蛋白質(zhì)代謝

1、第一節(jié) 蛋白質(zhì)的降解、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),第二節(jié) 氨基酸的分解,第三節(jié) 氨基酸的合成,第四節(jié) 蛋白質(zhì)的合成,第五節(jié) 蛋白質(zhì)代謝的調(diào)節(jié),第九章 蛋白質(zhì)代謝,第一節(jié) 蛋白質(zhì)的降解、 吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),一、蛋白質(zhì)的降解,,,,,二、蛋白質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),一、 蛋白質(zhì)的降解,蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的降解，就是在酶的催化下通過加水分解，使蛋白質(zhì)中的肽鍵斷裂，最后生成氨基酸的過程。,1、蛋白質(zhì)降解的特性,（1）細(xì)胞選擇性降解非正常蛋白質(zhì)（2）機(jī)體降解外源蛋

2、白質(zhì),（1）細(xì)胞選擇性降解非正常蛋白質(zhì),細(xì)胞有選擇性地降解蛋白質(zhì)，主要是通過泛素介導(dǎo)的。 絕大多數(shù)活性變化快速的酶都在細(xì)胞代謝中具有重要的調(diào)控作用。 酶對(duì)降解的敏感性與它們的催化活性以及變構(gòu)性質(zhì)密切相關(guān)。,（2）機(jī)體降解外源蛋白質(zhì),外源蛋白質(zhì)不能直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，必須分解成氨基酸后才能被細(xì)胞利用。 蛋白質(zhì)水解成氨基酸主要是通過蛋白酶實(shí)現(xiàn)的，它們能夠水解蛋白質(zhì)的肽鍵。 按照水解多肽的方式不同，蛋白酶又可分為蛋白內(nèi)切酶、蛋白外切酶以

3、及二肽酶三類。,2、內(nèi)源蛋白質(zhì)降解的反應(yīng)機(jī)制,溶酶體的降解機(jī)制 ATP-依賴性的以細(xì)胞溶膠為基礎(chǔ)的泛素調(diào)節(jié)降解機(jī)制,真核細(xì)胞降解內(nèi)源蛋白質(zhì)的兩種體系：,2、內(nèi)源蛋白質(zhì)降解的反應(yīng)機(jī)制,泛素與降解蛋白質(zhì)的結(jié)合過程,（1）肽鏈內(nèi)切酶,概念：能水解肽鏈內(nèi)部肽鍵的酶 舉例： 胃蛋白酶，芳香和酸性氨基酸的羧基端肽鍵。 胰蛋白酶，堿性氨基酸的羧基端肽鍵。 胰凝乳蛋白酶，芳香氨基酸的羧基端肽鍵。 彈性蛋白酶，脂

4、肪族氨基酸的羧基端肽鍵。,（1）肽鏈內(nèi)切酶,,,,,胃蛋白酶,胰凝乳蛋白酶,彈性蛋白酶,胰蛋白酶,代表性酶切位點(diǎn),（2）肽鏈外切酶,概念：只水解肽鏈兩端氨基酸所形成的肽鍵羧肽酶：從多肽鏈的游離羧基端逐一地將肽鏈水解成氨基酸。氨肽酶：從多肽鏈的游離氨基端逐一地將肽鏈水解成氨基酸。,（2）肽鏈外切酶,,,羧肽酶,氨肽酶,（3）二肽酶,只水解二肽,,二肽酶,二、蛋白質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),依賴載體蛋白的主動(dòng)運(yùn)輸,,由γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶催化的γ-谷氨

5、酰循環(huán),二、蛋白質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),,第二節(jié) 氨基酸的分解,食物蛋白質(zhì),氨基酸,,,酶、部分激素,組織蛋白,,合成,分解,,合成,消化分解,,,脫氨,CO2＋胺,,,,氨,α-酮酸,,,,,嘧啶,NH4+,鳥氨酸循環(huán),尿素,門冬酰胺谷氨酰胺,,,,糖代謝產(chǎn)物,脂代謝產(chǎn)物,合成,,合成脂肪,,合成糖,,,TCA循環(huán),,H2O+CO2+ATP,脫羧,,呼出，變尿、維生素、激素,氨基酸的共同代謝包括脫氨基作用和脫羧基作用。,,R,CH,,NH3+

