第十二章 蛋白质的降解和氨基酸代谢

2)小肠消化: )小肠消化:
肽链内切酶:水解pro内部肽键 a. 肽链内切酶:水解 内部肽键 胰蛋白酶: 羧基端肽键(碱性 胰蛋白酶:Lys,Arg羧基端肽键 碱性) ; , 羧基端肽键 碱性) 胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶):Phe,Tyr,Trp肽 胰凝乳蛋白酶(糜蛋白酶): ): , , 肽 芳香族) 键; (芳香族) 芳香族 b.肽链外切酶: b.肽链外切酶: 肽链外切酶 端水解; 羧肽酶: 羧肽酶:从C端水解; 端水解 氨肽酶: 氨肽酶:从N端水解 端水解 二肽酶: c. 二肽酶:水解一切二肽
组织蛋白质降解途径 组织蛋白质降解途径
有很多种,真核细胞了解较清楚的主要有两类: 有很多种,真核细胞了解较清楚的主要有两类: 1,溶酶体的蛋白质降解途径(半衰期长的蛋白质) ,溶酶体的蛋白质降解途径(半衰期长的蛋白质) 的蛋白质降解途径 具有单层膜被的细胞器,约有50种水解酶 酸性水解酶 具有单层膜被的细胞器,约有 种水解酶 种水解酶→酸性水解酶 最适pH 5) (最适 ) 少量泄漏到胞质中不会引起细胞损伤(胞质中pH为7.0) 少量泄漏到胞质中不会引起细胞损伤(胞质中 为 ) 到胞质中不会引起细胞损伤 营养充足时,无选择地降解通过胞吞作用摄取的蛋白质 营养充足时,无选择地降解通过胞吞作用摄取的蛋白质 蛋白质大分子变为溶酶体的内容物→降解 降解) (蛋白质大分子变为溶酶体的内容物 降解) 饥饿状态细胞中(长期进食后活化)选择性途径:在某些 饥饿状态细胞中(长期进食后活化)选择性途径: 细胞中 组织中会引入和降解含有Lys-Phe-Glu-Arg-Gln五肽或密 组织中会引入和降解含有 五肽或密 切相关序列的胞内蛋白质
12.3.2 氨基酸的共同分解反应
1,脱氨基作用: ,脱氨基作用: 氧化性脱氨 脱酰胺基作用 转氨基脱氨 联合脱氨
1)氧化脱氨 )
α-氨基酸 + NADP+ ( NAD+或FAD)+H2O → ) α-酮酸+ NADPH(NADH或FADH2)+NH3 + H+ 酮酸 ( 或 氨基酸氧化酶(或脱氢酶)其中活性最强的为谷氨酸脱氢酶 氨基酸氧化酶(或脱氢酶)其中活性最强的为谷氨酸脱氢酶
12.3 氨基酸的分解代谢
主代谢路径:脱氨,产生酮酸和氨 主代谢路径:脱氨,产生酮酸和 酮酸 12.3.1 氨基酸在分解代谢上的分类
酮酸能够在体内转变成糖的氨基酸为生糖氨基酸(多数) 酮酸能够在体内转变成糖的氨基酸为生糖氨基酸(多数) 生糖氨基酸 转变为酮体的氨基酸称生酮氨基酸 转变为酮体的氨基酸称生酮氨基酸 既能转变为糖又能转变为酮体的氨基酸称生糖兼生酮氨基酸 既能转变为糖又能转变为酮体的氨基酸称生糖兼生酮氨基酸 生糖兼生酮
生
物
化
学
第十二章 蛋白质的降解和氨基酸代谢
12.1 蛋白质的降解
1,外源蛋白质的酶水解(消化) 外源蛋白质的酶水解(消化) 由大分子转变为小分子,便于吸收 由大分子转变为小分子, 主要在胃,小肠进行. 主要在胃,小肠进行. 1)胃内消化:胃蛋白酶(pepsin)作用 )胃内消化:胃蛋白酶( 作用: 作用 胃蛋白酶原→胃酸 胃蛋白酶原 胃酸( H+) → 胃蛋白酶 胃酸 低pH自身激活作用 自身激活作用 小分子肽→肠道 蛋白质 小分子肽 肠道 胃蛋白酶作用于:最适pH2,断裂点两侧均为疏水性 胃蛋白酶作用于:最适 ,断裂点两侧均为疏水性aa 胃蛋白酶
此种方式在机体中广泛存在,是氨基酸脱氨基的主要方式 此种方式在机体中广泛存在, 机体中广泛存在
②转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环
呤
α-酮戊二酸 酮戊二酸
酸
酸 酸 腺苷酸代琥珀酸
酸
氨
转 氨
α-氨基酸 氨基酸
谷 草 转 氨 酶
天冬氨酸
酶
裂 合 酶
α-酮酸 酮酸
酸AMP 酸
酸 氨酸
酸
酸
②转氨基作用偶联嘌呤核苷酸循环
个别氨基酸脱羧形成胺——生理活性物质 个别氨基酸脱羧形成胺——生理活性物质 ——
脱羧形成的胺有许多重要生理作用: 脱羧形成的胺有许多重要生理作用: Glu—γ-氨基丁酸:重要的神经介质,抑制神经中枢; 氨基丁酸:重要的神经介质,抑制神经中枢; 氨基丁酸 His —组胺:有降压,刺激胃液分泌的作用 组胺: 组胺 有降压, Tyr —酪胺:有升压作用 酪胺: 酪胺 Trp—5-羟色胺:升高血压 羟色胺: 羟色胺
H2N
?
