2020高中生物竞赛生物化学基础-第8章-蛋白质代谢课件

第八章第八章蛋白质代谢蛋白质代谢第八章蛋白质代谢第一节第一节 蛋白质消化吸收及营养作用蛋白质消化吸收及营养作用一、消化 蛋白酶作用下水解消化过程消化过程：唾液不含蛋白酶；蛋白消化从胃开始；蛋白消化主要在小肠。第一节蛋白质消化吸收及营养作用一、消化蛋白酶作用下水解消胃酸（胃酸（pH1.5-2.5）作用：）作用：防腐剂，可杀死微生物、外来细胞。促进蛋白质变性、松散，多肽链易被蛋白酶水解。促进蛋白质变性、松散，多肽链易被蛋白酶水解。激活胃蛋白酶原。凝乳作用：胃蛋白酶对乳中的酪蛋白有凝乳作用。凝乳作用对婴幼儿很重要，乳汁 凝块，在胃中停留较长时间，以利消化。胃酸（pH1.5-2.5）作用：防腐剂，可杀死微生物、外来1外源性蛋白在消化道中的水解：外源性蛋白进入消化道，经消化道酶水解成 AA、少量二肽、三肽而被吸收，消化主要在小肠中。常见的蛋白水解酶：内肽酶：水解肽链内部的肽键，产物：小肽。胃蛋白酶胰蛋白酶糜蛋白酶弹性蛋白酶1外源性蛋白在消化道中的水解：外源性蛋白进入消化道，经消化 外肽酶（产物：自由外肽酶（产物：自由 AA）羧肽酶：从羧基末端水解肽键。氨肽酶：从氨基末端水解肽键。二肽酶：二肽AA2内源性蛋白质：由细胞内溶酶体分泌的各种蛋白酶内源性蛋白质：由细胞内溶酶体分泌的各种蛋白酶水解。微生物（植物）：细胞内可产生各种蛋白水解酶：微生物（植物）：细胞内可产生各种蛋白水解酶：胞内酶胞内酶胞外酶。外肽酶（产物：自由AA）羧肽酶：从羧基末端水解肽键。氨肽酶二、营养作用（一）N平衡1总N平衡：摄入量=排出量蛋白质合成、分解处于动态平衡。正常成年人。2正N平衡：摄入量排出量部分摄入的N用于体内蛋白质合成。如：正在生长的儿童，孕妇、恢复期的病人。3负N平衡：摄入量排出量体内蛋白质消耗增加，合成减慢。如：饥饿、消耗性疾病患者。二、营养作用（一）N平衡1总N平衡：摄入量=排出量蛋白质（二）蛋白质生理需要量实验证明：70Kg成年人有400g/day蛋白质在体内变化。其中：1/4降解，需外源蛋白质补充。3/4在体内循环。不进食时，最低分解量：20g/day。成人最低需要量：30-50g/day我国营养学会推荐蛋白质需要量：80g/day（成人）（二）蛋白质生理需要量实验证明：70Kg成年人有400g/d（三）必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸（essential amino acid）：人和动物需要但不能自行合成，必须从食物获得。包括：苯(Phe)，色(Try)，赖(Lys)，蛋(Met)，亮(Leu)，异亮(Ile)，苏(Thr)，纈(Val)（三）必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸（essentia半必需AA：合成速度较慢，常常可满足自身机体、组织需要。如：组（His），精（Arg）非必需AA：可由人和动物自身合成。植物和微生物可从糖为原料合成全部所需氨基酸。半必需AA：合成速度较慢，常常可满足自身机体、组织需要。如（四）蛋白质营养价值评价：（四）蛋白质营养价值评价：结论：结论：食物蛋白质的营养价值的高低，取决于其所含必食物蛋白质的营养价值的高低，取决于其所含必需氨基酸的需氨基酸的种类、含量及比例种类、含量及比例 是否与人体所需的是否与人体所需的相近似，越近似，营养价值越高。相近似，越近似，营养价值越高。一般：动物蛋白质营养价值一般：动物蛋白质营养价值 植物蛋白，植物蛋白，酵母营养高。酵母营养高。