Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
第 九 章 蛋白质降解及氨基酸代谢
2
一、蛋白质的功能 第一节 蛋白质降解与氨基酸分解代谢 1. 是构成组织细胞的重要成分。 2. 参与组织细胞的更新和修补。
第一节 蛋白质降解与氨基酸分解代谢 一、蛋白质的功能 1. 是构成组织细胞的重要成分。 2. 参与组织细胞的更新和修补。 3. 参与物质代谢及生理功能的调控。 4. 氧化供能。 5. 其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、 识别等均与蛋白质有关。
3
氮平衡(nitrogen balance)
人体每日须分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。 体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡。
4
氮平衡有以下几种情况： 1．氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。 2．氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。 3．氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。
5
由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸必需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。
必需氨基酸一共有八种： 赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。 Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 借 一 两 本 书” 由于酪氨酸在体内需由苯丙氨酸为原料来合成，半胱氨酸必需以蛋氨酸为原料来合成，故这两种氨基酸被称为半必需氨基酸。
6
蛋白质的营养价值及互补作用： 决定蛋白质营养价值高低的因素有： ① 必需氨基酸的含量； ② 必需氨基酸的种类；
③ 必需氨基酸的比例，即具有与人体需求相符的氨基酸组成。 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称为食物蛋白质的互补作用。
7
二、蛋白质的消化 （一）胃中的消化： 胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。 （二）肠中的消化： 有两种类型的酶：
⑴ 肽链外切酶：如羧肽酶A、羧肽酶B、氨基肽酶、二肽酶等； ⑵ 肽链内切酶：如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等。 蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。
8
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及B
9
氨基酸的吸收： 主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊载体携带。转运氨基酸进入细胞时，同时转运入Na+。
除此之外，也可经γ-谷氨酰循环进行。需由γ-谷氨酰基转移酶催化，利用GSH，合成γ-谷氨酰氨基酸进行转运。消耗的GSH可重新再合成。
10
三、氨基酸分解代谢 特殊分解代谢 → 特殊侧链的分解代谢 氨基酸的 分解代谢 脱羧 → CO2 + 胺 一般分解代谢
脱氨→ NH3 + α-酮酸
11
1、氨基酸的脱氨基作用 氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氨基转移、联合脱氨基和氧化脱氨基。
12
㈠ 氧化脱氨基作用 定义：-氨酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。
㈠ 氧化脱氨基作用 定义：-氨酸在酶的作用下，氧化生成-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。 氧化脱氨基的反应过程包括脱氢和水解两步，脱氢反应需酶催化，而水解反应则不需酶的催化。 R-CH-COOH NH2 2H R-C-COOH + NH3 O H2O R-C-COOH NH 酶
13
氧化脱氨基作用的两种主要类型： L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2。该酶活性不高，在各组织器官中分布局限，因此作用不大。 α-氨基酸 氨基酸氧化酶（FAD、FMN） α-酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO-+NH3 O || H2O+O2 H2O2
14
2.L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydro-genase)是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入呼吸链进行氧化磷酸化。该酶活性高，分布广泛，因而作用较大。该酶属于变构酶，其活性受ATP，GTP的抑制，受ADP，GDP的激活。 L-谷氨酸脱氢酶 + H2O + NH3 NAD(P)+ NAD(P)H+H+ COOH CH2 C=O CH NH2
15
