一个复杂的过程，涉及到多个步骤和机制。
这个过程对于维持细胞的正常功能和稳态具有重要意义。
生物化学考研 第11章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢
UB转移到一个E2的Cys 形成一个新 的硫醇酯
UB在UB的C-末端Gly 和ε-靶蛋白的 赖氨酸氨之间形成异肽键
泛素化需要多个蛋白
E1:泛肽活化酶 E2:泛肽载体蛋白 E3:泛肽蛋白质连接酶
Ub added to lysines
E1, E2, & E3
每一步过程调控的特异性增强: • E1: 只有一个 (?) • E2: 10-12 (相应的调控蛋白家族) • E3: 许多与结构无关(终极生物特异性)
Monoubiquitylation
Multiple monoubiquitylation
E1:泛肽活化酶 E2:泛肽载体蛋白 E3:泛肽蛋白质连接酶
泛肽
泛素共轭作用: 一个三步机理
泛肽(Ub) 活化酶 E1
在泛素C-末端的Gly和E1活性部位 的Cys之间形成高能硫酯(ATP/AMP)
泛肽载体蛋白 E2 泛肽蛋白质连接酶 E3
Aaron Ciechanover Avram Hershko
Irwin Rose
• Proteins build up all living things: plants, animals and therefore us humans. In the past few decades biochemistry has come a long way towards explaining how the cell produces all its various proteins. Aaron Ciechanover, Avram Hershko and Irwin Rose went against the stream and at the beginning of the 1980s discovered one of the cell's most important cyclical processes, regulated protein degradation. For this, they are being rewarded with this year's Nobel Prize in Chemistry.
蛋白降解如何测定的原理
蛋白降解如何测定的原理
蛋白质的降解主要通过两大途径实现:溶酶体降解途径和泛素蛋白酶体降解途径。
检测方法原理如下:
1. 溶酶体降解pathway:这是细胞内主要的蛋白质降解途径,可以通过检测溶酶
体酶活性变化来监测蛋白降解程度。
常用的酶活性分析主要有酸性磷酸酶、羧肽酶等。
2. 泛素蛋白酶体降解:该途径要求蛋白质首先被泛素标记。
可以检测被泛素化的蛋白质量变化。
也可以检测表达泛素化酶相关基因和蛋白的变化。
3. 还原性SDS 胶电泳:通过比较蛋白质组分子量变化,检测降解产物的变化。
4. 氨基酸分析:色谱分析细胞内氨基酸组成变化,计算蛋白质氨基酸释放量。
5. Western blot:通过抗体检测特定蛋白表达量的降低,判断蛋白质被降解的程度。
6. 同位素示踪:标记特定蛋白质,追踪标记物在降解过程中的流向变化。
通过上述多种方法可以从不同侧面检测蛋白质的降解情况。
但需要综合运用并重复验证,以保证结果的准确可靠。
蛋白阳离子洗脱降解
蛋白阳离子洗脱降解
蛋白质是生物体中一类重要的大分子有机化合物，它们在细胞
的结构和功能中起着至关重要的作用。
蛋白质通常以氨基酸为基本
单位，其中包含着一定数量的阳离子和阴离子。
蛋白质的洗脱和降
解是在生物化学和生物技术领域中常见的实验操作，用于分离和纯
化目标蛋白质，或者进行蛋白质结构和功能的研究。
在实验室中，蛋白质的洗脱通常是指将蛋白质从某种固相材料（比如柱子或者琼脂糖凝胶）上去除的过程。
这个过程通常涉及到
使用缓冲液、盐溶液或其他特定的溶剂来改变蛋白质与固相材料之
间的相互作用，使蛋白质从固相材料上解离出来。
