1、第一节第一节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解 蛋白质的降解是指蛋白质在酶的作用下使肽键发生水解生成氨基酸的过程。一、蛋白水解酶1.肽链内切酶和外切酶（作用特点）肽链内切酶又称蛋白酶，水解肽链内部的肽键，对参与形成肽键的氨基酸残基有一定的专一性。肽链外切酶包括氨肽酶和羧肽酶，分别从氨基端和羧基端逐一地将肽链水解成氨基酸。3.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（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（Phe. Trp）二、细胞内蛋白质降解1.细
2、胞内蛋白质降解的意义基因突变、生物合成误差、自发变性、自由基破坏以及环境胁迫和疾病均可导致反常蛋白的产生，其中有些可以重新恢复成正常蛋白。短寿命蛋白虽然不到总蛋白的10，但却包括许多代谢途径的限速酶，控制细胞周期和细胞分化、细胞增殖的蛋白质，调节基因表达的转录因子等，具有十分重要的生理功能。由于它们的半寿期很短，便于通过基因表达和降解对其含量进行精确、快速的调控。另外，生长发育及细胞分化过程中代谢途径的改变，也涉及到酶蛋白的降解。维持体内氨基酸代谢库。防御机制组成部分。蛋白质前体的裂解加工。另外，为了有效地利用转基因技术生产有价值的蛋白质，也需要了解细胞内蛋白质降解机制，以免这些外来蛋白被转基
3、因生物破坏。2.胞内蛋白质降解系统参与细胞内蛋白质降解的蛋白酶大致可分为两类：一类是相对分子质量较小、专一性较低、催化过程不需要ATP的蛋白酶和肽酶；另一类是高分子量的多酶复合物，对底物蛋白有高度选择性，催化蛋白质水解不仅需消耗ATP而且受到严密的调控。细胞质内有两个最重要的蛋白质降解系统：溶酶体系统包括多种在酸性pH下活化的小分子量蛋白酶，因此又称为酸性系统，主要水解长寿命蛋白质和外来蛋白；泛肽系统则在pH7.2的胞液中起作用，因此又称为碱性系统，主要水解短寿命蛋白和反常蛋白。3.蛋白质降解的泛肽途径蛋白质降解的泛肽途径泛肽泛肽第二节 氨基酸的分解与转化一、氨基酸的来源与去路一、氨基酸的来源
4、与去路二、氨基酸的脱氨基作用二、氨基酸的脱氨基作用三、氨基酸的脱羧基作用三、氨基酸的脱羧基作用四、氨基酸降解产物的去向四、氨基酸降解产物的去向五、由氨基酸衍生的其他化合物五、由氨基酸衍生的其他化合物一、氨基酸的来源和去路一、氨基酸的来源和去路 氨基酸代谢库脱氨基作用脱羧基作用NH3 -酮酸酮体氧化供能糖尿素肝胺类CO2转变其他含氮化合物消化吸收分解合成食物蛋白质组织蛋白质 体内合成的非必需氨基酸 -氨基酸氨基酸 氨基酸氧化酶（氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO-+NH3 O|H2O+O2H2O2L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶H2O NH3谷
5、氨酸谷氨酸 -氨基酸氨基酸1 R1-CH-COO- NH+3 |-酮酸酮酸1 R1-C-COO- O| R2-C-COO- O|-酮酸酮酸2 R2-CH-COO- NH+3 |-氨基酸氨基酸2 要点：要点：反应可逆。反应可逆。体内除体内除Lys、Gly、Thr、Pro和羟脯氨和羟脯氨酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作酸外，大多数氨基酸都可进行转氨基作用。用。转氨酶均以转氨酶均以磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛为辅酶。磷酸吡为辅酶。磷酸吡哆醛是哆醛是VB6的衍生物。反应中起传递氨的衍生物。反应中起传递氨基的作用。基的作用。 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)（
6、2）类型a a、转氨酶转氨酶与与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和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式。转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨酶L-谷氨酸脱氢酶-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5. 脱酰胺基作用1 1、概念、概念 氨基酸在脱羧酶的氨基酸在脱羧酶的作用下
