杨荣武生物化学原理-南京大学-蛋白质降解及氨基酸代谢

Transaminases
Lysine side chain
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Pyridoxal phosphate
转氨基反应
谷草转氨酶催化的转氨基反应
(3) 联合脱氨基
2、羧基的去除


氨基酸脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物 脱羧酶，辅酶为磷酸吡哆醛 两类反应：直接脱羧，产生胺；羟化脱羧，产生羟胺 脱羧产物进一步转化，称次生物质代谢
蛋白质降解及氨基酸代谢
第一节 蛋白质降解

蛋白酶种类


细胞外降解
细胞内降解
蛋白酶的种类
编号
3、4、2、1
名
称
作用特征
活性中心含 Ser
实例
胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 凝血酶
丝氨酸蛋白酶类 (serine pritelnase)
3、4、2、2
硫醇蛋白酶类 (Thiol pritelnase)
活性中心含Cys
GS受到严格的调控
Gln的酰胺N被用于氨基酸、核苷酸和氨基糖的合成。
大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的活性调节
大肠杆菌GS的调节
9种物质的反馈抑制。 反馈抑制剂：Gln代谢的终产物或氨基酸代谢一般状态的指 示剂。 任何一种抑制剂与酶的结合至少能够部分抑制酶的活性，
结合的抑制剂越多，抑制效果就越强。
木瓜蛋白酶 无花果蛋白酶 菠萝蛋白酶 胃蛋白酶 凝乳酶
3、4、2、3
羧基（酸性）蛋白酶类
[carboxyl(asid) pritelnase]
活性中心含 Asp,最适pH在 5以下
3、4、2、4
金属蛋白酶类 (metallopritelnase)
活性中心含有 Zn2+ 、 Mg2+等 金属
枯草杆菌蛋白酶 嗜热菌蛋白酶
大肠杆菌的GS还受到共价修饰的调节，但共价修饰的方 式并不是真核细胞普遍使用的磷酸化，而是腺苷酸化。
谷氨酰胺合成酶的共价修饰调节
尿素循环



产生尿素 场所：哺乳动物的肝细胞。尽管参与尿素循环的个别酶 还发现在其它组织，但完整的尿素循环仅存在于肝细胞 。 肝外组织氨基酸分解产生的氨主要通过Gln运输到肝细 胞，但肌肉蛋白分解产生的Ala可经血液循环进入肝细 胞。此外，在细胞内合成NO的反应中，精氨酸转变成 瓜氨酸，后者是尿素循环的中间物。瓜氨酸需要重新转 变为精氨酸，以补充被消耗的精氨酸，因此，在使用 NO作为信号分子的细胞中含有足够的与尿素循环相关 的酶，以维持细胞内精氨酸的供应。

按照各氨基酸合成前体的性质，所有的氨基酸可分为5大家族 。
必需

vs
非必需氨基酸



Thr Ile Phe Met Trp Val His Arg Lys Leu
Tip

MTV
Hall

Ala Asp Asn Cys Glu Gln Gly Pro Ser Tyr
白酶复合物，降解细胞内多聚泛酰化的蛋白质
26S

19S帽状调节颗粒(RP) ，负责识别泛酰化的蛋白 质，并将它们去折叠以及输送到CP的蛋白酶活 性中心。
蛋白酶体的结构和功能
N-端规则
蛋白质的半衰期与N-端氨基酸的性质有关

如果一种蛋白质N端的氨基酸是 Met, Ser, Ala, Thr, Val或Gly，则
微生物通过体内固氮酶的作用将游离态氮转变
为氨的过程称为生物固氮。
N2
+
3H2
固氮酶
2NH3
12ADP+12Pi
12ATP+12H2O
生物固N的化学本质
6e-
N2
+
3H2
固氮酶
2NH3
12ADP+12Pi
12ATP+12H2O
生物固氮的作用机理
还原剂
e-
NADPH
e-
铁蛋白
e-
钼铁蛋白
e-
N2
（厌氧环境）
肽键。

泛素本身并不降解蛋白质，它仅仅是给降解的靶蛋白打上标记，降解过 程由26S蛋白酶体执行。

是一种热激蛋白
泛素的三维结构及其与靶蛋白形成的异肽键
泛酰化酶：
E1：泛素活化酶
E2：泛素结合酶
E3：泛素连接酶
蛋白质泛酰化与蛋白质的定向水解
泛酰化的类型及其功能
蛋白酶体

20S核心颗粒(CP)，形状如桶，为大的多功能蛋
约30分钟 约10分钟 约7分钟 约3分钟 约2分钟
去稳定 的氨基 酸残基
Tyr,Glu Pro Leu,PHe,Asp,Lys Arg
PEST蛋白

富含Pro (P), Glu (E), Ser (S)和Thr (T) 序列的蛋白质，比其
他蛋白质更容易发生水解。
第二节

氨基酸代谢
氨基酸降解
氨基的去除 羧基的去除 碳骨架的命运 生酮氨基酸和生糖氨基酸
R CH2 NH2
COOH
氨基酸脱羧酶
（PLP）
RCH2NH2 + CO2
RCH 2NH2
胺氧化酶
RCHO
氧化
RCOOH
3、碳 骨架的命运