这样的操作可以
用于纯化目标蛋白质，或者去除不需要的杂质。
而蛋白质的降解则是指将蛋白质分子在特定条件下（比如酸碱
条件、酶的作用等）被分解为更小的片段或氨基酸的过程。
这种操
作常常用于研究蛋白质的结构和功能，或者用于蛋白质组学研究中。
在实验操作中，需要注意选择合适的洗脱条件和降解条件，以
避免对目标蛋白质造成不可逆的损害。
同时，也需要根据实验的具
体目的来选择合适的方法和技术，以确保实验的准确性和可重复性。
总的来说，蛋白质的洗脱和降解是生物化学和生物技术研究中常见的操作，对于理解蛋白质的结构和功能以及应用研究具有重要意义。
通过合理选择实验条件和方法，可以有效地实现对蛋白质的分离、纯化和研究。
蛋白质的降解
7.1 蛋白质的降解
蛋白质酶促降解不依赖于ATP的降解途径：发生在溶酶体依赖于ATP的降解途径
①N-端规则和特征序列
②需要泛素
③降解发生在蛋白酶体
④高度调控
①N-端规则：一种蛋白质的半衰期与N端氨基酸的性质有关，是 Met, Ser,
Ala, Thr, Val或Gly，则半衰期较长，大于20h；是Phe, Leu, Asp, Lys或Arg ，则半衰期较短，3min或者更短。
特征序列：富含Pro, Glu, Ser 和Thr 序列的蛋白质质被称为PEST 蛋白，比其他蛋白质更易水解。
②泛素：广泛存在于古
菌和所有的真核生物，但不存在于细菌。
本身并不降解蛋白质，给降解的蛋白质打上标记，降解过程由26S蛋白酶体执行，是一种热激蛋白。
泛素需要先活化再反应，活化消耗2个ATP
分子，产生AMP和焦
磷酸PPi。
硫酯键转变
为了酰胺键。
Proteasome(20S) ③蛋白酶体：广泛存在于古菌和所有的真核生物，但不存在于细菌。
本身并不降解蛋白质，给降解的蛋白质打上标记，降解过程由26S蛋白酶体执行，是一种热激蛋白。
蛋白质的微生物降解
3、联合脱氨基作用
转氨基作用和氧 化脱氨基作用联 合进行的脱氨基 作用方式
脱氨基作用
是氨基酸分解代谢最主要的反应方式，通常也 是机体氨基酸分解的第一步骤。可通过多种方式脱 去氨基，一般分为两类：
氧化脱氨基作用 非氧化脱氨基作用
转氨基作用
定义：在转氨酶的催化下， α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸的酮基碳原子 上，结果原来的α-氨基酸生成相应的α-酮酸，而原来的α-酮酸则形成了相 应的α-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。
R1-CH-COONH+3
α -氨基酸1
|
R2-C-COO|| O
α-酮酸2
R1-C-COO|| O
α-酮酸1
转氨酶
R2-CH-COO| NH+3
α-氨基酸2
（辅酶：磷酸吡哆醛）
氨基酸在脱羧酶的 作用下脱掉羧基生成相 应的胺类化合物 的作用。脱羧酶的辅 酶为磷酸吡哆醛。
食物中的蛋白质要经过蛋白质降解酶的作用降解为 多肽和氨基酸被人体吸收的过程叫做蛋白质降解。 食用蛋白质类的食物，不可能直接被人体吸收，食 物中的蛋白质要经过蛋白质降解酶的作用降解为多 肽和氨基酸才能被人体吸收。
微生物降解蛋白质的基本途径： 蛋白质水解成氨基酸 基作用
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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）。
•酵母中存在切除N端甲硫氨酸的氨肽酶，它作用的蛋白质底物的N端第二个氨基酸一定是N端规则中的氨基酸残基。
PEST假设•PEST（Pro-Glu-Ser-Thr）假设：认为含有序列为PEST肽段的蛋白质，在细胞质中很快被降解，在这个亲水的区域附近常有碱性残基。
•PEST肽段的缺失，可以延长此突变蛋白质的寿命。
•在22个快速降解的蛋白质中有20个是含有PEST序列。
•在35个慢速降解的蛋白质中有32个不含PEST序列。
