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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：蛋白质在机体内的降解蛋白质在机体内的降解蛋白质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单位及作用一碳单位及作用一碳单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基基础础，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，因因此此需需要要经经常常供供给给蛋蛋白白质质，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，必须经过消化降解成氨基酸后才能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种基本氨基酸中，有8种氨基酸在人体内不能自行合成。如果食物中缺少这些氨基酸，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，决定于所含必需氨基酸的种类、含量及其比例是非与人体的需要相近。愈接近的营养价值愈高，相差愈大的则营养价值愈低。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人体
3、的需要，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、蛋白质消化吸收蛋白质消化吸收哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解弹性蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解成游离氨基酸，在小肠被吸收。成游离氨基酸，在小肠被吸收。被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能直接排出体外，需经历各种代谢途径。直接排出体外，需经历各种代谢途径。肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用肠
4、粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离氨基酸。氨基酸。消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性二、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异异很很大大，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节节酶酶的的半半寿寿期期均均很很短
5、。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径：一条是不依赖一条是不依赖ATP的途径，在溶酶体中进行，的途径，在溶酶体中进行，主要降解主要降解外源蛋白、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，在胞质中进行，和泛素的途径，在胞质中进行，主主要降解异常蛋白和短寿命蛋白。要降解异常蛋白和短寿命蛋白。此途径在不含溶酶体此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。的红细胞中尤为重要。泛素（泛素（Ubiquitin）一种（）一种（76氨基酸残基）的小分子蛋氨基酸残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度
6、保守，白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差酵母与人只相差3个氨基酸残基，个氨基酸残基，它能与被降解的蛋它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者带上标记，然后被蛋白酶降解。白质共价结合，使后者带上标记，然后被蛋白酶降解。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多泛肽化蛋白多泛肽化蛋白多泛肽化蛋白多泛肽化蛋白ATPATP26S26S蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体20S20S蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体蛋白酶体ATP
7、ATP19S19S调节亚基调节亚基调节亚基调节亚基去折叠去折叠去折叠去折叠水解水解水解水解E1E1E1E1：泛肽激活酶：泛肽激活酶：泛肽激活酶：泛肽激活酶 E2E2E2E2：泛肽载体蛋白：泛肽载体蛋白：泛肽载体蛋白：泛肽载体蛋白 E3E3E3E3：泛肽：泛肽：泛肽：泛肽-蛋白质连接酶蛋白质连接酶蛋白质连接酶蛋白质连接酶（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
8、在在一一起起，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：氮平衡：机体摄入的氮量和排出的氮量，机体摄入的氮量和排出的氮量，在正常情
9、况下处于平衡状态。摄入氮排在正常情况下处于平衡状态。摄入氮排出氮。出氮。氮正平衡：氮正平衡：摄入氮排出氮。部分摄入的摄入氮排出氮。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：氮负平衡：摄入氮排出氮。饥锇、疾病。摄入氮排出氮。饥锇、疾病。第二节氨基酸的分解与转化一、氨基酸代谢概况一、氨基酸代谢概况三、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一般是先脱去氨基，生成氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，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
