蛋白质的降解课件.ppt

1、第七章第七章 蛋白质的酶促蛋白质的酶促 降解与氨基酸代谢降解与氨基酸代谢第七章第七章 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解 与氨基酸代谢与氨基酸代谢n第一节 蛋白质的酶促降解n第二节 氨基酸的分解与转化n第三节 氨基酸的生物合成第一节第一节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解n一、蛋白水解酶一、蛋白水解酶 n二、细胞内蛋白质的水解二、细胞内蛋白质的水解n三、蛋白质降解的意义三、蛋白质降解的意义一、蛋白水解酶一、蛋白水解酶 n国际生化协会命名委员会将作用于蛋白质分子中肽键的酶归属于第三大类（水解酶类）第四亚类，该亚类又分二个亚亚类，即蛋白酶蛋白酶和和肽肽酶酶（按酶的作用特点分类）。（一）蛋白酶（肽链内

2、切酶）（一）蛋白酶（肽链内切酶）n水解肽链内部的肽键n胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶、弹性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶。（二）肽酶（肽链外切酶）（二）肽酶（肽链外切酶）n分别从多肽链游离的羧基端或游离的氨基端逐一地将肽链水解成氨基酸（羧肽酶或氨肽酶）n1、羧肽酶：又分为A、B两种：羧肽酶A：水解中性氨基酸为羧基末端构成的肽键。羧肽酶B：水解由赖氨酸、精氨酸等碱性氨基酸为羧基末端构成的肽键。n2、氨肽酶：水解氨基末端的肽键。n3、二肽酶：水解二肽氨基酸p胃蛋白酶：芳香族aaNH2形成的肽键。p胰蛋白酶：Lys或ArgCOOH形成的肽键（碱性，高度专一）；Pro抑制水解。p胰凝

3、乳蛋白酶：芳香族aaCOOH形成的肽键，Leu、Met、His水解速度次之。Pro抑制水解。p嗜盐菌蛋白酶：疏水性强的残基（Leu、Ile、Phe、Trp、Val、Tyr、Met）；Pro或Gly不水解。p溴化氰：Met（高度专一）H2N CH CO HN CH CO NH CH CO NH CH NH COR1R2CH2(CH2)3CH2NH CH CO NH CH COOHR3氨肽酶胃蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶Tyr或AyrNH或2羧肽酶二、细胞内蛋白质的水解二、细胞内蛋白质的水解n（一）、溶酶体系统 溶酶体的内环境为酸性（约pH5），含有50多种蛋白酶。溶酶体通过吞噬将蛋白质裹入，然后进

4、行水解。溶酶体对蛋白质的水解是非选择性的。n（二）、泛素途经 泛素系统可以选择性的水解蛋白质。该途径要求被降解的目标蛋白首先进行泛素化标记，然后降解。泛素是一类小分子单体蛋白，含有76个氨基酸残基，保守性很强，因广泛存在于真核细胞而得名。二、细胞内蛋白质的水解二、细胞内蛋白质的水解（二）、泛素途经过程 1、目标蛋白的泛素化标记 泛素对目标蛋白的靶向 标记由3个酶催化完成：泛肽活化酶（E1）泛素携带蛋白（E2）泛素-蛋白连接酶（E3）二、细胞内蛋白质的水解二、细胞内蛋白质的水解（二）、泛素途经 2、泛素化蛋白的降解 泛素化蛋白水解在26S蛋白酶体蛋白酶体中完成。蛋白酶体是一种存在于细胞质中的多亚

5、基蛋白，目标蛋白被水解产生约7-9个氨基酸残基的肽段，然后再被细胞质中的肽链外切酶水解为氨基酸。三、蛋白质降解的意义三、蛋白质降解的意义n1、形成新组织：用于新蛋白质的合成，进行新陈代谢（自我更新）。n2、参加其它代谢：进一步降解氧化或转化成他物质。第二节 氨基酸的分解与转化氨基酸在细胞内的代谢途径有多种：氨基酸在细胞内的代谢途径有多种：n1、经生物合成形成蛋白质。(作为蛋白质合成的原料)n2、进行分解代谢：因为氨基酸分子都有氨基和羧基，因此各种氨基酸都具有共同的代谢途径：a.脱氨基形成酮酸 ATPOHCO 22氧化糖和脂肪 b.脱羧基一级胺由于氨基酸侧链不同，每种氨基酸还有其特殊的代谢途径。

