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1、第十章第十章蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢本章重点：本章重点：本章重点：蛋白蛋白蛋白质质质在机体内的降解在机体内的降解在机体内的降解氨基酸的分解氨基酸的分解氨基酸的分解氨和碳架的去向氨和碳架的去向氨和碳架的去向尿素的合成尿素的合成尿素的合成一碳一碳一碳单单单位及作用位及作用位及作用氨基酸合成中的碳架和氮的来源。氨基酸合成中的碳架和氮的来源。氨基酸合成中的碳架和氮的来源。蛋蛋白白质质是是生生命命的的物物质质根根底底，由由于于生生物物体体内内的的蛋蛋白白质质不不断断更更新新，因因此此需需求求经经常常供供应应蛋蛋白白质质，以以维维持持组组织织细细胞胞生生长长、更更新新和和修
2、修复复。此此外外，酶酶、生生物物活活性性肽肽、激激素素及及抗抗体体等等都都是是体体内内具具有特殊功能的蛋白质。有特殊功能的蛋白质。蛋白质的营养作用蛋白质的营养作用 蛋白质不能直接被生物体吸收，必需经过消化降解成氨基酸后才干被生物体吸收和利用。 人体所吸收的氨基酸主要是作为合成新蛋白质的原料。实验发现，20种根本氨基酸中，有8种氨基酸在人体内不能自行合成。假设食物中短少这些氨基酸，将对人体蛋白质合成产生不利影响。蛋白质营养价值的高低，决议于所含必需氨基酸的种类、含量及其比例是非与人体的需求相近。愈接近的营养价值愈高，相差愈大的那么营养价值愈低。动物性蛋白质所含的必需氨基酸在组成和比例方面比较接近
3、人体的需求，所以营养价值比较高。而植物性蛋白质的营养价值相对来说要低一些。第一节蛋白质的酶促降解及N平衡一、一、蛋白蛋白质消化吸收消化吸收哺乳哺乳动物的胃、小物的胃、小肠中含有胃蛋白中含有胃蛋白酶、胰、胰蛋白蛋白酶、胰凝乳蛋白、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨、氨肽酶、弹性蛋白性蛋白酶。经上述上述酶的作用，蛋白的作用，蛋白质水解水解成游离氨基酸，在小成游离氨基酸，在小肠被吸收。被吸收。被吸收的氨基酸与糖、脂一被吸收的氨基酸与糖、脂一样普通不能普通不能直接排出体外，需直接排出体外，需阅历各种代各种代谢途径。途径。肠粘膜粘膜细胞胞还可吸收二可吸收二肽或三或三肽，吸收作用，吸收作用在小在小肠的近端的近端较强
4、，因此，因此肽的吸收先于游离的吸收先于游离氨基酸。氨基酸。消化道内几种蛋白酶的专注性消化道内几种蛋白酶的专注性二、蛋白质的降解二、蛋白质的降解二二人人及及动动物物体体内内蛋蛋白白质质处处于于不不断断降降解解和和合合成成的的动动态态平平衡衡。成成人人每每天天有有1%2%的的蛋蛋白白被被降降解解、更新。更新。不不同同蛋蛋白白的的半半寿寿期期差差别别很很大大，人人血血浆浆蛋蛋白白质质的的约约10天天，肝肝脏脏的的约约18天天，结结缔缔组组织织蛋蛋白白的的约约180天天，许许多多关关键键性性的的调调理理酶酶的的半半寿寿期期均均很很短。短。真核细胞中蛋白质的降解有两条途径：真核细胞中蛋白质的降解有两条途
5、径：一条是不依赖一条是不依赖ATP的途径，在溶酶体中进展，主要降解的途径，在溶酶体中进展，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。另一条是依赖另一条是依赖ATP和泛素的途径，在胞质中进展，主要和泛素的途径，在胞质中进展，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白。此途径在不含溶酶体的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。红细胞中尤为重要。泛素泛素Ubiquitin一种一种8.5KD76氨基酸残基的小分氨基酸残基的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级构造高度保子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级构造高度保守，酵母与人只相差守，酵母与人只
6、相差3个氨基酸残基，它能与被降解个氨基酸残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者带上标志，然后被蛋白酶的蛋白质共价结合，使后者带上标志，然后被蛋白酶降解。降解。蛋白质降解的泛肽途径蛋白质降解的泛肽途径E1-S-E1-S-E1-SHE1-SHE2-S-E2-S-E1-SHE1-SHE2-SHE2-SHE2-SHE2-SHATPAMP+PPiATPAMP+PPiE3E3多泛多泛多泛多泛肽肽化蛋白化蛋白化蛋白化蛋白ATPATP26S26S蛋白蛋白蛋白蛋白酶酶体体体体20S20S蛋白蛋白蛋白蛋白酶酶体体体体ATPATP19S19S调调理理理理亚亚基基基基去折叠去折叠去折叠去折叠水解水解水解水解E1E