（二）转氨基作用： 转氨基作用由转氨酶(transaminase)催化，将α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸酮基的位置上，生成相应的α-氨基酸，而原来的α-氨基酸则转变为相应的α-酮酸。 R’-CH-COOH R”-C-COOH NH O R’-C-COOH R”-CH-COOH O NH2 转氨酶
16
转氨酶(transaminase)以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。
转氨基作用(transamination)可以在各种氨基酸与α-酮酸之间普遍进行。除Gly，Lys，Thr，Pro外（？），均可参加转氨基作用。
17
较为重要的转氨酶有： ⑴ 丙氨酸氨基转移酶（alanine trans-aminase, ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高。 ALT 丙氨酸 + α-酮戊二酸 丙酮酸 + 谷氨酸
18
⑵天冬氨酸氨基转移酶（aspartate transaminase, AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中AST活性明显升高。 AST 天冬氨酸 + α-酮戊二酸 草酰乙酸 + 谷氨酸
19
（三）联合脱氨基作用： 转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为α-酮酸(α-ketoacid)的过程，称为联合脱氨基作用。 联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。 其一：氨基转氨加氧化脱氨基作用。
20
其二：转氨基作用与嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle,PNC）相偶联：
这是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。 在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)的活性较高，故采用此方式进行脱氨基。
21
腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)可催化AMP脱氨基，此反应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用。
22
α-氨基酸 α-酮酸 α-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
23
氨基酸代谢概况 尿素 酮 体 氨 食物蛋白质 α-酮酸 氧化供能 氨基酸代谢库 组织 糖 蛋白质 胺 类 体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)
脱氨基作用 酮 体 氧化供能 糖 胺 类 脱羧基作用 氨 尿素 代谢转变 其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等) 合成 食物蛋白质 消化吸收 组织 蛋白质 分解 体内合成氨基酸 (非必需氨基酸) 氨基酸代谢库
24
2、脱羧基作用 脱羧基作用(decarboxylation)
氨基酸脱羧酶 氨基酸 胺类 RCH2NH2 + CO2 磷酸吡哆醛 由氨基酸脱羧酶(decarboxyase)催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为CO2和胺。所产生的胺可由胺氧化酶氧化为醛、酸，酸可由尿液排出，也可再氧化为CO2和水。
25
（1）γ-氨基丁酸的生成： γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, GABA）是一种重要的神经递质，由L-谷氨酸脱羧而产生。 反应由L-谷氨酸脱羧酶催化，在脑及肾中活性很高。 COOH | (CH2) COOH | L-谷氨酸脱羧酶 | CH-NH (CH2)2 | CO | COOH CH2NH2 L- 谷氨酸 γ-氨基丁酸
26
（2）5 - 羟色胺的生成： 5-羟色胺（5-hydroxytryptamine,5-HT）也是一种重要的神经递质，且具有强烈的缩血管作用。 5-羟色胺的合成原料是色氨酸(tryptophan)。 色氨酸在脑中首先由色氨酸羟化酶作用，生成5-羟色氨酸，然后再由5-羟色氨酸脱羧酶催化脱羧，生成5-羟色胺。
27
（3）组胺的生成： 组胺(histamine)由组氨酸脱羧产生，具有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒血管作用。 组胺的释放与过敏反应和应激反应有关。
28
（4）多胺的生成： 精脒（spermidine)和精胺(spermine)均属于多胺(polyamines)，它们与细胞生长繁殖的调节有关。 多胺合成的原料为鸟氨酸，关键酶是鸟氨酸脱羧酶(ornithine decarboxylase)。
29
3、氨基酸分解产物的代谢 （一）氨的去路 排氨生物：NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）。
重新利用合成氨酸： 合成酰胺（高等植物中） 嘧啶环的合成（核酸代谢）
30
（二）尿素的生成 体内氨的主要代谢去路是用于合成无毒的尿素(urea)。 合成尿素的主要器官是肝，但在肾及脑中也可少量合成。
