第30章蛋白质的降解和氨基酸的分解代谢

2019/10/311蛋白质代谢？MetabolismofAminoacids&ProteinsChapter30蛋白质降解和氨基酸的分解代谢2019/10/312（1）蛋白质的酶促降解外源蛋白质的消化内源性蛋白质的选择性降解（2）氨基酸的分解代谢脱氨方式、血氨转运、尿素生成2019/10/313体内蛋白质处于不断降解与合成的动态平衡中成人每天约有1～2%的体内蛋白质被降解蛋白质的降解2019/10/314一、蛋白质的降解（一）机体对外源蛋白的需要及其消化作用机体摄入蛋白质的量和排出量在正常情况下处于平衡状态1、氮平衡摄入氮=排出氮正常成人的蛋白质代谢情况收支平衡2019/10/315氮的正平衡氮的负平衡摄入氮排出氮儿童、孕妇及恢复期病人的代谢情况摄入氮排出氮饥饿或消耗性疾病（结核、肿瘤）2019/10/3162、氨基酸代谢库食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性）混在一起，分布于体内各处，参与代谢（aminoacidmetabolicpool）氨基酸代谢库以游离氨基酸总量计算各器官AA量占代谢库比例：肌肉：50％；肝脏：10％；肾脏：4％；血浆：1～6％肝、肾：体积小，所含的AA浓度很高血浆AA：体内各组织间AA转运的主要形式2019/10/3173、生理需要量中国营养学会推荐:成人每日蛋白质需要量:80g蛋白质的最低生理需要量在糖和脂肪等物质充分供应的条件下，为维持氮的总平衡，至少必需摄入的蛋白质的量。30～50g体重70Kg：400g蛋白质发生变化1/4氧化降解→G外源蛋白质补充3/4体内再循环排尿：6～20g氨基氮30gPr/5g2019/10/318必需氨基酸：体内需要但自身不能合成，必须由食物供应的氨基酸4、蛋白质的营养价值MetTrpLysValIleLeuPheThr“假设来借一两本书”甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸2019/10/319NH2CH3OCH3OHNH2OCH3CH3OHNH2OCH3CH3OHNH2CH3OHOOHNH2OSCH3OHNH2ONH2OHNH2OOHNH2ONHOHValLeuIleThrMetLysPheTrp2019/10/3110蛋白质的营养价值～必需AA种类必需AA含量必需AA的比例酪氨酸：体内需苯丙氨酸为原料合成半胱氨酸：需以蛋氨酸为原料合成——半必需氨基酸具有与人体需求相符的AA组成2019/10/3111将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用食物蛋白质的互补作用必需氨基酸相互补充2019/10/3112（二）蛋白质降解的特性细胞、细菌有选择地降解非正常蛋白质选择性：（1）异常蛋白（2）正常的调节蛋白和酶★意义：（1）清除异常蛋白；（2）细胞对代谢进行调控的一种方式1、选择性2019/10/31132、蛋白质的周转人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡周转速度：半存活期（半寿期）成人：每天有1%～2%总蛋白被降解、更新蛋白半寿期（t1/2）人血浆蛋白质：10天肝脏蛋白质：1～8天结缔组织蛋白：180天关键性的调节酶：很短表30-1大鼠肝脏中某些酶的半寿期P3002019/10/31143、选择性降解的特点1）居于重要代谢调控位点的酶或调节蛋白，降解速度快（短寿蛋白多是调节蛋白或调节酶）2）“持家蛋白”的降解速度慢（长寿蛋白多是持家蛋白）3）蛋白质的降解速度受细胞营养及激素状态的调节，营养缺乏，周转速度加快2019/10/3115（三）蛋白质降解的反应机制真核细胞，两条途径1、溶酶体途径无选择性，不依赖ATP降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的胞内蛋白质组织蛋白酶：50多种；最适pH酸性防止偶然的溶酶体渗漏而保护细胞细胞pH：7.4～7.6溶酶体酶无活性2019/10/3116溶酶体对细胞组分的再利用：自噬泡，分解内容物2019/10/3117胞吞：2019/10/3118类似于降解降低蛋白质降解速度证明：溶酶体阻断剂——抗虐药物：氯代奎宁组织蛋白酶阻断剂——抗生素抗蛋白酶细胞溶酶体抑制剂：无快速降解非正常蛋白质、短寿命酶的作用防止饥饿状态下蛋白质的加速度崩溃正常、病理活动——溶酶体活性的升高糖尿病：刺激溶酶体蛋白质的分解产后子宫萎缩：废弃使用、神经切除、创伤导致肌肉损伤慢性炎症：溶酶体酶的细胞外释放2019/10/31192、泛肽途径（ubiguitin，泛素）：标记选择降解的蛋白质需ATP、泛肽参加胞质降解异常蛋白和短寿命蛋白不含溶酶体的红细胞中尤为重要8.5KD（76a.a.