6、,,COO-,,,R－CO － COO －+NH4+,R－CH2 － NH2+CO2,,α-酮酸,胺,脫氨基作用,脫羧基作用,第二節(jié) 氨基酸的分解,一、氨基酸的分解作用,,,,,,,三、氨基酸碳骨架的氧化途徑,二、尿素的形成,,,四、由氨基酸衍生的其它重要物質(zhì),一、氨基酸的分解作用,1、脫氨基作用2、脫羧作用3、氨基酸分解產(chǎn)物的去向,（1）氧化脫氨基作用（2）非氧化脫氨基作用（3）轉(zhuǎn)氨基作用（4）聯(lián)合脫氨基作用,1、脫氨基作用

7、,在酶催化下，氨基酸氧化成α-酮酸，耗氧并產(chǎn)生氨。,,2R,CH,,NH3+,,COO-+O2,,,2R,C,,,,O,COO-,+2NH4+,氧：氨：α-酮酸＝1：2：2,（1）氧化脫氨基作用,（1）L-氨基酸氧化酶：體內(nèi)分布不多，最適pH10左右（2）D-氨基酸氧化酶：體內(nèi)分布多，活力強(qiáng)，但體內(nèi)D-氨基酸不多（3）L-谷氨酸脫氫酶：輔酶為NAD+或NADP+，能催化L-谷氨酸氧化脫氨基，生成α-酮戊二酸及氨。此酶在動(dòng)植物、微生物

8、中普遍存在，而且活力強(qiáng)，最適pH為中性，且許多生物中只有谷氨酸能進(jìn)行氧化脫氨，作用較大。,催化氧化脫氨基反應(yīng)的酶,（4）甘氨酸氧化酶：該酶使甘氨酸脫氨生成乙醛酸。 （5）D-天冬氨酸氧化酶：催化D-天冬氨酸脫氨生成草酰乙酸 。,催化氧化脫氨基反應(yīng)的酶,,（1）直接脫氨基作用（2）水解脫氨基作用（3）脫水脫氨基作用（4）脫巰基脫氨基作用（5）氧化還原脫氨基作用（6）脫酰氨基作用,主要見于微生物，但不普遍，可分為：,（2）非氧化

9、脫氨基作用,轉(zhuǎn)氨基作用：一種α-氨基酸的氨基可以轉(zhuǎn)移到α-酮酸上，從而生成相應(yīng)的一分子α-酮酸和一分子α-氨基酸。 轉(zhuǎn)氨酶：催化轉(zhuǎn)氨基作用的酶。 轉(zhuǎn)氨酶的種類：很多，在動(dòng)、植物組織和微生物中分布也廣，因此氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用在生物體內(nèi)極為普遍。實(shí)驗(yàn)證明，除賴氨酸、蘇氨酸外，其余的α-氨基酸都可以參加轉(zhuǎn)氨基作用，并有各自特異的轉(zhuǎn)氨酶。 常見的轉(zhuǎn)氨酶：谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶。,（3）轉(zhuǎn)氨基作用,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,

10、COO-,,,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,,,,CH3,C=O,COO-,,,CH NH3+,COO-,,,CH3,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,α-酮戊二酸,谷丙轉(zhuǎn)氨酶,（3）轉(zhuǎn)氨基作用,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,,,,CH NH3+,COO-,,,谷氨酸,天門冬氨酸,α-酮戊二酸,谷草轉(zhuǎn)氨酶,CH2,COO-,,C＝O,COO-,,,草酰乙酸

11、,CH2,COO-,,（3）轉(zhuǎn)氨基作用,L-氨基酸氧化酶活力不高，而L-谷氨酸脫氫酶的活力很強(qiáng)。 單靠轉(zhuǎn)氨酶并不能使氨基酸脫去氨基。 因此一般認(rèn)為L-氨基酸在體內(nèi)往往不是直接氧化脫去氨基，而是先與α-酮戊二酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用變?yōu)橄鄳?yīng)的酮酸及谷氨酸，谷氨酸經(jīng)谷氨酸脫氫酶作用重新變成α-酮戊二酸，同時(shí)放出氨。 這種脫氨基作用是轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨基作用聯(lián)合進(jìn)行的，所以叫聯(lián)合脫氨基作用。,（4）聯(lián)合脫氨基作用,R,CH NH3+,COO-,,

12、,C=O,COO-,,,,,,α-氨基酸,α-酮酸,轉(zhuǎn)氨酶,R,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,α-酮戊二酸,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,谷氨酸,,,,L-谷氨酸脫氫酶,NH4+＋NADH+H +（或NADPH+H +),NAD + 或NADP + +H2O,（4）聯(lián)合脫氨基作用,2、脫羧基作用,氨基酸在氨基酸脫羧酶催化下進(jìn)行脫羧作用，生成CO2和一個(gè)伯胺類化