（四）蛋白质营养价值评价：结论：食物蛋白质的营养价值的高低，（五）蛋白质营养的搭配（五）蛋白质营养的搭配各种动植物蛋白，不一定具备或充分具备所有的氨各种动植物蛋白，不一定具备或充分具备所有的氨基酸，吃单一食物蛋白难免引起营养不良，食物来源要多样化，注意营养平衡。源要多样化，注意营养平衡。蛋白质的互补作用：营养价值较低的蛋白质混合食用，如果必需氨基酸能互相补充，可以提高营养价值。如：谷类：如：谷类：Lys少，少，Try多多豆类：Lys多，Try少二者混合食用可互补。二者混合食用可互补。（五）蛋白质营养的搭配各种动植物蛋白，不一定具备或充分具备第二节第二节 氨基酸代谢氨基酸代谢高等动物体内氨基酸的代谢概况：高等动物体内氨基酸的代谢概况：第二节氨基酸代谢高等动物体内氨基酸的代谢概况：体内各种体内各种AA都有NH2和和 COOH，所以有共同代谢途径有共同代谢途径 共性。共性。一、氨基酸的脱氨基作用一、氨基酸的脱氨基作用类型：氧化脱氨类型：氧化脱氨非氧化脱氨非氧化脱氨氨基移换（转氨）作用氨基移换（转氨）作用*联合脱氨联合脱氨*体内各种AA都有NH2和COOH，所以有共同代谢途径1氧化脱氨在酶催化下经氧化脱去氨基的过程。主要的酶：LAA氧化酶DAA脱H酶氨基酸脱H酶如：L谷氨酸脱H酶：不需氧脱H酶，NAD(P)为辅酶，存在比较广泛。该酶反应是联系糖代谢的重要反应。1氧化脱氨在酶催化下经氧化脱去氨基的过程。主要的酶：LA2转氨作用：定义：转氨酶催化下，AA与酮酸之间发生氨基转移，一个AA分子中的NH2转移到一个酮酸的酮基上。使 酮酸变成相应的AA，原AA失去氨基成相应的 酮酸。反应：2转氨作用：定义：转氨酶催化下，AA与酮酸之间发生参加转氨的酮酸主要有：酮戊二酸 Glu体内大多数AA能与酮戊二酸转氨生成相应的酮酸和谷AA。已发现50多种转氨酶，除Gly、Lys、Pro、Thr 外，其余AA均可转氨。其中最重要的转氨酶是：谷丙转氨酶谷AA与与-酮戊二酸体系谷草转氨酶谷AA与草酰乙酸参加转氨的酮酸主要有：酮戊二酸 Glu体内大多数A3联合脱氨作用过程：转氨氧化脱氨（转氨酶L谷AA脱H酶）某一AA的NH2借转氨作用转到-酮戊二酸分子上，生成相应的酮酸和谷AA；然后谷AA在L谷AA脱H酶催化下脱去氨基，又生成-酮戊二酸。3联合脱氨作用过程：转氨氧化脱氨（转氨酶L谷AA脱结果：-AA脱去NH2转变成酮酸和NH3；-酮戊二酸是氨基传递体，在联合脱氨中未消耗。骨骼肌、心肌中，L谷AA脱H酶活性不高，以其他方式脱氨。结果：-AA脱去NH2转变成酮酸和NH3；-酮戊二酸4嘌呤核甘酸循环（Purine Nueleatides CyclPNC）七十年代提出，主要方式脱氨。需要转氨酶，谷草转氨酶，延胡索酸酶，苹果酸酶等协调作用完成转氨过程。4嘌呤核甘酸循环（Purine Nueleatides C二、氨基酸脱羧作用二、氨基酸脱羧作用氨基酸脱羧作用是机体组织中一种常见的变化，脱氨基酸脱羧作用是机体组织中一种常见的变化，脱羧形成一 级胺和CO2。脱羧在量上不占重要位置，但。脱羧在量上不占重要位置，但其产物都有重要生理作用，有些胺对动物有毒。其产物都有重要生理作用，有些胺对动物有毒。反应通式：脱羧酶专一性很高，一般一种脱羧酶专一性很高，一般一种 AA有一种脱羧酶。辅酶：除组AA脱羧不需辅酶外，其它均以磷酸吡哆脱羧不需辅酶外，其它均以磷酸吡哆醛为辅酶。二、氨基酸脱羧作用氨基酸脱羧作用是机体组织中一种常见的变化组组AA 组胺：一种强烈的血管舒张剂，有降血压用，浓度过低可引起虚脱。组胺可刺激胃酸和胃蛋白酶的分泌。谷谷AA 氨基丁酸：脑中含量高，对中枢神经系统有抑止作用。