第12章蛋白质和氨基酸的代谢.ppt

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1、第第12章章 蛋白质和蛋白质和氨基酸代谢氨基酸代谢教学目的：教学目的：1.熟悉泛肽在蛋白质降解体系中的作用。熟悉泛肽在蛋白质降解体系中的作用。2.掌握氨基酸分解代谢的公共途径。掌握氨基酸分解代谢的公共途径。3.了解合成各种氨基酸碳架的来源。了解合成各种氨基酸碳架的来源。教学重点：教学重点：氨基酸分解代谢的公共途径。氨基酸分解代谢的公共途径。活细胞的组成成分在不断地转换更新。细活细胞的组成成分在不断地转换更新。细胞总是在不断地由氨基酸合成蛋白质，同时又胞总是在不断地由氨基酸合成蛋白质，同时又将蛋白质降解为氨基酸。细胞内蛋白质不断更将蛋白质降解为氨基酸。细胞内蛋白质不断更新的意义：排除一些不正常的

2、蛋白质；通过排新的意义：排除一些不正常的蛋白质；通过排除累积过多的酶和调节蛋白使细胞内代谢维持除累积过多的酶和调节蛋白使细胞内代谢维持正常状态。酶的活动能力是根据其合成速度和正常状态。酶的活动能力是根据其合成速度和分解速度决定的。在细胞分解速度决定的。在细胞“经济学经济学”中，控制中，控制蛋白质的降解与控制其合成速度同等重要。蛋白质的降解与控制其合成速度同等重要。1 蛋白质降解的特性蛋白质降解的特性 细胞有选择性地降解非正常蛋白质，大多数非正细胞有选择性地降解非正常蛋白质，大多数非正常蛋白质可能基于某种化学修饰而变得易于降解，在常蛋白质可能基于某种化学修饰而变得易于降解，在转录和翻译时出现误差

3、产生的受损蛋白质更易降解。转录和翻译时出现误差产生的受损蛋白质更易降解。细胞内正常蛋白质被排除的速度是由其个性决定，细胞内正常蛋白质被排除的速度是由其个性决定，在组织中不同酶的半存活期有较大差异。在组织中不同酶的半存活期有较大差异。细胞中蛋白质降解的速度与营养和激素状态而有细胞中蛋白质降解的速度与营养和激素状态而有所不同，在营养不足时，细胞将提高蛋白质降解速度所不同，在营养不足时，细胞将提高蛋白质降解速度以维持其必需营养源和保证不可缺代谢的正常进行。以维持其必需营养源和保证不可缺代谢的正常进行。蛋白质的周转代谢使各种代谢途经能顺利实现。蛋白质的周转代谢使各种代谢途经能顺利实现。2 蛋白质降解的

4、反应机制蛋白质降解的反应机制1)溶酶体降解蛋白质体系溶酶体降解蛋白质体系 溶酶体为单层膜细胞器，内含溶酶体为单层膜细胞器，内含50多种水解酶。内多种水解酶。内部部pH5.0左右，其中酶的最适左右，其中酶的最适pH都是酸性的，在细胞都是酸性的，在细胞质生理质生理pH下无活性。下无活性。溶酶体可降解膜蛋白、细胞外蛋白质和长存活期溶酶体可降解膜蛋白、细胞外蛋白质和长存活期蛋白质。通过吞噬泡将胞内分解物降解，通过胞吞作蛋白质。通过吞噬泡将胞内分解物降解，通过胞吞作用将胞外蛋白质降解。溶酶体降解蛋白质无选择性。用将胞外蛋白质降解。溶酶体降解蛋白质无选择性。许多正常和病理活动可使溶酶体活性升高。如糖许多正

5、常和病理活动可使溶酶体活性升高。如糖尿病会刺激溶酶体对蛋白质的分解；产后子宫体在尿病会刺激溶酶体对蛋白质的分解；产后子宫体在9天内从天内从2 kg萎缩到萎缩到50 g；慢性炎症可引起溶酶体酶向；慢性炎症可引起溶酶体酶向细胞外释放，而损伤周围组织。细胞外释放，而损伤周围组织。2)ATP-依赖性的蛋白质降解体系依赖性的蛋白质降解体系 ATP-依赖的蛋白质分解需要有泛肽相伴。泛肽依赖的蛋白质分解需要有泛肽相伴。泛肽是有是有76个氨基酸残基的蛋白质单体，广泛存在于各个氨基酸残基的蛋白质单体，广泛存在于各种真核细胞中。氨基酸序列高度保守，在不同种属种真核细胞中。氨基酸序列高度保守，在不同种属生物中只相关