13、合物，這個(gè)反應(yīng)除組氨酸外均需要磷酸吡哆醛（VB6）作為輔酶。 脫羧作用，在微生物中很普遍，在高等動(dòng)植物組織內(nèi)也有此作用，但不是氨基酸代謝的重要方式。脫羧酶的專一性很高，除個(gè)別脫羧酶外，一種氨基酸脫羧酶一般只對(duì)一種氨基酸起脫羧作用。,,R,CH,,NH3+,,COO-,,RCH2 NH2+CO2,胺,脫羧基作用,氨基酸,2、脫羧基作用,3、氨基酸分解產(chǎn)物的代謝,（1）氨基酸經(jīng)脫羧作用產(chǎn)生CO2和胺。胺可隨尿排出，也可在酶的催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

14、維生素或激素等成分；CO2可由呼吸排出。（2）氨基酸經(jīng)脫氨作用生成氨及α-酮酸。 氨在生物體內(nèi)即使?jié)舛容^低，也對(duì)細(xì)胞有毒害作用（尤其是在人和動(dòng)物體內(nèi)）。因此體內(nèi)血氨濃度不能太高，正常人血氨濃度低于0.1mg%，故必須將氨轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌衔铩?氨基酸,分解,,,脫氨,CO2＋胺,,,,氨,α-酮酸,,,,,嘧啶,NH4+,鳥氨酸循環(huán),尿素,門冬酰胺谷氨酰胺,,,,糖代謝產(chǎn)物,脂代謝產(chǎn)物,,合成脂肪,,合成糖,,,TCA循環(huán)

15、,,H2O+CO2+ATP,脫羧,,呼出，變尿、維生素、激素,3、氨基酸分解產(chǎn)物的代謝,（1）氨的代謝（2）α-酮酸的代謝（3）CO2的去路（4）胺的去路,3、氨基酸分解產(chǎn)物的代謝,（1）氨的代謝,①生成尿素的鳥氨酸循環(huán)②生成谷氨酰胺和天冬酰胺③重新生成氨基酸④經(jīng)腎臟以銨鹽形式排出,①生成尿素的鳥氨酸循環(huán),通過鳥氨酸循環(huán)可將CO2和有毒的NH3轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩夭⑼ㄟ^腎臟排出體外。 尿素的形成將在后面單獨(dú)講解,(CH2)2,COO

16、-,,CH NH3+,COO-,,,谷氨酸,,Mg2+,+NH4+＋ATP,(CH2)2,CONH2,,CH NH3+,,,谷氨酰胺,COO-,+ADP +Pi,合成酶,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,谷氨酸,,+H2O,(CH2)2,CONH2,,CH NH3+,,,谷氨酰胺,COO-,+NH4+,谷氨酰胺酶,肝臟,此氨是尿氨的主要來源，占尿中氨總量的60％,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,

17、CH2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,天冬氨酸,,Mg2+,+NH4+＋ATP,CH2,CONH2,,CH NH3+,,,天冬酰胺,COO-,+ADP +Pi,合成酶,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,CH2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,天冬氨酸,,+H2O,CH2,CONH2,,CH NH3+,,,天冬酰胺,COO-,+NH4+,天冬酰胺酶,肝臟,天冬酰氨是植物儲(chǔ)氨的主要方式。,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,氨基酸脫下的

18、氨經(jīng)谷氨酰胺就可轉(zhuǎn)化成嘧啶類化合物。,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,乳清酸的生物合成途徑,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,乳清酸轉(zhuǎn)變成UTP和CTP,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,③重新生成氨基酸,當(dāng)組織細(xì)胞中糖代謝旺盛時(shí)，氨可與糖類轉(zhuǎn)化成的α-酮酸發(fā)生氨基化反應(yīng)重新生成氨基酸。 通過脫氨基作用產(chǎn)生的氨再用來合成氨基酸時(shí)，雖然并不能增加氨基酸的數(shù)量，卻能改變氨基酸的種類。,④經(jīng)腎臟以銨鹽形式排出,另外，有些植物組織中含有大量的有機(jī)酸，如異檸檬酸、檸

19、檬酸、蘋果酸、酒石酸和草酰乙酸等，氨可以和這些有機(jī)酸結(jié)合生成銨鹽，以保持細(xì)胞內(nèi)正常的pH值。,（2）α-酮酸的代謝,①重新生成氨基酸②轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛屯w③氧化成CO2和H2O并放出能量,①重新生成氨基酸,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,,,谷氨酸,α-酮戊二酸,+NH3+,,+NH3+,+H2O,NAD(P)H+ H+,NAD(P)H+,谷氨酸脫氫酶,①重新生成氨基