尿素合成是经称为鸟氨酸循环(ornithine cycle)的反应过程来完成的。催化这些反应的酶存在于胞液和线粒体中。 游离NH3对植物有毒害作用，植物可以通过尿素循环，将游离NH3转变为尿素（也是储备N的主要形式）
31
尿素生成的鸟氨酸循环。 （1）氨基甲酰磷酸的合成
此反应在线粒体中进行，由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ（carbamoyl phosphate synthetase -Ⅰ , CPS-Ⅰ）催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，反应不可逆。 NH3 + CO2 H2O+ 2ATP 2ADP + Pi 氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ AGA，Mg2+ NH2 O ~ PO32- C O 氨基甲酰磷酸
32
(2) 瓜氨酸的合成 在线粒体内进行，由鸟氨酸氨基甲酰转移酶（ornithine carbamoyl trans-ferase, OCT）催化，将氨甲酰基转移到鸟氨酸的-氨基上，生成瓜氨酸。 NH2 O ~ PO32- C O (CH2)3 H2N- CH COOH NH + H3PO4 + 氨基甲酰磷酸 鸟氨酸 瓜氨酸 鸟氨酸氨基 甲酰转移酶 =
33
(3) 精氨酸代琥珀酸的合成 转运至胞液的瓜氨酸在精氨琥珀酸合成酶(argininosuccinate synthetase)催化下，消耗能量合成精氨琥珀酸。 限速酶 C O (CH2)3 NH H2N- CH COOH NH2 精氨琥珀 酸合成酶 ATP AMP + PPi + H2O CH2 - CH H2N N + 瓜氨酸 天冬氨酸 精氨琥珀酸
34
（4）精氨琥珀酸的裂解 在胞液中由精氨琥珀酸裂解酶(arginino-succinate lyase)催化，将精氨琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。 CH2 - CH COOH C N (CH2)3 NH H2N- CH NH2 精氨琥珀酸 CH COOH + C NH (CH2)3 H2N- NH2 精氨酸 延胡索酸 精氨酸代琥 珀酸裂解酶
35
（5）精氨酸的水解 在胞液中由精氨酸酶催化，精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。 (CH2)3 NH2 H2N- CH COOH C NH 精氨酸 - NH2 H2N - O + 鸟氨酸 尿素 精氨酸酶 H2O
37
Urea Biosynthesis的要点 尿素生成的要点
亚细胞定位：Mitochondrion and cytosol合成主要在肝脏的线粒体和胞液中进行； 限速酶：精氨琥珀酸合成酶 耗能过程：4ATP/urea N与 C的来源：氨基酸脱下的Ammonia和CO2 尿素分子中的两个氮原子，一个来源于NH3，一个来源于天冬氨酸。 尿素合成的调节 食物蛋白质的影响 CPS-Ⅰ的调节 精氨酸代琥珀酸合成酶 尿素合成酶系的调节
38
（三）氨酸碳骨架的去路 氨酸分解产生5种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解。 五种产物为： 乙酰CoA、 -酮戊二酸、琥珀酰CoA、
延胡索酸、草酰乙酸 再合成氨酸。
39
转变成糖和脂肪： 生糖氨酸：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊二酸的氨酸。 （Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val） 凡能生成乙酰CoA和乙酰乙酰CoA的氨酸均能通过乙酰CoA转变成脂肪。 生酮氨酸：凡能生成乙酰乙酸、-丁酸的氨基酸（Phe Tyr Leu Lys Trp，在动物肝脏中）
40
（四）氨（ammonia)在血液中的转运
（1）丙氨酸—葡萄糖循环(alanine-glucose cycle)： 肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环转运至肝脏再脱氨基，生成的丙酮酸经糖异生合成葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉重新分解产生丙酮酸，通过这一循环反应过程即可将肌肉中氨基酸的氨基转移到肝脏进行处理。这一循环反应过程就称为丙氨酸-葡萄糖循环。 意义：使肌肉的氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。
42
（二）谷氨酰胺(glutamine)的运氨作用 ：
肝外组织，如脑、骨骼肌、心肌在谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase)的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环带到肝脏，再由谷氨酰胺酶将其分解， 产生的氨即可用于合成尿素。因此，谷氨酰胺对氨具有运输、贮存和解毒作用。
43
第二节 氨基酸的生物合成
44
一、氨的来源 生物体氨的来源 从生物固N中：某些微生物和藻类通过体内固氮酶系的作用将分子氮转变成氨的过程，1862年发现。
N2＋8H－＋8e－＋16ATP → NH3＋H2＋16ADP＋16Pi
45
生物固N机制的研究历史： 1862-1962：完整的细胞水平（分离固氮微生物）
：无细胞水平（发现固N需要铁氧还蛋白等 作电子传递体，需要ATP等） 1966-目前：分子水平（固N 酶纯化，组分I为钼铁蛋白；组分II为铁蛋白，1992年测定其空间结构）