残基），小分子蛋白质普遍存在于真核细胞一级结构高度保守（酵母与人相差3个a.a残基）与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，被蛋白酶降解2019/10/3120结晶：泛素四聚体,仅能在两个泛素分子间观察到连接点A链末端Gly残基和B链148位Lys残基间存在异常连接2019/10/31212004年10月6日，以色列和美国科学家获诺贝尔化学奖：发现泛素调节的蛋白质降解阿龙·切哈诺沃阿弗拉姆·赫尔什科欧文·罗斯2019/10/3122任何物质都不能永世长存。许多蛋白质的寿命仅有几分钟细胞不断合成蛋白质，蛋白质执行特定的功能，随后被丢弃信号转导或监控的蛋白：转录调控因子和控制细胞分裂的细胞周期蛋白，传递携带的信息后被丢弃，完成简短的一生一些特殊的酶类需要时才被合成，维持细胞不断的合成需求这种有计划的废弃似乎很浪废，但它使细胞能对不断变化的外界环境和内在需求做出相应的反应2019/10/3123•泛肽过期蛋白质泛肽复合体氨基酸泛肽2019/10/3124一般哺乳动物体内都含有三类酶E1（泛素激活酶）：激活泛素E2（泛素结合酶）：与泛素结合E3（泛素连接酶）：强特异性，决定细胞内的哪些蛋白质将要被标记并进而被降解细胞内的废弃物处理装置——蛋白酶体黑点：活性区域，蛋白质降解场所2019/10/3125细胞内蛋白质标记及降解的理论模型1）E1激活泛素，需ATP提供能量2）泛素转移至E23）E3具特异性，识别需破坏的目标蛋白质，与目标蛋白质接近的E2-泛素复合体将泛素转移至目标蛋白质4）E3释放出被泛素标记的蛋白质5）标记蛋白质尾端形成泛素分子链6）泛素分子链在蛋白酶体的端口被识别并脱离蛋白质，目标蛋白质进入蛋白酶复合体的桶状通道最终降解为缩氨酸并由另一端口释放2019/10/3126被标记后的内源蛋白质50~500nm各种水解酶双层膜游离于细胞质中，过于微小难以观察小分子单元溶酶体白细胞杀菌时被该细菌同样溶解白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关2019/10/3127生物体中泛素调节的应用实例及意义1）植物体中自花授粉的阻止：大多植物体-雌雄同体自花授粉可使基因多样性降低，整个物种逐渐灭亡植物体利用泛素为媒介的降解抵制自花授粉精确机理还不清楚，但一定与E3有关而且当加入泛素抑制剂后这种抵制作用会降低2019/10/31282）细胞更新的调节：细胞复制中发生很多反应有丝分裂（常细胞）、减数分裂（生殖细胞），泛素调节有关一种促进分裂复合物（APC）帮助细胞分裂过程染色体的脱离另一种蛋白质复合物围绕染色体对（绳索），将其结合ATP接到信号后，标定特定的蛋白降解酶抑制剂该抑制剂被带进蛋白酶体破坏，释放蛋白降解酶破坏染色体对周围的绳索，染色体对分离。2019/10/3129减数分裂中不正常的染色体对分离常导致自然流产其余21对染色体的不正常分裂可导致唐氏症恶性肿瘤：有丝分裂不正常导致染色体数目不对而产生2019/10/3130泛素调节的应用除此之外还有很多，如DNA的修复及癌细胞的消灭等，泛素调节的蛋白质降解在生物体中如此重要，因而对它的开创性研究也就具有了特殊意义。目前，科学家不断发现和研究与这一降解过程相关的细胞新功能。对进一步揭示生物的奥秘，以及探索一些疾病的发生机理和治疗手段具有重要意义2019/10/3131（四）蛋白质的消化、吸收与腐败1、蛋白质的消化胃消化：胃蛋白酶小肠消化：胰蛋白酶蛋白酶：一般无活性酶原激活蛋白水解酶：作用肽键的专一性不同各种蛋白酶协同作用，生成AA、二肽，吸收2019/10/3132提问：不同蛋白酶之间功能上区别？