7、脱掉羧基生成相作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。酶为磷酸吡哆醛。直接脱羧直接脱羧 胺胺羟化脱羧羟化脱羧 羟胺羟胺 2 2、类型、类型: :直接脱羧基作用羟化脱羧基作用 酪氨酸酶是一种含铜酶。 多巴进一步氧化后形成聚合物黑素。在植物体内，由多巴和多巴胺可形成生物碱。（一）、氨的代谢转变（一）、氨的代谢转变1 1、重新生成氨基酸、重新生成氨基酸 虽然通过脱氨基作用产生的氨再用来合成氨基酸时并不虽然通过脱氨基作用产生的氨再用来合成氨基酸时并不能增加氨基酸的数量，但却能改变氨基酸的种类。能增加氨基酸的数量，但却能改变氨基酸的种类
8、。2、谷氨酰胺和天冬酰氨的生成、谷氨酰胺和天冬酰氨的生成 生成酰胺的形式既是生物体贮藏和运输氨的主要方式，生成酰胺的形式既是生物体贮藏和运输氨的主要方式，也是解除氨毒的一条主要途径。也是解除氨毒的一条主要途径。3.3.生成铵盐生成铵盐 保持细胞内正常的保持细胞内正常的PHPH（二）、尿（二）、尿 素素 循循 环环（1 1）概念）概念（2 2）总反应和过程总反应和过程鸟鸟氨氨酸酸循循环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 -酮戊二酸酮戊二酸
9、天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+2Pi基质基质线线粒粒体体胞液胞液22尿素尿素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尿素尿素 -酮戊酮戊二酸二酸 -酮戊酮戊二酸二酸H2N-C-O2345 植物体含有脲酶，尤其是在豆科植物种子中脲酶活性较大，能专一地催化尿素水解并放出
10、氨，反应式如下：（三）、（三）、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可降解为：丙酮酸、草酰乙酸、生糖氨基酸可降解为：丙酮酸、草酰乙酸、 -酮戊二酸、琥珀酰酮戊二酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等糖代谢中间物。和延胡索酸等糖代谢中间物。生酮氨基酸，在体内能转变为酮体经脂肪酸途径代谢生酮氨基酸，在体内能转变为酮体经脂肪酸途径代谢,其分解产其分解产物为乙酰物为乙酰coA或乙酰乙酸。或乙酰乙酸。纯粹生酮：纯粹生酮： 亮氨酸亮氨酸既生酮也生糖：异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸既生酮也生糖：异亮氨酸、赖氨
11、酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸纯粹生糖：纯粹生糖： 其它其它14种氨基酸的。种氨基酸的。3 3、氧化供能生成氧化供能生成COCO2 2和和H H2 2O O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丙醇式丙酮酸酮酸 -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组氨酸脯氨酸脯氨酸异亮氨酸
12、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琥珀酰琥珀酰CoA 延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸PEP磷酸丙糖磷酸丙糖葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原糖糖-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油三酯甘油三酯乙酰乙酰乙酰乙酰CoA丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸 蛋氨酸蛋氨酸丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸酮体