10、合成提供原料。碳架也可以为糖、脂肪酸的合成提供原料一、氨基酸代谢概况一、氨基酸代谢概况食物蛋白质食物蛋白质食物蛋白质食物蛋白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 -酮酸酮酸酮酸酮酸糖及其代谢糖及其代谢糖及其代谢糖及其代谢中间产物中间产物中间产物中间产物脂肪及其代脂肪及其代脂肪及其代脂肪及其代谢中间产物谢中间产物谢中间产物谢中间产物TCATCA鸟氨酸鸟氨酸鸟氨酸鸟氨酸循环循环循环循环NHNH4 4+NHNH4 4+NHNH3 3COCO2 2HH2 2OO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啉卟啉卟啉卟啉尼克酰氨尼克酰氨尼克酰氨尼克酰氨
11、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嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤生物固氮生物固氮生物固氮生物固氮硝酸还原硝酸还原硝酸还原硝酸还原（次生物质代谢）（次生物质代谢）（次生物质代谢）（次生物质代谢）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、转氨基作用3、联合脱氨基作用1、氧化脱氨基作用氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的-酮酸酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：-氨基酸氨基酸氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶-酮酸酮酸R-CH-COO-NH+3|R-C-
12、COO-+NH3O|H2O+O2H2O2 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3NAD(P)NAD(P)+NAD(P)H+HNAD(P)H+H+COOHCOOHCHCH2 2CHCH2 2C=OC=OCOOHCOOHCOOHCOOHCHCH2 2CHCH2 2CHNHCHNH2 2COOHCOOH辅酶：辅酶：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，是是一一个个结结构构复杂的别构酶。在动、
13、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。因此，当因此，当ATP、GTP不足时，不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，的氧化脱氨会加速进行，有利于氨基酸分解供能（动物体内有有利于氨基酸分解供能（动物体内有10%的能量来自氨基酸的能量来自氨基酸氧化）。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脏中进行。第一步，脱氨基作用主要在肝脏中进行。第一步，脱氨基作用主要在肝脏中
14、进行。第一步，脱氨基作用主要在肝脏中进行。第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。脱氢，生成亚胺。第二步，水解。脱氢，生成亚胺。第二步，水解。脱氢，生成亚胺。第二步，水解。2、转氨基作用-氨基酸氨基酸1R1-CH-COO-NH+3|-酮酸酮酸1R1-C-COO-O|R2-C-COO-O|-酮酸酮酸2R2-CH-COO-NH+3|-氨基酸氨基酸2转氨酶转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）（辅酶：磷酸吡哆醛）在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下，-氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基碳原子上，酮酸的酮基碳原子上，酮酸的酮基碳原子
15、上，酮酸的酮基碳原子上，结果原来的结果原来的结果原来的结果原来的-氨基酸生成相应的氨基酸生成相应的氨基酸生成相应的氨基酸生成相应的-酮酸，而原来的酮酸，而原来的酮酸，而原来的酮酸，而原来的-酮酸则形成了相应酮酸则形成了相应酮酸则形成了相应酮酸则形成了相应的的的的-氨基酸，这种作用称为氨基酸，这种作用称为氨基酸，这种作用称为氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。转氨基作用或氨基移换作用。转氨基作用或氨基移换作用。转氨基作用或氨基移换作用。-氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛醛亚胺醛亚胺醛亚胺醛亚胺酮亚胺酮亚胺酮亚胺酮亚胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆
16、胺磷酸吡哆醛的作用机理 -酮酸酮酸酮酸酮酸互变异构互变异构互变异构互变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、联合脱氨基作用（1 1 1）概念）概念）概念（2 2 2）类型）类型）类型a a、转氨酶与、转氨酶与L-L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联谷氨酸脱氢酶作用相偶联b b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 转氨基作用转氨基作用转氨基作用和氧化脱氨基和氧化脱氨基和氧化脱氨基作用联合进行作用联合进行作用联合进行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