7、1E1E1：泛：泛：泛：泛肽肽激活激活激活激活酶酶 E2 E2 E2 E2：泛：泛：泛：泛肽载肽载体蛋白体蛋白体蛋白体蛋白 E3E3E3E3：泛：泛：泛：泛肽肽- - - -蛋白蛋白蛋白蛋白质衔质衔接接接接酶酶ubiquitin降解的蛋白降解的蛋白降解的蛋白降解的蛋白碎片碎片碎片碎片三、氨基酸代谢库三、氨基酸代谢库食食物物蛋蛋白白中中，经经消消化化而而被被吸吸收收的的氨氨基基酸酸外外源源性性氨氨基基酸酸与与体体内内组组织织产产生生的的氨氨基基酸酸内内源源性性氨氨基基酸酸混混在在一一同同，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。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氨
8、基酸总量计算。氨基酸代谢库以游离氨基酸总量计算。肌肉中氨基酸占代谢库的肌肉中氨基酸占代谢库的50以上。以上。肝脏中氨基酸占代谢库的肝脏中氨基酸占代谢库的10。肾中氨基酸占代谢库的肾中氨基酸占代谢库的4。血浆中氨基酸占代谢库的血浆中氨基酸占代谢库的16。氨基酸代谢库氮平衡氮平衡食物中的含氮物质，大部分是蛋白质食物中的含氮物质，大部分是蛋白质, ,非蛋非蛋白质的含氮物质含量较少。白质的含氮物质含量较少。氮平衡：机体摄入的氮量和排出的氮量，氮平衡：机体摄入的氮量和排出的氮量，在正常情况下处于平衡形状。摄入氮排在正常情况下处于平衡形状。摄入氮排出氮。出氮。氮正平衡：摄入氮排出氮。部分摄入的氮正平衡：摄
9、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。氮负平衡：摄入氮排出氮。饥锇、疾病。 第二节氨基酸的分解与转化一、氨基酸代谢概略一、氨基酸代谢概略三、氨基酸的脱羧基作用三、氨基酸的脱羧基作用二、氨基酸的脱氨基作用二、氨基酸的脱氨基作用氨基酸的分解代谢普通是先脱去氨基，生成氨基酸的分解代谢普通是先脱去氨基，生成的碳架可以被氧化成的碳架可以被氧化成CO2和和H2O，产生，产生ATP。碳架也可以为糖、脂肪酸的合成提供原料。碳架也可以为糖、脂肪酸的合成提供原料一、氨基酸代谢概略一、氨基酸代谢概略食物蛋白食物蛋白食物蛋白食物蛋
10、白质质氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸特殊途径特殊途径特殊途径特殊途径 - -酮酮酸酸酸酸糖及其代糖及其代糖及其代糖及其代谢谢中中中中间产间产物物物物脂肪及其代脂肪及其代脂肪及其代脂肪及其代谢谢中中中中间产间产物物物物TCATCA鸟鸟氨酸氨酸氨酸氨酸循循循循环环NH4+NH4+NH4+NH4+NH3NH3CO2CO2H2OH2O体蛋白体蛋白体蛋白体蛋白尿素尿素尿素尿素尿酸尿酸尿酸尿酸激素激素激素激素卟卟啉啉啉啉尼克尼克尼克尼克酰酰氨氨氨氨衍生物衍生物衍生物衍生物肌酸胺肌酸胺肌酸胺肌酸胺嘧啶嘧啶嘌嘌呤呤呤呤生物固氮生物固氮生物固氮生物固氮硝酸复原硝酸复原硝酸复原硝酸复原次生物次生物次生物次生物质质代代代
11、代谢谢COCO2 2胺胺胺胺二、氨基酸的脱氨基作用4、非氧化脱氨基作用1、氧化脱氨基作用2 2、转转氨基作用氨基作用3、结合脱氨基作用1、氧化脱氨基作用氨基酸在氨基酸在酶酶的催化下脱去氨基生成相的催化下脱去氨基生成相应应的的-酮酮酸酸的的过过程称程称为为氧化脱氨基作用。主要有以下两种氧化脱氨基作用。主要有以下两种类类型：型：-氨基酸氨基酸氧化酶-酮酸酸R-CH-COO-NH+3|R-C-COO-+NH3O|H2O+O2H2O2L-L-谷氨酸脱谷氨酸脱氢酶氢酶+H2O+H2O+NH3+NH3NAD(P)+NAD(P)+NAD(P)H+H+NAD(P)H+H+COOHCOOHCH2CH2CH2CH
12、2C=OC=OCOOHCOOHCOOHCOOHCH2CH2CH2CH2CHNH2CHNH2COOHCOOH辅酶辅酶：FADFAD真真核核细细胞胞的的Glu脱脱氢氢酶酶，大大部部分分存存在在于于线线粒粒体体基基质质中中，是是一一种种不需不需O2的脱氢酶。的脱氢酶。此此酶酶是是能能使使氨氨基基酸酸直直接接脱脱去去氨氨基基的的活活力力最最强强的的酶酶，是是一一个个构构造造复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。抑制剂：抑制剂：ATP、GTP、NADH。激活剂：激活剂：ADP、GDP及某些氨基酸。及某些氨基酸。因因此此，当当ATP、GTP缺缺乏乏时时，Glu的的
13、氧氧化化脱脱氨氨会会加加速速进进展展，有有利利于于氨氨基基酸酸分分解解供供能能动动物物体体内内有有10%的的能能量量来来自自氨氨基基酸酸氧化。氧化。真核生物中，真正起作用的主要是谷氨真核生物中，真正起作用的主要是谷氨酸脱氢酶，而不是酸脱氢酶，而不是L-氨基酸氧化酶。氨基酸氧化酶。脱氨基作用主要在肝脱氨基作用主要在肝脱氨基作用主要在肝脱氨基作用主要在肝脏脏中中中中进进展。第一步，展。第一步，展。第一步，展。第一步，脱脱脱脱氢氢，生成，生成，生成，生成亚亚胺。第二步，水解。胺。第二步，水解。胺。第二步，水解。胺。第二步，水解。2、转氨基作用-氨基酸1R1-CH-COO-NH+3|-酮酸酸1R1-C
