第30章-蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢
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是胃肠功能负担的特点 多肽在人体表现出载体作用 多肽可在人体起运输工具的作用 多肽被人体吸收后，可在人体中起信使作用
(二)细胞内蛋白质的降解
蛋白质的降解
每天都有一定量的细胞内蛋白被降解： —被异常修饰的非正常蛋白、突变蛋白 —需及时灭活的具调节活性的蛋白（如关键酶）
蛋白降解加速 —食物蛋白供应充足或过量 —饥饿或糖尿病时无法获得充足的糖做燃料
第氨30基章酸蛋的白分质解降代解谢和
(Protein degradation and amino acids catabolism)
一、蛋白质的降解
食Байду номын сангаас蛋白
氨的来源及 去路
组织蛋白[酶、 蛋白质、激素等]
氨基酸库
过剩的 氨基酸
转氨作用 脱氨作用
尿氨 基酸
氨 -酮酸 尿素
糖或酮体
TCA
合成新肽、 蛋白质等
糖或脂
ATP H2O + CO2
非蛋白质 含氮化合 物[嘌呤、 嘧啶、肌 酸、烟酰 胺、卟啉、 肾上腺素、 甲状腺素、 胆汁盐、 黑色素等。
(一)机体对食物中蛋白质 的需求、消化与吸收
回顾：蛋白质的生理功能
1. 组织细胞重要的组成成分，维持组织、细 胞的生长，更新和修补组织
2. 参与多种重要的生理活动(如酶、激素) 3. 氧化供能（17.9KJ/g 蛋白质） 4. 氨基酸为含氮化合物的合成提供氮源 5. 可转化为糖和脂肪等
泛素
泛素（ubiquitin）又名泛肽，它是一个由76个 氨基酸残基组成的小蛋白质。它通过C端Gly的羧基 与被降解的蛋白质的氨基共价结合（如结合在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， 形成多泛肽链，后面的每一个泛肽的C端羧基连接到 前一个泛肽的Lys48的ε氨基上。
几种常见的蛋白水解酶
酶
胰蛋白酶(Trypsin） 胰凝乳(糜)蛋白酶
(Chymotrypsin)
位点（或底物）
Lys, Arg的羧基端 Phe, Trp, Tyr 的羧基端
胃蛋白酶(Pepsin) 氨肽酶(aminopeptidase) 羧肽酶(carboxypeptidase) 二肽酶(dipeptidase) 弹性蛋白酶(elastase)
以酸性氨基酸为N末端的蛋白质的降解需要 tRNA参与，将Arg-tRNA的Arg转移到酸性蛋白质的 N末端，使之转变成碱性N末端，然后与泛肽连接。
Relationship between Protein Half-Life and Amino-Terminal
Phe, Trp ,Tyr的氨基端 肽的氨基端 肽的羧基端 二肽
各种脂肪族AA形成的肽
肠激酶(Enterokinase)对胰酶的激活
胰蛋白酶原(trypsinogen )
肠激酶 胰蛋白酶(trypsin)
糜
蛋 白
糜 蛋
羧肽酶原
酶
白 [A和B]
原
羧肽酶 [A和B]
白弹 酶性 原蛋
白弹 酶性
蛋
胰腺最初分泌出来的各种蛋白酶和肽酶均以无活性的酶原形式存 在，胰液中还存在胰蛋白酶抑制剂，能保护胰组织免受蛋白酶的 自身消化作用。
① 泛肽的活化
泛肽活化酶
泛肽C端的羧基与E1巯基以硫酯键相偶联
②泛肽的转移
泛肽载体蛋白
泛肽从E1转移到E2上
③泛肽与靶蛋白连接
泛肽-蛋白质连接酶
E3首先与靶蛋白结合形成复合物，然后催化泛素C 端Gly的羧基与靶蛋白上的一个Lys的ε-氨基形成一 个异肽键。
泛肽蛋白质连接酶
E3是一个蛋白质家族，根据它们识别靶蛋白质特 异性位点的不同，可将它们可分为3种识别类型：类 型Ⅰ识别N末端为碱性氨基酸的蛋白质，如Arg、Lys 或His；类型Ⅱ识别N末端为大疏水基团氨基酸的蛋白 质，如Phe、Tyr、Trp或Leu；类型Ⅲ识别肽链中间 的特异序列。
多肽的吸收机制
