第7章蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢.ppt

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1、第第1 1节节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解水解胞外酶胞外酶氨基酸氨基酸 吸收入作为作为氮氮源和能源进行代谢源和能源进行代谢。蛋白质不能储备。蛋白质不能储备。一、必需氨基酸一、必需氨基酸体内不能自行合成，必须从食物中获取的体内不能自行合成，必须从食物中获取的AA必需氨基酸必需氨基酸。人人Lys、Trp、Val、Leu、Ile、Thr、Phe、Met（Arg 和和His 半必需氨基酸）半必需氨基酸）赖色缬亮异亮苏，苯丙蛋赖色缬亮异亮苏，苯丙蛋（记忆方法记忆方法）“一两色素本来淡些一两色素本来淡些”动物动物10种必需氨基酸种必需氨基酸提问提问：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？：不同蛋白酶之

2、间功能上区别可能有什么？NH3+NH3+COO-COO-外切外切酶酶氨肽酶氨肽酶随机内切内切酶酶特定氨基酸间限制性内切限制性内切酶酶外切外切酶酶羧肽酶羧肽酶最终产物最终产物氨基酸氨基酸二、蛋白水解酶二、蛋白水解酶胰蛋白酶、凝血酶：胰蛋白酶、凝血酶：作用于作用于精氨酸精氨酸或或赖氨酸赖氨酸的的羧基羧基形成的肽键形成的肽键。胰凝乳蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶：水解胰凝乳蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶：水解芳香芳香族氨基酸羧基族氨基酸羧基形成的形成的的肽键的肽键。胃蛋白酶：胃蛋白酶：水解水解芳香族氨基酸氨基芳香族氨基酸氨基形成的形成的的的肽键肽键。脯氨酰蛋白酶：水解脯氨酰蛋白酶：水解脯氨酸脯氨酸的的羧基羧基形成的

3、肽形成的肽键键。食食物物中中蛋蛋白白质质的的消消化化吸吸收收三、蛋白质降解的反应机制三、蛋白质降解的反应机制蛋白质蛋白质50500nm50种种水解水解酶酶单层膜单层膜游离于细胞质中，过于微小难以观察游离于细胞质中，过于微小难以观察小分子单元小分子单元白细胞杀菌、细胞自白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关溶也与之有关 细胞如何有选择地降解细胞如何有选择地降解“过期蛋白过期蛋白”，而，而不影响细胞的正常功能？不影响细胞的正常功能？水解氨基酸氨基酸泛肽泛肽识别识别并在并在溶酶体溶酶体中水解中水解泛肽作用机制泛肽作用机制UCDEN氨基酸氨基酸UCDEN：Ubiquitin-conjugating enzym

4、e，泛肽，泛肽-连接的降解酶连接的降解酶 泛肽的泛肽的C末端羧基与蛋白质末端羧基与蛋白质的赖氨酸的的赖氨酸的氨基连接氨基连接 第节第节 氨基酸的分解与转化氨基酸的分解与转化General Metabolism of Amino Acid氨基酸代谢库氨基酸代谢库(metabolic pool)食物蛋白质食物蛋白质消化吸收消化吸收组织蛋白质组织蛋白质合成合成分解分解合成合成脱氨基作用脱氨基作用NH3-酮酸酮酸尿素尿素糖糖氧化供能氧化供能酮体酮体脱羧基作用脱羧基作用CO2胺类胺类其他含氮化合物其他含氮化合物(purine,pyrimide)转变转变一、脱氨基作用一、脱氨基作用RCHNH2COOH脱氨

5、酶脱氨酶NH3？RCHNH2COOHOO 氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用转氨基作用转氨基作用联合脱氨基作用联合脱氨基作用非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用脱酰胺基作用脱酰胺基作用L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶1.1.氧化脱氨氧化脱氨脱氢氧化酶脱氢氧化酶酶酶L-氨基酸氧化酶（氨基酸氧化酶（FAD.FMN）、）、D-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶CHRNH3COO+-CNHRCOO酶酶2H+H+亚氨基酸亚氨基酸不稳定不稳定H2O+H+水解加氧水解加氧脱氢脱氢NH4+-CORCOO-酮酮酸酸本应是本应是L-aaL-aa氧化酶（大多数氨基酸都是氧化酶（大多数氨基酸都是L L型），但该酶分布不普遍，型），但该酶分布

