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1、第九章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢第一节 蛋白质的酶促降解第二节 氨基酸的分解与转化第三节 氮素循环 第四节 生物固氮的生物化学第五节 硝酸还原作用第六节 氨的同化第七节 氨基酸的生物合成第一节 蛋白质的酶促降解 蛋白质的降解是指蛋白质在酶的作用下使肽键发生水解生成氨基酸的过程。一、蛋白水解酶1.肽链内切酶和外切酶（作用特点）肽链内切酶又称蛋白酶，水解肽链内部的肽键，对参与形成肽键的氨基酸残基有一定的专一性。肽链外切酶包括氨肽酶和羧肽酶，分别从氨基端和羧基端逐一地将肽链水解成氨基酸。2.2.蛋白酶的种类和专一性（蛋白酶的种类和专一性（结构特征结构特征）编号编号 名名 称称 作用特征作用特征
2、实例实例3 3、4 4、2 2、1 13 3、4 4、2 2、2 2丝氨酸蛋白酶类丝氨酸蛋白酶类(serine pritelnase)(serine pritelnase)活性中心含活性中心含SerSer3 3、4 4、2 2、3 33 3、4 4、2 2、4 4半胱氨酸蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶类(Thiol pritelnase)(Thiol pritelnase)活性中心含活性中心含CysCys天冬氨酸蛋白酶类天冬氨酸蛋白酶类carboxyl(asid) carboxyl(asid) pritelnasepritelnase活性中心含活性中心含AspAsp, ,最适最适pHpH在在5 5以下
3、以下金属蛋白酶类金属蛋白酶类(metallopritelnase)(metallopritelnase)活性中心含有活性中心含有ZnZn2+2+ 、 MgMg2+2+等等金属金属胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶凝血酶凝血酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶无花果蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶菠萝酶胃蛋白酶胃蛋白酶凝乳酶凝乳酶枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶3.消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe. Trp）二、细胞内蛋白质降解1.细胞内蛋白质降解的意义基因突变、生物合成误差、自发
4、变性、自由基破坏以及环境胁迫和疾病均可导致反常蛋白的产生，其中有些可以重新恢复成正常蛋白。短寿命蛋白虽然不到总蛋白的10，但却包括许多代谢途径的限速酶，控制细胞周期和细胞分化、细胞增殖的蛋白质，调节基因表达的转录因子等，具有十分重要的生理功能。由于它们的半寿期很短，便于通过基因表达和降解对其含量进行精确、快速的调控。另外，生长发育及细胞分化过程中代谢途径的改变，也涉及到酶蛋白的降解。维持体内氨基酸代谢库。防御机制组成部分。蛋白质前体的裂解加工。另外，为了有效地利用转基因技术生产有价值的蛋白质，也需要了解细胞内蛋白质降解机制，以免这些外来蛋白被转基因生物破坏。2.胞内蛋白质降解系统参与细胞内蛋白
5、质降解的蛋白酶大致可分为两类：一类是相对分子质量较小、专一性较低、催化过程不需要ATP的蛋白酶和肽酶；另一类是高分子量的多酶复合物，对底物蛋白有高度选择性，催化蛋白质水解不仅需消耗ATP而且受到严密的调控。细胞质内有两个最重要的蛋白质降解系统：溶酶体系统包括多种在酸性pH下活化的小分子量蛋白酶，因此又称为酸性系统，主要水解长寿命蛋白质和外来蛋白；泛肽系统则在pH7.2的胞液中起作用，因此又称为碱性系统，主要水解短寿命蛋白和反常蛋白。3.蛋白质降解的泛肽途径E1-S-E1-S-E1-SHE1-SHE2-S-E2-S-E1-SHE1-SHE2-SHE2-SHE2-SHE2-SHATP AMP+PP
6、iATP AMP+PPiE3E3多泛肽化蛋白多泛肽化蛋白ATPATP26S26S蛋白酶体蛋白酶体20S20S蛋白酶体蛋白酶体ATPATP19S19S调节亚基调节亚基去折叠去折叠水解水解E1E1：泛肽激活酶：泛肽激活酶 E2E2：泛肽载体蛋白：泛肽载体蛋白 E3E3：泛肽：泛肽- -蛋白质连接酶蛋白质连接酶泛肽第二节 氨基酸的分解与转化一、氨基酸的来源与去路二、氨基酸的脱氨基作用三、氨基酸的脱羧基作用四、氨基酸降解产物的去向五、由氨基酸衍生的其他化合物一、氨基酸的来源和去路 二、氨基酸的脱氨基作用二、氨基酸的脱氨基作用4 4、非氧化脱氨基作用、非氧化脱氨基作用5 5、脱酰胺基作用、脱酰胺基作用1