过去认为，蛋白质经消化道酶促水解 后，主要以氨基酸的形式吸收。近年的研 究结果表明，人体吸收蛋白质的主要形式 不是以氨基酸的形式吸收的，而是以多肽 的形式吸收的，这是人体吸收蛋白质机制 的重大突破。科学试验证明，多肽的吸收 机制具有十大特点：
多肽吸收机制的特点
不需消化，直接吸收 吸收快速 吸收时，多肽体不会被破坏 多肽具有100%被人体吸收的特点 多肽具有主动吸收的特点 多肽具有优先被人体吸收的特点 人体对多肽的吸收不需耗费能量和增加消化道，特别
催化泛肽与靶蛋白连接的酶
使泛肽与靶蛋白质连接涉及到3种酶
E1 ： 泛 肽 活 化 酶 （ ubiquitin-activating enzyme） E2：泛肽载体蛋白（ubiquitin-carrier protein） E3 ： 泛 肽 - 蛋 白 质 连 接 酶 （ ubiquitin-protein ligase）
蛋白质降解的反应机制
1、溶酶体（lysosome）
单层膜结构，含有约50种水 解酶，它与吞噬泡及细胞内 产生的一些自噬泡融合，然 后将摄取的各种蛋白质全部 降解，对被降解的蛋白质没 有选择性。
2、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，蛋白质降解就发生在这个腔中。真核细胞含 有两种蛋白酶体：20S和26S蛋白酶体。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。
26S蛋白酶体
• 泛素识别机制
过期蛋 白质
泛素
溶酶体
复合体
氨基酸
泛素
细胞如何选择降解“过期蛋白”，而 不影响细胞的正常功能？
泛肽依赖性蛋白降解途径
泛 肽 依 赖 性 蛋 白 降 解 途 径 (Ubiquitindependent 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。
蛋白质的需求
氮平衡
食物摄入氮-(尿氮+粪氮) 可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系
*总氮平衡：摄入氮 = 排出氮 即蛋白质分解与合成处于平衡，如成人
*正氮平衡：摄入氮 > 排出氮 即蛋白质合成量多于分解量，如儿童、孕妇
*负氮平衡：摄入氮 < 排出氮 即蛋白质分解量多于合成量，如饥饿、消耗性疾病
外源蛋白质的消化和吸收
(二)细胞内蛋白质的降解
蛋白质的降解
每天都有一定量的细胞内蛋白被降解： —被异常修饰的非正常蛋白、突变蛋白 —需及时灭活的具调节活性的蛋白（如关键酶）
蛋白降解加速 —食物蛋白供应充足或过量 —饥饿或糖尿病时无法获得充足的糖做燃料
第氨30基章酸蛋的白分质解降代解谢和
(Protein degradation and amino acids catabolism)
一、蛋白质的降解
食Байду номын сангаас蛋白
氨的来源及 去路
组织蛋白[酶、 蛋白质、激素等]
氨基酸库
过剩的 氨基酸
转氨作用 脱氨作用
尿氨 基酸
氨 -酮酸 尿素
糖或酮体
TCA
合成新肽、 蛋白质等
糖或脂
ATP H2O + CO2
非蛋白质 含氮化合 物[嘌呤、 嘧啶、肌 酸、烟酰 胺、卟啉、 肾上腺素、 甲状腺素、 胆汁盐、 黑色素等。
(一)机体对食物中蛋白质 的需求、消化与吸收
回顾：蛋白质的生理功能
1. 组织细胞重要的组成成分，维持组织、细 胞的生长，更新和修补组织
2. 参与多种重要的生理活动(如酶、激素) 3. 氧化供能（17.9KJ/g 蛋白质） 4. 氨基酸为含氮化合物的合成提供氮源 5. 可转化为糖和脂肪等
泛素
泛素（ubiquitin）又名泛肽，它是一个由76个 氨基酸残基组成的小蛋白质。它通过C端Gly的羧基 与被降解的蛋白质的氨基共价结合（如结合在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， 形成多泛肽链，后面的每一个泛肽的C端羧基连接到 前一个泛肽的Lys48的ε氨基上。
几种常见的蛋白水解酶
酶
胰蛋白酶(Trypsin） 胰凝乳(糜)蛋白酶
(Chymotrypsin)
位点（或底物）
Lys, Arg的羧基端 Phe, Trp, Tyr 的羧基端