生糖氨基酸：其他


生酮氨基酸: Leu & Lys
生酮兼生糖氨基酸:Trp, Thr, Tyr, Ile, Phe
氨基酸碳骨架的代谢
4、 铵离子的命运

分布：Liver，Kidney，Brain 不需氧脱氢酶，辅酶：NAD+ or NADP+ 别构抑制： GTP、ATP 别构激活： GDP、ADP
(2) 转氨基反应





一种氨基酸的氨基被转移到一种α-酮酸的酮基上，形 成一种新的氨基酸和一种新的α-酮酸。 转氨酶。转氨反应是完全可逆的，因此它既参与氨基 酸的降解，又参与氨基酸的合成。 转氨酶有多种，都需要磷酸吡哆醛作为辅基。 绝大多数转氨酶以谷氨酸作为氨基的供体或者以α-酮 戊二酸为氨基的受体。 并不是所有的氨基酸都可以发生转氨基反应，例如 Thr, Pro, lys。

直接排出体外 植物：转变成Asn (Asn合成酶) 动物：转变成Gln (Gln合成酶) 尿素或尿酸
N的命运
尿酸
NH4+
尿素 + 尿酸
植物的氨解毒
动物的氨解毒
谷氨酰胺合成酶（GS）
----产生生物活性酰胺N
大肠杆菌的GS为例，该酶是一种十二聚体蛋白 动物的GS参与铵毒的解除，特别在脑细胞.
硝酸还原作用
硝酸还原作用的化学本质
NO-3 2e-
硝酸还原酶
NO-2
6e-
亚硝酸还原酶
NH+4
含氮有机物分解产生氨
三 碳循环与氮循环
固 N 酶
（1）结构组成
（2）作用机理：
二聚体、含Fe和S 形成[Fe4S4]簇 四聚体（α 2β 2） 含Mo、Fe和S 钼铁蛋白 N2
还原剂
铁蛋白
（3）特点：是一种多功能酶
氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可 催化N2O化合物等还原。 ATP酶活性：能催化ATP分解，从中获取 能量推动电子向还原底物上转移。
体，需要泛素。主要降解异常蛋白和短寿命蛋白。
泛 素 （ubiquitin）

广泛存在于古细菌和所有的真核生物，但不存在于真细菌。 76个氨基酸残基，高度保守。 在三维结构上，泛素则是一个结构紧密的球蛋白，但其C-端四肽序列（ Leu-Arg-Gly-Gly）离开蛋白主体伸向水相，有助于与其它蛋白质形成异
五大氨基酸家族
合成氨基酸的主要途径
α-酮酸还原氨化

转氨基作用

氨基酸的相互转化
α-酮酸的还原氨化
R-C-COO-+NH3 || O
α-酮酸
R-CH-COO| NH+3
α -氨基酸
酮酸的来源；
氨基酸脱氨及糖和脂酸代谢
氨的来源；
◆
生物固氮，
◆
◆
由硝酸盐，亚硝酸盐还原，
含氮有机物分解。
生物固氮

参与尿素循环各种酶浓度的变化
底物浓度的积累诱导酶的表达；产物的积累抑制酶的表达。
二 、氨基酸的生物合成

植物和微生物在有合适的N源时能够从头合成所有的20 种标准氨基酸。 而哺乳动物只能制造其中的10种，这10种氨基酸被称为非必需氨基酸， 其余10种氨基酸必需从食物中获取，被称为必需氨基酸。

任何氨基酸合成的前体都来自于糖酵解、TCA循环或磷酸戊糖途径，其 中N原子通过Glu或Gln进入相关的合成途径，而合成的场所有的在细胞液 ，有的在线粒体。
半衰期较长，大于20个小时。

如果一种蛋白质的N端氨基酸是Phe, Leu, Asp, Lys或 Arg ，则半
衰期较短，3分钟或者更短。
N-端氨基酸与蛋白质半寿期之间的关系 N-端残基 半寿期（half-time）
稳定性氨基酸残基: Met，Gly，Ala，Ser，Thr，Val
Ile,Gln
>20个小时
氨基的排泄和解毒

氨基酸合成
一、氨基酸降解
1、氨基的去除 三种方式
(1) 氧化脱氨基
催化氨基酸氧化脱氨的酶:


L-氨基酸氧化酶: D-氨基酸氧化酶: 专一性氨基酸氧化酶：

L-谷氨酸脱氢酶（L-glutamate dehydrogenase）
谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氨基反应
L-谷氨酸脱氢酶:
尿素循环
1. 氨甲酰磷酸的合成 2. 瓜氨酸的合成 3. 由瓜氨酸合成精氨基琥珀酸 4. 生成Arg 5. Arg的水解
尿素循环总结
总方程式
NH2 2NH3+CO2+3ATP+H2O C O +2ADP+AMP+4Pi NH2
尿素循环的调节

别构调节
N-乙酰谷氨酸对CPS-1的别构激活，控制了尿素产生的总速率 。
胞外蛋白质的降解
氨肽酶 （Phe.Tyr.Trp） （Arg.Lys）
羧肽酶 羧肽酶
（脂肪族）
胃蛋白酶
胰凝乳 蛋白酶
弹性蛋白酶
胰蛋白酶
消化道内几种蛋白酶的专一性

胞内蛋白质的降解
真核细胞中蛋白质的降解有两条途径： 1、溶酶体途径：无选择的降解蛋白质，不依赖ATP，主要是降解 外源蛋白质、膜蛋白和长寿命的细胞内蛋白质。 2、泛素途径：给选择降解的蛋白质标记，依赖ATP发生在蛋白酶