7、 1、氧化脱氨基作用、氧化脱氨基作用 2 2、转氨基作用、转氨基作用3 3、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用1 1、氧化脱氨基作用、氧化脱氨基作用 氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的- -酮酸的酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型： -氨基酸 氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO-+NH3 O|H2O+O2H2O2 L-谷氨酸脱氢酶+ + H2O+ + NH3NAD(P)NAD(P)+ +NAD(P)H+HNAD(P)H+H+ +COOHCOOHCHCH
8、2 2CHCH2 2C=OC=OCOOHCOOHCOOHCOOHCHCH2 2CHCH2 2CH NHCH NH2 2COOHCOOH谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸2 2、转氨基作用、转氨基作用 -氨基酸1 R1-CH-COO- NH+3 |-酮酸1 R1-C-COO- O| R2-C-COO- O|-酮酸2 R2-CH-COO- NH+3 |-氨基酸2转氨酶转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）（辅酶：磷酸吡哆醛） 在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下， - -氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，酮酸的酮基碳原子上，结果原来的结果原来的-氨基酸生成相应的氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的酮酸
9、，而原来的-酮酸则形成了相应的酮酸则形成了相应的-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。 要点：反应可逆。体内除Lys、Gly、Thr、Pro和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。转氨酶均以磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨基的作用。 谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶（GPT）谷草转氨酶(GOT)磷酸吡哆醛的作用机理磷酸吡哆醛的作用机理3 3、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用（1 1）概念）概念（2）类型a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 转氨基作用和氧化脱氨基作用联合
10、进行的脱氨基作用方式。转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨酶L-谷氨酸脱氢酶H H2 20+NAD(P)0+NAD(P)+ +NHNH3 3+NAD(P)H+NAD(P)H-酮酸-氨基酸-酮戊二酸L-谷氨酸转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联-氨基酸-酮酸-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸苹果酸延胡索酸腺苷酸次黄苷酸4 4、非氧化脱氨基作用、非氧化脱氨基作用（1 1）还原脱氨基作用）还原脱氨基作用（2 2）脱水脱氨基作用）脱水脱氨基作用( (脱水酶以磷酸吡哆醛为辅酶脱水酶以磷酸吡哆醛为辅酶) )（3 3）由解氨酶催化的脱氨基作用（光照可激活酶）由解氨酶催化的脱氨基作用（光照可激活酶）5
11、. 脱酰胺基作用三、氨基酸的脱羧基作用三、氨基酸的脱羧基作用1、概念 氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。直接脱羧 胺羟化脱羧 羟胺 2、类型:直接脱羧基作用羟化脱羧基作用 酪氨酸酶是一种含铜酶。 多巴进一步氧化后形成聚合物黑素。在植物体内，由多巴和多巴胺可形成生物碱。四、四、 氨基酸降解产物的去向氨基酸降解产物的去向（一）（一） 氨的代谢转变氨的代谢转变（二）（二） 鸟氨酸循环（尿素循环）鸟氨酸循环（尿素循环）（三）（三） - -酮酸的代谢转变酮酸的代谢转变 （一）、氨的代谢转变1、重新生成氨基酸 虽然通过脱氨基作用产生的氨再用来合成氨基酸