20、酸,上述反應(yīng)是多數(shù)有機(jī)體直接利用NH3合成谷氨酸的主要途徑。 因?yàn)楣劝彼岬陌被梢赞D(zhuǎn)到任何一種α-酮酸上，從而形成各種相應(yīng)的氨基酸。,①重新生成氨基酸,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,,,,CH3,C=O,COO-,,,CH NH3+,COO-,,,CH3,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,α-酮戊二酸,谷丙轉(zhuǎn)氨酶,當(dāng)體內(nèi)不需要將α-酮酸再合成氨基酸，并且體內(nèi)的能量供給又極

21、充足時(shí)，α-酮酸可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘羌爸尽?動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，如用氨基酸飼養(yǎng)患人工糖尿病的犬，大多數(shù)氨基酸可使尿中葡萄糖含量增加，少數(shù)幾種可使葡萄糖及酮體的含量同時(shí)增加。而亮氨基酸只能使酮體的含量增加。,②轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛屯w,生糖氨基酸:在體內(nèi)可以轉(zhuǎn)變成糖的氨基酸（如丙氨酸、精氨酸、天門冬氨酸等十四種），按糖代謝途徑進(jìn)行代謝。生酮氨基酸:在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)橥w的氨基酸，按脂肪代謝途徑進(jìn)行代謝。生糖兼生酮氨基酸:在體內(nèi)既能轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，又能轉(zhuǎn)變?yōu)橥w的氨

22、基酸。它們之中一部分按糖代謝、一部分按脂肪酸代謝途徑進(jìn)行代謝。,②轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛屯w,②轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛屯w,②轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛屯w,α-酮酸可進(jìn)入三羧酸循環(huán)氧化合成CO2及H2O，并放出能量。,③氧化成CO2和H2O并放出能量,（3）CO2的去路,氨基酸脫羧后形成的CO2大部分可直接排出細(xì)胞外，小部分參與CO2的固定，進(jìn)行糖異生反應(yīng)。,（4）胺的去路,胺在胺氧化酶的作用下，氧化成醛；醛經(jīng)醛脫氫酶催化，加水脫氫，生成有機(jī)酸，再經(jīng)β-氧化生成乙酰-CoA

23、，乙酰-CoA可以進(jìn)入三羧酸循環(huán)，徹底氧化成CO2和H2O。,場所：主要為肝臟原料：NH3和CO2過程：通過鳥氨酸循環(huán)來完成，大體分三個(gè)階段：①鳥氨酸與CO2和NH3作用，合成瓜氨酸（線粒體中）②瓜氨酸與天冬氨酸作用，合成精氨酸（線粒體外）③精氨酸被肝臟中的精氨酸酶水解，產(chǎn)生尿素并重新放出鳥氨酸，然后鳥氨酸再進(jìn)行下一輪循環(huán),二、尿素的形成,二、尿素的形成,（1）氨基甲酰磷酸的合成（2）瓜氨酸的合成（3）精氨酸的合成（4）

24、精氨酸水解生成尿素,天冬氨酸,二、尿素的形成,氨甲酰磷酸,二、尿素的形成,（1）氨基甲酰磷酸的合成,（2）瓜氨酸的合成,（3）精氨酸的合成,（4）精氨酸水解生成尿素,糖、脂肪、氨基酸、與核酸代謝的聯(lián)系,蛋白質(zhì),糖（糖原、葡萄糖）,磷酸丙糖,絲氨酸,磷酸甘油脂肪酸,脂肪,丙酮酸,色、甘、丙、蘇、半胱、絲、羥脯,乙酰COA,草酰乙酸,天門冬氨酸,天門冬酰氨,檸檬酸,延胡索酸,苯丙、酪,琥珀酰COA,α-酮戊二酸,谷氨酸,谷氨酰胺,異亮、蛋

25、、纈、蘇,組、脯、鳥、精、瓜,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,CO2,,,,CO2,,,CO2,,,,,,,,,,,,6-磷酸葡糖,,磷酸戊糖途徑,,核酸,,,,,,,,三、氨基酸碳骨架的氧化途徑,1、乙酰-CoA的形成2、琥珀酰-CoA的形成3、經(jīng)延胡索酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)4、α-酮戊二酸的形成5、草酰乙酸的形成,1、乙酰-CoA的形成,通過丙酮酸形成乙酰-CoA的氨基酸降解,1、乙酰-CoA的形成,通過乙酰乙酰-CoA