VB6为谷AA脱羧酶辅酶。故B6可增加该酶的活性，生成大量的 氨基酸，抑抑制中枢神经的兴奋作用。组AA 组胺：一种强烈的血管舒张剂，有降血压用，浓度过2020高中生物竞赛生物化学基础-第8章-蛋白质代谢课件三、氨基酸脱氨脱羧产物的去路三、氨基酸脱氨脱羧产物的去路脱氨：脱氨：NH3酮酸（AA骨架的代谢）脱羧：脱羧：CO2，胺1NH3的代谢NH3去向：废物去向：废物排泄N源转化，储存（尤其植物）体内体内NH3来源：外源来源：外源从消化道吸收从消化道吸收（肠道细菌的腐败作用）内源AA脱氨及其它含脱氨及其它含N物产生。物产生。三、氨基酸脱氨脱羧产物的去路脱氨：NH3酮酸（AA骨架的NH3的毒性在人及动物体内氨是一种有毒物质，特别对神经系统有害，动物实验证明：血氨浓度 5mg，动物立即死亡。正常情况下，不会发生 NH3在体内堆积。正常人血氨浓度 0.1mg。NH3在体内转化为：尿素（动物排泄）尿酸（动物排泄）NH3（动物排泄）含N物 AA，含N碱，NH4+等。NH3的毒性在人及动物体内氨是一种有毒物质，特别对神经系统2-酮酸的代谢AA的C骨架的代谢-酮酸：R-CO-COOH合成非必需AA 通过氨基化作用氧化供能产生CO2,H2O转变成糖或脂类2-酮酸的代谢AA的C骨架的代谢-酮酸：R-CO-合成非必需AA 通过氨基化作用方式：氧化脱氨、转氨、联合脱氨的逆反应。氧化供能 产生CO2,H2O途径：各种氨基酸分别形成五种中间产物 TCA乙酰CoA -酮戊二酸AA 草酰乙酸TCA CO2,H2O 延胡索酸琥珀酰CoA 合成非必需AA 通过氨基化作用方式：氧化脱氨、转氨、联转变成糖或脂类1AA在体内转变成糖 糖原 生糖AA（多数）。生糖AA：在体内可转变成糖的 AA。C骨架按糖代谢途径进行代谢 糖异生2AA参与脂代谢生成酮体 生酮AA。（少数）生酮AA：在体内可转变成酮体的 AA。AA即可生成糖，又可生成酮体 生糖兼生酮AA 转变成糖或脂类1AA在体内转变成糖 糖原生糖AA（第三节 蛋白质的生物合成一、遗传密码遗传密码：编码氨基酸的核苷酸序列。密码子：核酸分子上三个连续的核苷酸形成的三联体称为密码子，每个密码子代表一种氨基酸。A U G第三节蛋白质的生物合成一、遗传密码遗传密码：编码氨基酸的核苷1961-1965 年，确定了20种AA的密码子。遗传密码表1961-1965年，确定了20种AA的密码子。遗传密码表二、遗传密码的重要性质（基本特点）二、遗传密码的重要性质（基本特点）1不重叠每个三联体密码独立的代表一种 AA，沿，沿5 3方方向逐个阅读核苷酸。二、遗传密码的重要性质（基本特点）1不重叠每个三联体密码独2密码子通用性和变异性各种生物共用同一套遗传密码，从细菌到人都适用。不同生物中不同密码的使用频率不同。通用性不是绝对的。如：人线粒体的密码与通用的遗传密码不完全相同。UGA不再是终止密码 色AA的密码结论：遗传密码并非完全通用，而是近于完全通用。2密码子通用性和变异性各种生物共用同一套遗传密码，从细菌3简并性和摆动性一种AA可由几种密码子编码叫简并性，编码相同AA密码子称为同义密码子。Trp（色）、et（蛋）只有一个密码子。简并性主要发生在密码子的第三位核苷酸的变化。mRNA密码子与tRNA 反密码子配对时，密码子第1、2位碱基配对严格，第 3个碱基可有一定变动。3简并性和摆动性一种AA可由几种密码子编码叫简并性，编码相2020高中生物竞赛生物化学基础-第8章-蛋白质代谢课件4无间隔性连续性密码子之间是连续的，无其它核苷酸隔开。密码子被识别阅读时，从起始密码子开始，直到终止密码子 为止。