17、氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶H H2 20+NAD0+NAD+NHNH3 3+NADH+NADH-酮酸酮酸-氨基酸氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸L-L-谷氨酸谷氨酸转氨基作用与氧化脱氨基作用相偶联转氨基作用与氧化脱氨基作用相偶联转氨基作用与氧化脱氨基作用相偶联转氨基作用与氧化脱氨基作用相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联-氨基酸氨基酸-酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨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）还原脱氨基作用）还原脱氨基作用（严格无氧条件下）（严格无氧条件下）HH3 3+N-CHN-CHCOOHCOOHR R
18、+2H+2H+CHCH2 2COOHCOOHR R+NH+NH3 3氢化酶氢化酶氢化酶氢化酶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HH3 3+N-CHN-CHCOOHCOOH+H+H2 2OOCHOHCHOHCOOHCOOHR R+NH+NH3 3水解酶水解酶水解酶水解酶R R（3 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-还原脱氨基作用还原脱氨基作用两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。有机酸、酮酸、氨。R R+R R酶酶HC-NHHC-NH3 3COOHCO
19、OHR R+HC-NHHC-NH3 3COOHCOOHHH2 2OOC=OC=OCOOHCOOHR RC=OC=OCOOHCOOH+2NH+2NH3 3氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 酮酸酮酸酮酸酮酸 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H H2 2S S生成丙酮酸和氨。生成丙酮酸和氨。SHSHCHCH2 2HC-NHHC-NH2 2COOHCOOHL-L-半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸 CHCH2 2C-NHC-NH2 2COOHCOOH-氨基丙烯酸氨基丙烯酸氨基丙烯酸氨基丙烯酸CHCH3 3C-OC-OCOO
20、HCOOH丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 CHCH3 3CCNHNH2 2COOHCOOH亚氨基丙酸亚氨基丙酸亚氨基丙酸亚氨基丙酸脱硫氢脱硫氢脱硫氢脱硫氢基酶基酶基酶基酶分子重排分子重排分子重排分子重排自发自发自发自发水解水解水解水解由解氨酶催化的脱氨基作用由解氨酶催化的脱氨基作用(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。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。磷酸吡哆醛。氨基酸脱羧酶专一性很强，每一种氨基酸氨基酸脱羧酶专一性很强，每一种氨基酸都有一种脱羧酶，
21、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应应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。但大多数胺类对动物有毒，体内的胺氧化但大多数胺类对动物有毒，体内的胺氧化酶能将胺氧化为醛和氨。酶能将胺氧化为醛和氨。脱羧反应机理(1)Glu脱羧脱羧:
22、谷氨酸谷氨酸r-氨基丁酸氨基丁酸+CO2（Glu脱羧脱羧E）r-氨基丁酸，抑制神经传递氨基丁酸，抑制神经传递,抗虫作用。抗虫作用。1）.直接脱羧作直接脱羧作用用（2）Trp的脱羧的脱羧(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在酪氨酸酶的作用下Tyr发生羟化生成多巴发生羟化生成多巴,氧化成黑色素。多巴脱羧生成多巴胺氧化成黑色素。多巴脱羧生成多巴胺,在植物体内在植物体内可以由这二个化合物转变成生物碱、吗啡、秋水可以由这二个化合物转变成生物碱、吗啡、秋水仙碱仙碱(植物加倍植物加倍,抑制细胞的有丝分裂等抑制细胞的有丝分裂等)。氨氨对对生生物物机机体体有有
23、毒毒，特特别别是是高高等等动动物物的的脑脑对对氨氨极极敏敏感感，血血中中1%的的氨氨会会引引起起中中枢枢神神经经中中毒毒，因因此此，脱脱去去的的氨必须排出体外。氨必须排出体外。氨氨中中毒毒的的机机理理：脑脑细细胞胞的的线线粒粒体体可可将将氨氨与与-酮酮戊戊二二酸酸作作用用生生成成Glu，大大量量消消耗耗-酮酮戊戊二二酸酸，影影响响TCA，同同时时大大量量消耗消耗NADPH，产生肝昏迷。，产生肝昏迷。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：重新利用：生成氨基酸、核苷酸生成氨基酸、核苷酸2 2、氨贮存：、氨贮存：谷氨酰胺和天冬酰氨的生成谷氨酰胺和天冬酰氨的生成3 3、排出体外：、
24、排出体外：水生、海洋动物，以氨的形水生、海洋动物，以氨的形式排出。鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。式排出。鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。排尿动物，以尿素形式排出。排尿动物，以尿素形式排出。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-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+H2O -酮戊二酮戊二酮戊二酮戊二 酸酸酸酸+NH3NADNAD（P P）+NADNAD（P P）HH谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酮戊二酮戊二酮戊二 酸酸酸酸+丙氨丙氨酸酸转氨酶转氨酶转氨酶转氨酶 在大脑中发生上述反应，大量消耗了在大