13、酮体亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 谷氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸 缬氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C五、 由氨基酸衍生的其他化合物1、多胺 多胺是生物体在代谢过程中产生的具有生物活性的低分子量的脂肪含氮碱。 多胺的功能：多胺的积累可增加细胞间渗透物质浓度，调节水分丢失：腐胺可作为细胞pH缓冲剂，也可能有助于H+或其它阳离子通过质膜；更重要的是多胺可抑制RNase和蛋白酶活性，这两种酶与各种胁迫对细胞引起的伤害与衰老有密切关系。因此，多胺能保护质膜和原生质免于自发的或外界伤害引起
14、的分解破坏。2、生氰糖苷 生氰糖苷是植物特有的含N化合物，其是 -羟基腈的碳水化合物的衍生物，也叫氰醇的糖苷。 许多植物都能合成产生氢氰酸的生氰糖苷。在活植物中，由于这种生氰糖苷和能催化它们水解的酶在空间上被分隔开来所以，对植物并无毒害作用。3、生物碱 生物碱是一类碱性的植物次生代谢产物，很多有药理作用。 真生物碱：具有含氮杂环的生物碱 原生物碱：没有含氮杂环的生物碱。 绝大多数生物碱的生物合成前体物质是氨基酸。生物碱的功能：1.植物体内的生物碱能作为防止它种生物危害的保护剂或威慑剂，从而具有重要的生态学功能。2.它可以作为生长调节剂，特别是作为种子萌发的抑制剂；3.由于生物碱大都具有螯合能力
15、，在细胞内可帮助维持离子平衡；4.生物碱能作为植物的含氮分泌物；5.它们可作为植物体内贮存氮的化合物。4、由氨基酸衍生的植物激素和动物激素 高等植物体内由氨基酸衍生的植物激素主要是生长素类和乙烯。 高等动物激素多数为多肽和蛋白质类，但有一些由氨基酸衍生来。5、由氨基酸衍生的辅酶 生物体内的许多辅酶或辅基都具有核苷酸和含氮杂环的分子结构。这些核苷酸和含氮杂环又大都由氨基酸衍生或作为前体物质合成。6、卟啉类色素的生成 生物体内重要的卟啉衍生物是与铁或镁螯合形成的金属卟啉。 铁卟啉类色素生物合成的前体物质是甘氨酸和琥珀酰辅酶A。 镁卟啉类合成的前体是谷氨酸。7、木质素的生物合成 木质素是一类化合物的
16、集合名称，并不是一种特定的物质。 木质素的结构单位香豆醇、松柏醇和芥子醇等，其常以糖苷形式储存，一旦需要合成木质素，它们便从糖苷中释放出来自发地进行聚合反应以形成木质素分子。由于这种聚合过程不是酶促反应，各种游离基的聚合又是随机的，这就使得木质素分子的结构非常复杂。8、儿茶酚类和黑色素植物体内的酚类化合物包括简单的酚、酚酸、酚丙烷、丹宁、木脂素、黑色素类和木质素。常见的酚有对羟基醌、儿茶酚、间苯三酚等。 动物体内的黑素，一般称为真黑素，因为动物黑素含有氮，而植物体的儿茶酚黑素不含氮。动物黑素是由酪氨酸的衍生物吲哚5，6醌聚合形成的。第三节 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
17、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第四节 生物固氮的生物化学一、生物固氮的概念 生物固氮是微生物、藻类和与高等植物共生的微生物通过自身的固氮酶复合物把分子氮变成氨的过程。 自然界通过生物固氮的量且可达每年1011kg，约占地球上的固氮量的60，闪电和紫外辐射固定氮约15，其余为工业固氮。6e-二、固氮生物的类型 1自生固氮微生物是指独立生活时能使气态氮固定为NH3的少
18、数微生物。 它们固氮有两种方式： 第一种方式是利用光能还原氮气。 如鱼腥藻、念球藻，固氮过程与还原CO2类似。 蓝藻固氮是在异型细胞里进行，因为固氮过程要求无氧条件。 另一些微生物如红螺菌、红色极毛杆菌、绿杆菌等也能利用光能从硫、硫化物、氢或有机物取得电子进行固氮。 第二种方式是利用化学能固氮。 如好气性固氮菌、贝氏固氮菌及厌气的巴斯德梭菌和克氏杆菌等。 2 共生固氮微生物 如与豆科植物共生固氮的根瘤菌，其专一性强，不同的菌株只能感染一定的植物，形成共生的根瘤。在根瘤中植物为固氮菌提供碳源，而细菌利用植物提供的能源固氮，为植物提供氮源，形成一个很好的互利共生体系。三、固氮酶复合物 生物固氮过程