14、-COO-O|R2-C-COO-O|-酮酸酸2R2-CH-COO-NH+3|-氨基酸氨基酸2转转氨氨酶酶辅酶辅酶：磷酸吡哆：磷酸吡哆醛醛在在在在转转氨氨氨氨酶酶的催化下，的催化下，的催化下，的催化下，-氨基酸的氨基氨基酸的氨基氨基酸的氨基氨基酸的氨基转转移到移到移到移到-酮酮酸的酸的酸的酸的酮酮基碳原子上，基碳原子上，基碳原子上，基碳原子上，结结果原来的果原来的果原来的果原来的-氨基酸生成相氨基酸生成相氨基酸生成相氨基酸生成相应应的的的的-酮酮酸，而原来的酸，而原来的酸，而原来的酸，而原来的-酮酮酸那么构成了相酸那么构成了相酸那么构成了相酸那么构成了相应应的的的的-氨基酸，氨基酸，氨基酸，氨基
15、酸，这这种作用称种作用称种作用称种作用称为转为转氨基作用或氨基移氨基作用或氨基移氨基作用或氨基移氨基作用或氨基移换换作用。作用。作用。作用。 - -氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸磷酸吡哆磷酸吡哆磷酸吡哆磷酸吡哆醛醛醛亚醛亚胺胺胺胺酮亚酮亚胺胺胺胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛的作用机理 - -酮酮酸酸酸酸互互互互变变异构异构异构异构谷丙转氨酶和谷草转氨酶谷丙转氨酶谷丙转氨酶GPT谷草转氨酶谷草转氨酶(GOT)3、结合脱氨基作用1 1 1概念概念概念2 2 2类类类型型型a a、转氨氨酶与与L-L-谷氨酸脱谷氨酸脱氢酶作用相偶作用相偶联b b、转氨基作用与氨基作用与嘌呤核苷酸循呤核
16、苷酸循环相偶相偶联 转转转氨基作用氨基作用氨基作用和氧化脱氨基和氧化脱氨基和氧化脱氨基作用作用作用结结结合合合进进进展展展的脱氨基作用的脱氨基作用的脱氨基作用方式。方式。方式。转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨酶转氨酶L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶H20+NAD+H20+NAD+NH3+NADHNH3+NADH-酮酸酸-氨基酸氨基酸-酮戊二酸戊二酸L-L-谷氨酸谷氨酸转转氨基作用与氧化脱氨基作用相偶氨基作用与氧化脱氨基作用相偶氨基作用与氧化脱氨基作用相偶氨基作用与氧化脱氨基作用相偶联联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联-氨基酸氨基酸-酮酸酸-酮戊二酸戊二酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨
17、酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸腺苷酰琥珀酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸腺苷酸腺苷酸次黄苷酸次黄苷酸1复原脱氨基作用严厉无氧条件下复原脱氨基作用严厉无氧条件下H3+N-CHH3+N-CHCOOHCOOHR R+2H+2H+ +CH2CH2COOHCOOHR R+NH3+NH3氢氢化化化化酶酶2、氨基酸的非氧化脱氨基作用、氨基酸的非氧化脱氨基作用2水解脱氨基作用水解脱氨基作用H3+N-CHH3+N-CHCOOHCOOH+H2+H2OOCHOHCHOHCOOHCOOHR R+NH3+NH3水解水解水解水解酶酶R R3 3脱水脱氨基脱水脱氨基脱水脱氨基脱水脱氨基4 4氧化氧化- -复原脱氨基作用复原脱氨基作用
18、两个氨基酸相互发生氧化复原反响，生成两个氨基酸相互发生氧化复原反响，生成有机酸、酮酸、氨。有机酸、酮酸、氨。R R+ +R R酶酶HC-NH3HC-NH3COOHCOOHR R+ +HC-NH3HC-NH3COOHCOOHH2OH2OC=OC=OCOOHCOOHR RC=OC=OCOOHCOOH+ +2NH3+2NH3氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 酮酮酸酸酸酸 有机酸有机酸有机酸有机酸5 5脱硫氢基脱氨基作用脱硫氢基脱氨基作用半胱氨酸脱去半胱氨酸脱去H2SH2S生成丙酮酸和氨。生成丙酮酸和氨。SHSHCH2CH2HC-NH2HC-NH2COOHCOOHL-L-半胱氨酸半胱
19、氨酸半胱氨酸半胱氨酸CH2CH2C-NH2C-NH2COOHCOOH-氨基丙氨基丙氨基丙氨基丙烯烯烯烯酸酸酸酸CH3CH3C-OC-OCOOHCOOH丙丙丙丙酮酮酸酸酸酸CH3CH3CCNH2NH2COOHCOOH亚亚氨基丙酸氨基丙酸氨基丙酸氨基丙酸脱硫脱硫脱硫脱硫氢氢基基基基酶酶分子重排分子重排分子重排分子重排自自自自发发水解水解水解水解由解氨由解氨酶催化的脱氨基作用催化的脱氨基作用(PAL)(PAL)三、氨基酸的脱羧基作用1 1、概念、概念氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应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。脱羧酶的辅酶为的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为