密码中插入或减去一个碱基使后面的密码发生错位 遗码突变。4无间隔性连续性密码子之间是连续的，无其它核苷酸隔开。5方向性翻译时，密码子阅读方向从 mRNA的5 3。6起始密码子AUG（Met、fMet）GUG（Val）终止密码子UAG，UAA，UGA，不编码任何，不编码任何氨基酸。氨基酸。5方向性翻译时，密码子阅读方向从mRNA的5 3。6三、三、mRNA，rRNA，tRNA在蛋白质合成中的作用在蛋白质合成中的作用1tRNA搬运氨基酸工具，特定氨基酸需专门的搬运氨基酸工具，特定氨基酸需专门的 tRNA搬运。搬运。在酶作用下，tRNA与特定的氨基酸结合成为氨基酰tRNA AA-tRNA；tRNA反密码子按照碱基互补配对原则与 mRNA的密码子配合，使氨基酸对号入座，排成一定顺序。三、mRNA，rRNA，tRNA在蛋白质合成中的作用1tR2rRNA的作用rRNA与蛋白质结合成核糖体，作为蛋白质合成的场所，将tRNA搬运来的氨基酸缩合成肽。核糖体的结构：由 2个亚基组成。2rRNA的作用rRNA与蛋白质结合成核糖体，作为蛋白质合核糖体的功能部位：30S和50S亚基的接触面上有mRNA结合位点。50S亚基上有2个结合位点：氨基酰位点（A位点）：与新进入 AA-tRNA 结合。肽酰位点（P位点）：与延伸中肽酰-tRNA结合。核糖体的功能：识别mRNA上的起始位点，并开始翻译。密码子与反密码子的正确配对。合成肽键。核糖体的功能部位：30S和50S亚基的接触面上有mRNA（三）mRNA的功能蛋白质合成的模板，指导肽链的合成。mRNA的核苷酸顺序决定蛋白质分子中氨基酸顺序。53AUGAUGUAAUAA读码框架读码框架核糖体识别部位核糖体识别部位原核生物mRNA（三）mRNA的功能蛋白质合成的模板，指导肽链的合成。mRN四、密码子的识别:反密码子密码子tRNA的反密码子通过碱基配对识别mRNA密码子。tRNA的上的AA对识别密码子没有影响，tRNA分子本身起着决定作用。3553Phe112312 3四、密码子的识别:反密码子密码子tRNA的反密码子通过碱基五、蛋白质合成的过程（原核生物）氨基酸的活化：形成氨基酰tRNA（AA-tRNA）。肽链合成的起始：形成 70S 起始复合物。肽链延伸：结合（进位）新AA-tRNA 进入核糖体A位。转肽形成肽键。脱落转肽后，P位上的tRNA脱落。移位核糖体沿mRNA 5 3方向移动一个密码的距离；肽酰-tRNA从核糖体的A位移到P位。肽链合成的终止肽链的折叠和加工处理五、蛋白质合成的过程（原核生物）氨基酸的活化：形成氨基酰t1AA的活化形成蛋白质时，氨基酸之间以肽键相连。一个AA的-COOH与另一个AA的-NH2反应，从热力学观点上看是困难的，只有-COOH活化才能反应。活化方式：氨基酰tRNA合成酶（E）催化、ATP供能,AA的-COOH与tRNA 的3-OH成酯键，形成氨基酰tRNA（AA-tRNA）AA+ATP+E AA-AMP-E +PPi（复合物）1AA的活化形成蛋白质时，氨基酸之间以肽键相连。一个AA的复合物AA-AMP-E 上活化的AA转到tRNA3-OH，形成氨基酰tRNA（AA-tRNA）：AA-AMP-E +tRNA AA-tRNA+E+AMP复合物AA-AMP-E上活化的AA转到tRNA3-OH，2肽链合成的起始起始密码子（Initiation codon）合成多肽并非从mRNA 5末端第一个核苷酸开始，被翻译的第一个密码子多位于 5端第 25个核苷酸后。起始密码子为AUG，少数为GUG。