1、第十二章 含氮化合物代谢第一节 氨基酸的分解代谢一、肽链内切酶 肽链内切酶又叫蛋白酶，广泛地分布于各种生物中；植物：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶等。动物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等。细胞内蛋白-酮酸 NH3CO2+H2O葡萄糖食物蛋白 氨基酸消化内切、外切酶脂肪酸尿素参与氨基酸或核苷酸及生物胺的合成铵盐酰胺第1页，共23页。肽链内切酶ABCD+H2O胰蛋白酶 B=Lys或Arg酶作用快;C=Pro时，酶作用受阻 A、C=Glu、Asp时酶促水解减慢；胰凝乳蛋白酶B=Trp、Tyr或Phe时酶作用快；C=Pro时，酶作用受阻B=Met、Leu、His酶水解作用差 AB-COOH
2、+HNH-CDE酶 类 水解作用位点及酶作用特点 相邻pro影响形成肽键时B提供COOH形成肽键时C提供NH2例题：纯化所得未知多肽的氨基酸组成为Asp1,Ser1,Gly1,Ala1,Met1,Phe1和Lys1，又经过系列分析，结果如下：FDNB(2,4-二硝基氟苯)与之反应再经酸水解的DNP-Ala;第2页，共23页。胰凝乳蛋白酶（CT）消化后，从产物中分离出一个四肽，其组成为 Asp1,Gly1,Lys1,Met1，此四肽的FDNB反应降解产物为DNP-Glys;胰蛋白酶（T）消化八肽后又可得到组成分别为Lys1,Ala1,Ser1及 Phe1,Lys1,Gly1的两个三肽和一个二肽。
3、此二肽被CNBr处理后游离 出自游出天冬氨酸。请列出八肽全顺序并简单示意你推知的过程。解：由结果(1)可得知N端为Ala；由结果(2)C端四肽序列为Gly-Lys -Met-Asp；由结果(3)可知N-端的三肽为Ala-Ser-Lys，中间肽序列 为Phe-Gly-Lys，二肽被CNBr处理后游离出自由天冬氨酸，提示了这个 二肽的序列为Met-Asp，而且没有碱性残基，因此是整个肽链的C端二肽 完整的八肽序列为：Ala-Ser-Lys-Phe-Gly-Lys-Met-AspAla-Ser-Lys-Phe-Gly-Lys-Met-AspTCT T DNP-AlaDNP-Gly第3页，共23页。H
4、2N-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOHO=O=O=O=O=-CH2CH2-RRCHCH3CH3-OH-(CH2)CH2NH2-CH2SH-胃蛋白酶芳香族氨基酸的氨基形成的肽键胰蛋白酶碱性氨基酸的羧基形成的肽键胰凝乳蛋白酶芳香族氨基酸的羧基形成的肽键氨肽酶氨肽酶靠近氨基末端的肽键羧肽酶靠近羧基末端的肽键二、端解酶肽链外切酶：氨肽酶：专一性地从肽链的氨基端水解肽键。有多种。羧肽酶：专一性地从肽链的羧基端水解肽键。有多种。三、二肽酶-水解一切二肽。有多种。第4页，共23页。第二节 氨基酸的分解代谢二、脱羧基作用(decarboxylati
5、on)一、脱氨基作用(deamination)2.非氧化脱氨基3.转氨基作用三、分解产物的去路1.氧化脱氨基1、氨的去路2.酮酸的去路3.胺的去路4、氨基酸与一碳单位4、联合脱氨基作用第5页，共23页。CHCOOHNH2RCCOOHNHRCCOOHOR+2H+2e-OH2CHCOOHNH2RCCOOHNHRCCOOHOR+2H+2e-OH2 氧化脱氨基酶 作用特点L-氨基酸氧化酶：pH为10，生理pH条件下活性不高，不是主要酶系。D-氨基酸氧化酶：活性高，但生物体的氨基酸主要由L-氨基酸组成，该E无重要意义谷氨酸脱氢酶：广泛存在，活性高，只催化谷氨酸脱氢。氧化脱氨基氧化脱氨基(oxidativ
6、e deamination)CHCOOHNH2CH2CH2COOHCCOOHNHCH2CH2COOHCCOOHOCH2CH2COOHNAD+OH2NADH+H+NH3谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶CHCOOHNH2CH2CH2COOHCCOOHNHCH2CH2COOHCCOOHOCH2CH2COOHNAD+OH2NADH+H+NH3谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶CHCOOHNH2CH2CH2COOHCCOOHNHCH2CH2COOHCCOOHOCH2CH2COOHNAD+OH2NADH+H+NH3谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶第6页，共23页。还原脱氨基：2.非氧化脱氨基水解脱氨基：RCHNH2COOH+OH2