46
3. 从食物中的蛋白质和氨基酸中（人和动物）。
2. 硝酸还原生成NH3 （植物体中的N源） 硝酸还原酶 亚硝酸还原酶 NO2- NO3- NH3 氨基酸 Pr 其它含N化合物 3. 从食物中的蛋白质和氨基酸中（人和动物）。
47
二、氨的同化 定义：生物体将无机态的氨转化为含氮有机化 合物的过程（N素亦称生命元素）。 氨同化的途径 氨甲酰磷酸形成途径 谷氨酸的形成途径
谷氨酰胺形成途径
48
1. 谷氨酸合成途径（动、植物、微生物） CH2 - COOH C=O CHNH2 +NH3+NADH + NAD+ + H2O
1. 谷氨酸合成途径（动、植物、微生物） CH2 - COOH C=O CHNH2 +NH3+NADH + NAD+ + H2O α-酮戊二酸 （TCA循环产生的） 此反应要求有较高浓度的NH3，足以使光合磷酸化解偶联，所以它不可能是无机氨转为有机氮的主要途径。 谷氨酸脱氢酶
49
2.谷氨酰胺合成途径（高等植物的主要途径） 谷氨酰胺(贮存了氨）可做为NH3的供体将其转移。 CH2 - COOH CHNH2 CONH2
+NH3 +ATP +ADP +Pi+H2O 谷氨酰胺(贮存了氨）可做为NH3的供体将其转移。
50
3. 氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物） 原料：NH3 CO2 ATP NH3 + CO2 + 2ATP O
利用体内代谢的氨 原料：NH3 CO2 ATP NH3 + CO2 + 2ATP Mg2+ 氨甲酰磷酸合成酶 O H2N-C-OPO3H2 + 2ADP+Pi
51
三、氨基酸的合成 C骨架：主要来自三羧酸循环、糖酵解和磷酸戊糖途径中的关键中间产物，如， 3-磷酸甘油酸、 -酮戊二酸、丙酮酸、 5-磷酸核糖酸、草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸。 氨基：通过转氨作用。许多氨基酸可以作为氨基的供体，但主要是谷氨酸，所以其被称为氨基的“转换站”，氨基先转变成 Glu 再合成其它 氨基酸。
52
㈠ 丙氨酸族氨基酸的合成 共同碳架：EMP中的丙酮酸 CH2 - COOH C=O CH2 - COOH CHNH2 COOH CH3
㈠ 丙氨酸族氨基酸的合成 包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)、异亮（ILe） 共同碳架：EMP中的丙酮酸 CH2 - COOH C=O CH2 - COOH CHNH2 COOH CH3 C=O - COOH 谷丙转氨酶 - CHNH2 + + (GPT) - CH3 - 丙酮酸 谷氨酸 丙氨酸 α-酮戊二酸
53
丙氨酸族其它氨基酸的合成 缬氨酸 2丙酮酸 α-酮异戊酸 α-酮异己酸 亮氨酸 CH3 - CH3-CH CH3-CH - CH2 -
转氨基 CO2 2丙酮酸 α-酮异戊酸 缩合 转氨基 α-酮异己酸 亮氨酸 CH3 CH3 - CH3-CH CH3-CH - - CH2 - C=O - C=O - COO- - COOH α-酮异戊酸
54
丙酮酸族的生物合成：L-缬氨酸、L-异亮氨酸；
56
㈡ 丝氨酸族氨基酸的合成 包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys) 丝氨酸碳架：糖酵解中的3-磷酸甘油酸。
57
3-磷酸甘油酸在3-磷酸甘油酸脱氢酶催化下生成3-磷酸羟基丙酮酸；由谷氨酸提供氨基，经转氨作用生成3-磷酸丝氨酸，3-磷酸丝氨酸水解生成丝氨酸。
丝氨酸以两种途径参与甘氨酸的合成：(1)由丝氨酸羟甲酰转移酶催化直接生成甘氨酸，同时生成N5，N10-甲酰FH4。(2)由N5,N10-甲酰FH4，CO2和NH4+在甘氨酸合成酶催化下缩合生成。
59
半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中） 丝氨酸+乙酰-CoA O-乙酰丝氨酸+CoA O-乙酰丝氨酸+硫化物（H2S） 半胱氨酸+乙酸
转乙酰基酶 丝氨酸+乙酰-CoA O-乙酰丝氨酸+CoA O-乙酰丝氨酸+硫化物（H2S） 半胱氨酸+乙酸 提供巯基基团
61
㈢ 天冬氨酸族氨基酸的合成 共同碳架：TCA中的草酰乙酸
㈢ 天冬氨酸族氨基酸的合成 包括：天冬氨酸(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、苏(Thr)、甲硫(Met)、异亮(Ile) 共同碳架：TCA中的草酰乙酸 CH2 - COO- CHNH2 CH2 - COO- C=O CH2 - COO- CHNH2 CH2 - COO- C=O 转氨 + + 天冬氨酸
62
天冬酰胺合酶 （植，细) 动物 Asp +NH3 + ATP Asn+H2O + AMP+PPi Asp +Gln +ATP
Mg2+ Asp +NH3 + ATP Asn+H2O + AMP+PPi 动物 Mg2+ Asp +Gln +ATP Asn+Glu+AMP+PPi
63
天冬氨酸族其它氨基酸的合成 OH O= C-O-P=O CH2 - COOH CHNH2 OH - CH2 - CHNH2 - COOH
ATP ADP OH - CH2 NADPH+H+ - CHNH2 天冬氨酸激酶 - COOH NADP+ 天冬氨酸激酶 CH2 - CHO CHNH2 COOH 天冬氨酸 天冬氨酰磷酸 L-高丝氨酸 β-天冬氨酸半醛 甲硫氨酸 α,ε-二氨基庚二酸 苏氨酸 CO2 异亮氨酸（4个C来自Asp, 2个C来自丙酮酸） 赖氨酸