19、由固氮酶复合物完成。1.固氮酶复合物由两种蛋白组分构成： 还原酶，它提供具有高还原势的电子；二聚体、含Fe和S， 形成Fe4S4簇 固氮酶，它利用还原酶提供的高能电子还原N2成NH4+。四聚体（22），含Mo、Fe和S2.作用机理：3.生物固氮的总反应式：四、生物固氮所需的条件充分的ATP供应。豌豆根系固氮细菌消耗植株ATP产量的近五分之一；需要很强的还原剂。高还原势电子来自还原型铁氧还蛋白，其是光合链的电子载体。铁氧还蛋白的再生或来自光合作用，或来自氧化过程；需要厌氧环境，固氮酶对氧十分敏感，只有在严格的厌氧条件下才能固氮。 豆红蛋白五、固氮过程的氢代谢 1固氮酶的放氢反应 固氮的同时还原氢
20、，这一反应需要ATP，CO不能抑制。 2氢酶的放氢反应 氢酶也是一种铁硫蛋白，这一反应不需要ATP，受CO抑制。3.吸氢酶催化H2的氧化作用 产物为H2O并伴有ATP生成，反应受KCN抑制。第五节 硝酸还原作用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-2a、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+NO-3H2O2Fd还原态还原态2H+NO-22Fd氧化态氧化态+ H2ONAD(P)HH+NO-2NAD(P)+NO3-2H2Oa 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
21、+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+调控：光照对亚硝酸还原有促进作用 当植物缺铁时，亚硝酸的还原即受阻。 亚硝酸还原时需要氧，因而在厌氧条件下，亚硝酸的还原会受到阻碍。第六节 氨的同化一、谷氨酸合成1.谷氨酰胺合成酶 谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸和氨反应形成谷氨酰胺，此酶对NH3有高亲和性，完成反应还需ATP水解提供的能量。 形成谷氨酰胺既是氨同化的一种方式，又可消除过高氨浓度带来的毒害，还可作为氨的供体，用于谷氨酸的合成。 可见，在谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶的共
22、同作用下，可由一分子氨和一分子 酮戊二酸净合成一分子谷氨酸。2、谷氨酸脱氢酶 谷氨酸脱氢酶存在于所有生物体内但对氨同化来说，谷氨酸脱氢酶的作用不甚重要，它主要参与氨基酸的降解代谢。二、氨甲酰磷酸 同化氨的另一途径是氨甲酰磷酸的形成。在植物体内，氨甲酰磷酸中的氨基来自谷氨酰胺而不是氨。氨甲酰激酶催化的反应：氨甲酰磷酸合成酶催化的反应：第七节 氨基酸的生物合成一、氨基酸的合成与转氨基作用二、各族氨基酸的合成1.丙氨酸族：包括丙氨酸、缬氨酸和亮氨酸，碳架来源于丙酮酸。2.丝氨酸族：包括丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸。a.b.（3-磷酸甘油酸）由丝氨酸转变成半胱氨酸硫酸盐还原中间物3.谷氨酸类：包括谷氨酸、
23、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸。碳架来源于 -酮戊二酸。a.脯氨酸的合成：b.精氨酸的合成（1）b.精氨酸的合成（2）这一族几种氨基酸的合成关系如下：4.天冬氨酸族：包括天冬氨酸、天冬酰胺、赖氨酸、苏氨酸、异亮氨酸和蛋氨酸。碳架来自草酰乙酸或延胡索酸。a.天冬氨酸的合成 b.天冬酰胺的合成c.赖氨酸的合成d.苏氨酸的合成e.异亮氨酸的合成f.蛋氨酸的合成这一族氨基酸生物合成的关系简单表示如下：5.组氨酸和芳香氨基酸族：包括组氨酸、酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。碳架主要来自磷酸戊糖途径的中间产物核糖-5-磷酸。a.组氨酸的合成5-磷酸核糖-AMP5-磷酸核糖-ATP磷酸核糖亚氨甲基咪唑核苷酸磷酸核酮糖亚氨甲基咪唑核苷酸咪唑磷酸甘油咪唑磷酸丙酮糖L-组氨酸5-磷酸核糖-1-焦磷酸b.芳香族氨基酸的合成途径 各种氢基酸生物合成及其相互关系小 结1 蛋白质的酶促降解1） 蛋白水解酶2） 食物中蛋白质的消化吸收3）细胞内蛋白质降解2 氨基酸的分解与转化1） 脱氨基作用2 ）脱羧基作用3 ）氨基酸分解产物的去向4） 由氨基酸衍生的含氮化合物