12、时并不能增加氨基酸的数量，但却能改变氨基酸的种类。2、谷氨酰胺和天冬酰氨的生成 生成酰胺的形式既是生物体贮藏和运输氨的主要方式，也是解除氨毒的一条主要途径。3.生成铵盐 保持细胞内正常的PH（二）、尿 素 循 环（1）概念（2）总反应和过程 在排尿动物体内由在排尿动物体内由NHNH3 3合成尿素是在肝脏合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为成的，这一个循环称为尿素循环。尿素循环。NHNH3 3+CO+CO2 2+3ATP+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸+2H+2H2 2O O NHNH2 2-CO-NH-CO-NH2 2 + + 2ADP +2ADP + AM
13、P + 2 PPi+AMP + 2 PPi+延胡索酸延胡索酸鸟氨酸循环氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+2Pi基质线粒体胞液NHNH2-C-NH-C-NH2OO尿素尿素循环氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鸟氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸2ADP+Pi2ATP+CO2+NH3+H2O1细胞溶液线粒体NHNH2 2-C-NH-C-NH2 2OO尿素-酮戊二酸-酮戊二酸H2N-C-P PO2345 植物体
14、含有脲酶，尤其是在豆科植物种子中脲酶活性较大，能专一地催化尿素水解并放出氨，反应式如下：（三）、氨基酸碳骨架的转化途径1、再氨基化生成氨基酸2、转变成糖或脂肪生糖氨基酸可降解为：丙酮酸、草酰乙酸、 -酮戊二酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等糖代谢中间物。生酮氨基酸，在体内能转变为酮体经脂肪酸途径代谢,其分解产物为乙酰coA或乙酰乙酸。纯粹生酮： 亮氨酸既生酮也生糖：异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸纯粹生糖： 其它14种氨基酸的。3、氧化供能生成CO2和H2O氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯
15、丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸组氨酸脯氨酸异亮氨酸亮氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸葡萄糖柠檬酸琥珀酰CoA 延胡索酸草酰乙酸-酮戊二酸柠檬酸乙酰CoA丙酮酸PEP磷酸丙糖葡萄糖或糖原糖-磷酸甘油脂肪酸脂肪甘油三酯乙酰乙酰CoA丙氨酸半胱氨酸丝氨酸苏氨酸色氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸 蛋氨酸丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸酮体亮氨酸 赖氨酸酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 谷氨酸精氨酸 谷氨酰胺组氨酸 缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C五、 由氨基酸衍生的其他化合物1、多胺 多胺是生物体在代谢
16、过程中产生的具有生物活性的低分子量的脂肪含氮碱。 多胺的功能：多胺的积累可增加细胞间渗透物质浓度，调节水分丢失：腐胺可作为细胞pH缓冲剂，也可能有助于H+或其它阳离子通过质膜；更重要的是多胺可抑制RNase和蛋白酶活性，这两种酶与各种胁迫对细胞引起的伤害与衰老有密切关系。因此，多胺能保护质膜和原生质免于自发的或外界伤害引起的分解破坏。2、生氰糖苷 生氰糖苷是植物特有的含N化合物，其是 -羟基腈的碳水化合物的衍生物，也叫氰醇的糖苷。 许多植物都能合成产生氢氰酸的生氰糖苷。在活植物中，由于这种生氰糖苷和能催化它们水解的酶在空间上被分隔开来所以，对植物并无毒害作用。3、生物碱 生物碱是一类碱性的植物次生代谢产物，很多有药理作用。 真生物碱：具有含氮杂环的生物碱 原生物碱：没有含氮杂环的生物碱。 绝大多数生物碱的生物合成前体物质是氨基酸。生物碱的功能：1.植物体内的生物碱能作为防止它种生物危害的保护剂或威慑剂，从而具有重要的生态学功能。2.它可以作为生长调节剂，特别是作为种子萌发的抑制剂；3.由于生物碱大都具有螯合能力，在细胞内可帮助维持离子平衡；4.生物碱能作为植物的含氮分泌物；5.它们可作