64
L-甲硫氨酸，L-苏氨酸和L-赖氨酸的生物合成途径
六氢吡啶-2，6-二羧酸 二氢吡啶-二羧酸 琥珀酰二氨基庚二酸 胱硫醚 琥珀酰-2-氨基6酮庚二酸 二氨基庚二酸 消旋二氨基庚二酸
65
几种氨基酸的关系 草酰乙酸 赖氨酸 苏氨酸 甲硫氨酸 异亮氨酸 天冬酰胺 天冬氨酸 β-天冬氨酸半醛
66
㈣ 谷氨酸族氨基酸的合成 共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸 α-酮戊二酸 Glu 为还原同化作用 谷氨酸 +NH3 +ATP
㈣ 谷氨酸族氨基酸的合成 包括：谷氨酸(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯氨酸(Pro)、羟脯氨酸(Hyp)、精氨酸(Arg) 共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸 α-酮戊二酸 Glu 为还原同化作用 脱H酶 谷氨酸 +NAD+ +H2O α-酮戊二酸 谷氨酸 +NH3 +ATP 谷氨酰胺+ADP+Pi+H2O 合酶 +NH3 +NADH （动物和真菌，不普遍） Glu合酶 2谷氨酸（普遍） 谷氨酰胺+ α-酮戊二酸 NADPH+H+ NADP+
67
CH2 - CONH2 CHNH2 COOH CH2 - COOH C=O CH2 - COOH CHNH2 +2H + 2 谷氨酸合酶
68
谷氨酸 脯氨酸 CH2 - COOH CHNH2 CH2 - COOH CHNH2 CHO H2C CH2 HC N CHCOOH Mg2+
谷氨酸 脯氨酸 (△’-二氢吡咯-5-羧酸) CH2 - COOH CHNH2 CH2 - COOH CHNH2 CHO NAD(P)H NAD(P)+ H2C CH2 HC N CHCOOH Mg2+ ATP ADP (谷氨酸) (谷氨酰半醛) NADH H NAD+ HO C CH2 H2C NH CHCOOH H2C CH2 NH CHCOOH ½ O2 (羟脯氨酸) (脯氨酸)
69
几种氨基酸的关系 谷氨酰胺 羟脯氨酸 α-酮戊二酸 谷氨酸 脯氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸
70
㈤ 组氨酸族和芳香族氨基酸的合成 组氨酸族：组氨酸(His)； 芳香族氨基酸：色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)
㈤ 组氨酸族和芳香族氨基酸的合成 组氨酸族：组氨酸(His)； 芳香族氨基酸：色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe) 组氨酸族碳架：5｀-磷酸核糖-1｀焦磷酸（PRPP）中的磷酸核糖; 芳香族氨酸碳架：4-磷酸赤藓糖和磷酸烯醇式丙酮酸(PEP). N 来自ATP CH2 HC C CH-NH2 COOH - CH 来自核糖 NH 来自谷氨酰胺的酰胺基 从谷氨酸经转氨作用而来 组氨酸的生物合成
71
组氨酸的生物合成 N1-5′-磷酸核糖-ATP 组氨醇 组氨酸 N1-5′-磷酸核糖-AMP 咪唑丙酮磷酸 组氨醇磷酸 咪唑甘油磷酸
5′-磷酸核糖-4-酰胺-5-氨基咪唑核苷酸 N1-5′-磷酸核酮糖亚氨甲基-5-氨基咪唑-4-羧酰核苷酸 N1-5′-磷酸核酮糖亚氨甲基-5-氨基咪唑羧酰核苷酸
72
芳香族氨基酸的关系 色氨酸 PEP 4-磷酸赤藓糖 莽草酸 分支酸 预苯酸 酪氨酸 苯丙氨酸
73
分支酸的生物合成 5-脱氧莽草酸 5-脱氧奎尼酸 2-酮-3脱氧7-磷酸庚酮糖酸 3-稀丙基莽草酸 莽草酸 分支酸
74
苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的生物合成 邻氨基苯甲酸 预苯酸 N-（5′-磷酸核糖）-氨基苯甲酸
稀醇式L-(O-羧基苯氨酸）-L-脱氧核酮糖-5-磷酸 吲哚-3-甘油磷酸
75
各种氨基酸的合成途径及其相互关系
76
四、氨基酸生物合成的调节 (一) 通过终端产物对氨基酸生物合成的抑制 (二) 通过酶生成量的改变调节氨基酸的生物合成(参阅基因表达的调控)
77
第三节 蛋白质的生物合成 蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体的解译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为翻译(translation)。
78
一、参与蛋白质生物合成的物质 生物体内的各种蛋白质都是生物体内利用约20种氨基酸为原料自行合成的。参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系，该体系包括： ① mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链中氨基酸的排列顺序； ② tRNA：搬运氨基酸的工具； ③ 核糖体：蛋白体生物合成的场所； ④ 酶及其他蛋白质因子； ⑤ 供能物质及无机离子。
79
（一）mRNA 作为指导蛋白质生物合成的模板。mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码(coden)。共有64种不同的密码。 遗传密码具有以下特点： ① 连续性； ② 简并性； ③ 通用性；（但在线粒体或叶绿体中特殊） ④ 方向性，即解读方向为5′→ 3′； ⑤ 摆动性； ⑥ 起始密码：AUG；终止密码：U氨酸、UAG、 UGA。
80
遗传密码的连续性：
81