26、形成乙酰-CoA的降解途徑,2、琥珀酰-CoA的形成,,異亮氨酸、甲硫氨酸和纈氨酸的分解途徑,,3、經(jīng)延胡索酸進(jìn)入三羧酸循環(huán),經(jīng)延胡索酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)的氨基酸為苯丙氨酸和酪氨酸。 它們除了可以生成乙酰-CoA外，還可生成延胡索酸。,4、α-酮戊二酸的形成,,C5族氨基酸通過α-酮戊二酸的降解途徑,5、草酰乙酸的形成,天冬氨酸和天冬酰胺可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，從而進(jìn)入三羧酸循環(huán)。 天冬酰胺經(jīng)天冬酰胺酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)樘於彼幔於彼峤?jīng)轉(zhuǎn)氨作用

27、形成草酰乙酸。 植物和某些微生物的天冬氨酸還可以直接脫氨形成延胡索酸。,四、由氨基酸衍生的其它重要物質(zhì),1、一碳單位2、生物活性物質(zhì),1、一碳單位,在代謝過程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解產(chǎn)生具有一個(gè)碳原子的基團(tuán)（不包括二氧化碳），稱為一碳單位。 體內(nèi)的一碳單位有：甲基(-CH3 )、甲烯基(-CH2- )、甲炔基(-C= )、甲?；?CHO ）及亞氨甲基（-CH=NH）等。,1、一碳單位,一碳單位不能游離存在，四氫葉酸（

28、THF）是其載體，攜帶甲基的部位在四氫葉酸的N5、N10位上，如N5, N10-甲烯四氫葉酸。 一碳單位的轉(zhuǎn)移除了和許多氨基酸的代謝直接有關(guān)外，還參與嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成，是聯(lián)系氨基酸代謝和核酸代謝的樞紐化合物。 體內(nèi)重要的一碳單位來自不同的氨基酸。,2、生物活性物質(zhì),生物體在生命活動(dòng)中需要一些生物活性物質(zhì)來調(diào)節(jié)代謝等過程。 有些活性物質(zhì)可由氨基酸合成，還有一些可由氨基酸本身充當(dāng)。 少量的這些物質(zhì)就能發(fā)揮明顯的生物學(xué)功

29、能。,第三節(jié) 氨基酸的合成,一、氨基酸合成的共同途徑,,,,,二、個(gè)別氨基酸的合成,必需氨基酸：組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中有8種是人體和哺乳動(dòng)物不能自身合成的，需要由食物蛋白質(zhì)供給方能保持正常。 半必需氨基酸：人體可以合成少量。 非必需氨基酸：其余10種為人及動(dòng)物能合成的。,生物體合成氨基酸的方式:,1、還原性氨基化2、轉(zhuǎn)氨基作用3、氨基酸相互轉(zhuǎn)化,一、氨基酸合成的共同途徑,C=NH,COO-,,,C=O,COOH,,,,L-亞

30、氨基酸,α-酮酸,R,+NH3,R,+H2O,,2H,CH－NH2,COO-,,,α-氨基酸,R,1、還原性氨基化,(CH2)2,COOH,,CH NH2,COOH,,,(CH2)2,COOH,,C=O,COOH,,,,谷氨酸,α-酮戊二酸,+NH3,+H2O,+2H,谷氨酸脫氫酶,1、還原性氨基化,(CH2)2,COOH,,CH NH2,COOH,,,,谷氨酸,谷氨酰胺合成酶,+NH3,,ATP,ADP,(CH2)2,CO－ NH2,

31、,CH NH2,,,谷氨酰胺,COOH,＋H＋＋Pi,2、轉(zhuǎn)氨基作用,蘇氨酸絲氨酸,色氨酸胱氨酸,,,丙氨酸,甘氨酸,3、氨基酸相互轉(zhuǎn)化,二、個(gè)別氨基酸的合成,,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙酮酸族,絲氨酸族,芳香族氨基酸,組氨酸,第四節(jié) 蛋白質(zhì)的合成,,蛋白質(zhì)合成的要點(diǎn)：1、DNA指導(dǎo)mRNA的合成： mRNA不同，氨基酸在其所合成肽中的排列組成也不同，生成的蛋白質(zhì)也就各異。2、三種RNA的協(xié)同作用： mRNA是合成