(一)氨的转运
氨对机体有毒 在血液中的运输形式:谷氨酰胺和丙氨酸 氨对机体有毒→在血液中的运输形式: 在血液中的运输形式 1,谷氨酰胺运输 ,
NH3
谷氨酰胺:氨的解毒 谷氨酰胺:氨的解毒 产物,贮存形式和 形式和主 产物,贮存形式和主 要运输形式 要运输形式 中性无毒,易透过细 中性无毒, 胞膜,由血液运到肝 胞膜,由血液运到肝 分解或 或肾→分解或以铵盐 分解 形式排出
几种蛋白酶原的激活
肠粘膜细胞 胆汁酸 肠激酶 胰蛋白酶原
肽
胰蛋白酶,糜蛋白酶, 胰蛋白酶,糜蛋白酶,弹性蛋白酶 羧肽酶, 羧肽酶,氨肽酶 二肽酶
小肽
自我催化 胰蛋白酶
小肽
氨基酸 氨基酸
二肽
糜蛋白酶原 弹性蛋白酶原 羧肽酶原
糜蛋白酶 弹性蛋白酶 羧肽酶
至此:球蛋白几乎完全分解;纤维蛋白, 至此:球蛋白几乎完全分解;纤维蛋白,角蛋白部分水解
鸟类及爬行动物将氨转变为尿酸排出 鸟类及爬行动物将氨转变为尿酸排出 尿酸
体内含水少, 体内含水少,形成固体 尿酸的悬浮液排出体外
哺乳等陆栖高等动物肝脏合成尿素排出 哺乳等陆栖高等动物肝脏合成尿素排出 肝脏合成尿素 体内水循环较慢, 体内水循环较慢,NH3浓度较 H 2N 转运到 需消耗能量使其转运 高,需消耗能量使其转运到肝 C O 脏后转化为低毒的尿素形式 后转化为低毒的尿素 低毒的尿素形式
12.3.3 氨的代谢去路
氨对生物机体是有毒物质(血液中1%氨可引起中枢神经 氨对生物机体是有毒物质(血液中 氨可引起中枢神经 系统中毒) 氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需 系统中毒)→氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需 水生生物直接扩散脱氨( 水生生物直接扩散脱氨(NH3)
?
体内水循环迅速, 浓度低, 体内水循环迅速,NH3浓度低, 扩散流失快, 扩散流失快,毒性小
谷氨酰胺酶
CH2 CH2
+
NH3
CH NH2 COOH
COOH
谷氨酰胺 Asn + H2O → Asp + NH3
谷氨酸
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3) 转氨基脱氨 )
定义:在转氨酶(transaminase)的作用下,某一氨基酸的 定义: 转氨酶( )的作用下,某一氨基酸的 α-氨基转移至 酮酸(主要是α-酮戊二酸,草酰乙酸)形成 酮 氨基转移至α-酮酸 主要是α 酮戊二酸,草酰乙酸)形成α-酮 氨基转移至 主要是Glu Asp),本身成为相应的 Glu或 相应的α-酮酸 酸对应的氨基酸(主要是Glu或Asp),本身成为相应的 酮酸
2,泛素介导的蛋白质降解途径 ,
泛素:76个aa残基组成的小分子碱性蛋白质,又称泛肽 泛素: 个 残基组成的小分子碱性蛋白质 残基组成的小分子碱性蛋白质, 该途径依赖ATP,需要泛素(多为半衰期短的蛋白质) 该途径依赖 依赖 ,需要泛素(多为半衰期短的蛋白质) 通过泛肽以共价键相联而给被选定降解的蛋白质加以标记 通过泛肽以共价键相联而给被选定降解的蛋白质加以标记 泛肽 而给被选定降解的 泛素化的蛋白质由蛋白酶体(很大的多蛋白质复合物,含 泛素化的蛋白质由蛋白酶体(很大的多蛋白质复合物, 有多种酶,能识别泛素, 有多种酶,能识别泛素,将被选定的蛋白质降解为多个小 泛素释放重复参加反应) 肽,泛素释放重复参加反应)降解
4)联合脱氨基作用 )
概念:转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作 概念: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 必要性:机体借助联合脱氨基作用即可迅速地使各种不同 必要性: 的氨基酸脱掉氨基 谷氨酸脱氢酶作用相偶联 ①转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联 转氨酶与 谷氨酸脱氢酶
转氨基与氧化脱氨基讨论