起始AA为MetMet+tRNAf Met-tRNAf fMet-tRNAf 甲酰-FH4（甲酰化）2肽链合成的起始起始密码子（Initiation cod30S起始复合物的形成30S-IF3+mRNA+fMet-tRNAf 30S起始复合物30S 起始复合物30S起始复合物的形成30S-IF3+mRNA+f70S起始复合物的形成30S起始复合物+50S 70S 起始复合物tRNA-fMet 进入核糖体P位点，A位点空着，准备接受另一个AA-tRNA。fMet-tRNAf 进入核糖体P位点。需起始因子IF1，IF2，IF3，需GTP供能。70S 起始复合物50S70S起始复合物的形成30S起始复合物+50S 3肽链的延伸肽链的延伸（1）进位（结合）进位（结合）按碱基互补规则，一个新的AA-tRNA进入进入70S复复合物A位点。需两种延伸因子EF-Tu,和和EF-Ts的作用；需GTP供能。3肽链的延伸（1）进位（结合）按碱基互补规则，一个新的AA2020高中生物竞赛生物化学基础-第8章-蛋白质代谢课件（2）转肽肽酰转移酶催化，P位上tRNA携带的带的fMet转移给A位点上新进入的氨酰-tRNA的氨基，形成1个肽键；P位上的tRNA成为空负载；A位上的tRNA负载一个二肽；转肽反应需GTP，ATP参与。（2）转肽肽酰转移酶催化，P位上tRNA携带的fMet转移给（3）脱落脱落转肽后，P位上空载的tRNA脱落。脱落。（4）移位移位移位酶作用，核糖体沿 mRNA 5 3方向相对位移移1个密码子距离，使肽酰基-tRNA（P-tRNA）从核糖体A位P位移动。A位空出，以使第三个 AA-tRNA进入。进入。此过程需GTP供能。（3）脱落转肽后，P位上空载的tRNA脱落。（4）移位移位酶以上过程：以上过程：进位进位转肽转肽脱落脱落移位重复进行移位重复进行，核糖体，核糖体沿mRNA每移动一个密码单位，肽链加长一个 AA单位，直到直到mRNA终止密码子出现在核糖体终止密码子出现在核糖体 A位点为止。位点为止。肽链延伸的方向由 N C端。以上过程：进位转肽脱落移位重复进行，核糖体沿mRNA每2020高中生物竞赛生物化学基础-第8章-蛋白质代谢课件4肽链合成的终止肽链合成进行到mRNA的终止密码子UAA,UAG,UGA出现在核糖体 A位时。1终止因子RF识别mRNA的终止密码子，并结合到 A位点。2RF使肽酰转移酶活性改变，促使肽酰 tRNA间的酯键水解，新合成的多肽从核糖体上释放出来。3RF促使tRNA(无负载)从核糖体释放。tRNA从70S核糖体脱落，核糖体离开 mRNA，同时IF3与30S结合，开始新一轮合成。4肽链合成的终止肽链合成进行到mRNA的终止密码子UA2020高中生物竞赛生物化学基础-第8章-蛋白质代谢课件5肽链的折叠和加工处理肽链合成后需加工（修饰）才成为有活性的蛋白。（1）肽链末端的修饰N端切去fMet；切去甲酰基；从N端切去几个AA。5肽链的折叠和加工处理肽链合成后需加工（修饰）才成为有活性（2）AA共价修饰磷酸化（糖原磷酸化酶）乙酰化（组蛋白）甲基化（Cytc，肌肉蛋白）糖基化（糖蛋白）羟基化（3）肽链水解修饰 切去一段肽链（4）S-S 形成在链内或链间形成 S-S，有助于蛋白质空间结构形成。（2）AA共价修饰磷酸化（糖原磷酸化酶）乙酰化（组蛋白）甲基六、蛋白质合成总结：条件：模板：DNA mRNA（直接）能量：GTP，ATP。每合成一个肽键至少需 4个高能键。原料：20种AA。载体：tRNA场所：核糖体，需多种蛋白因子 IF，EF，RF密码阅读方向：沿mRNA 5 3。肽链延伸方向：NC六、蛋白质合成总结：条件：模板：DNA mRNA（直接）