6、n一、脱氨基作用一、脱氨基作用n二、氨基酸分解产物的去向二、氨基酸分解产物的去向n三、脱羧基作用三、脱羧基作用第二节 氨基酸的分解与转化一、脱氨基作用一、脱氨基作用n1、氧化脱氨基作用、氧化脱氨基作用（普遍存在于动、植物）（普遍存在于动、植物）在有氧作用下，氨基酸进行氧化脱氨作用，在有氧作用下，氨基酸进行氧化脱氨作用，产物是产物是-酮酸和氨。酮酸和氨。（每消耗（每消耗1分子氧，产生分子氧，产生2分分子子-酮酸和酮酸和2分子氨）。分子氨）。COOHCHNH2R-2HCOOHC=NH2R+H2OCOOHC=OR+NH3+谷氨酸脱氢酶Glu3NH酮戊二酸H2O NAD NADH+H+n谷氨酸脱氢酶在

7、动、植物体内分布广泛，且活性及专一性很强，只对L-谷氨酸起催化作用。H2O NAD NADH+H+2、转氨、转氨基作用作用n-AA和-酮酸之间氨基的转移作用，是氨基酸脱去氨基的一种重要形式。n催化转氨基作用的酶叫转氨酶或氨基转移酶，种类繁多分布广泛。辅基均为磷酸吡哆醛辅基均为磷酸吡哆醛（B6的磷醛酯）转氨作用转氨作用 氨基酸酮酸酮酸转氨酶氨基酸谷氨酸L酮戊二酸草酰乙酸天冬氨酸谷氨酸L酮戊二酸丙酮酸丙氨酸谷草转氨酶谷丙转氨酶1122n转氨+氧化脱氨 n一般氨基酸不直接氧化脱氨，而是先与-酮戊二酸通过转氨形成相应的a-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再通过谷氨酸脱氢酶氧化脱氨。3、联合脱氨基作用、联合脱氨基作

8、用氨基酸酮酸酮戊二酸转氨酶谷氨酸L HHPNAPDNH3谷氨酸脱氢酶LNADPNAD4、非氧化脱氨、非氧化脱氨主要在微生物中进行。其方式有以下几种：n还原脱氨基还原脱氨基 n脱水脱氨基脱水脱氨基n裂解脱氨基裂解脱氨基R-CH-COOH R-CH2-COOH+NH3NH2NH2氢化酶脱水酶Ser Pyr+NH3H2O解氨酶Phe反肉桂酸Phe +NH3 CH2 CH COOH NH2CH=CH-COOH+NH35、脱酰胺基作用、脱酰胺基作用谷氨酰胺酶天冬酰胺酶谷氨酸天冬酰胺天冬氨酸H2ONH3谷氨酰胺酶H2O NH3二、氨基酸分解产物的去向二、氨基酸分解产物的去向（一）（一）NH3的去路的去路n

9、1、重新形成氨基酸、重新形成氨基酸 n2、形成酰胺（消除NH3毒害，贮存NH3）生成Gln和Asn，一方面是生物体贮藏和运输氨的主要形式，也是解除氨毒害的最主要途径。n3、生成铵盐，保持细胞pH n4、生成尿素n4、尿素循环 在哺乳动物体内，氨的主要去路是在肝脏中合成尿素并随尿排出体外。在部分植物体内尿素的形成既能解除氨毒，又是氨的一种贮存形式。NH3CO2ATPOrnArgCitASPPi氨甲酰磷酸尿素延胡索酸（二）（二）-酮酸的代谢去路酮酸的代谢去路（C架的去路）架的去路）n1、转化为丙酮酸n2、转化为草酰乙酸n3、转化为-酮戊二酸n4、转化为琥珀酰CoAn5、降解为乙酰CoA和乙酰乙酸n

10、6、降解为延胡索酸和乙酰乙酸n7、提供一碳单位n 一碳基团、生糖氨基酸、生酮氨基酸生糖氨基酸、生酮氨基酸 p269一碳基团一碳基团p267n在氨基酸代谢过程中，可以分解产生具有一个碳原子的基团，称为“一碳基团”或“一碳单位”。n 辅酶：FH4（四氢叶酸）一碳转移过程中起辅酶作用。生物学意义：生物学意义：n（1）一碳基团的转移与许多氨基酸代谢有直接关系。例Gly、Ser、Thr、His等都可作为一碳基团的供体。n（2）参与嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成n（3）参与生物体内许多活性物质的生物合成，n例：肌酸、卵磷脂、S-腺苷蛋（甲硫）氨酸（SAM）等的生物合成，都和一碳基团的转移有关。这些化合物中都含有