20、磷酸吡哆醛。磷酸吡哆醛。氨基酸脱羧酶专注性很强，每一种氨基酸氨基酸脱羧酶专注性很强，每一种氨基酸都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。氨氨基基酸酸脱脱羧羧反反响响广广泛泛存存在在于于动动、植植物物和和微微生生物物中中，有有些些产产物物具具有有重重要要生生理理功功能能。如如脑脑组组织织中中L-Glu脱脱羧羧生生成成r-氨氨基基丁丁酸酸，是是重重要要的的神神经经递递质质。His脱脱羧羧生生成成组组胺胺又又称称组组织织胺胺，有有降降低低血血压压的的作作用用。Tyr脱脱羧羧生生成成酪酪胺胺，有有升升高血压的作用。高血压的作用。但但大大多多数数胺胺类类对对动动物物有有毒
21、毒，体体内内的的胺胺氧氧化化酶能将胺氧化为醛和氨。酶能将胺氧化为醛和氨。脱羧反响机理(1)Glu脱脱羧:谷氨酸谷氨酸r-氨基丁酸氨基丁酸+CO2Glu脱脱羧Er-氨基丁酸，抑制神氨基丁酸，抑制神经传送送,抗虫作用。抗虫作用。1.直接脱直接脱羧作用作用2Trp的脱的脱羧(3)Ser、Lys、Arg脱羧脱羧2羟化脱羧基作用羟化脱羧基作用在酪氨酸酶的作用下Tyr发生羟化生成多巴,氧化成黑色素。多巴脱羧生成多巴胺,在植物体内可以由这二个化合物转变成生物碱、吗啡、秋水仙碱(植物加倍,抑制细胞的有丝分裂等)。氨氨对生生物物机机体体有有毒毒，特特别是是高高等等动物物的的脑对氨氨极极敏敏感感，血血中中1%的的
22、氨氨会会引引起起中中枢枢神神经中中毒毒，因因此此，脱脱去去的的氨必需排出体外。氨必需排出体外。氨氨中中毒毒的的机机理理：脑细胞胞的的线粒粒体体可可将将氨氨与与-酮戊戊二二酸酸作作用用生生成成Glu，大大量量耗耗费-酮戊戊二二酸酸，影影响响TCA，同同时大大量量耗耗费NADPH，产生肝昏迷。生肝昏迷。氨的代谢转变氨的代谢转变氨的去向氨的去向1 1、重新利用：生成氨基酸、核苷酸、重新利用：生成氨基酸、核苷酸2 2、氨储存：谷氨酰胺和天冬酰氨的生成、氨储存：谷氨酰胺和天冬酰氨的生成3 3、排出体外：水生、海洋动物，以氨的方式、排出体外：水生、海洋动物，以氨的方式排出。鸟类、爬虫类，以尿酸方式排出。排
23、排出。鸟类、爬虫类，以尿酸方式排出。排尿动物，以尿素方式排出。尿动物，以尿素方式排出。 4 4、合成其他含、合成其他含N N物质物质谷氨酸的重新生成L-L-L-L-谷氨酸脱谷氨酸脱谷氨酸脱谷氨酸脱氢酶氢酶谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+H2O+H2O - -酮酮戊二戊二戊二戊二 酸酸酸酸+NH3+NH3NADNADP P+ +NADNADP PHH谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+ +丙丙丙丙酮酮酸酸酸酸 - -酮酮戊二戊二戊二戊二 酸酸酸酸+丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸转转氨氨氨氨酶酶 在大在大在大在大脑脑中中中中发发生上述反响，大量耗生上述反响，大量耗生上述反响，大量耗生上述反响，大量耗费费了了了了- -
24、- -酮酮戊二戊二戊二戊二 酸和酸和酸和酸和NADPHNADPHNADPHNADPH，引起中毒病症。引起中毒病症。引起中毒病症。引起中毒病症。 在肌肉中，可利用在肌肉中，可利用在肌肉中，可利用在肌肉中，可利用这这一反响生成的谷氨酸的一反响生成的谷氨酸的一反响生成的谷氨酸的一反响生成的谷氨酸的转转氨基作用，生氨基作用，生氨基作用，生氨基作用，生成丙氨酸，将氨成丙氨酸，将氨成丙氨酸，将氨成丙氨酸，将氨转转运到肝运到肝运到肝运到肝脏脏中去。中去。中去。中去。谷氨酰胺的生成和利用谷氨酰胺的生成和利用+NH2+NH2+H2O+H2OATPADP+PiATPADP+Pi谷氨谷氨谷氨谷氨酰酰胺合成胺合成胺合
25、成胺合成酶酶Mg2Mg2+ +2H+2H谷氨酸合成谷氨酸合成谷氨酸合成谷氨酸合成酶酶Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输方式。中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输方式。Gln经血液进入肝中，经经血液进入肝中，经Gln酶分解，生成酶分解，生成Glu和和NH3。生成酰胺的生理意义生成酰胺的生理意义贮氨氨生成新的氨基酸生成新的氨基酸解除氨毒解除氨毒3 3、尿、尿 素素 的的 生生 成成1 1概念概念2 2总反响和反响和过程程排尿排尿排尿动动动物体内的肝物体内的肝物体内的肝脏脏脏由由由NH3NH3NH3合成尿素的循合成尿素的循合成尿素的循环环环机制称机制称机制称为为为尿素循尿素循尿素循环环环