25、脑中发生上述反应，大量消耗了在大脑中发生上述反应，大量消耗了在大脑中发生上述反应，大量消耗了 -酮戊二酮戊二酮戊二酮戊二 酸和酸和酸和酸和NADPHNADPHNADPHNADPH，引起中毒症状。引起中毒症状。引起中毒症状。引起中毒症状。在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。谷氨酰胺的生成和利用谷氨酰胺的生成和
26、利用+NH+NH2 2+H+H2 2OOATPADP+PiATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶MgMg2+2+2H+2H谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。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贮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）总反应和过程）总反应和过程排尿动物体内的肝脏排尿动物体
27、内的肝脏排尿动物体内的肝脏由由由NHNHNH3 33合成尿素的循环合成尿素的循环合成尿素的循环机制称为尿素循环。机制称为尿素循环。机制称为尿素循环。NHNH3 3+CO+CO2 2+3ATP+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸+2H+2H2 2OO NHNH2 2-CO-NH-CO-NH22+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，加加入入鸟鸟氨氨酸酸、瓜瓜氨氨酸酸、精精氨氨酸酸中中的的任任何何一一种种，都都可促使尿素的合成
28、。尿素循环途径（鸟氨酸循环）可促使尿素的合成。尿素循环途径（鸟氨酸循环）合成步骤如下：合成步骤如下：（1）氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合成酶）氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合成酶I）肝细胞液中的氨基酸经转氨作用，与肝细胞液中的氨基酸经转氨作用，与-酮戊二酸酮戊二酸生成生成Glu，Glu进入线粒体基质，经进入线粒体基质，经Glu脱氢酶作脱氢酶作用脱下氨基，游离的氨（用脱下氨基，游离的氨（NH4+）与）与TCA循环产生循环产生的的CO2反应生成氨甲酰磷酸。反应生成氨甲酰磷酸。氨甲酰磷酸是高能化合物，氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供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
29、：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。反应要消耗反应要消耗2ATP尿素循环的限速步反应：尿素循环的限速步反应：氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶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。瓜氨酸生成后就离开线粒体，进入细胞质。氨酸。瓜氨酸生成后就离开线粒体，进入细胞质。（3）合成精氨琥珀酸）合成精
30、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，延胡索素酸可延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，（5）精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素尿素生成后，由血液运到肾脏随尿排除。尿素生成后，由血液运到肾脏随尿排除。尿素循环总反应：尿素循环总反应：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分子尿素可清除分子尿素可清除2分子氨及分子氨及1分子分子CO2，消耗消耗4个高能磷酸键。个高能磷酸键。
31、2分子氨及分子氨及1分子分子CO2的来源：的来源：联合脱联合脱-NH2合成尿素是解决合成尿素是解决-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NHNH2 2-C-NH-C-NH2 2OO尿素尿素-酮戊酮戊二酸二酸-酮戊酮戊二酸二酸H2N-C-P PO2345形成氨甲酰磷酸（酶定位在线粒
32、体内）形成氨甲酰磷酸（酶定位在线粒体内）形成氨甲酰磷酸（酶定位在线粒体内）形成氨甲酰磷酸（酶定位在线粒体内）形成瓜氨酸（经转氨甲酰酶催化）形成瓜氨酸（经转氨甲酰酶催化）形成瓜氨酸（经转氨甲酰酶催化）形成瓜氨酸（经转氨甲酰酶催化）形成精氨基琥珀酸（酶定位在胞液）形成精氨基琥珀酸（酶定位在胞液）形成精氨基琥珀酸（酶定位在胞液）形成精氨基琥珀酸（酶定位在胞液）形成精氨酸（精氨基琥珀酸裂解酶）形成精氨酸（精氨基琥珀酸裂解酶）形成精氨酸（精氨基琥珀酸裂解酶）形成精氨酸（精氨基琥珀酸裂解酶）形成尿素（精形成尿素（精形成尿素（精形成尿素（精aaaaaaaa在精在精在精在精aaaaaaaa酶作用下水解生酶作用
33、下水解生酶作用下水解生酶作用下水解生成瓜氨酸和尿素，酶定位在胞液）成瓜氨酸和尿素，酶定位在胞液）成瓜氨酸和尿素，酶定位在胞液）成瓜氨酸和尿素，酶定位在胞液）尿素循环反应过程尿素循环反应过程二、二、氨基酸碳骨架的转化途径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、转变成糖或脂肪转变成糖或脂肪 生糖氨基酸生糖氨基酸 生酮氨基酸生酮氨基酸3 3、氧化供能生成氧化供能生成COCO2 2和和H H2 2O O20种氨基酸的碳架可转化成种氨基酸的碳架可转化成7种物质：种物质：丙丙酮酮酸酸、乙乙酰酰CoA、乙乙酰酰乙乙酰酰CoA、-酮酮戊戊二酸、琥珀酰二酸、琥珀酰CoA、延胡索