6、几个氨基酸。泛肽以共价键与被降解生物中只相关几个氨基酸。泛肽以共价键与被降解蛋白质相连接，对被选定降解的蛋白质加以标记，蛋白质相连接，对被选定降解的蛋白质加以标记，这个过程分为这个过程分为3步：步：在在“需需-ATP”的情况下，泛肽的羧基末端通的情况下，泛肽的羧基末端通过硫酯键与泛肽活化酶过硫酯键与泛肽活化酶(E1)偶联。偶联。泛肽转移到泛肽携带蛋白泛肽转移到泛肽携带蛋白(E2)的巯基上，形的巯基上，形成成“泛肽泛肽-携带蛋白携带蛋白”。泛肽泛肽-蛋白连蛋白连接酶接酶(E3)将活化了的将活化了的泛肽转移到赖氨酸的泛肽转移到赖氨酸的-氨基上，形成异肽氨基上，形成异肽键。键。在选择蛋白质降在选择蛋

7、白质降解过程中解过程中E3起关键作起关键作用。泛肽连接的蛋白用。泛肽连接的蛋白质被质被“蛋白水解酶体蛋白水解酶体”降解，该酶只对泛肽降解，该酶只对泛肽结合的蛋白质有效。结合的蛋白质有效。泛泛肽肽COSE1泛泛肽肽COSE2无用蛋白质NHLysCO泛泛肽肽泛泛肽肽COOHHSE1+ATPAMP+PPiHSE1HSE2HSE2无用蛋白质H2NLys3 机体对外源蛋白质的需要及其消化作用机体对外源蛋白质的需要及其消化作用 高等动物摄入的蛋白质在消化道内经过一系列的高等动物摄入的蛋白质在消化道内经过一系列的消化过程降解为氨基酸，吸收后经血液循环，进入肝消化过程降解为氨基酸，吸收后经血液循环，进入肝脏及

8、其他组织细胞。脏及其他组织细胞。蛋白质在胃内经胃蛋白酶水解成较小分子多肽，蛋白质在胃内经胃蛋白酶水解成较小分子多肽，在小肠中经胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶的作用在小肠中经胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶的作用水解成短链肽和部分游离氨基酸；短链肽再经羧肽酶、水解成短链肽和部分游离氨基酸；短链肽再经羧肽酶、氨肽酶的作用变为游离氨基酸。氨肽酶的作用变为游离氨基酸。氨基酸在细胞内的代谢途经：合成蛋白质、转化氨基酸在细胞内的代谢途经：合成蛋白质、转化为糖或脂肪酸和氧化分解。为糖或脂肪酸和氧化分解。Pepsin:R1=苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe)，色氨酸，色氨酸(Trp)，酪，酪氨酸氨酸(Tyr)；亮氨酸；

9、亮氨酸(Leu)以及其它疏水性氨基酸以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。水解速度较快。NHCHCNHCHCNHCHCNHCHCOOOOR1R2R3R4水解位点 R1=赖氨酸赖氨酸(Lys)和精氨酸和精氨酸(Arg)侧链侧链(专一性较强，水解速专一性较强，水解速度快度快)。NHCHCNHCHCNHCHCNHCHCOOOOR1R2R3R4水解位点 Chymotrypsin:R1=苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe)、色氨酸、色氨酸(Trp)、酪氨酸、酪氨酸(Tyr);亮亮氨酸氨酸(Leu)，蛋氨酸，蛋氨酸(Met)和组氨酸和组氨酸(His)水解稍慢。水解稍慢。NHCHCNHCHCNHCHCNHCHCOOOOR

10、1R2R3R4水解位点 分别从肽链羧基端和氨基端水解。分别从肽链羧基端和氨基端水解。4 氮平衡氮平衡 氮是蛋白质、核酸等含氮化合物的组成成分，氮是蛋白质、核酸等含氮化合物的组成成分，是生物必不可少的营养元素。人和动物从食物中摄是生物必不可少的营养元素。人和动物从食物中摄取的蛋白质，在消化道中经多种酶水解成氨基酸，取的蛋白质，在消化道中经多种酶水解成氨基酸，被吸收。氨基酸是蛋白质、核酸等生物分子合成的被吸收。氨基酸是蛋白质、核酸等生物分子合成的素材，细胞内总是有相当数量的游离氨基酸存在。素材，细胞内总是有相当数量的游离氨基酸存在。这些游离氨基酸一部分是从外界吸收的，一部分是这些游离氨基酸一部分是

11、从外界吸收的，一部分是细胞自身合成的，也有的是由体内蛋白质更新释放细胞自身合成的，也有的是由体内蛋白质更新释放出来的，细胞内所有游离存在的氨基酸称为出来的，细胞内所有游离存在的氨基酸称为氨基酸氨基酸库库。库内氨基酸不断被利用，又不断被补充，处于。库内氨基酸不断被利用，又不断被补充，处于动态平衡中。动态平衡中。细胞内蛋白质细胞内蛋白质分解分解合成合成氨基酸库氨基酸库脱氨脱氨氨基化氨基化转化转化非蛋白质非蛋白质含氮物质含氮物质(嘌呤嘌呤,嘧嘧啶啶,核酸核酸,卟啉等卟啉等)外源蛋外源蛋白质白质氨基酸合氨基酸合成代谢成代谢氨氨铵盐铵盐酰胺酰胺-酮酸酮酸糖糖,脂肪脂肪CO2+H2O+ATP氨基酸代谢概况