胃蛋白酶(Pepsin) 氨肽酶(aminopeptidase) 羧肽酶(carboxypeptidase) 二肽酶(dipeptidase) 弹性蛋白酶(elastase)
以酸性氨基酸为N末端的蛋白质的降解需要 tRNA参与，将Arg-tRNA的Arg转移到酸性蛋白质的 N末端，使之转变成碱性N末端，然后与泛肽连接。
Relationship between Protein Half-Life and Amino-Terminal
Phe, Trp ,Tyr的氨基端 肽的氨基端 肽的羧基端 二肽
各种脂肪族AA形成的肽
肠激酶(Enterokinase)对胰酶的激活
胰蛋白酶原(trypsinogen )
肠激酶 胰蛋白酶(trypsin)
糜
蛋 白
糜 蛋
羧肽酶原
酶
白 [A和B]
原
羧肽酶 [A和B]
白弹 酶性 原蛋
白弹 酶性
蛋
胰腺最初分泌出来的各种蛋白酶和肽酶均以无活性的酶原形式存 在，胰液中还存在胰蛋白酶抑制剂，能保护胰组织免受蛋白酶的 自身消化作用。
① 泛肽的活化
泛肽活化酶
泛肽C端的羧基与E1巯基以硫酯键相偶联
②泛肽的转移
泛肽载体蛋白
泛肽从E1转移到E2上
③泛肽与靶蛋白连接
泛肽-蛋白质连接酶
E3首先与靶蛋白结合形成复合物，然后催化泛素C 端Gly的羧基与靶蛋白上的一个Lys的ε-氨基形成一 个异肽键。
泛肽蛋白质连接酶
E3是一个蛋白质家族，根据它们识别靶蛋白质特 异性位点的不同，可将它们可分为3种识别类型：类 型Ⅰ识别N末端为碱性氨基酸的蛋白质，如Arg、Lys 或His；类型Ⅱ识别N末端为大疏水基团氨基酸的蛋白 质，如Phe、Tyr、Trp或Leu；类型Ⅲ识别肽链中间 的特异序列。
多肽的吸收机制
过去认为，蛋白质经消化道酶促水解 后，主要以氨基酸的形式吸收。近年的研 究结果表明，人体吸收蛋白质的主要形式 不是以氨基酸的形式吸收的，而是以多肽 的形式吸收的，这是人体吸收蛋白质机制 的重大突破。科学试验证明，多肽的吸收 机制具有十大特点：
多肽吸收机制的特点
不需消化，直接吸收 吸收快速 吸收时，多肽体不会被破坏 多肽具有100%被人体吸收的特点 多肽具有主动吸收的特点 多肽具有优先被人体吸收的特点 人体对多肽的吸收不需耗费能量和增加消化道，特别
催化泛肽与靶蛋白连接的酶
使泛肽与靶蛋白质连接涉及到3种酶
E1 ： 泛 肽 活 化 酶 （ ubiquitin-activating enzyme） E2：泛肽载体蛋白（ubiquitin-carrier protein） E3 ： 泛 肽 - 蛋 白 质 连 接 酶 （ ubiquitin-protein ligase）
蛋白质降解的反应机制
1、溶酶体（lysosome）
单层膜结构，含有约50种水 解酶，它与吞噬泡及细胞内 产生的一些自噬泡融合，然 后将摄取的各种蛋白质全部 降解，对被降解的蛋白质没 有选择性。
2、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，蛋白质降解就发生在这个腔中。真核细胞含 有两种蛋白酶体：20S和26S蛋白酶体。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。
26S蛋白酶体
• 泛素识别机制
过期蛋 白质
泛素
溶酶体
复合体
氨基酸
泛素
细胞如何选择降解“过期蛋白”，而 不影响细胞的正常功能？
泛肽依赖性蛋白降解途径
泛 肽 依 赖 性 蛋 白 降 解 途 径 (Ubiquitindependent 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。
蛋白质的需求
氮平衡
食物摄入氮-(尿氮+粪氮) 可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系
*总氮平衡：摄入氮 = 排出氮 即蛋白质分解与合成处于平衡，如成人
*正氮平衡：摄入氮 > 排出氮 即蛋白质合成量多于分解量，如儿童、孕妇
*负氮平衡：摄入氮 < 排出氮 即蛋白质分解量多于合成量，如饥饿、消耗性疾病
外源蛋白质的消化和吸收