34、酸、草酰乙酸。、延胡索酸、草酰乙酸。它们最后集中为它们最后集中为5种物质进入种物质进入TCA：乙乙酰酰CoA、-酮酮戊戊二二酸酸、琥琥珀珀酰酰CoA、延延胡胡索酸、草酰乙酸。索酸、草酰乙酸。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酰氨天冬酰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苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸组氨酸
35、组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缬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缬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,以后可以通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
36、谢过程中，某些化合物在代谢过程中，某些化合物在代谢过程中，某些化合物在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有（如氨基酸）可以分解产生具有（如氨基酸）可以分解产生具有（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括一个碳原子的基团（不包括一个碳原子的基团（不包括一个碳原子的基团（不包括COCOCOCO2 2 2 2），称为一碳基团，），称为一碳基团，），称为一碳基团，），称为一碳基团，一碳基团的一碳基团的一碳基团的一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直转移除了和许多氨基酸的代谢直转移除了和许多氨基酸的代谢直转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧接有关外，还参与嘌
37、呤和胸腺嘧接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。啶及磷脂的生物合成。啶及磷脂的生物合成。啶及磷脂的生物合成。一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，其辅酶为其辅酶为其辅酶为其辅酶为FHFH4 4 一碳基团和氨基酸代谢一碳基团和氨基酸代谢一碳基团和氨基酸代谢一碳基团和氨基酸代谢-CH=NH亚氨甲基亚氨甲基H-CO-甲酰基甲酰基-CH2OH甲醇基甲醇基-CH=次甲基次甲基-CH2-亚甲基亚甲基-CH3甲基甲基叶酸和叶酸和四氢叶酸（四氢
38、叶酸（FH4或或THFA）叶叶酸酸四四氢氢叶叶酸酸HH105N N5 5，N N1010-CH-CH2 2-FH-FH4 4N N5 5-CHO-FH-CHO-FH4 4CHCH2 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N N5 5-CH-CH3 3-FHFH4 4N N55，N N1010-CHCH2 2-FH-FH4 4N N5 5，N N1010=CH-FH=CH-FH4 4 N N1010-CHO-FH-CHO-FH4 4N N55，N N1010-CH-CH2 2-FH-FH4 4还原酶还原酶还原酶还原酶N N55，N
39、N1010-CH-CH2 2-FH-FH4 4脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶环水化酶环水化酶环水化酶环水化酶 丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸 组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸参与参与参与参与 甲基化甲基化甲基化甲基化反应反应反应反应为为为为胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶合合合合成提供成提供成提供成提供甲基甲基甲基甲基参与参与参与参与嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤合成合成合成合成FHFH4 4FHFH4 4FHFH4 4 HCOOHHCOOHHH2 2OONADNAD+NDAH+HNDAH+H+NADNAD+NDAH+HNDAH+H+HH+参与参与参与参与嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤合成合成合成合成四、氨基酸与生物
40、活性物质四、氨基酸与生物活性物质 酪氨酸代谢与黑色素的形成酪氨酸代谢与黑色素的形成 色氨酸代谢与色氨酸代谢与5-5-羟色胺与吲哚乙酸羟色胺与吲哚乙酸 谷氨酸与谷氨酸与-氨基丁酸氨基丁酸 组氨酸与组胺组氨酸与组胺 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形成酪氨酸代谢与黑色素的形成组氨酸脱氨组氨酸脱氨组氨酸脱氨组氨酸脱氨生成组胺生成组胺生成组胺生成组胺第第四节四节氨的同化及氨基酸的生物合成氨的同化及氨基酸的生物合成合成AA必需要有碳架和氨基,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及通过硝酸还原酶催化产生的NH4
41、+。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动植物硝酸盐还原硝酸盐还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它含氮化合物（植物生理学）（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
42、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,在常温常压下将在常温常压下将N N转变成转变成NHNH3 3的过程。的过程。N N2 2 +3H+3H2 2NH 2NH3植物根系从土址中吸收的硝酸态植物根系从土址中吸收的硝酸态N,N,经硝酸经硝酸还原酶和亚硝酸还原酶将硝态还原酶和亚硝酸还原酶将硝态N N还原成还原成NHNH+4+4。这种途径生成的氨以后便被同化转变成含这种途