遗传密码的简并性和通用性：
82
遗传密码的摆动配对：
83
（二）tRNA 在氨基酸tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的 氨基酸结合，生成氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。
tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码(anticoden)。
84
反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第一个核苷酸为Ⅰ，则可与A、U或C配对，如为U，则可与A或G配对，这种配对称为不稳定配对。
86
能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起动tRNA。在原核生物中，起动tRNA是一种携带甲酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifmet；而在真核生物中，起动tRNA是一种携带蛋氨酸的tRNA，即tRNAimet。 在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起动部位的蛋氨酸密码，AUG。
87
（三）rRNA和核糖体 原核生物中的核糖体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基。小亚基由16SrRNA和21种蛋白质构成，大亚基由5SrRNA，23SRNA和35种蛋白质构成。 真核生物中的核糖体大小为80S，也分为40S小亚基和60S大亚基。小亚基由18SrRNA和30多种蛋白质构成，大亚基则由5S rRNA，28S rRNA和50多种蛋白质构成，在哺乳动物中还含有5.8 S rRNA。
88
核糖体的组装
89
大肠杆菌核糖体的空间结构为一椭圆球体，其30S亚基呈哑铃状，50S亚基带有三角，中间凹陷形成空穴，将30S小亚基抱住，两亚基的结合面为蛋白质生物合成的场所。
90
核糖体的大、小亚基分别有不同的功能： 1．小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。 2．大亚基： （1）具有两个不同的tRNA结合点。A位（右）—— 受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；P位（左）——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。 （2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。 （3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。 （4）具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位。
91
在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核糖体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。
核 糖 体
92
（四）起动因子（IF） 这是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子。原核生物中存在3种起动因子，分别称为IF1-3。在真核生物中存在9种起动因子（eIF）。其作用主要是促进核糖体小亚基与起动tRNA及模板mRNA结合。
93
（五）延长因子（EF） 原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受体，并可促进移位过程。
94
（六）释放因子（RF） 原核生物中有4种，在真核生物中只有1种。其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放。
95
（七）氨基酰tRNA合成酶 该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关。
每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异性，这是保证tRNA能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。 目前认为，该酶对tRNA的识别，是因为在tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码。
96
（八）供能物质和无机离子 多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。
氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成时又消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键。
97
二、蛋白质生物合成过程 蛋白质生物合成过程包括三大步骤： ①氨基酸的活化与搬运； ②活化氨基酸在核糖体上的缩合； ③多肽链合成后的加工修饰。
98
一）氨基酸的活化与搬运 氨基酸的活化以及活化氨基酸与tRNA的结合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。其反应过程为：
100
