氨基酸的分解与合成

26S
功能蛋白酶复合物，降解细胞内多聚泛
酰化的蛋白质
• 19S帽状调节颗粒(RP) ，负责识别泛酰化
的蛋白质，并将它们去折叠以及输送到
CP的蛋白酶活性中心。
蛋白酶体的结构以及靶蛋白 进入蛋白酶体的水解过程
蛋白质降解的泛肽途径
ATP AMP+PPi E1-SE2-SH E2-SE1-SH E2-SH E3

泛素本身并不降解蛋白质，它仅仅是给降解的靶蛋白打上标
记，降解过程由26S蛋白酶体执行。

泛素是一种热激蛋白
泛素的三维结构及其与靶蛋白形成的异肽键
泛酰化酶
E1：泛素活化酶 E2：泛素结合酶 E3：泛素连接酶
蛋白质泛酰化与蛋白质的定向水解
泛酰化的类型及其功能
蛋白酶体
• 20S核心颗粒(CP)，形状如桶，为大的多
，抑制效果就越强。
大肠杆菌的GS还受到共价修饰的调节，但共价修饰的方 式并不是真核细胞普遍使用的磷酸化，而是腺苷酸化。
尿素循环
• 尿素是通过尿素循环产生的，它发生在哺乳动物的 肝细胞。尽管参与尿素循环的个别酶还发现在其它 组织，但完整的尿素循环仅存在于肝细胞。肝外组 织氨基酸分解产生的氨主要通过Gln运输到肝细胞， 但肌肉蛋白分解产生的Ala可经血液循环进入肝细胞 。此外，在细胞内合成NO的反应中，精氨酸转变成 瓜氨酸，后者是尿素循环的中间物。瓜氨酸需要重 新转变为精氨酸，以补充被消耗的精氨酸，因此， 在使用NO作为信号分子的细胞中含有足够的与尿素 循环相关的酶，以维持细胞内精氨酸的供应。
分布：Liver，Kidney，Brain
不需氧脱氢酶，辅酶：NAD+ or NADP+ 别构抑制： GTP、ATP

别构 激活： GDP、ADP
(2) 转氨基反应
• 转氨基反应是指一种氨基酸的氨基被转移到一种α-酮 酸的酮基上形成一种新的氨基酸和一种新的α-酮酸的 过程。催化此反应的酶被称为转氨酶。转氨反应是完 全可逆的，因此它既参与氨基酸的降解，又参与氨基 酸的合成。 • 转氨酶有多种，但是每一种转氨酶都需要磷酸吡哆醛 作为辅基，而且绝大多数转氨酶以谷氨酸作为氨基的 供体或者以α-酮戊二酸为氨基的受体。 • 并不是所有的氨基酸都可以发生转氨基反应，Thr, Pro, lys是例外。
枯草杆菌蛋白酶 嗜热菌蛋白酶
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（Phe.Tyr.Trp） （Arg.Lys）
羧肽酶 羧肽酶
（脂肪族）
胃蛋白酶
胰凝乳 蛋白酶
弹性蛋白酶
胰蛋白酶
（二 ） 胞外蛋白质的降解
胃：胃蛋白酶 胰腺：胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶、 小肠： 羧肽酶（A、B）、氨肽酶。
（三） 胞内蛋白质的降解
尿素循环
1. 氨甲酰磷酸的合成 2. 瓜氨酸的合成 3. 由瓜氨酸合成精氨基琥珀酸 4. 生成Arg 5. Arg的水解
尿素循环总结
总方程式
NH2 2NH3+CO2+3ATP+H2O C O +2ADP+AMP+4Pi NH2
尿素循环的调节
• 别构调节
N-乙酰谷氨酸对CPS-1的别构激活，控制了尿素产生 的总速率。
脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢）
R CH2 NH2
COOH
氨基酸脱羧酶
（PLP）
RCH2NH2 + CO2
RCH 2NH2
胺氧化酶
RCHO
氧化
RCOOH
3 碳 骨架的命运
生糖氨基酸：其他
生酮氨基酸:
Leu & Lys
生酮兼生糖氨基酸:
Trp, Thr, Tyr, Ile, Phe (tttip)
（ubiquitin） E1-SH
多泛肽化蛋白
19S调节亚基
ATP 去折叠
ATP 20S蛋白酶体 26S蛋白酶体
水解
N-端规则
☺
一种蛋白质的半衰期与N-端氨基酸的性质有关。
如果一种蛋白质N端的氨基酸是
Met, Ser, Ala, Thr,
Val或Gly，则半衰期较长，大于20个小时。
如果一种蛋白质的N端氨基酸是Phe,
R-CH-COO| NH+3
α-氨基酸
酮酸的来源；
氨基酸脱氨及糖和脂酸代谢
氨的来源；
◆
生物固氮，
◆
◆
由硝酸盐，亚硝酸盐还原，
含氮有机物分解。
生物固氮
微生物通过体内固氮酶的作用将游离态氮转变
为氨的过程称为生物固氮。
N2
+
3H2
固氮酶
2NH3
12ADP+12Pi
12ATP+12H2O
生物固N的化学本质
Tyr,Glu Pro Leu,PHe,Asp,Lys Arg
PEST蛋白
富含Pro (P), Glu (E), Ser (S)和Thr (T) 序列的蛋白质质 被称为PEST 蛋白， 它们比其他蛋白质更容易发生水
解。
第二节 氨基酸代谢
♥
氨基酸降解
氨基的去除
羧基的去除
碳骨架的命运
生酮氨基酸和生糖氨基酸
Transaminases
Lysine side chain
Pyridoxal phosphate
转氨基反应
谷草转氨酶催化的转氨基反应
(3)
联合脱氨基
2 羧基的去除
概念
氨基酸在脱羧酶的 作用下脱掉羧基生成相 应的一级胺类化合物 的作用。脱羧酶的辅 酶为磷酸吡哆醛。
类型:
直接脱羧 羟化脱羧
胺 羟胺
（3）特点：是一种多功能酶
氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可 催化N2O化合物等还原。 ATP酶活性：能催化ATP分解，从中获取 能量推动电子向还原底物上转移。
硝酸还原作用
硝酸还原作用的化学本质
NO-3 2e-
硝酸还原酶
NO-2
6e-
亚硝酸还原酶
NH+4
含氮有机物分解产生氨
三 碳循环与氮循环
蛋白质降解及氨基酸代谢
第一节 蛋白质降解