43、径生成的氨以后便被同化转变成含N N的有机化合物。的有机化合物。生物生物固固N的化学本质的化学本质2NH2NH3 33H3H2 26e6e-N N2 2+12ATP+12H12ATP+12H2 2OO12ADP+12Pi12ADP+12Pi固氮酶固氮酶固氮酶固氮酶（厌氧环境）（厌氧环境）（厌氧环境）（厌氧环境）N2还原剂还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：能能催催化化ATP分分解解，从从中中获获取能量推动电子向还原底物上转移。取能量推动电子向还原底物上转移。（2）作用机理：作用机理
44、：（3）特点：特点：是一种多功能酶是一种多功能酶N2还原剂还原剂铁蛋白铁蛋白钼铁蛋白钼铁蛋白 氧化还原酶：不仅能催化氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可还原，还可催化催化N2O化合物等还原。化合物等还原。（1）结构组成结构组成二聚体、含二聚体、含Fe和和S形成形成Fe4S4簇簇四聚体（四聚体（2 22 2）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反应按下述反应顺序进行：反应按下述反应顺序进行：第一：还原态铁氧还蛋白作为电子供体，把自第一：还原态铁氧还蛋白作为电子供体，把自己的电子传递给复合物的还原酶组分。己的电子传递给复合物的还原酶组分。第二：第二：
45、ATP再与还原酶相结合，通过改变构象再与还原酶相结合，通过改变构象把氧还原从变为，还原酶的还原能力由此得到把氧还原从变为，还原酶的还原能力由此得到加强，使它能把电子传递给固加强，使它能把电子传递给固N酶的组分。酶的组分。第三：电子从还原酶传递到固第三：电子从还原酶传递到固N酶，同时水解酶，同时水解ATP，由此还原酶组分与固，由此还原酶组分与固N酶组分相分离。酶组分相分离。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反应需要的条件：反应需要的条件：第一：需要供应充分的第一：需要供应充分的ATP第二：需要很强的还原剂第二：需要很强的还原剂第
46、三：需要厌氧环境第三：需要厌氧环境硝酸还原作用硝酸还原作用（2 2）硝酸还原酶）硝酸还原酶）硝酸还原酶）硝酸还原酶(3)(3)亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶（1 1）硝酸还原作用的化学本质硝酸还原作用的化学本质硝酸还原作用的化学本质硝酸还原作用的化学本质NH+4NO-32e-6e-硝酸还原酶硝酸还原酶亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶NO-2硝酸还原酶硝酸还原酶a、铁氧还蛋白、铁氧还蛋白硝酸还原酶硝酸还原酶b、NAD(P)H-硝酸还原酶硝酸还原酶H2ONO-3+2Fd还原态还原态+2H+NO-2+2Fd氧化态氧化态+NAD(P)H+H+NO-2+NAD(P)+H2ONO+3亚硝酸还原酶
47、2H2Oa a、铁氧还蛋白、铁氧还蛋白亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶NO-2+6Fd还原态还原态+8H+NH+4+6Fd氧化态氧化态+2H2Ob b、NAD(P)HNAD(P)H亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶NO-2+3NAD(P)H+NH+4+3NAD(P)+5H+硫酸的还原与硫酸的还原与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还还原原而而成成的的,与与硝硝酸酸的的还还原原类类似似,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硫酸还原过程在硫酸还原过程,但在动物内则不存在。但在动物内则不存在。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
48、然后后被被还还原原,活活化分两步进行化分两步进行:(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反反应应,生成腺苷酰硫酸生成腺苷酰硫酸(APS):SO4+ATPAPS+ppi2pi2-Mg2+H2OATPATP硫硫硫硫酸化酶酸化酶酸化酶酸化酶（2）APS在在激激酶酶催催化化下下,在在3位位形形成成磷磷酸腺苷酰硫酸酸腺苷酰硫酸PAPS（3-P-PAS）MMgg2+2+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-O-HSO-SH+AMP-O-HSO3 3载体载体-S-HSO-S-HS
49、O3 3+AMP+AMP载体载体载体载体-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酶催化的还原氨基反应不是酶催化的还原氨基反应不是由氨合成由氨合成Glu的主要途径。因为该酶要求有较的主要途径。因为该酶要求有较高浓度的氨高浓度的氨,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
50、联。即导致光合磷酸化解偶联。L-L-L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+H2O -酮戊二酮戊二酮戊二酮戊二 酸酸酸酸+NH3NADNAD（P P）+NADNAD（P P）HH（1）Glu脱H酶途径（2）Gln合成酶和Glu合成酶途径+NH+NH2 2+H+H2 2OOATPADP+PiATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶MgMg2+2+2H+2H谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶目前认为Gln合成酶和Glu合成酶协同作用是植物体内合成Glu的主要途径:在这个途径中Glu起着传递氨基的作用:总结果是