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1、第十三章蛋白质代谢生物体内蛋白质存在不断的更新过程，体内蛋白质一方面分解为氨基酸；同时体内不断合成新 的蛋白质异养生物摄取的蛋白质类营养成分在生物体内逐渐消化，吸收。蛋白质的代谢包括外源和内源蛋白质的降解及内源蛋白质的合成。作为蛋白质降解产物和合成前体物质的氨基酸的代谢包括氨基酸的分解和合成两方面。第一节 蛋白质的降解一、内源蛋白质的降解1.内源蛋白质降解的特性 选择性降解 降解速度由蛋白质的个性决定的。 降解速度与营养状态及激素状态有关。 意义: 排除不正常蛋白质，排除累积过多的酶和调节蛋白，细胞代谢井然有序。2、内源蛋白的降解机制（1）溶酶体无选择性的降解蛋白质高尔基体产生的初级溶酶体与吞
2、噬泡或自体吞噬泡结合成次级溶酶体,进一步消化降解形成小 分子物质，将营养成分供细胞代谢用，多余残渣排出细胞外。（2）泛肽给选择降解的蛋白质加以标记泛肽与泛肽-活化酶偶连;泛肽形成泛肽-携带蛋白;泛肽与特定待降解蛋白质结合;泛肽连接的 降解酶复合体将蛋白降解。二. 外源蛋白质的降解 外源蛋白质进入体内,经水解作用变为小分子的氨基酸,然后被吸收.吞噬作用,低等动物。 消化管内消化吸收,高等动物。氨基酸进入细胞内:用来合成蛋白质;分解;同时体内也可以合成氨基酸。蛋白质的水解消化道中的水解 人和动物 胃、小肠 水解酶：三. 氮平衡 机体蛋白质摄入量和排出量的比例关系,用氮含量表示。 总氮平衡:氮的摄入
3、量和排出量相等。 正氮平衡:氮的摄入量大于排出量。 负氮平衡:氮的摄入量小于排出量。第二节 氨基酸的分解代谢氨基酸的降解主要包括：氨基的转移:脱氨，转氨。羧基的转移:脱羧作用。氨的代谢:氨的排出或利用。碳骨架的变化氨基酸的分解过程一. 氨基酸氨基的转移 1.转氨基作用:氨基酸和a -酮酸之间转移，形成新的氨基酸和新的酮酸。转氨酶：动植物和微生物分布广泛，可存在线粒体和细胞溶胶。大多数转氨酶需要a -酮戊二酸作为氨基的受体，对两底物之一是专一的,另一底物无严格的专 一性，酶的命名是根据催化活力最大的的氨基酸，50 种以上转氨酶。催化L-氨基酸反应,且反应都是可逆的.动物组织中占优势的转氨酶为谷丙
4、转氨酶和谷草转氨酶。 辅酶为磷酸吡哆醛。转氨基的作用机理常见转氨基形式2. 氧化脱氨基作用氧化脱氨作用将氨基酸氧化为a -酮酸和NH3oL-氨基酸氧化酶D-氨基酸氧化酶专一性氨基酸氧化酶:L-甘氨酸氧化酶,D-天冬氨酸氧化酶。 最主要的为谷氨酸脱氢酶。3. 联合脱氨基作用转氨作用只有氨基的转移而没有氨基的真正脱落，氧化脱氨能直接脱氨,但只有Glu脱氢酶活性 最高,仅靠它脱氨是不够的.联合脱氨是主要的脱氨方式。 (1)转氨酶和谷氨酸脱氢酶联合脱氨方式 (2)嘌吟核苷酸循环的联合脱氨基方式次黄嘌呤核苷酸与天冬氨酸作用形成中间产物腺苷酸代琥珀酸，后者在裂合酶作用下，分裂成腺嘌吟核苷酸和延胡索酸，腺嘌
5、吟核苷酸水解后即产生游离氨基酸和次黄嘌吟核苷酸。4. 非氧化脱氨形式 多发生在微生物体:还原脱氨基 水解脱氨基脱水脱氨基 脱硫氢基脱氨基5. 脱酰胺基作用二、氨基酸的脱羧基作用三. 氨的命运1.生物体用来合成其他含氮化合物，如:核酸;被重新合成含氮有机物，参与氨基酸的合成 氨甲酰磷酸合成酶催化生成氨甲酰磷酸谷氨酸脱氢酶作用下生成谷氨酸次H4+ a -酮戊二酸 + NADPH +H+谷氨酸+nadp+h2o高等植物:将氨以Gln,Asn形式贮存。 谷氨酰胺合成酶催化下将谷氨酸转化为谷氨酰胺，动植物中氨在组织或细胞间的转运方式。2. 氨的排泄氨对生物体是有毒害性的物质 ，特别是高等动物的脑对氨极为