蛋白酶种类
细胞外降解

细胞内降解
(一) 蛋白酶的种类
编号
3、 4、 2、 1
名 称
丝氨酸蛋白酶类 (serine pritelnase)
作用特征
活性中心含 Ser
实例
胰凝乳蛋白酶 胰蛋白酶 凝血酶 木瓜蛋白酶 无花果蛋白酶 菠萝蛋白酶 胃蛋白酶 凝乳酶
3、 4、 2、 2
硫醇蛋白酶类 (Thiol pritelnase)
活性中心含 Cys
3、 4、 2、 3
羧基（酸性）蛋白酶类
[carboxyl(asid) pritelnase]
活性中心含 Asp,最适pH 在5以下
活性中心含有 Zn2+ 、 Mg2+等 金属
3、 4、 2、 4
金属蛋白酶类 (metallopritelnase)
1 不依赖于ATP的降解途径 发生在溶酶体
2 依赖于ATP的降解途径
需要泛素
N-端规则和“PEST” 序列 降解发生在蛋白酶体 高度调控
泛素

泛素广泛存在于古细菌和所有的真核生物，但不存在于真细
菌。

它由76个氨基酸残基组成，是一种高度保守的蛋白质。 在三维结构上，泛素则是一个结构紧密的球蛋白，但其C-端 四肽序列（Leu-Arg-Gly-Gly）离开蛋白主体伸向水相，这有 助于它与其它蛋白质形成异肽键。
vs
非必需氨基酸
• • • • • • • • • • Ala Asp Asn Cys Glu Gln Gly Pro Ser Tyr
Tip
MTV
Hall
五大氨基酸家族
合成氨基酸的主要途径
α—酮酸还原氨化 转氨基作用
◆ ◆
◆
氨基酸的相互转化
α-酮酸的还原氨化
R-C-COO-+NH3 || O
α-酮酸
• 参与尿素循环各种酶浓度的变化
底物浓度的积累诱导酶的表达；产物的积累抑制酶 的表达。
二 氨基酸的生物合成
• 植物和微生物在有合适的N源时能够从头合成所有的20 种标 准氨基酸。而哺乳动物只能制造其中的10种，这10种氨基酸 被称为非必需氨基酸，其余10种氨基酸必需从食物中获取，
被称为必需氨基酸。
氨基酸碳骨架的代谢
4 铵离子的命运
直接排出体外 植物将其转变成Asn (Asn合成酶) 动物将其转变成Gln (Gln合成酶) 尿素或尿酸

N的命运
尿酸
NH4+
尿素 + 尿酸
植物的氨解毒
动物的氨解毒
谷氨酰胺合成酶（GS）
-产生生物活性酰胺N
大肠杆菌的GS为例，该酶是一种十二聚体蛋白 动物的GS参与铵毒的解除，特别在脑细胞.
Leu, Asp, Lys或
Arg ，则半衰期较短，3分钟或者更短。
N-端氨基酸与蛋白质半寿期之间的关系 N-端残基 半寿期（half-time）
稳定性氨基酸残基: Met，Gly，Ala，Ser，Thr， Val
Ile,Gln
>20个小时
约30分钟 约10分钟 约7分钟 约3分钟 约2分钟
去稳定 的氨基 酸残基
GS受到严格的调控
Gln的酰胺N被用于氨基酸、核苷酸和氨基糖的合成。
大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的活性调节
大肠杆菌GS的调节
它共受到9种物质的反馈抑制。 这9种反馈抑制剂要么是Gln代谢的终产物，要么是氨 基酸代谢一般状态的指示剂。上述任何一种抑制剂与酶 的结合至少能够部分抑制酶的活性，结合的抑制剂越多
6e-
N2
+
3H2
固氮酶
2NH3
12ADP+12Pi
12ATP+12H2O
生物固氮的作用机理
还原剂
e-
NADPH
e-
铁蛋白
e-
钼铁蛋白
e-
N2
（厌氧环境）
固 N 酶
（1）结构组成
Leabharlann Baidu（2）作用机理：
二聚体、含Fe和S 形成[Fe4S4]簇 四聚体（α2β2） 含Mo、Fe和S 钼铁蛋白 N2
还原剂
铁蛋白
氨基的排泄和解毒
♥
氨基酸合成
一 氨基酸降解
1 氨基的去除
(1) 氧化脱氨基
催化氨基酸氧化脱氨的酶:
L-氨基酸氧化酶:
D-氨基酸氧化酶:
专一性氨基酸氧化酶：
L-谷氨酸脱氢酶（L-glutamate dehydrogenase）
谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氨基反应
L-谷氨酸脱氢酶:


• 任何氨基酸合成的前体都来自于糖酵解、TCA循环或磷酸戊 糖途径，其中N原子通过Glu或Gln进入相关的合成途径，而 合成的场所有的在细胞液，有的在线粒体。 • 按照各氨基酸合成前体的性质，所有的氨基酸可分为5大家族 。
必需
• • • • • • • • • • Thr Ile Phe Met Trp Val His Arg Lys Leu