7、RCHOHCOOH+NH3氨基酸氨基酸羟酸羟酸苯丙氨酸苯丙氨酸-CH2-CH-COOHNH2-反肉桂酸反肉桂酸-CH=CH-COOH苯丙氨酸苯丙氨酸解氨酶解氨酶NH3氨基酸氨基酸R-CH-COOHNH2-脂肪酸脂肪酸R-CH2-COOH+NH3+2H+,2e-裂解脱氨基：第7页，共23页。3.转氨基作用(aminotransferation)常见的有谷草转氨酶和谷丙转氨酶氨基酸转氨酶，含磷酸吡哆醛，反应历程为:O=CHP-COOHH-C-NH2R-+PH2N-CH2-COOHR”-C=O+COOHHC-N=CHP-R-COOHH-C=N-CHP-R-H2N-CH2P-COOHH-C=OR-+C
8、OOHH-C=N-CHP-R”-COOHH-C-N=CHP-R”-COOHH-C-NH2R”-O=CHP-+CHPOCH2PNH2转氨酶CHPOCH2PNH2转氨酶CHPOCH2PNH2-氨基酸H2N-C-HCOOHR-酮酸O=C-HCOOHR-酮酸H2N-C-HCOOHRCCOOHORCCOOHOCCOOHO=-氨基酸第8页，共23页。4.联合脱氨基作用分两种情况H-C-NH2COOHCH3丙氨酸-酮戊二酸COOHC=OCH2CH2COOH-NADH+H+NH3NAD+H2O谷氨酸脱氢酶转氨酶H-C-NH2COOHCH2CH2COOH谷氨酸-COOHC=OCH3丙酮酸-转氨酶与L-谷氨酸脱氢
9、酶组成的脱氨基作用，广泛存在于动植物和微生物中。第9页，共23页。腺嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用-氨基酸氨基酸-酮戊二酸酮戊二酸天门冬氨酸天门冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸GOT-酮酸酮酸谷氨酸谷氨酸转氨酶转氨酶酰苷酸代酰苷酸代琥珀酸琥珀酸IMP延胡索酸延胡索酸AMP苹果酸苹果酸H2O酰苷酸酰苷酸脱氨酶脱氨酶NH3 腺嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用仅限于骨骼肌、心肌组织细胞的脱氨基方式，而不是通过联合脱氨基的方式进行。原因是这两种组织中的谷氨酸脱氢酶含量较少活性低第10页，共23页。二、脱羧基作用R-CH-NH2COOH-R-CH2-NH2 +CO2脱羧酶脱羧酶氨基酸氨基酸胺胺R-CH-NH2COO
10、H-R-CH2-NH2 +CO2脱羧酶脱羧酶氨基酸氨基酸胺胺R-CH-NH2COOH-R-CH2-NH2 +CO2脱羧酶脱羧酶氨基酸氨基酸胺胺5.脱酰胺作用 例 如:谷氨酰氨+H2O谷氨酸+NH3 ccNNcHHH-CH2-CH-NH2CO2L-组氨酸组氨酸脱羧酶脱羧酶组胺组胺ccNNcHHH-CH2-CH-COOHNH2-组氨酸组氨酸CH2-COOHCH2CH-NH2COOH-谷氨酸谷氨酸CH2-COOHCH2CH-NH2-L-谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶CO2-氨基丁酸氨基丁酸对于中枢神经对于中枢神经系统传导有抑系统传导有抑制作用制作用使血管舒张，降低血压医学认使血管舒张，降低血压医学认为，过
11、敏性鼻炎患者是因为体为，过敏性鼻炎患者是因为体内组氨产生过多，引起鼻道毛内组氨产生过多，引起鼻道毛细血管扩张，增加分泌，鼻涕细血管扩张，增加分泌，鼻涕较多之故。较多之故。使血管舒张，降低血压医学认为使血管舒张，降低血压医学认为，过敏性鼻炎患者是因为体内组，过敏性鼻炎患者是因为体内组氨产生过多，引起鼻道毛细血管氨产生过多，引起鼻道毛细血管扩张，增加分泌，鼻涕较多之故扩张，增加分泌，鼻涕较多之故。使血管舒张，降低血压医学认为，过敏性鼻炎患者是因为体内组氨产生过多，引起鼻道毛细血管扩张，增加分泌，鼻涕较多之故。对于中枢神经对于中枢神经系统传导有抑系统传导有抑制作用制作用对于中枢神经系统传导有抑制作用