NH3+—NH3+—COO-—COO-—•外肽酶—氨肽酶随机内肽酶特定氨基酸间限制性内肽酶•外肽酶—羧肽酶最终产物：氨基酸、寡肽2019/10/3133蛋白水解酶作用的专一性蛋白酶专一性胃蛋白酶Ala、Leu、Phe、Trp、Met、Tyr的羧基形成的肽键胰蛋白酶Lys、Arg的羧基形成的肽键糜蛋白酶Phe、Tyr、Trp的羧基形成的肽键弹性蛋白酶脂肪族氨基酸的羧基形成的肽键氨基肽酶除Pro外任何氨基酸的氨基形成的肽键羧基肽酶A除了Lys、Arg、Pro外任何氨基酸的氨基形成的肽键羧基肽酶BLys、Arg的氨基形成的肽键2019/10/3134胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶A和羧肽酶B、氨肽酶等（以酶原的形式分泌）协同作用，最后生成游离氨基酸。2019/10/3135胰蛋白酶原肠激酶胰蛋白酶糜蛋白酶原糜蛋白酶弹性蛋白酶原弹性蛋白酶羧基肽酶原A及B羧基肽酶A、B2019/10/3136PepsinChymotrypsin,trypsin,andexopeptidases2、氨基酸的吸收（小肠粘膜）主动吸收（耗能）粘膜微血管→血液→肝脏及其他器官；代谢少量AA由淋巴系统进入血液抗菌素：抑制AA吸收2019/10/31373、蛋白质的腐败作用（putrefaction）肠道细菌对消化过程中不被消化、吸收部分蛋白质及其消化产物所起的作用1）胺类的生成肠道细菌蛋白酶使蛋白质分解成AA，再经AA脱羧基作用，产生胺类2019/10/31382）氨的生成未被吸收的AA在肠道细菌作用下脱氨基生成血液中尿素渗入肠道，受肠菌尿素酶的水解生成3）其他有害物质的生成胺类（腐胺、尸胺），酚类，吲哚类，氨及硫化氢有毒物质被吸收后，肝脏解毒2019/10/3139二、氨基酸分解代谢吸收到体内的AA可部分地在机体（细胞、组织或个体）中累积起来形成氨基酸代谢库供必要时动用氨基酸代谢去路3）酰胺形式储存，或转变为其他含氮物1）生物合成蛋白质2）分解脱氨基→α-酮戊二酸→糖代谢彻底氧化或转变为糖和脂肪2019/10/3140氨基酸代谢概况氨基酸代谢库食物蛋白质组织蛋白质分解体内合成氨基酸(非必需氨基酸)α-酮酸酮体氧化供能糖胺类氨尿素代谢转变其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)合成2019/10/31412019/10/3142（一）AA的脱氨基作用氧化脱氨基作用（动、植物）非氧化脱氨基作用（微生物）2019/10/3143L-氨基酸氧化酶第一步：脱氢第二步：加水、脱氨1、氧化脱氨基作用2019/10/3144L-氨基酸氧化酶（L-aminoacidoxidase)：需氧脱氢酶，辅基FAD或FMN脱下的H→O2→H2O2酶活性不高，组织器官分布局限，作用不大2019/10/3145不适用：Gly羟基氨基酸（L-Ser、L-Thr）二羧基氨基酸（L-Glu、L-Asp）二氨基一羧基氨基酸（Lys、Arg、鸟氨酸）Gly：甘氨酸氧化酶（辅酶FAD）L-Glu：L-谷氨酸脱氢酶L-Ser、L-Thr：脱水酶2019/10/3146L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamatedehydro-genase)不需氧脱氢酶，辅酶NAD+或NADP+NADH或NADPH进入呼吸链进行氧化磷酸化酶活性高，分布广泛，作用较大变构酶，ATP，GTP的抑制ADP，GDP的激活2019/10/31472、非氧化脱氨基作用微生物还原脱氨：RCHNH2COOH+2H→RCH2-COOH+NH3水解脱氨：RCHNH2COOH+H2O→RCHOH-COOH+NH32019/10/3148Glu、Asn，脱氨的一种类型酰胺酶（amidase）催化，水解脱酰胺3、AA的脱酰胺基作用2019/10/3150（二）氨基酸的转氨基作用一种AA的氨基经转氨酶催化转移给α-酮酸的作用；原来的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的AA