云南大学 生化 下册12.蛋白质和氨基酸代谢

核心颗粒
the Ubiquitin (death-tag)
the ubiquitin-activating activity E1
the Proteasome (the cell's waste disposer )
the ubiquitin-conjugating enzyme E2
the Protein Quality Supervisor
1.蛋白质的降解是有选择性的
（1） 选择范围： 异常蛋白 正常的调节蛋白和酶 （2）意义： 清除异常蛋白； 细胞对代谢进行调控的一种方式
（3）选择性降解的特点： 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） “ 持家蛋白”的降解速度慢（长 寿蛋白多是持家蛋白） 蛋白质的降解速度受到细胞营养及 激素状态的调节，营养缺乏，周转速度 加快。
氨基酸 1+ α-酮酸2 α-酮酸1 + 氨基酸2
• 体内存在多种转氨酶，不同氨基酸与α-酮酸之 间的转氨基作用只能由专一的转氨酶催化。
• 体内有两种重要的转氨酶:
•一种是谷氨酸转氨酶 •另一种是丙氨酸转氨酶
丙酮酸
大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸 作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转 氨酶（谷丙转氨酶，GPT），可生成Glu， 肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活 性高。 在大多数动物组织细胞中，Asp转氨 酶(谷草转氨酶）的含量最高，活性最大， Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作 用解决氨的去向。
1．外在和长寿蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖 途径降解
• 不依赖ATP • 利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin) 降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿命的细 胞内蛋白
• 溶酶体的主要功能是消化作用，是细胞内的 消化器官。
根据完成生理功能的不同阶段可将其分为:
初级溶酶体 次级溶酶体 残体
Autophagy – “Self Eating”
二、 氨基酸分解代谢
氨基酸分解的共同途径
一般在下列3种代谢状况下，氨基酸才氧化降解： ①细胞的蛋白质进行正常的合成和降解时，蛋白质 合成并不需要蛋白质降解释放出的某些氨基酸， 这些氨基酸会进行氧化分解。 ②食品富含蛋白质，消化产生的氨基酸超过了蛋白 质合成的需要，由于氨基酸不能在体内储存，过 量的氨基酸在体内被氧化降解。 ③机体处于饥饿状态或未控制的糖尿病状态时，机 体不能利用或不能合适地利用糖作为能源，细胞 的蛋白质被用做重要的能源。
General Metabolism of Amino Acid
食物蛋白质
消化吸收
组织蛋白质
合成
分解 转变
氨基酸代谢库
脱羧基作用 (metabolic pool)
合成 脱氨基作用
胺类
CO2
其他含氮化合物 (purine,pyrimide)
NH3
α- 酮酸
尿素
糖
氧化供能
酮体
（四）、氮平衡
氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在 正常情况下处于平衡状态。即，摄入氮＝ 排出氮。 氮正平衡：摄入氮＞排出氮，部分摄入 的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。 氮负平衡：摄入氮＜排出氮。饥锇、疾 病。
• The enzymes are also used to recycle the cell’s own organic material. They dismantle the ingested material, and the cell is then renewed. An example of this is the human liver cell, which recycles half its macromolecules each week!
(二). 氧化脱氨作用
（1）、 Ｌ—氨基酸氧化酶
有两类辅酶，Ｅ—ＦＭＮ、Ｅ—ＦＡＤ（人 和动物） 对下列a.a不起作用： Gly 、 β- 羟 氨 酸 （ Ser 、 Thr ） 、 二 羧 a.a （ Glu、 Asp）、二氨a.a （Lys、 Arg）
（2）、 D-氨基酸氧化酶 E-FAD
少数细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，可广谱性地 催化D-a.a脱氨。
• 一级结构高度保守
Ubiquitin: The Ubiquitin Cycle :
• 泛素共价地结合于底物蛋白质，蛋白酶体（
proteasome）特异性地识别被泛素标记的蛋白质
并将其迅速降解，泛素的这种标记作用是非底物
特异性的，称为泛素化（ubiquitination）。
• 泛素介导的蛋白质降解过程 （1）泛素化使蛋白质贴上了被降解的标签
The E3 enzyme can recognise the protein target which is to be destroyed. The E2-ubiquitin complex binds so near to the protein target that the actual ubiquitin label can be transferred from E2 to the target.
在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨
基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-
酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。
反应式
• 大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、 脯氨酸、羟脯氨酸除外。
转氨作用是肝外组织中a.a脱氨的重要方式，除 Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基 作用。
Perhaps there also exists a class of enzymes that function to remove Ub from substrate proteins. So ubiquitin can be used again and again .