26、。NH3+CO2+3ATP+NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸+2H2O+2H2ONH2-CO-NH2NH2-CO-NH2+2ADP+2Pi+AMP+PPi+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸 19321932年年，KrebsKrebs发发现现，向向悬悬浮浮有有肝肝切切片片的的缓缓冲冲液液中中，参参与与鸟鸟氨氨酸酸、瓜瓜氨氨酸酸、精精氨氨酸酸中中的的任任何何一一种种，都都可可促促使使尿尿素素的的合合成成。尿尿素素循循环环途途径径鸟鸟氨氨酸酸循循环环合成步骤如下：合成步骤如下：1氨甲氨甲酰磷酸的生成氨甲磷酸的生成氨甲酰磷酸合成磷酸合成酶I肝
27、肝细胞胞液液中中的的氨氨基基酸酸经转氨氨作作用用，与与-酮戊戊二二酸酸生生成成Glu，Glu进入入线粒粒体体基基质，经Glu脱脱氢酶作作用用脱脱下下氨氨基基，游游离离的的氨氨NH4+与与TCA循循环产生的生的CO2反响生成氨甲反响生成氨甲酰磷酸。磷酸。氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。体。氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶I：存在于线粒体中，参与尿素：存在于线粒体中，参与尿素的合成。的合成。氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶II：存在于胞质中，参与尿嘧：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。啶的合成。反响要耗费反响要耗费2ATP尿素循环的限速步反响：
28、氨甲酰磷酸合成酶尿素循环的限速步反响：氨甲酰磷酸合成酶I受受N-乙酰乙酰-谷氨酸变构激活。谷氨酸变构激活。要点：要点：2合成瓜氨酸鸟氨酸转氨甲酰酶合成瓜氨酸鸟氨酸转氨甲酰酶鸟鸟氨氨酸酸接接受受氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸提提供供的的氨氨甲甲酰酰基基，生生成成瓜瓜氨酸。瓜氨酸生成后就分开线粒体，进入细胞质。氨酸。瓜氨酸生成后就分开线粒体，进入细胞质。3合成精氨琥珀酸合成精氨琥珀酸4精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸Asp的氨基转移到的氨基转移到Arg上，上，延胡索素酸延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，5精氨酸水解生成精
29、氨酸水解生成鸟氨酸和尿素氨酸和尿素尿素生成后，由血液运到尿素生成后，由血液运到肾脏随尿排除。随尿排除。尿素循尿素循环总反响：反响：NH4+CO2+3ATP+Asp+2H2O尿素尿素+2ADP+2Pi+AMP+PPi+延胡索酸延胡索酸生成生成1分子尿素可去除分子尿素可去除2分子氨及分子氨及1分子分子CO2，耗耗费4个高能磷酸个高能磷酸键。2分子氨及分子氨及1分子分子CO2的来源：的来源：结合脱合脱-NH2合成尿素是合成尿素是处理理-NH2去向的主要去向的主要途径。途径。尿素循环尿素循环氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸
30、鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊酮戊二酸二酸天冬氨酸天冬氨酸2ADP+Pi2ATP+CO2+NH3+H2O1细胞溶液细胞溶液线粒体线粒体NH2-C-NH2NH2-C-NH2OO尿素尿素 -酮戊酮戊二酸二酸 -酮戊酮戊二酸二酸H2N-C-P PO2345构成氨甲构成氨甲构成氨甲构成氨甲酰酰磷酸磷酸磷酸磷酸酶酶定位在定位在定位在定位在线线粒体内粒体内粒体内粒体内构成瓜氨酸构成瓜氨酸构成瓜氨酸构成瓜氨酸经转经转氨甲氨甲氨甲氨甲酰酶酰酶催化催化催化催化构成精氨基琥珀酸构成精氨基琥珀酸构成精氨基琥珀酸构成精氨基琥珀酸酶酶定位在胞液定位在胞液定位在胞
31、液定位在胞液构成精氨酸精氨基琥珀酸裂解构成精氨酸精氨基琥珀酸裂解构成精氨酸精氨基琥珀酸裂解构成精氨酸精氨基琥珀酸裂解酶酶构成尿素精构成尿素精构成尿素精构成尿素精aaaaaaaa在精在精在精在精aaaaaaaa酶酶作用下水解生作用下水解生作用下水解生作用下水解生成瓜氨酸和尿素，成瓜氨酸和尿素，成瓜氨酸和尿素，成瓜氨酸和尿素，酶酶定位在胞液定位在胞液定位在胞液定位在胞液尿素循尿素循环反响反响过程程二、氨基酸碳骨架的转化途径二、氨基酸碳骨架的转化途径1 1、再氨基化生成氨基酸、再氨基化生成氨基酸2 2、转变成糖或脂肪成糖或脂肪 生糖氨基酸生糖氨基酸 生生酮氨基酸氨基酸3 3、氧化供能生成、氧化供能生
32、成CO2CO2和和H2OH2O20种氨基酸的碳架可种氨基酸的碳架可转化成化成7种物种物质：丙丙酮酸酸、乙乙酰CoA、乙乙酰乙乙酰CoA、-酮戊戊二酸、琥珀二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草、延胡索酸、草酰乙酸。乙酸。它它们最后集中最后集中为5种物种物质进入入TCA：乙乙酰CoA、-酮戊戊二二酸酸、琥琥珀珀酰CoA、延延胡胡索酸、草索酸、草酰乙酸。乙酸。氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯磷酸烯醇式酸醇式酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬天冬酰氨氨丙酮酸丙酮酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙
33、氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨谷氨酰胺胺精氨酸精氨酸组氨酸氨酸脯氨酸脯氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸缬氨酸氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸氨酸葡萄糖葡萄糖柠檬酸柠檬酸2转成糖和脂类转成糖和脂类:许多的氨基酸在代谢过程中生成丙酮酸和TCA循环的有机酸,以后可以经过糖异生作用转化为糖,故称为生糖AA。Gly、Ala、Ser、Thr、Val、His、Glu、Asp、Arg、Cys、Met、Pro、羟脯aa。另一些AA的代谢终产物为乙酰CoA或乙酰乙酰
34、CoA在饥饿、糖尿病等在动物体内可转变为酮体(乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮)。这些AA称生酮AA。Phe、Tyr、Trp、Leu、Lys等。一碳基团在代在代谢过谢过程中，某些化合程中，某些化合物如氨基酸可以分解物如氨基酸可以分解产产生生具有一个碳原子的基具有一个碳原子的基团团不包不包括括CO2CO2，称，称为为一碳基一碳基团团，一，一碳基碳基团团的的转转移除了和移除了和许许多氨基多氨基酸的代酸的代谢谢直接有关外，直接有关外，还还参与参与嘌嘌呤和胸腺呤和胸腺嘧啶嘧啶及磷脂的生物及磷脂的生物合成。合成。 一碳基一碳基一碳基一碳基团团的的的的转转移由相移由相移由相移由相应应的一碳基的一碳基的一碳基的一碳
35、基团转团转移移移移酶酶催化，催化，催化，催化，其其其其辅酶为辅酶为FH4FH4FH4FH4 一碳基一碳基一碳基一碳基团团和氨基酸代和氨基酸代和氨基酸代和氨基酸代谢谢-CH=NH亚氨甲亚氨甲基基H-CO-甲酰基甲酰基-CH2OH甲醇基甲醇基-CH=次甲基次甲基-CH2-亚甲亚甲基基-CH3甲基甲基叶酸和叶酸和四氢叶酸四氢叶酸FH4或或THFA叶叶酸酸四四氢氢叶叶酸酸HH105N5N5，N10-CH2-N10-CH2-FH4FH4N5-CHO-FH4N5-CHO-FH4CHCH2 2CHOCHO一碳基团的一碳基团的来源与转变来源与转变S-S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸N5-CH3-N
36、5-CH3-FH4FH4N5N5，N10-CH2-N10-CH2-FH4FH4N5N5，N10=CH-N10=CH-FH4FH4N10-CHO-FH4N10-CHO-FH4N5N5，N10-CH2-FH4N10-CH2-FH4复原复原复原复原酶酶N5N5，N10-CH2-FH4N10-CH2-FH4脱脱脱脱氢氢酶酶环环水化水化水化水化酶酶 丝丝氨酸氨酸氨酸氨酸 组组氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸氨酸氨酸氨酸参与参与参与参与 甲基化反响甲基化反响甲基化反响甲基化反响为为胸腺胸腺胸腺胸腺嘧啶嘧啶合合合合成提供甲基成提供甲基成提供甲基成提供甲基参与参与参与参与嘌嘌呤合成呤合成呤合成呤合成FH4FH4F
37、H4FH4FH4FH4HCOOHHCOOHH2OH2ONAD+NAD+NDAH+H+NDAH+H+NAD+NAD+NDAH+H+NDAH+H+H+H+参与参与参与参与嘌嘌呤合成呤合成呤合成呤合成四、氨基酸与生物活性物质四、氨基酸与生物活性物质 酪氨酸代酪氨酸代谢与黑色素的构成与黑色素的构成 色氨酸代色氨酸代谢与与5-5-羟色胺与色胺与吲哚乙酸乙酸 谷氨酸与谷氨酸与 - -氨基丁酸氨基丁酸 组氨酸与氨酸与组胺胺 半胱氨酸和牛磺酸半胱氨酸和牛磺酸酪氨酸代谢与黑色素的构成酪氨酸代谢与黑色素的构成组组氨酸脱氨氨酸脱氨氨酸脱氨氨酸脱氨生成生成生成生成组组胺胺胺胺第第四节四节氨的同化及氨基酸的生物合成氨的
38、同化及氨基酸的生物合成合成AA必需求有碳架和氨基,前者主要来自有机酸,后者是来自大气(空气中的N:79%)无机及有机N化合物,在AA合成中所用的氨主要来自生物固N及经过硝酸复原酶催化产生的NH4+。自然界的氮素循环自然界的氮素循环硝酸盐硝酸盐亚硝酸亚硝酸NH3生物固氮生物固氮工业固氮工业固氮固氮生物固氮生物动植物植物硝酸盐复原硝酸盐复原大气固氮大气固氮大气氮素大气氮素岩浆源的岩浆源的固定氮固定氮火成岩火成岩反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮蛋白质蛋白质入地下水入地下水动植物废物动植物废物死的有机体死的有机体植植物物、微微生生物物从从环环境境中中吸吸收收氨氨、铵铵盐盐、亚亚硝硝酸酸盐盐、硝硝酸