12、第11页，共23页。氨基酸脱羧基后，产物为有机胺，多数具有很强的生理活性如：赖氨酸戊二胺（尸胺）组氨酸组胺 酪氨酸酪胺；这些胺都具有强烈的生理作用，如组胺可降低血压，酪胺可升高血压等。富含蛋白类食物腐败后产生胺类物质，误食会引起食物中毒-恶心、头晕、萎靡不振，严重者死亡。三、分解产物的去路（1）重新合成氨基酸；（2）生成NH4+（3）生成酰胺；（4）合成其他含氮化合物（5）形成尿素（鸟氨酸循环）。1、氨的去路第12页，共23页。细胞质细胞质氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸CO2+NH32Pi线粒体线粒体O=H2N-C-O-P=OO-O-2ATP鸟氨酸鸟氨酸NH2CH23CHNH2COOH-瓜氨酸瓜氨酸Pi
13、鸟氨酸鸟氨酸NHCH23CHNH2COOH-C=O-H2N-瓜氨酸瓜氨酸ATPAMP+PPi天冬天冬氨酸氨酸NHCH23CHNH2COOH-C=O-H2N-N-CHCH2COOHCOOH-精氨代精氨代琥珀酸琥珀酸+H2OC=NH-H2NHO鸟氨酸循环NHCH23CHNH2COOH-C=NH-H2N-精氨酸精氨酸CHHCCOOHCOOH-=-延胡索酸延胡索酸酶？酶？酶？酶？第13页，共23页。鸟氨酸循环的特点和生物学意义：1、鸟氨酸循环主要发生部位是动物肝脏，最后通过尿液排 泄，有利于解除NH3的毒性；在少数植物中，如马勃、洋蕈等也能合成尿素，以解除NH3 毒性，因为高浓度的 NH3 是解联剂。
14、2、每合成1分子尿素消耗3分子ATP。3、尿素分子中两个酰胺基，一个来自NH3，另一个来自天 冬氨酸。NH3的固定发生在线粒体中。第14页，共23页。2.酮酸的去路:（1）合成氨基酸（2）氧化分解（3）生成糖或脂（生糖氨基酸、生酮氨基酸）苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸赖氨酸赖氨酸亮氨酸亮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丙酮酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺异亮氨酸异亮氨酸蛋氨酸蛋氨酸缬氨酸缬氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺脂肪酸柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸琥珀酰琥珀酰CoA-酮戊二酸酮戊二酸
15、乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA延胡索酸延胡索酸第15页，共23页。3.胺的去路 （1）氧化（2）转化为其它含氮化合物。胺可转化为生物碱、生长刺激素等等。如色氨酸经脱氨基后可生成植物生长激素吲哚乙酸。胺氧化酶胺氧化酶R-CH2-NH2R-CH2-CHO+H2O2+NH3O2H2OR-CH2-CHO醛氧化酶醛氧化酶O2H2OR-CH2-COOH+H2O2 第16页，共23页。4、氨基酸与一碳单位概念：一碳单位是指仅含一个碳原子的基团，如甲基、亚甲基、羟甲基、甲酰基、亚氨甲基（C=NH）等。一碳单位可来源于甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸、组氨酸等即在一碳单位转移酶催化下由四氢叶酸（FH4）携带一碳单位
16、，从一种化合物转移到另一种化合物，进而合成生物活性物质，如腺嘌呤等。FH4（四氢叶酸）N5N10=CHFH4+H2O一碳基团一碳基团转移酶转移酶HCOOHCNOHCCCNNCH2CNHHCH2HNHCONHCHCH2CH2COOH12345698710H2NFH4携带甲基的部位是N5，N10位GlyCHOCOOHSerFH4N5 CH2OHFH4第17页，共23页。组氨酸N5,N10=CH-FH4N5-CH=NHFH4N10-CHOFH4FH4嘌呤碱（C8）N10-CHOFH4甲酰基嘌呤碱（C2）HCOOHATP ADP+PiFH4N5,N10-CH2-FH4NADPH+H+NADP+胸嘧啶甲