32、蛋白質(zhì)的“模板”，tRNA是運(yùn)載各種氨基酸的特異工具，rRNA是蛋白質(zhì)合成的場所。,四、蛋白質(zhì)運(yùn)輸及翻譯后修飾,第四節(jié) 蛋白質(zhì)的合成,,,,,,,,,一、遺傳密碼,二、蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ),三、蛋白質(zhì)的合成—翻譯,一、遺傳密碼,（1）mRNA與密碼子 （2）密碼子與各種氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系 （3）密碼子的基本特性,（1）mRNA與密碼子,mRNA中的核苷酸有4種（A、U、G、C），而氨基酸有20種。4種核苷酸怎樣排列組合才足以代表20種

33、氨基酸呢？ 大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明密碼是由三個(gè)連續(xù)的核苷酸所組成的，這三個(gè)核苷酸也稱為三聯(lián)體密碼或密碼子。,20種天然氨基酸的密碼子,（2）密碼子與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系,（3）密碼子的基本特性,①無間隔性②不重疊性③簡并性④第三位堿基具有較小的專一性-變偶性⑤終止密碼子⑥通用性和特殊性,（3）密碼子的基本特性,正常與異常血紅蛋白比較,,,,,（3）密碼子的基本特性,二、蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ),1、翻譯的模板—mRNA2、tRNA的作

34、用— 轉(zhuǎn)運(yùn)3、核蛋白體的作用—合成場所,1、mRNA的作用原理,mRNA上3個(gè)核苷酸序列組成的遺傳密碼決定一個(gè)氨基酸，這些密碼以連續(xù)的方式組成了閱讀框（從第一個(gè)密碼子到最后一個(gè)密碼子）。,2、tRNA的作用原理（tRNA結(jié)構(gòu)）,,載運(yùn)氨基酸,,反密碼子,2、tRNA的作用原理（tRNA結(jié)構(gòu)）,（1）3’-端-CCA上的氨基酸接受位點(diǎn)（2）識(shí)別氨酰- tRNA合成酶的位點(diǎn)（3）核糖體識(shí)別位點(diǎn)，使延長中的肽鏈附著于核糖體上（4）反密

35、碼子位點(diǎn),tRNA分子上與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的4個(gè)位點(diǎn)：,3、核蛋白體（rRNA）的作用原理,附著在mRNA上的核蛋白體從起動(dòng)信號(hào)沿著mRNA長鏈逐漸向終止信號(hào)移動(dòng)。 在移動(dòng)的同時(shí)，由帶著氨基酸的tRNA辨認(rèn)，并譯出mRNA的密碼子。每譯一個(gè)新的密碼子，就進(jìn)入一個(gè)帶有氨基酸的新tRNA。 rRNA每向前移動(dòng)一個(gè)密碼子的位置，肽鏈上即增加一個(gè)氨基酸，移動(dòng)過程就是翻譯。 rRNA不斷向前移動(dòng)，肽鏈不斷增長，接近終止信號(hào)時(shí)，翻譯過程即告結(jié)束

36、。核蛋白體脫落，多肽鏈也即釋出。,核糖體的組成,核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠,,,,,,,,,,原核生物mRNA 5’端的SD序列——識(shí)別16S rRNA,核糖體結(jié)合位點(diǎn)序列,原核細(xì)胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖,3、核蛋白體的作用原理,3、核蛋白體的作用原理,三、蛋白質(zhì)的合成—翻譯,（一）肽鏈延伸及mRNA翻譯方向（二）原核生物蛋白質(zhì)生物合成過程,（一）肽鏈延伸及mRNA翻譯方向,合成需要大約300種生物大分子參

37、與，其中包括tRNA、mRNA、rRNA、可溶性蛋白質(zhì)因子等。 多肽鏈的合成是從N端向C端進(jìn)行的。 mRNA上信息的閱讀（翻譯）是從mRNA的5’端向3’端進(jìn)行的。,（二）原核生物蛋白質(zhì)生物合成過程,1、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)2、在核蛋白體上合成多肽,大腸桿菌蛋白質(zhì)合成體系的重要組成,大腸桿菌蛋白質(zhì)合成體系的重要組成,（二）原核生物蛋白質(zhì)生物合成過程,1、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn),氨基酸在摻入肽鏈之前必須活化以獲得額外的能量。 每種氨基酸