39、酸盐盐等等无无机机氮氮，合合成成氨氨基基酸酸、蛋蛋白白质质及及其其它含氮化合物植物生理学。它含氮化合物植物生理学。人人和和动动物物消消化化吸吸收收动动、植植物物蛋蛋白白质质，得得到到氨氨基基酸，合成蛋白质及含氮化合物下一节。酸，合成蛋白质及含氮化合物下一节。有有些些微微生生物物能能把把空空气气中中的的N2转转变变成成氨氨态态氮氮，合合成氨基酸生物固氮。成氨基酸生物固氮。一、生物固氮一、生物固氮生物固生物固N:N:指某些微生物指某些微生物, ,在常温常在常温常压下将下将N N转变成成NH3NH3的的过程。程。N2 + 3H2 2NH3N2 + 3H2 2NH3植物根系从土址中吸收的硝酸植物根系从
40、土址中吸收的硝酸态N,N,经硝酸硝酸复原复原酶和和亚硝酸复原硝酸复原酶将硝将硝态N N复原成复原成NH+4NH+4。这种途径生成的氨以后便被同化种途径生成的氨以后便被同化转变成含成含N N的有机化合物。的有机化合物。生物固生物固N的化学本质的化学本质2NH32NH33H23H26e-6e-N2N2+ +12ATP+12H2O12ATP+12H2O12ADP+12Pi12ADP+12Pi固氮固氮固氮固氮酶酶厌厌氧氧氧氧环环境境境境N2复原剂复原剂铁蛋白铁蛋白钼铁蛋白钼铁蛋白NADPHNADPH生物固氮的作用机理生物固氮的作用机理e-e-e-e-e-e-e-e-固N酶 ATP酶酶活活性性：能能催催
41、化化ATP分分解解，从从中中获获取能量推进电子向复原底物上转移。取能量推进电子向复原底物上转移。2作用机理：作用机理：3特点：是一种多功能酶特点：是一种多功能酶N2复原剂复原剂铁蛋白铁蛋白钼铁蛋白钼铁蛋白 氧化复原酶：不仅能催化氧化复原酶：不仅能催化N2复原，还可复原，还可催化催化N2O化合物等复原。化合物等复原。1构造组成构造组成二聚体、含二聚体、含Fe和和S构成构成Fe4S4簇簇四聚体四聚体22含含Mo、Fe和和S固氮机理固氮机理固氮机理固氮机理固固N酶复合体的固酶复合体的固N反响按下述反响顺序进展：反响按下述反响顺序进展：第一：复原态铁氧还蛋白作为电子供体，把本第一：复原态铁氧还蛋白作为
42、电子供体，把本人的电子传送给复合物的复原酶组分。人的电子传送给复合物的复原酶组分。第二：第二：ATP再与复原酶相结合，经过改动构象再与复原酶相结合，经过改动构象把氧复原从把氧复原从-0.29V变为变为-0.40V，复原酶的复原，复原酶的复原才干由此得到加强，使它能把电子传送给固才干由此得到加强，使它能把电子传送给固N酶酶的组分。的组分。第三：电子从复原酶传送到固第三：电子从复原酶传送到固N酶，同时水解酶，同时水解ATP，由此复原酶组分与固，由此复原酶组分与固N酶组分相分别。酶组分相分别。第四：结合在复合物的固第四：结合在复合物的固N酶组分上的酶组分上的N2H4+。固固N酶催化固酶催化固N反响需
43、求的条件：反响需求的条件：第一：需求供应充分的第一：需求供应充分的ATP第二：需求很强的复原剂第二：需求很强的复原剂第三：需求厌氧环境第三：需求厌氧环境硝酸复原作用硝酸复原作用2 2硝酸复原硝酸复原硝酸复原硝酸复原酶酶(3)(3)亚亚硝酸复原硝酸复原硝酸复原硝酸复原酶酶1 1硝酸复原作用的化学本硝酸复原作用的化学本硝酸复原作用的化学本硝酸复原作用的化学本质质NH+4NO-32e-6e-硝酸复原酶硝酸复原酶亚硝酸复原酶亚硝酸复原酶NO-2硝酸复原硝酸复原酶a、铁氧氧还蛋白蛋白硝酸复原硝酸复原酶b、NAD(P)H-硝酸复原酶硝酸复原酶H2ONO-3+2Fd复原复原态态+ 2H+NO-2+2Fd氧化
44、氧化态态+NAD(P)H +H+NO-2+NAD(P)+H2ONO+3亚硝酸复原酶2H2Oa a、铁氧氧还蛋白蛋白亚硝酸复原硝酸复原酶NO-2+ 6Fd复原态复原态+ 8H+NH+4+ 6Fd氧化氧化态态+ 2H2Ob b、NAD(P)HNAD(P)H亚硝酸复原硝酸复原酶NO-2+3NAD(P)H +NH+4+3NAD(P)+ +5H+硫酸的复原与硫酸的复原与Cys的合成的合成Cys有有一一个个巯巯基基，其其中中的的硫硫是是由由硫硫酸酸复复原原而而成成的的,与与硝硝酸酸的的复复原原类类似似,在在细细菌菌、藻藻类类和和高高等等植植物物中中均均存存在在硫硫酸酸复复原原过过程程,但但在在动动物物内那
45、么不存在。内那么不存在。植植物物由由外外界界吸吸收收的的SO42-先先经经活活化化,然然后后被被复原复原,活化分两步进展活化分两步进展:(1) 硫硫酸酸离离子子在在ATP硫硫酸酸化化酶酶催催化化下下与与ATP反响反响,生成腺苷酰硫酸生成腺苷酰硫酸(APS):SO4+ATPAPS+ppi2pi2-Mg2+H2OATPATP硫硫硫硫酸化酸化酸化酸化酶酶2APS在在激激酶催催化化下下,在在3位位构构成成磷磷酸腺苷酸腺苷酰硫酸硫酸PAPS3-P-PASMg2+Mg2+APS+ATPPAPS+ADPAPS或或PAPS将其磺酰基转移给一个含将其磺酰基转移给一个含-SH的载体的载体:载体载体-SH+AMP-