在此反应中，特异的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接，形成氨基酸tRNA，从而使活化氨基酸能够被搬运至核糖体上参与多肽链的合成。
①活化； ②搬运； ③定位。
101
二）活化氨基酸的缩合——核糖体循环 活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核糖体上进行。活化氨基酸在核糖体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核糖体循环。 核糖体循环过程可分为起动、延长和终止三个阶段，这三个阶段在原核生物和真核生物类似，现以原核生物中的过程加以介绍。
102
（一）起动阶段： 1．30S起动复合物的形成：在起动因子的促进下，30S小亚基与mRNA的起动部位，起动tRNA（fmet-tRNAfmet），和GTP结合，形成复合体。
103
原核mRNA的起动部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称为SD序列（核糖体结合位点，RBS），可被核糖体小亚基辨认结合。
真核生物中的mRNA具有帽子结构，已知需一种特殊的帽子结合蛋白（CBP）以识别此结构。
104
2．70S起动前复合体的形成：IF3从30S起动复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形成70S起动前复合体。
3．70S起动复合体的形成：GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落。此时，tRNAfmet的反密码UAC与mRNA上的起动密码AUG互补结合，tRNAfmet结合在核蛋白的给位（P位）。
105
（二）肽链延长阶段： 1．进位：与mRNA下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核糖体的受位。此步骤需GTP，Mg2+，和EF参与。
106
2．成肽：在转肽酶的催化下，将给位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上，与其α-氨基缩合形成肽键。此步骤需Mg2+，K+。给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白上脱落。 3．移位：核糖体向mRNA的3'- 端滑动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基tRNA从受体移到给位。此步骤需EF（EFG）、GTP和Mg2+参与。此时，核糖体的受位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。
107
（三）肽链终止阶段： 核糖体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。 1．识别：RF识别终止密码，进入核糖体的受位。
2．水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。 3．解离：通过水解GTP，使核糖体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核糖体解离为大、小亚基。
110
三）多肽链合成后的加工修饰 （一）一级结构的加工修饰：
1．N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除： N端甲酰蛋氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。 ① 去甲酰化： 甲酰化酶 甲酰蛋氨酸-肽 甲酸 + 蛋氨酸-肽 ② 去蛋氨酰基： 蛋氨酸氨基肽酶 蛋氨酰-肽 蛋氨酸 + 肽
111
2．氨基酸的修饰： 由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。 3．二硫键的形成：
由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。 4．肽段的切除： 由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。
112
（二）高级结构的形成： 1．构象的形成：在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助下，形成特定的空间构象。 2．亚基的聚合。 3．辅基的连接。
113
（三）靶向输送： 蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点。因此，在这些蛋白质分子的氨基端，一般都带有一段疏水的肽段，称为信号肽。
114
常见的信号肽由10~40个氨基酸残基组成，N端为带正电荷的氨基酸残基，中间为疏水的核心区；
C端由小分子氨基酸残基组成，可被信号肽酶识别并裂解 。 分泌型蛋白质的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的信号肽识别粒子（SRP）识别并特异结合，然后再通过SRP与膜上的对接蛋白（DP）识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞。
115
小节 1、掌握遗传密码的特点，mRNA、tRNA 及核糖体在蛋白质合成中的作用。 2、熟悉 核糖体循环。
3、了解蛋白质生物合成的主要过程。蛋白质翻译后加工，抗生素对翻译的抑制作用。
116
哇！ 终于结束了。。。
Similar presentations