6、不普遍，活力低（活力低（pH=10)pH=10)，作用小。，作用小。！？提问：提问：哪哪种酶作用最重要？种酶作用最重要？2L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶辅助因子：辅助因子：NADNAD+或或NADPNADP+催化催化L-GluL-Glu氧化脱氨生成氧化脱氨生成-酮戊二酸酮戊二酸真核细胞中主要分布在真核细胞中主要分布在线粒体基质线粒体基质有毒！有毒！L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NAD+H2OCOO(CH2)2OCCOONADH+H+NH4+-谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸COO(CH2)2CHNH3COO+谷氨酸谷氨酸氧化脱氨氧化脱氨若外环境若外环境NHNH3 3大量进入细胞，或细胞内大量

7、进入细胞，或细胞内NHNH3 3大量积累大量积累酮戊二酸大量转化酮戊二酸大量转化NADPH大量消耗大量消耗三羧酸循环中断，能量供应受三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官（如神经、阻，某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。大脑）功能障碍。表现：表现：语言障碍、视力模糊、语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。昏迷、死亡。三羧酸三羧酸循环循环丙酮酸丙酮酸酮戊二酸氨中毒原理氨中毒原理L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NAD+H2OCOO(CH2)2OCCOONADH+H+NH4+-谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸COO(CH2)2CHNH3COO+2.2.转氨基作用转氨基作用特点特点：a.可逆，受平衡影响

8、可逆，受平衡影响 b.氨基大多转给了氨基大多转给了-酮戊二酸酮戊二酸（产物（产物谷氨酸谷氨酸）转氨酶转氨酶CHR1NH3COO+-氨基酸氨基酸CHR2OCOO-酮酸酮酸CHR2NH3COO+-CHR1OCOO-氨基酸氨基酸-酮酸酮酸逆过程逆过程交换交换三羧酸三羧酸循环循环丙酮酸丙酮酸酮戊二酸提问：提问：为什么多转给为什么多转给-酮戊二酸酮戊二酸？答案：答案：来源有保证，来源有保证，谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生-酮戊二酸酮戊二酸。提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的血液的100倍倍抽血化验若转氨酶比正常

9、水平偏高则有可能抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝组织受肝组织受损破裂损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液肝细胞的转氨酶进入血液。（结合乙肝抗原等指。（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）标进一步确定是什么原因引起的）查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？转氨基转氨基本质上本质上没有真正脱氨。没有真正脱氨。产物反应物3.3.联合脱氨联合脱氨谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶-酮戊二酸酮戊二酸转氨酶转氨酶NH4+-氨基酸氨基酸NAD+H2O-酮酸酮酸NH32H、转氨酶转氨酶 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶联合脱氨作用联合脱氨作用这两种酶活性强，分布

10、广，动物体内大部分通过此这两种酶活性强，分布广，动物体内大部分通过此途径。途径。骨骼肌、心肌和脑组织主要以此途径为主。骨骼肌、心肌和脑组织主要以此途径为主。NADH+H+产物-NNNNRNHCHCH2COOCOO5P-腺苷酸琥珀酸腺苷酸琥珀酸COOCOCH2COO-草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸转氨酶转氨酶-氨基氨基酸酸-酮酮酸酸NH3NH3COCOOHCHNH3CH2COO-+天冬氨酸天冬氨酸NNNNROH5P次黄苷酸次黄苷酸NAD+NADH+H+NNNNRNH25P腺苷酸腺苷酸COOCHCHCOO延胡索酸延胡索酸COOCHOHCOOCH2苹果酸苹果酸HH谷谷-草草转转氨酶氨

11、酶反应物4.4.非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用1、还原脱氨基作用、还原脱氨基作用2、脱水脱氨基作用、脱水脱氨基作用3、由解氨酶催化的脱氨基作用、由解氨酶催化的脱氨基作用5.5.脱酰胺基作用脱酰胺基作用？脱氨脱氨H2OCOO(CH2)2CHNH3COO+(CH2)2CHNH3COOCONH2+谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸水解酶水解酶二、氨基酸的脱羧基作用二、氨基酸的脱羧基作用（一）直接脱羧基作用（一）直接脱羧基作用 脱羧酶脱羧酶 氨基酸氨基酸 胺胺+二氧化碳。二氧化碳。脱羧酶：脱羧酶：只作用于只作用于L-AA，除，除His脱羧酶不需辅酶，脱羧酶不需辅酶，其他脱羧酶都以其他脱羧酶都以磷酸吡哆醛磷