• 体内蛋白质降解参与多种生理、病理调节作用 如基因表达、细胞增殖、炎症反应、诱发
• 血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和 预后的指标之一。
所有的转氨酶均有相同的辅基和 相同的作用机制
• 转氨酶的辅酶是磷酸吡哆醛
氨基酸 磷酸吡哆醛 转氨酶 α-酮酸 磷酸吡哆胺 谷氨酸
α-酮戊二酸
转氨酶辅酶是维生素B6（磷酸吡哆醛、 磷酸吡哆胺）
转氨基作用的生理意义
转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨 基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸 的重要途径。 •通过此种方式并未产生游离的氨。
氨基酸分解代谢一般规律：
（1）肝外组织以转氨基、联合脱氨基等形式
脱去氨基，并以Ala、Gln的形式运到肝脏
（2）尿素循环
（3）脱氨后的碳骨架可以被氧化成CO2 和 H2O，也可以转化为糖、脂肪酸
脱氨基作用
•转氨作用 •氧化脱氨 •非氧化脱氨 • 联合脱氨
（一）、 转氨基作用
转氨基作用（transamination）：
（五）、自然界的氮素循环
植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、 亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种 氨基酸、蛋白质、含氮化合物。 人和动物消化吸收动、植物蛋白质， 得到氨基酸，合成蛋白质及含氮物质。 有些微生物能把空气中的N2转变成氨 态氮，合成氨基酸。
固氮细菌
去硝化细菌
硝化细菌
生 物 圈 的 氮 循 环
泛素与选择性被降解蛋白质形成共价连 接，并使其激活。
（2）泛素化的蛋白质在蛋白酶体降解 蛋白酶体对泛素化蛋白质的降解。
O
泛素
C O- + HS-E1
O 泛素 O C S E1 被降解 蛋白质
ATP
AMP+PPi
O
泛素
O
C S E1
HS-E2
HS-E1
泛素 O
C
S E2
HS-E2 E3 泛素
泛素
C
S E2
（3）、 Gly氧化酶 E-FAD
the ubiquitin protein ligase E3
The protein to be destroyed is marked with a special "label”
Protein Quality Supervision
The E1 enzyme activates the ubiquitin molecule. This reaction requires energy in the form of ATP.
弹性蛋白酶
羧基肽酶原A及B
氨基肽酶 O H2N CH R1 C NH CH R2 NH CH R3 内肽酶 O C
（二）、蛋白质细胞内降解
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。 周转的速度用半寿期表示。 成人每天有总蛋白的1%～2%被降解、更新。 不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质 的t1/2约10天，肝脏的t1/2约1～8天，结缔组织蛋 白的t1/2约180天，许多关键性的调节酶的t1/2 均 很短。
（4）真核细胞中蛋白质的选择性降解 有两条途径： a.不依赖ATP的溶酶体途径，没有选 择性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及 长寿命的细胞内蛋白。 B.依赖ATP的泛素途径，在胞质中进 行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白， 此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为 重要。
（4）真核细胞内有两条主要的蛋白质的 降解途径
癌瘤（促进抑癌蛋白P53降解）等。
（三）、 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 a.a）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性 a.a）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为 氨基酸代谢库。 氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。 肌肉中a.a占代谢库的50％以上。 肝脏中a.a占代谢库的10％。 肾中a.a占代谢库的4％。 血浆中a.a占代谢库的1～6％。 肝、肾体积小，它们所含的a.a浓度很高，血浆 a.a是体内各组织之间a.a转运的主要形式。
（1）肝外：
氨基酸 + α-酮戊二酸 （2）肝脏： 谷氨酸 + 草酰乙酸 谷氨酸 + NAD(P) α-酮戊二酸+天冬氨酸 α-酮戊二酸+NH3+NAD(P)H 尿 素 α-酮酸 + 谷氨酸
天冬氨酸+ NH3
转氨酶
正常人各组织GOT及GPT活性 (单位/克湿组织)
组织 心 肝 骨骼肌 肾 GOT 156000 142000 99000 91000 GPT 7100 44000 4800 19000 组织 胰腺 脾 肺 血清 GOT 28000 14000 10000 20 GPT 2000 1200 700 16
The E3 enzyme now releases the ubiquitin-labelled protein. This last step is repeated until the protein has a short chain of ubiquitin molecules attached to itself. This ubiquitin chain is recognised in the opening of the proteasome. The ubiquitin label is disconnected and the protein is admitted and chopped into small pieces.
C NH 被降解蛋白质
E1：泛素活化酶 E2：泛素携带蛋白 E3：泛素蛋白连接酶
泛素化过程
调节颗粒 α-亚基 β-亚基 β-亚基 α-亚基 调节颗粒 蛋白酶体是一个26S蛋白质 复 合 物 ， 由 20S 的 核 心 颗 粒 (core particle, CP)和19S的调 节 颗 粒 (regulatory particle, RP)组成
第十二章、蛋白质和氨基酸的分解
一、 蛋白质消化、降解及氮平衡
（一）、 蛋白质消化吸收 胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧 肽酶A、B、氨肽酶、弹性蛋白酶。
胰蛋白酶原 肠激酶
胰蛋白酶 +六肽
糜蛋白酶原 糜蛋白酶 弹性蛋白酶原 羧基肽酶A及B
羧基肽酶 O NH CH R4 C NH CH R5 O C NH CH R6 COOH
“Let’s eat!”
LYSOSOME: Garbage Can
Trash/Garbage Can
2．异常和短寿蛋白质在蛋白酶体通过需要ATP的泛 素途径降解 • 依赖ATP • 降解异常蛋白和短寿命蛋白Leabharlann •泛素(ubiquitin)
• 76个氨基酸的小分子蛋白(8.5kD)
• 普遍存在于真核生物而得名