6、敏感 ，因此有机体必须将多余的 氨排出体外。排氨:某些水生动物以氨的形式排出体外。排尿素:绝大多数陆生脊椎动物将氨转变为尿素。排尿酸:鸟类，爬行类，以尿酸的形式排出体外。3. 氨的转运（1）谷氨酰胺形式运输运输到需要部位，排泄部位，如鳃，肝脏形成尿素或尿酸。谷氨酰胺是中性无毒物质，容易透过细胞膜，是氨的主要运输形式，而谷氨酸带负电荷不能透 过细胞膜，谷氨酰胺由血液运送到肝脏，肝细胞的谷氨酰胺酶将其分解为谷氨酸和氨。（2）葡萄糖-丙氨酸循环转运氨从肌肉到肝脏，或植物组织间转运。谷氨酸与丙酮酸在谷丙转氨酶催化下 ，形成丙氨酸和酮戊二酸，丙氨酸经血液循环运送到肝脏， 再经谷丙转氨酶形成谷氨酸和丙酮酸
7、，运输氨和组织中产生的丙酮酸。以丙氨酸的形式转运肌肉组织四、尿素循环（鸟氨酸循环）最早发现的代谢循环,Hans Krebs1. 氨甲酰磷酸合成酶真核生物中两类氨甲酰磷酸合成酶线粒体氨甲酰磷酸合成酶I:氨作为氮供体，参与尿素的合成。N-乙酰谷氨酸别构激活。 细胞溶胶氨甲酰磷酸合成酶II：以谷氨酰胺作为氮供体，参与嘧啶碱基的合成。催化的反应机理：鸟氨酸转氨甲酰酶，氨甲酸磷酸的氨甲酰基转移到鸟氨酸上形成瓜氨酸。精氨琥珀酸合成酶，瓜氨酸的脲基与天冬氨酸的氨基进行缩合成精氨酸代琥珀酸。 精氨琥珀酸裂解酶：精氨酸代琥珀酸裂解精氨酸和延胡索酸，精氨酸成为尿素的直接前体。 精氨酸酶 ：催化精氨酸产生尿素及再生
8、成鸟氨酸。尿素循环的总结：ATP消耗，反应部位;尿素氮原子来源;延胡索酸的联系。五、氨基碳骨架的氧化途径脊椎动物体内的 20 种氨基酸的碳骨架，由20 种不同的酶体系进行氧化分解，虽然氨基酸的 氧化分解途径各异，但它们都集中形成5种产物进入 TCA 循环，最后氧化为二氧化碳和水。乙酰-CoA, a -酮戊二酸,琥珀酰CoA,延胡索酸，草酰乙酸。a.合成新氨基酸b.转变成糖及脂肪酸生糖氨基酸：凡能形成丙酮酸，a -酮戊二酸，琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸, 这些物质都能导致生成葡萄糖和糖原。生酮氨基酸：苯丙氨酸，酪氨酸，亮氨酸，色氨酸，赖氨酸，在分解过程中转变为乙酰乙酸-CoA, 并在
9、动物肝脏中可转变为乙酰乙酸和B -羟丁酸，这些氨基酸称为生酮氨基酸 生酮和生糖氨基酸：苯丙氨酸和酪氨酸，既可生成酮体又可生成糖酪氨酸乙酰乙酸 + 延胡索酸C、直接氧化成水和二氧化碳TCAH2O+CO2+ATP第三节 氨基酸的合成必需氨基酸：机体不能自己合成,必须自外界获取的氨基酸.苯丙氨酸,赖氨酸甲硫氨酸等大约十 种氨基酸。非必需氨基酸：机体能自身合成的氨基酸。不同物种必须氨基酸的范畴是不同的 氨基基团主要多来自谷氨酸的转氨基反应氨基酸合成的碳骨架来源于柠檬酸循环,糖酵解以及磷酸戊糖途径中的关键中间体第四节 蛋白质合成和转运一. 蛋白质合成的分子基础一、蛋白质合成的生物基础. mRNA 是蛋白
10、质合成的模板mRNA 分子的碱基顺序决定氨基酸的一级结构原核生物其mRNA转录后即可进行翻译，通常是多基因编码，不同位置翻译产生不同蛋白质。真核生物mRNA前体转录后加工成成熟mRNA，转移到细胞质，通常是单基因编码，合成一条多 肽链mRNA翻译的方向53mRNA的碱基序列如何决定氨基酸排列？ . 遗传密码四种碱基决定 20 中氨基酸，编码氨基酸所需要碱基的最低数目为三个。遗传密码:核苷酸三联体决定氨基酸的对应关系。遗传密码不重叠，重叠造成氨基酸序列中每一个氨基酸受上下氨基酸的约束。遗传密码连续的和无标点符号隔开的。 遗传学实验及现代基因和蛋白质序列的研究证明三联体密码的正确性。三联体密码与氨