11、活性甲基。n 常见一碳基团：甲基-CH3 亚甲基-CH2-次甲基-CH=甲酰基 CHO 羟甲基 -CH2OH 亚氨甲基-CH=NH 三、脱羧基作用三、脱羧基作用1、直接脱羧基作用 n氨基酸在脱羧酶作用下，进行脱羧反应生成胺类化合物，脱羧酶辅酶为脱羧酶辅酶为磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛。n广泛存在于动、植、微生物中脱羧酶胺腐胺尸胺乙醇胺R CH COOH R CH2 NH2+CO2NH2Lys +CO2Arg +CO2Ser +CO22、羟化脱羧基作用 nTyr在Tyr酶催化下发生羟化作用羟化作用生成3，4二羟苯丙氨酸（多巴），后者进一步脱羧生成3，4二羟苯乙胺（多巴胺）。n多巴进一步氧化后形成聚合物黑

12、素。n马铃薯、苹果、梨、切开长时间暴露空气变黑，形成黑色素。n人体的表皮基底层及毛囊中有成黑素细胞，可将酪氨酸转变为黑素，使皮肤毛发呈黑色（可吸收紫外光）。白化病人：缺酪氨酸酶。第三节第三节 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成n一、氨的来源一、氨的来源n二、二、S的来源：硫酸的还原的来源：硫酸的还原 n三、三、C架的来源架的来源n四、氨的同化四、氨的同化n五、氨基酸的合成五、氨基酸的合成一、氨的来源一、氨的来源植物：生物固氮生物固氮、NO3-N还原、含还原、含N有机物有机物分解分解动物：主要来源是动物：主要来源是AA的脱氨基作用，此外嘌的脱氨基作用，此外嘌呤嘧啶的分解也生成氨呤嘧啶的分解也生成氨

13、。（一）、生物固氮（一）、生物固氮n1、固氮微生物把、固氮微生物把N2NH3的过程。的过程。固氮反应固氮酶：n铁蛋白：电子供体与钼铁蛋白之间的电子传递体。能提供高还原能力的电子 n 钼铁蛋白：利用铁蛋白传来的电子还原N2或其它底物形成NH3等还原物PiADPHNHHeATPN16210816242固氮酶固氮条件：n还原剂：铁氧还蛋白（Fd）、黄素氧还蛋白(Fld)、NADPH、Na2S2O4。n ATPn厌氧条件AH2 2H Fd HATPN2NH3铁蛋白钼铁蛋白2、固氮过程中的氢代谢、固氮过程中的氢代谢 n固氮生物种催化氢代谢的酶：固氮酶、可逆性氢酶和单向性氢酶（吸氢酶）n固氮酶：能催化还原

14、H+生成H2。（当有N2时，H+和N2的还原同时进行。所以H+是N2的竞争性抑制剂。）不受CO抑制，需ATP。n可逆性氢酶：催化可逆放氢反应 2H+2e-H2，一般生理条件下放H2，除去过剩还原力，保证细胞正常生理活动。不需ATP，受CO抑制。n单向性氢酶：催化 需ATP，KCN抑制。H2OOH2生物固氮的意义n意义：有益于生物固氮nH2氧化生成ATP，用于固氮。n吸氢酶催化的羟化反应消耗大量O2，从而保护固氮酶系统免受O2的破坏n吸氢酶防止H2的积累，避免H2对固氮酶的抑制H2的利用可间接产生还原力。（二）（二）NO3-N还原还原n植物体所需要的氮素营养除了生物固氮外，绝大部分来自土壤中的氮

15、素，主要是植物吸收土壤中的NO3-在硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的作用形成氨。2e-6e-NO3-NO2-NH4+硝酸还原酶 亚硝酸还原酶 1、硝酸还原酶、硝酸还原酶诱导酶，环境中须有诱导酶，环境中须有NO3-，需光照条件。，需光照条件。根据反应中电子供体不同又分为：根据反应中电子供体不同又分为：铁氧还蛋白铁氧还蛋白硝酸还原酶硝酸还原酶NAD(P)H硝酸还原酶硝酸还原酶OHFdNOHFdNO223222氧化态还原态 OHPNADNOHHPNADNO2232、亚硝酸还原酶、亚硝酸还原酶 正常情况下，正常情况下，NO2-在植物细胞内很少积累，很在植物细胞内很少积累，很快在亚硝酸还原酶催化下，进一步还原