12、酸吡哆醛为辅酶。为辅酶。（二）羟化脱羧基作用（二）羟化脱羧基作用 O -CO2Tyr 多巴多巴 多巴胺多巴胺 生物碱生物碱1 1、氨的代谢转变、氨的代谢转变（1）、重新合成氨基酸）、重新合成氨基酸（2）、生成谷氨酰胺和天冬酰胺）、生成谷氨酰胺和天冬酰胺（3）、生成胺盐）、生成胺盐三、氨基酸降解产物的去向三、氨基酸降解产物的去向正常人血浆中的氨浓度一般不超过正常人血浆中的氨浓度一般不超过0.1mg/100mL0.1mg/100mL主要通过主要通过丙氨酸丙氨酸和和谷氨酰胺谷氨酰胺2 2、NHNH3 3的转运的转运(主要是肌肉)各组织各组织细胞细胞脱氨脱氨谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸谷谷氨氨酸酸肝

13、脏肝脏提问：提问：为什么以为什么以谷氨酰胺、丙氨酸转运氨呢？转运氨呢？答案：答案：经济性高效（一举两得）经济性高效（一举两得）。肌肉剧烈运动肌肉剧烈运动丙酮酸丙酮酸NH3糖异生糖异生脱氨脱氨酵解酵解蛋白质分蛋白质分解产能解产能水生生物直接扩散脱氨水生生物直接扩散脱氨（NH3）陆生脊椎动物排尿素陆生脊椎动物排尿素各种生物根据安全、价廉的原则排氨。各种生物根据安全、价廉的原则排氨。直接排氨，毒性大，不消耗能量。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。转化为排氨形式越复杂，越安全，但越耗能。？体内水循环迅速，体内水循环迅速，NHNH3 3浓度低，扩散流失快，浓度低，扩散

14、流失快，毒性小。毒性小。CONH2NH2？体内水循环较慢，体内水循环较慢，NHNH3 3浓浓度较高，需要消耗能量度较高，需要消耗能量使其转化为较简单，低使其转化为较简单，低毒的尿素形式。毒的尿素形式。3 3、氨的排泄、氨的排泄NNNNOOO-鸟类、陆生爬虫排尿酸鸟类、陆生爬虫排尿酸均来自转均来自转氨氨不溶于水，不溶于水，毒性很小，毒性很小，合成需要合成需要更多的能更多的能量。量。提问提问：为什么这类生物如此排氨？：为什么这类生物如此排氨？水循环太慢，水循环太慢，保留水分同时不中毒保留水分同时不中毒得付出高能量代价得付出高能量代价。在哺乳动物中，有毒的氨在在哺乳动物中，有毒的氨在肝脏肝脏中转变为

15、无毒的中转变为无毒的尿素后，经血液运送至肾，随尿排出体外。尿素后，经血液运送至肾，随尿排出体外。Krebs和他的学生和他的学生Kurt Henseleit共同提出尿素共同提出尿素的的鸟氨酸循环鸟氨酸循环的环式代谢途径：的环式代谢途径：4 4、鸟氨酸循环、鸟氨酸循环 Hans Krebs 1900-1981 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953尿素的形成尿素的形成尿素循环尿素循环部位肝脏细胞氨基酸氨基酸（外来的或自身的）（外来的或自身的）-酮戊二酸酮戊二酸（转氨作用）（转氨作用）谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸酮戊二酸酮戊二酸NH4+CO22ADP

16、+Pi+H+2ATPPi鸟氨酸鸟氨酸瓜瓜氨氨酸酸氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸氨氨精氨琥珀酸精氨琥珀酸ATPAMP+PPi延延胡胡索索酸酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸H2OCONH2NH2 记忆方法记忆方法l2个部位个部位 肝脏线粒体肝脏线粒体;胞液胞液l2个关键酶个关键酶 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶、精氨酸代、精氨酸代琥珀酸合成酶琥珀酸合成酶l2个个N 尿素分子中尿素分子中2个个N1个来自个来自NH3、1个来自天冬氨酸个来自天冬氨酸l3个重要产物个重要产物 鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸l4个个ATP 尿素合成是个耗能过程，每合成尿素合成是个耗能过程，每合成1分分子尿素消耗子尿素消耗4分子分子ATP5.-5.-酮酸的代谢转变酮酸的代谢转变(1)合成氨基酸合成氨基酸(2)进入进入TCA彻底氧化分解彻底氧化分解!(3)转化为糖及脂肪转化为糖及脂肪降解为乙酰降解为乙酰CoA或乙酰乙酰或乙酰乙酰CoA生酮氨基酸生酮氨基酸降解为丙酮酸、降解为丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酰酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰、延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸乙酸的氨基酸生糖氨基酸生