12、氨基酸代谢概况1)总氮平衡总氮平衡 人体摄入的氮量与排出的氮量相等，称为总氮平人体摄入的氮量与排出的氮量相等，称为总氮平衡。各组织细胞内蛋白质的分解与合成处于动态平衡衡。各组织细胞内蛋白质的分解与合成处于动态平衡状态。状态。2)正氮平衡正氮平衡 摄入的氮量多于排出的氮量，称为正氮平衡。体摄入的氮量多于排出的氮量，称为正氮平衡。体内蛋白质合成大于分解。如儿童，孕妇和恢复期病人。内蛋白质合成大于分解。如儿童，孕妇和恢复期病人。3)负氮平衡负氮平衡 排出的氮量多于摄入的氮量，称为负氮平衡。体排出的氮量多于摄入的氮量，称为负氮平衡。体内蛋白质分解大于合成。如慢性消耗性疾病、组织创内蛋白质分解大于合成。

13、如慢性消耗性疾病、组织创伤或食物中蛋白质量过低等。伤或食物中蛋白质量过低等。5 必需氨基酸与非必需氨基酸必需氨基酸与非必需氨基酸 组成蛋白质的氨基酸有组成蛋白质的氨基酸有20种，其中有些氨基种，其中有些氨基酸可在人和动物体内合成，或由别的氨基酸转变酸可在人和动物体内合成，或由别的氨基酸转变而来，称为而来，称为非必需氨基酸非必需氨基酸。有些氨基酸在人和动。有些氨基酸在人和动物体内不能合成，也不能由别的氨基酸转变而来，物体内不能合成，也不能由别的氨基酸转变而来，必须由食物提供，称为必须由食物提供，称为必需氨基酸必需氨基酸。人体必需的氨基酸有人体必需的氨基酸有8种，即：种，即：缬氨酸、异亮缬氨酸、异

14、亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸和赖氨酸。氨酸和赖氨酸。不同氨基酸的分解代谢途径有共性，也有个性。不同氨基酸的分解代谢途径有共性，也有个性。一方面因为所有一方面因为所有-L-氨基酸分子都有共同的结构特征，氨基酸分子都有共同的结构特征，因而具有相同的分解代谢途径；另一方面氨基酸的因而具有相同的分解代谢途径；另一方面氨基酸的R基团都不一样，而各自有其特殊代谢途径。基团都不一样，而各自有其特殊代谢途径。氨基酸分解代谢的公共途径有脱氨基作用、脱羧氨基酸分解代谢的公共途径有脱氨基作用、脱羧基作用和脱氨脱羧作用等。氨基酸经脱氨、脱羧后，基作用和脱氨

15、脱羧作用等。氨基酸经脱氨、脱羧后，生成的有机酸、胺、生成的有机酸、胺、NH3、CO2等产物可被进一步分等产物可被进一步分解利用或排出体外。解利用或排出体外。转氨基作用又称氨基移换作用，是转氨基作用又称氨基移换作用，是-氨基氨基酸和酸和-酮酸之间的氨基转移作用。酮酸之间的氨基转移作用。-氨基酸的氨基酸的-氨基在转氨酶的催化下转移到氨基在转氨酶的催化下转移到-酮酸的酮基酮酸的酮基位置，结果原来的氨基酸生成相应的位置，结果原来的氨基酸生成相应的-酮酸，酮酸，原来的原来的-酮酸形成相应的酮酸形成相应的-氨基酸。氨基酸。1 转氨基作用转氨基作用(CH2)2COOHCOOHCO+COOHCHNH2COOH

16、CH2COOHCOOHCHNH2(CH2)2+COOHCH2COOHCOL-天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸 L-谷氨酸谷氨酸L-天冬氨酸天冬氨酸转氨酶转氨酶CHNH2COOHCH3(CH2)2COOHCOOHCO+CH3COOHCOCOOHCOOHCHNH2(CH2)2+L-丙氨酸丙氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸丙酮酸 L-谷氨酸谷氨酸L-丙氨酸丙氨酸转氨酶转氨酶2 葡萄糖葡萄糖-丙氨酸循环将氨运入肝脏丙氨酸循环将氨运入肝脏 在肌肉中有种氨基转移酶，可将丙酮酸转化为在肌肉中有种氨基转移酶，可将丙酮酸转化为丙氨酸后释放进入血液，传送到肝脏。在肝脏中经丙氨酸后释放进入血液，传送到肝脏。在肝脏中经过转氨作用又变为丙酮酸，经葡萄糖异生作用形成过转氨作用又变为丙酮酸，经葡萄糖异生作用形成葡萄糖后再回到肌肉中，经糖酵解途经降解为丙酮葡萄糖后再回到肌肉中，经糖酵解途经降解为丙酮酸。这个途经称为葡萄糖酸。这个途经称为葡萄糖-丙氨酸循环。丙氨酸循环。细胞内的氨基酸最后以氨或天冬氨酸为终产物，细胞内的氨基酸最后以氨或天冬氨酸为终产物，再经尿素循环，形成氮的终级产物再经尿素循环，形成氮