46、O-HSO3 -SH+AMP-O-HSO3 载体载体-S-S-HSO3 + AMPHSO3 + AMP载载体体体体-S-SH-S-SH-S-SH-S-SH载体载体-S-SH + O-S-SH + O-乙酰乙酰Ser Ser 载体载体-SH+Cys + -SH+Cys + 乙酸乙酸5磷酸硫酸磷酸硫酸3磷酸腺苷磷酸腺苷二、氨的同化有两条途径二、氨的同化有两条途径:这个途径是真菌同化氨的主要途径这个途径是真菌同化氨的主要途径,在高等植在高等植物体内由物体内由Glu脱脱H酶催化的复原氨基反响不是酶催化的复原氨基反响不是由氨合成由氨合成Glu的主要途径。由于该酶要求有较的主要途径。由于该酶要求有较高浓度
47、的氨高浓度的氨,这个浓度对植物是毒害的程度这个浓度对植物是毒害的程度,即导致光合磷酸化解偶联。即导致光合磷酸化解偶联。L-L-L-L-谷氨酸脱谷氨酸脱谷氨酸脱谷氨酸脱氢酶氢酶谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+H2O+H2O - -酮酮戊二戊二戊二戊二 酸酸酸酸+NH3+NH3NADNADP P+ +NADNADP PHH1Glu脱H酶途径2Gln合成酶和Glu合成酶途径+NH2+NH2+H2O+H2OATPADP+PiATPADP+Pi谷氨谷氨谷氨谷氨酰酰胺合成胺合成胺合成胺合成酶酶Mg2Mg2+ +2H+2H谷氨酸合成谷氨酸合成谷氨酸合成谷氨酸合成酶酶目前以为Gln合成酶和Glu合成酶协同作用是植物
48、体内合成Glu的主要途径:在这个途径中Glu起着传送氨基的作用:总结果是:NH3+ATP+a-KgGlu+ADP+pi+H2OGlu的氨基可以转移到任何一种a-酮酸上,从而构成其它的任何AA。2.氨甲酰磷酸的生成氨甲酰磷酸的生成:(包括两个反响包括两个反响)氨甲酰激酶催化的反响氨甲酰激酶催化的反响:氨甲酰磷酸合成酶催化的反响氨甲酰磷酸合成酶催化的反响:在动物肝细胞及大肠杆菌中在动物肝细胞及大肠杆菌中,辅因子是辅因子是N-乙酰乙酰Glu,在绿豆中已在绿豆中已证明了有氨甲酰磷酸证明了有氨甲酰磷酸,但在植物体内中的氨甲酰磷酸的但在植物体内中的氨甲酰磷酸的N来自来自Glu而不是氨。而不是氨。三、氨基酸
49、的生物合成1 1、必需氨基酸、必需氨基酸2 2、2020种氨基酸的生物合成概略种氨基酸的生物合成概略3 3、氨基酸生物合成的、氨基酸生物合成的调调理理必需氨基酸的概念Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp(His、Arg)凡是机体不能本人合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。* 人的必需氨基酸： 个别氨基酸合成个别氨基酸合成根据碳架来源分根据碳架来源分为五大族：五大族：GluGlu族族(-(-酮戊二酸戊二酸) )AspAsp族族( (草草酰乙酸乙酸) )AlaAla族族(pyr) (pyr) SerSer族族 3 3磷酸甘油磷酸甘油芳香族芳香族 (PPP (PPP
50、途径的途径的E-4-PE-4-P和和EMPEMP的的G-G-3-P)3-P)His (PRPP)His (PRPP)一碳一碳单单位：位：FH4FH4“S“S的同化的同化二二十十种种氨氨基基酸酸的的生生物物合合成成概概略略谷氨酸族谷氨酸族天冬氨天冬氨酸族酸族丙氨丙氨酸族酸族丝氨丝氨酸族酸族His和和芳香族芳香族氨基酸生物合成的分族情况氨基酸生物合成的分族情况1 1丙氨酸族丙氨酸族丙氨酸族丙氨酸族丙丙丙丙酮酮酸酸酸酸AlaAla、ValVal、LeuLeu2 2丝丝氨酸族氨酸族氨酸族氨酸族甘油酸甘油酸甘油酸甘油酸-3-3-磷酸磷酸磷酸磷酸SerSer、GlyGly、CysCys3 3谷氨酸族谷氨酸
51、族谷氨酸族谷氨酸族- -酮酮戊二酸戊二酸戊二酸戊二酸GluGlu、GlnGln、ProPro、ArgArg4 4天冬氨酸族天冬氨酸族天冬氨酸族天冬氨酸族草草草草酰酰乙酸乙酸乙酸乙酸AspAsp、AsnAsn、LysLys、ThrThr、IleIle、MetMet5 5组组氨酸和芳香氨基酸族氨酸和芳香氨基酸族氨酸和芳香氨基酸族氨酸和芳香氨基酸族磷酸核糖磷酸核糖磷酸核糖磷酸核糖HisHis磷酸赤磷酸赤磷酸赤磷酸赤藓藓糖糖糖糖+PEPPhe+PEPPhe、TyrTyr、TrpTrp蛋氨酸的合成蛋氨酸的合成3、氨基酸生物合成的调理(1)(1)(1)经过终经过终经过终端端端产产产物物物对对对氨基酸氨基酸
52、氨基酸生物合成的抑制生物合成的抑制生物合成的抑制(2)(2)(2)经过酶经过酶经过酶生成量的改生成量的改生成量的改动调动调动调理理理氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成氨基酸合成的反响调控氨基酸合成的反响调控反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸分支酸分支酸脱氧庚酮糖酸脱氧庚酮糖酸-7-磷磷酸酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸脱氢奎尼酸脱氢奎尼酸莽草酸莽草酸谷氨酸谷氨酸磷酸磷酸烯醇式丙醇式丙酮酸酸+ +预苯酸预苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛天冬氨酰半醛高丝氨酸高丝氨酸氨基苯甲酸氨基苯甲酸