转氨基 转氨基——转氨酶 转氨酶 种类多,分布广,活性高 种类多,分布广, 但氨基酸并未真正脱掉氨基→不是体内主要的脱氨基方式 但氨基酸并未真正脱掉氨基 不是体内主要的脱氨基方式 氧化脱氨基 氧化脱氨基——氨基酸脱氢酶 氧化酶 氨基酸脱氢酶\氧化酶 氨基酸脱氢酶 只有谷氨酸脱氢酶分布广,活性高 只有谷氨酸脱氢酶分布广, 谷氨酸脱氢酶分布广 其它氨基酸氧化酶:种类不多,分布不广,活性不高 其它氨基酸氧化酶:种类不多,分布不广, →也不是体内主要的脱氨基方式 也不是体内主要的脱氨基方式 什麽是最佳的脱氨基方式?联合脱氨基 = 转氨基 + 氧化脱氨基 什麽是最佳的脱氨基方式? 转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨 转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨
谷氨酸脱氢酶广泛分布在肝细胞(或肾,脑)中,以 谷氨酸脱氢酶广泛分布在肝细胞(或肾, 广泛分布在肝细胞 NAD+或NADP+为辅酶,可直接脱氨 为辅酶,
2)脱酰氨基作用 )
Asn和Gln的脱酰胺基 Asn和Gln的脱酰胺基 酰胺酶催化的水解脱酰胺作用 酰胺酶催化的水解脱酰胺作用
CONH2 CH2 CH2 CH NH2 + H2O COOH
(二)氨的排泄 尿素的生物合成
合成部位:肝脏 合成部位: 合成机理:鸟氨酸循环 合成机理: 尿素生成的过程称为鸟氨酸循环,又称尿素循环(urea 尿素生成的过程称为鸟氨酸循环,又称尿素循环( 鸟氨酸循环 尿素循环 cycle) cycle)
1,氨甲酰磷酸的合成 ,
由氨甲酰磷酸合成酶催化,反应消耗 分子 氨甲酰磷酸合成酶催化,反应消耗2分子 催化 消耗 分子ATP
主要发生在肌肉, 主要发生在肌肉,肝,脑等组织. 肌肉 等组织.
2,氨基酸的脱羧基作用 ,
1)概念:aa在氨基酸脱羧酶作用下生成 2和一个相应一级 )概念: 在氨基酸脱羧酶作用下生成 作用下生成CO 胺类化合物的作用. 生物体中广泛存在, 胺类化合物的作用. 生物体中广泛存在,但不是氨基酸代 谢主要方式 2)酶:专一性强, ) 专一性强, 且只对L-氨基酸 氨基酸起 且只对 氨基酸起 作用. 作用. 除His脱羧酶不需辅 脱羧酶不需辅 酶外,余均以吡哆 酶外,余均以吡哆 醛磷酸为辅酶. 醛磷酸为辅酶. 为辅酶
2,内源(细胞内)蛋白质的降解 ,内源(细胞内)
内源蛋白质降解的必要性: 内源蛋白质降解的必要性: 排除不正常的蛋白质(防止其累积对于细胞的毒害); 排除不正常的蛋白质(防止其累积对于细胞的毒害); 排除累积过多的酶和调节蛋白(调节细胞内代谢); 排除累积过多的酶和调节蛋白(调节细胞内代谢); 以蛋白质的形式贮存养分,需要时将其降解. 以蛋白质的形式贮存养分,需要时将其降解. 半衰期:蛋白质降解至浓度一半所需的时间 半衰期: 特定组织中不同酶 蛋白质的半衰期变化相当大(如降解 特定组织中不同酶/蛋白质的半衰期变化相当大( 蛋白质的半衰期变化相当大 最迅速的酶都位于重要的代谢调控位点p421) 最迅速的酶都位于重要的代谢调控位点 ) 细胞中蛋白质降解的速率还同其营养状况和激素水平有关 细胞中蛋白质降解的速率还同其营养状况和激素水平有关
肌肉在紧张活动中既产生大量的氨,又产生大量的丙酮酸 肌肉在紧张活动中既产生大量的氨,又产生大量的丙酮酸 大量的氨 →两者均须运送到肝脏进一步转化 两者均须运送到肝脏进一步转化
(一)氨的转运 2,葡萄糖 丙氨酸循环 ,葡萄糖-丙氨酸循环
意义:使肌肉的氨以无毒丙氨酸形式( 意义:使肌肉的氨以无毒丙氨酸形式(体液 条件下中性不带电荷,通过血液) 条件下中性不带电荷,通过血液)运输到肝
大多数氨基酸可参与转氨基作用
转氨基制Glu,Asp , 转氨基制
转氨酶
以谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶 分布最广, 谷丙转氨酶 和谷草转氨酶(GOT)分布最广,活性 分布最广 最大.临床以此判断肝功能是否正常. 判断肝功能是否正常 最大.临床以此判断肝功能是否正常.
转氨酶辅酶
所有转氨酶辅酶 所有转氨酶辅酶 为磷酸吡哆醛 并作为脱羧作用, 并作为脱羧作用, 脱羧作用 脱氨作用, 脱氨作用,消旋 作用及醇醛裂解 作用及醇醛裂解 反应的辅酶 的辅酶. 反应的辅酶.