16、成氨。快在亚硝酸还原酶催化下，进一步还原成氨。NO2-+7H+6e-NH3+2H2O 电子供体：电子供体：Fd（铁氧还蛋白）（铁氧还蛋白）NAD(P)H 二、二、S的来源：硫酸的还原的来源：硫酸的还原n细胞、藻类、高等植物能吸收SO42-在体内还原成H2S，用于含硫氨基酸的合成。动物中不存在。n（一）硫酸离子的活化：（一）硫酸离子的活化：活化分两步：PPiAPSATPSO24腺苷酰硫酸APSATP ADPPAPS磷酸腺苷酰硫酸 3酸根的活化态为硫PAPSAPSHO S O P OCH2OAPSOHO=P-OHOHPAPSOOOOHA（二）还原（二）还原nAPS或PAPS的还原可以有不同的途径，

17、在小球藻和高等植物内，APS将其磺酰基转移给一个含巯基的载体，再被铁氧还蛋白还原成载体-S-SH，即可用于合成半胱氨酸。载体 SH或 载体 SHSH然后还原载体载体PAPS还氧载体载体S SH 三、三、C架的来源架的来源n来源于糖酵解、三羧酸循环、PPP途径、光呼吸、乙醛酸循环等途径代谢中间产物。四、氨的同化四、氨的同化 在氮素循环中，生物固氮和硝酸盐还原形成了无机态氨，进一步氨便被同化转变成含氮有机化合物。生物体内有两种方式同化氨。p2701、谷氨酸合成途径、谷氨酸合成途径（1）谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化合成，现有试验证）谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶催化合成，现有试验证明，谷氨酸的合成，主

18、要通过这条双酶途径催化的。明，谷氨酸的合成，主要通过这条双酶途径催化的。（2）非主要途径）非主要途径3NH谷氨酸ATP ADP谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺酮戊二酸谷氨酰胺谷氨酸合酶NADPH+H+NADP+谷氨酸23NH 酮戊二酸谷氨酸脱氢酶OH2谷氨酸NADPH+H+NADP+2、氨甲酰磷酸的形成、氨甲酰磷酸的形成 有二种酶能催化有二种酶能催化 NH3、CO2、ATP共同合成氨共同合成氨甲酰磷酸甲酰磷酸n氨甲酰激酶氨甲酰激酶 n氨甲酰磷酸合成酶NH3+CO2+ATPH2N-C-PO3H2+2ADP+PiO2MgNH3+CO2+ATPH2N-C-PO3H2+ADPO2MgADPPi五、氨基酸的合成五

19、、氨基酸的合成（一）（一）氨基酸的合成与转氨基作用氨基酸的合成与转氨基作用n在转氨酶的作用下，谷氨酸的氨基转给其它-酮酸，形成相应的氨基酸。n转氨酶催化可逆反应，即在氨基酸分解代谢起作用，也在氨基酸合成代谢中起作用。氨基酸酮酸酮戊二酸转氨酶谷氨酸L谷氨酸L酮戊二酸丙酮酸丙氨酸谷丙转氨酶（二）个别氨基酸的合成（二）个别氨基酸的合成1、谷氨酸族（、谷氨酸族（Glu Gln Pro Arg）nc架：架：-戊酮二酸（戊酮二酸（TCA循环）循环）-戊酮二酸谷氨酸谷氨酰胺脯氨酸精氨酸nGluPro的过程如下 GluArg2、丝氨酸族（、丝氨酸族（Ser、Gly、Gys）nC架：架：3-磷酸磷酸 甘油酸甘油

20、酸 （EMP及光合碳循环）及光合碳循环）n乙醛酸（光呼吸乙醇途径）乙醛酸（光呼吸乙醇途径）3、天冬氨酸族（、天冬氨酸族（Asp Asn Lys Ile Thr Met）nC架：草酰乙酸（架：草酰乙酸（TCA循环）循环）4、丙氨酸族（、丙氨酸族（Ala Val Leu）nC架：丙酮酸（架：丙酮酸（EMP途径）途径）丙酮酸AlaValLeu5、His和芳香氨基酸族（和芳香氨基酸族（His Tyr Phe Trp）nHis C架架:R-5-P(PPP途径途径)R5P组氨酸5、His和芳香氨基酸族（和芳香氨基酸族（His Tyr Phe Trp）n芳香氨基酸芳香氨基酸 C架架PEP（EMP途径）途径）、E-4-P（PPP途径）途径）E4P苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸PEP+酪氨酸酪氨酸莽草酸分枝酸预苯酸PEPE-4-PTyrPheTrpHOOCOHOHOHn莽草酸途径是合成芳香组氨基酸的唯一途径。莽草酸途径是合成芳香组氨基酸的唯一途径。p274