分泌到细胞外蛋白质的寿命•分泌到细胞外的蛋白质，它们的寿命都比较长，如胶原蛋白、眼睛中的晶体蛋白。
•这些蛋白质不进行代谢，它们的变化具有累积效应，超过一定限度就产生疾病。
•晶体蛋白中赖氨酸残基的侧链氨基和肽链N端氨基都有可能被葡萄糖修饰，发生非酶促的糖化，严重时会导致白内障。
•糖尿病患者因为长期血糖升高，晶体蛋白的糖化进程加快，未老年化的糖尿病患者患有白内障，这是糖尿病并发症。
影响复合蛋白质寿命的其他组分•外周血液中多数糖蛋白的糖链是以唾液酸为非还原端的糖残基，在血液循环中的半衰期较长。
•糖蛋白的糖链最外侧唾液酸被去除或丢失，暴露出次末端的半乳糖，半衰期明显降低，被肝脏快速清除。
肝脏实质细胞表面存在识别并专一结合半乳糖的去唾液酸糖蛋白受体。
•将次末端的半乳糖切除，相应糖蛋白在哺乳动物血液中的半衰期又恢复到原有的水平。
糖链结构与细胞寿命•糖蛋白中糖链的结构不仅与糖蛋白的寿命，而且与一些细胞的寿命有关。
•红细胞表面存在多种糖蛋白，这些糖蛋白的唾液酸被除去后，被肝脏实质细胞清除，同时也将红细胞从循环的血液中清除。
•糖蛋白和红细胞上的唾液酸可作为其“年龄”指标，带有唾液酸的糖蛋白和红细胞则是“年轻”的分子和细胞，一旦丢失了唾液酸，则糖蛋白和红细胞进人“老年”期，应该被代谢。
蛋白质降解的场所•溶酶体•细胞质中的蛋白酶和其他体系•其他细胞器中蛋白质的降解蛋白质降解的场所•细胞外主要是消化道，许多体液中也有蛋白酶，但是多数是起调节作用的限制性肽酶。
•细胞内蛋白质彻底降解的场所：溶酶体、线粒体和细胞质（蛋白酶体、依赖ATP的蛋白酶和依赖钙离子而不依赖ATP的蛋白酶）。
•消化道和溶酶体中存在着多种不同专一性的肽酶，而蛋白酶体则是相对的比较专一的蛋白质降解场所。
溶酶体是蛋白质降解的重要场所•细胞外的蛋白质（如血浆蛋白质、蛋白质类激素以及细胞质膜上的受体蛋白质），几乎都是通过胞吞方式进入溶酶体，在溶酶体中彻底降解。
•细胞内蛋白质进入溶酶体有非选择性和选择性两种不同的方式。
非选择性方式•自体吞噬（autophagy）：细胞质中的一些组分，包括线粒体和内质网等细胞器，在一定条件下被膜结构包裹形成自噬小体并与溶酶体融合后，内容物在溶酶体中降解。
–胰岛素缺乏和必需氨基酸不足时，自噬小体的生成速度明显加快。
•分泌自噬（crinophagy）：具有分泌能力的细胞（如胰岛细胞和甲状腺细胞等）形成的部分过剩分泌颗粒与溶酶体融合，内容物被降解。
选择性方式•细胞内蛋白质选择性进入溶酶体的过程则是由氨基酸残基序列KFERQ（Lys-Phe-Glu-Arg-Gln）介导，如核糖核酸酶A中具有这样的序列。
•在营养充足的细胞中，这条途径关闭，仅利用非选择性的蛋白质降解途径。
溶酶体储积病•溶酶体储积病（lysosomal storage disease）：溶酶体是细胞内的酶囊，溶酶体蛋白的缺陷抑制溶酶体的正常降解功能，引起有害生物分子的积累，导致40多种生理紊乱和疾病症状。
•已确定病因的溶酶体储积病有：•Hurler综合症：降解黏多糖的α-L-艾杜糖苷酸酶缺乏病。
•Gauchers疾病：降解糖脂的β-葡萄糖脑苷脂本科的缺乏病。
•Fabry疾病：降解糖脂的α-半乳糖苷酶缺乏病。
•Pompe疾病：分解肝糖原的α-葡萄糖苷酶缺乏病。
•Tay-Sachs疾病：β-氨基己糖苷酶的一个亚基的突变，导致神经细胞内的GM2神经节苷脂的积累。
细胞质中的蛋白酶或蛋白酶体系•蛋白酶体和依赖于ATP的蛋白酶•依赖于钙离子的蛋白酶•三边帽蛋白酶（tricorn）泛蛋白-蛋白酶体途径•真核细胞内的蛋白质是通过泛素-蛋白酶体途径降解。
–负责异常蛋白质和短寿命活性蛋白质的降解–在肌纤维样蛋白质的降解中起到特殊的作用–参与细胞内大量的长寿命的蛋白质的缓慢周转•蛋白酶体体系除了需要泛素的参与外，还依赖于ATP的存在。
蛋白酶体的特性•蛋白酶体是分子质量很大的复合体，约400～700kD，这类蛋白酶也可归属于热休克蛋白质的范畴，当温度升高或细胞内有异常蛋白质堆积时，它们以高速度表达。
•重要特征：具有分子伴侣的功能和ATP酶的活性，通过ATP的降解，提供使蛋白质去折叠所需的能量。