11、基酸的对应关系如何？ 遗传密码的破译实验体系: Nirenberg 等将大肠杆菌破碎，离心，得上清夜，含由蛋白质合成所需的各种成分:DNA, mRNA,tRNA核糖体，氨酰tRNA合成酶以及蛋白质合成必需得各种因子，将上清夜保温, 使内源mRNA被降解，该系统自身蛋白合成停止;加入外源mRNA和ATP，GTP和放射性标记的氨 基酸成分37C保温，合成新的蛋白质，根据外源mRNA的序列和合成的多肽链，找出对应关系。 单一核苷酸的多聚物polyUUUU 编码苯丙氨酸polyAAAA编码赖氨酸polyCCCC 编码脯氨酸polyGGGG编码甘氨酸两种核苷酸的多聚物P509 三种核苷酸的多聚物P510
12、 四种核苷酸的多聚物P510 1966 年，全部密码子破译遗传密码的基本特性：基本单位:53方向编码,不重叠，无标点的三联体密码子,从起始密码子开始到终止密码子结 束。密码简并性:同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象称为密码子的简并性，减少有害突变，在 物种的稳定性具有一定生物学意义.同义密码子： 对应同一氨基酸的密码子。密码的变偶性:密码子的简并性表现在其第三位碱基上，其专一性主要取决于前两位，当反密码 子与密码子配对时,一,二位配对是严格的,三位有一定的变动,所谓的变偶性.反密码子第一位经常出现I，可与密码子U, A和C配对，反密码子能识别更多的简并密码子.通用性:各种低等和高等生物,基本
13、共用同一套遗传密码。变异性:个别遗传密码在个别物种或不同细胞器存在变异。密码子的防错系统:密码子中碱基的顺序与其相应氨基酸物理和化学性质之间存在巧妙关系 氨基酸的极性由第二位碱基决定,简并性由第三位决定.中间碱基为U,编码氨基酸为非极性，疏水 氨基酸,位于球蛋白内部.密码子的这种分布使基因突变造成的危害降至最低程度,具防错功能.tRNA转运活化的氨基酸每一种氨基酸至少有一种tRNA负责转运,tRNASer 与蛋白质合成有关的位点:氨基酸的接受位点, 识别氨酰-tRNA合成酶的位点， 核糖体识别位点和反密码子位点。氨基酸与tRNA结合后，进一步的去向由tRNA反密码子决定。tRNA凭借自身的反密
14、码子与mRNA分子上的密码子相识别，而把所带的氨基酸送到肽链一 定的位置上。. 核糖体是蛋白质合成的工厂小亚基16SrRNA具有识别起始密码子的作用，能单独与mRNA形成30S核糖体-mRNA复合体, 复合体与tRNA专一结合；大亚基能与tRNA结合，有两个位点:氨酰基位点和肽酰基位点，还有一个在肽酰-tRNA移位过程 中使 GTP 水解的位点.大小亚基上有起始因子，延伸因子和释放因子及各种酶相结合的位点二、蛋白质合成过程.氨酰tRNA合成酶催化形成氨酰tRNA氨酰tRNA合成酶催化的反应过程氨基酸+ATP氨酰-AMP+PPi氨酰-AMP+tRNA氨酰 tRNA+AMP甲硫氨酰-tRNA合成酶
15、:识别两种甲硫氨酸tRNA,一种为起始甲硫氨酰-tRNA, tRNAjMet，由起始 因子识别；另一种为渗入到蛋白质内部的甲硫氨酸-tRNA, tRNAMet,由延伸因子识别.原核生物甲酰化酶使tRNA.Met中的氨基酸甲酯化，形成甲酰甲硫氨酸-tRNA。i(二)翻译起始(initiation)：起始复合物包括/因子、核糖体30s亚基，mRNA、Met-tRNA和肽基转移 酶(peptidyl transferase)延伸(elongation)：延伸因子如TF1、TF2等将氨基酰-tRNA加入肽链，并使核糖体在mRNA上移动。终止(termination):当核糖体遇到终止密码子，没有合适的氨基酰-tRNA加入，释放因子 (release