17、基N5-CH3FH4N5,N10-CH2-FH4还原酶+2H同型半胱氨酸 FH4甲基B12蛋氨酸腺苷移换酶S-腺苷蛋氨酸ATPPPiPi甲基化物第18页，共23页。第三节 氨基酸的生物合成一、生物固氮 1.NH3的来源(1)生物固氮 固氮酶的组成：有两种成分，即铁蛋白和钼铁蛋白，二者均为铁硫蛋白，其中，铁蛋白的功能是接受供电子体的电子并转移给钼铁蛋白，钼铁蛋白的功能是直接还原氮。供电子体是NADPH。该过程要消耗ATP。固氮机理：固氮机理：固氮机理：固氮机理：固氮机理：固氮机理：固氮机理：固氮机理：氧化氧化还原还原3 NADPH+H+3 NADP+铁氧还蛋白铁氧还蛋白铁蛋白钼铁蛋白12 ATP
18、12 ADP+Pi固氮酶固氮酶N22 NH36 e6 e6 e6 eN22 NH3N22 NH3固氮酶作用特点：1、需要严格的厌氧环境；2、固氮需要ATP供能；3、需要较多的NADPH作还原剂；4、需要钼和铁元素。第19页，共23页。（2）硝酸还原：硝酸还原分为两步，第一步在硝酸还原酶催化下，NO3还原为NO2，第二步在亚硝酸还原酶催化下，NO2还原为NH3电子供体为NADPH、NADH（高等植物、真菌、蓝藻）和铁氧还蛋白（其它）：电子供体为铁氧还蛋白。NO3+2H+2e-NO2+H2O 硝酸还原酶NO2+7H+6e-NH3+2H2O 亚硝酸还原酶第20页，共23页。（3）从环境直接吸收2.氨
19、的同化 是指将氨转化为有机物中的氮的过程 氨的同化又两条途径，（1）谷氨酸脱氢酶途径-酮戊二酸COOHC=OCH2CH2COOH-+NH3谷氨酸COOHHC-NH2CH2CH2COOH-+H2O谷氨酸脱氢酶NAD(P)H+NAD(P)+第21页，共23页。（2）谷氨酰胺谷氨酸合成酶途径总反应：总反应：-酮戊二酸酮戊二酸+NH3+ATP+NAD(P)H+H+谷氨酸谷氨酸 +ADP+NAD(P)+-酮戊二酸酮戊二酸COOHC=OCH2CH2COOH-H-C-NH2COOHCH2CH2CONH2谷氨酰酸谷氨酰酸-+2谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶H-C-NH2COOHCH2CH2COOH谷氨酸谷氨酸-NA
20、D(P)H+H+NAD(P)+或或Fd还原还原 或或Fd氧化氧化谷氨酸COOHHC-NH2CH2CH2COOH-+NH3谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺COOHHC-NH2CH2CH2CONH2-ATP ADP+Pi第22页，共23页。二、氨基酸的生物合成二、氨基酸的生物合成 1.转氨作用转氨作用谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸-酮酸酮酸氨基酸氨基酸转氨酶转氨酶谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸-酮酸酮酸氨基酸氨基酸转氨酶转氨酶谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸-酮酸酮酸氨基酸氨基酸转氨酶转氨酶2.个别氨基酸的代谢个别氨基酸的代谢磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径4-磷酸赤藓糖4-磷酸核糖组氨酸色氨酸酪氨酸苯丙氨酸谷氨酸谷氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺丝氨酸丝氨酸甘氨酸甘氨酸半胱氨酸半胱氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨赖氨酸赖氨酸蛋氨酸蛋氨酸苏氨酸苏氨酸异亮氨酸异亮氨酸缬氨酸亮氨酸丙氨酸葡萄糖葡萄糖3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸PEP丙酮酸丙酮酸三羧酸循环三羧酸循环-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸第23页，共23页。