38、均由特異的活化酶體系來激活（氨酰-tRNA合成酶）。 氨基酸被活化的是-COOH基。該過程是一種酶促過程。 活化了的氨基酸必須由特異的“搬運(yùn)工具”－tRNA所攜帶。,CH,,,,氨基酸,Mg2+,C,,,O,O－,,NH3 ＋,,R,ATP +,酶,CH,,,C,,,O,O,,NH2,,R + PPi,,P,,,O,,OH,,O,,A,與酶結(jié)合的氨酰－AMPA:腺苷,反應(yīng)1,1、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn),,Mg2+,酶,CH,,,C,,

39、,O,O,,NH2,,R + tRNA,,P,,,O,,OH,,O,,A,R CHCO- tRNA+AMP,NH2,,反應(yīng)2,AA－AMP,AA－tRNA,1、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn),1、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn),氨?！猼RNA合成酶的特點(diǎn)：①催化反應(yīng)具有專一性，既能識(shí)別氨基酸，又能識(shí)別轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA。②具有校正功能，避免錯(cuò)誤摻入氨基酸。,1、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn),2、在核蛋白體上合成多肽,核糖體的基本組成1,,,大腸桿菌的核糖體圖解,接

40、受肽基的供體P位,接受氨?；氖荏wA位,核糖體50S大亞基,核糖體30S小亞基,mRNA結(jié)合位點(diǎn),反密碼子,密碼子,,,,,,,,,反密碼子,5’,3’,（1）肽鏈合成的起始 （2）肽鏈合成的延長（3）肽鏈合成的終止和釋放,2、在核糖體上合成多肽,（1）肽鏈合成的起始,①復(fù)合物II的形成：核蛋白體小亞基I（30S）附著于mRNA的起動(dòng)信號(hào)AUG部位，形成復(fù)合物II。此步需Mg2+及起動(dòng)因子3（IF-3）參與。②復(fù)合物III的形成：

41、在mRNA起動(dòng)部位的密碼子AUG，是蛋白質(zhì)合成的起動(dòng)信號(hào)。與此起動(dòng)信號(hào)的密碼子AUG相應(yīng)的氨基酰tRNA為一種帶有甲酰甲硫氨酸及相應(yīng)反密碼子的tRNA。密碼子與反密碼子對(duì)應(yīng)結(jié)合后形成復(fù)合物III。此步需GTP，Mg2+與起動(dòng)因子1（IF-1）和2（IF-2）的存在。③起動(dòng)復(fù)合體IV的形成：核蛋白體大亞基（50S）與復(fù)合物III結(jié)合。,IF-3,①核糖體大小亞基分離,非功能性的70 S核糖體在IF3的作用下發(fā)生解離，生成IF3·

42、;30 S復(fù)合物和游離的50S大亞基,IF-3,IF-1,②mRNA在小亞基定位結(jié)合,IF3·30 S復(fù)合物與mRNA模板相結(jié)合，在此過程中IF–1 占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNA，IF–3則可阻止50 S大亞基過早結(jié)合，幫助mRNA的SD序列與16S rRNA3’‐端相結(jié)合，使mRNA正確定位，并在翻譯啟動(dòng)區(qū)形成使起始信號(hào)易被fMet–tRNA fMet識(shí)別的高級(jí)結(jié)構(gòu)。,IF-3,IF-1,③起始氨基酰tRNA（fMet-tR

43、NAimet ）結(jié)合到小亞基,在IF12、 IF2- GTP的幫助下，fMet–tRNA fMet進(jìn)入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對(duì),IF-3,IF-1,IF-2,,GTP,GDP,Pi,④核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成,甲酰甲硫氨酰tRNA就位后，起始因子IF–3就脫離小亞基，隨著IF–3的脫落，核蛋白體50 S大亞基與小亞基結(jié)合成70 S起始復(fù)合物，甲酰甲硫氨酰tRNA占據(jù)P位，與此同時(shí)GTP水解

44、，IF–1和 IF–2脫離起始復(fù)合物。,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,已知IF–2對(duì)于30 S起始復(fù)合物與50 S亞基的連接是必需的，而IF–1則在70 S起始復(fù)合物生成后促進(jìn)IF–2的釋放，從而完成蛋白質(zhì)合成的起始過程。,（2）肽鏈合成的延長,進(jìn)位：新的氨酰tRNA進(jìn)入A部位轉(zhuǎn)肽：在肽基轉(zhuǎn)移酶催化下，P位上fMet-tRNA的fMet基轉(zhuǎn)給A位上新來的AA-tRNA，fMet的羧基與A位新來氨基酸的NH2基結(jié)