依赖于钙离子的蛋白酶•细胞质中依赖于钙离子的蛋白质降解是由需钙蛋白酶（calpain）承担。
•需钙蛋白酶底物的特征：一是它们能与钙调蛋白结合；二是富含PEST残基的区域。
•需钙蛋白酶抑制蛋白（calpistatin）：细胞质中存在需钙蛋白酶的蛋白质类型抑制剂，可以同时结合和抑制细胞质中的4种需钙蛋白酶。
三边帽蛋白酶•三边帽蛋白酶（tricorn）：这类细胞质蛋白酶的分子质量非常大，约720kD，是一个多亚基的聚合物。
•酶特性：具有内肽酶活性，而对寡肽的活性更高。
•这类酶最初发现于古细菌和某些细菌中。
高等生物的细胞质和溶酶体中除了存在二肽酶和三肽酶，也发现具有三边帽蛋白酶的结构域。
细胞器中蛋白质的降解•细胞器中的蛋白酶•无蛋白酶细胞器中蛋白质的降解细胞器中的蛋白酶•线粒体基质存在着几种依赖ATP的蛋白酶，如PIN1是酵母成活和线粒体生物发生所必需的蛋白质；线粒体内膜上另有两种蛋白酶。
•叶绿体中存在依赖ATP的蛋白酶，其作用是维持细胞器蛋白质平衡，降解一些被氧自由基破坏的蛋白质以及没有参与组装的游离蛋白质亚基，这些蛋白质过多累积对细胞器产生毒性。
•线粒体和叶绿体中存在着一些基质金属蛋白酶，切除来自细胞质的新生肽链中的前肽。
无蛋白酶细胞器中蛋白质的降解•一些细胞器不存在蛋白酶，如内质网。
这类细胞器蛋白通过逆向转运途径进入细胞质降解。
•内质网中折叠异常带有糖链的蛋白质通过内质网相关降解（ERAD）途径返回细胞质，经泛蛋白修饰标记，切除糖链后在蛋白酶体中降解。
内质网腔内侧的甘露糖苷酶Ⅰ、内质网降解增强有关的甘露糖苷酶样蛋白质（EDEM）与ERAD密切有关。
内质网中新生肽链的命运•正确折叠进入高尔基体。
•折叠发生严重错误的肽链，无法进入高尔基体，被遣送回细胞质并降解。
•有些肽链折叠虽有轻微错误，或者单条肽链是正确折叠，进行不完全组装形成非天然复合物，也能进入高尔基体，但最终被转运到溶酶体和液泡中降解。
蛋白质降解的重要性•食物蛋白质的消化是营养的来源•蛋白质的新陈代谢•蛋白质生物合成和加工过程中“次品”的处理•作为功能调节的蛋白质限制性降解第二节参与蛋白质降解的酶类线虫中的蛋白酶•在线虫基因组测序完成后，经分析推测该基因组中的蛋白酶基因总数约547个：•编码胰蛋白酶家族和胰凝乳蛋白酶家族成员的基因分别为199和178个•胃蛋白酶家族13个•羧肽酶A、B家族分别为28个和38个•抑丝酶家族35个•泛蛋白偶联酶家族34个•蛋白酶体有关蛋白质22个常见分类方法•以酶的活性部位和催化机制分类：是最普通的分类方法，由酶学命名委员会推荐。
–外肽酶：3．4．11至3．4．19都是不同类型的外肽酶。
–羧肽酶：因活性中心的组成不同分为3．4．16丝氨酸类的羧肽酶、3．4．17金属羧肽酶和3．4．18半胱氨酸类羧肽酶。
–内肽酶：3．4．21至3．4．24分别是丝氨酸内肽酶、半胱氨酸内肽酶、天冬氨酸内肽酶和金属内肽酶，以及3．4．99未知类型的内肽酶。
•以结构为基础的分类：•第一层次：按酶学命名委员会的原则分类。
•第二层次：以结构为基础分类，而结构同源性与活性中心有关，分为三大类；每类分为若干个宗族（clan），每个宗族又有许多家族。
–第一大类：以S、T和C为活性中心的肽酶，结构相似，催化机制与蛋白质的亲核攻击有关。
–第二大类：以D为活性中心的肽酶，催化机制与水的亲核作用有关。
–第三大类：金属肽酶是另一种水亲核反应。
•第三层次：个别的肽酶。
组织蛋白酶•组织蛋白酶（cathepsin）：溶酶体中的蛋白酶，研究得较多的是溶酶体水解酶。
•根据经典的分类方法，组织蛋白酶可分为两类：–巯基蛋白酶家族：包括组织蛋白酶B、H、L和S等；–酸性蛋白酶类：包括组织蛋白酶D和E等。
它们是最适pH偏酸性的蛋白酶，溶酶体中pH约4.5-5.5。
巯基型组织蛋白酶家族•溶酶体的巯基型组织蛋白酶属于木瓜蛋白酶家族，氨基酸残基序列高度同源。
•种类：内肽酶（组织蛋白酶L、S），外肽酶（组织蛋白酶H是氨肽酶，组织蛋白酶B是二肽羧肽酶）；新发现酶（组织蛋白酶K、C、W和Z）。