45、合成肽鍵，無載荷的OH-tRNAf仍留在P位，形成新的肽鍵移位：核蛋白體移動(dòng)的同時(shí)，原處于A部位帶有肽鏈的tRNA隨即轉(zhuǎn)到P部位,延長按以下步驟循環(huán)進(jìn)行：,進(jìn) 位,起始復(fù)合物形成以后，第二個(gè)AA–tRNA在延伸因子EF-Tu及GTP的作用下，生成AA–tRNA·EF-Tu·GTP復(fù)合物，然后結(jié)合到核糖體的A位上，同時(shí)GTP被水解成GDP和Pi,Tu,Ts,GTP,,GDP,,Tu,,Ts,GTP,成 肽,在肽基轉(zhuǎn)移

46、酶的催化下，P位上的fMet–tRNA fMet活化的羧基從相應(yīng)的tRNA上解離下來，并轉(zhuǎn)移到A位氨酰–tRNA的氨基酸的氨基上形成肽鍵，產(chǎn)生肽酰– tRNA，把無負(fù)荷的tRNA留在P位,移 位,在EF - G（移位酶）的作用下，核糖體沿mRNA 5’→ 3’的方向移動(dòng)，每次移位距離為3個(gè)核苷酸，結(jié)果使肽酰 - tRNA從A位移到P位，原來在P位的無負(fù)荷tRNA隨即離開核糖體，同時(shí)一個(gè)新的密碼子進(jìn)入空著的A位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(

47、 translocase )活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動(dòng) 。,fMet,fMet,在肽鏈延長階段中，每生成一個(gè)肽鍵，都需要直接從兩分子GTP（移位時(shí)與進(jìn)位時(shí)各1）獲得能量（GTP→GDP+H3PO4+能量），即消耗兩個(gè)高能磷酸鍵。 在氨基酸被活化生成氨基酰tRNA時(shí)，也消耗兩個(gè)高能磷酸鍵。 所以蛋白質(zhì)合成過程中，每生成一個(gè)肽鍵實(shí)際上需消耗四個(gè)高能磷酸鍵。,（2）肽鏈合成的延長（能量消耗

48、）,（3）肽鏈合成的終止和釋放,（1）在mRNA上識(shí)別終止密碼子（如UAA，UAG，UGA），它們不能被tRNA閱讀，而是被肽鏈釋放因子識(shí)別（2）水解所合成肽鏈與tRNA間的酯鍵而釋放出新生的蛋白質(zhì),終止反應(yīng)包括：,終止反應(yīng)需要R1、R2及R3三個(gè)輔助因子（肽鏈釋放因子）。R1對(duì)識(shí)別終止密碼UAA及UAG是必須的，R2對(duì)識(shí)別UAA和UGA是必要的，R3影響多肽鏈的釋放速度。,（3）肽鏈合成的終止和釋放,RF,,四、蛋白質(zhì)運(yùn)輸及翻譯后修

49、飾,1．N端的處理：以脫甲?；复呋獬端的甲酰基，然后在氨肽酶的作用下切去一個(gè)或多個(gè)N端氨基酸。2．在特異的肽酶作用下除去N端信號(hào)肽段（15－30氨基酸組成，用以指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)去往細(xì)胞的固定部位）。3．某些氨基酸（絲、蘇、酪）羥基的磷酸化。4．mRNA中沒有胱氨酸的密碼子，二硫鍵是通過兩個(gè)半胱氨酸的巰基氧化形成的。,5．某些氨基酸的側(cè)鏈要經(jīng)專一性的改變，如膠原蛋白脯氨酸和賴氨酸的羥基化。6．有些新生的多肽鏈要在專一性的

50、蛋白酶水解作用下，去掉部分肽段后，才能轉(zhuǎn)變成有功能的蛋白質(zhì)。7．由各個(gè)肽鏈及其它輔助成分（脂類、核酸、血紅素）等構(gòu)成的蛋白質(zhì)，在多肽鏈合成后，還需經(jīng)過多肽鏈之間以及多肽鏈與輔助成分的締合作用，才能形成有活性的蛋白質(zhì)。如加糖基、多肽折疊等。,第五節(jié) 蛋白質(zhì)代謝的調(diào)節(jié),一、鳥氨酸循環(huán)的調(diào)節(jié)二、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié),一、鳥氨酸循環(huán)的調(diào)節(jié),在鳥氨酸循環(huán)酶系中精氨酸琥珀酸合成酶的活性最低，為合成的限速酶，可通過調(diào)節(jié)此酶來調(diào)節(jié)尿素的合成量。,二