1、第十章第十章-蛋白质的降解和氨基蛋白质的降解和氨基酸代谢酸代谢蛋白质的消化与吸收蛋白质的消化与吸收第一节第一节 蛋白质的降解蛋白质的降解编号编号 名名 称称 作作 用用 特特 征征3、4、113、4、13-氨酰肽水解酶氨酰肽水解酶(-aminoacyl peptide hydrolase)作用于多肽链的作用于多肽链的N-末端末端-羧肽水解酶羧肽水解酶(-carboxyl peptide hydrolase)作用于多肽链的作用于多肽链的C-末端末端3、4、14二羧肽水解酶二羧肽水解酶(depeptide hydrolase)水解二肽水解二肽（一）肽酶的种类和专一性（一）肽酶的种类和专一性（二）蛋
2、白酶的种类和专一性（二）蛋白酶的种类和专一性编号编号 名名 称称 作用特征作用特征 实例实例3、4、2、13、4、2、2丝氨酸蛋白酶类丝氨酸蛋白酶类(serine pritelnase)活性中心含活性中心含Ser3、4、2、33、4、2、4硫醇蛋白酶类硫醇蛋白酶类(Thiol pritelnase)活性中心含活性中心含Cys羧基（酸性）蛋白酶类羧基（酸性）蛋白酶类carboxyl(asid)pritelnase活性中心含活性中心含Asp,最适最适pH在在5以下以下金属蛋白酶类金属蛋白酶类(metallopritelnase)活性中心含有活性中心含有Zn2+、Mg2+等等金属金属胰凝乳蛋白酶胰凝
3、乳蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶凝血酶凝血酶木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶无花果蛋白酶无花果蛋白酶菠萝酶菠萝酶胃蛋白酶胃蛋白酶凝乳酶凝乳酶枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶（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）胰蛋白酶：胰蛋白酶：Lys、Arg羧基端肽键；羧基端肽键；(碱性）碱性）糜蛋白酶：糜蛋白酶：Phe、Tyr、Trp肽键；肽键；(芳香族）芳香族）弹性蛋白酶：弹性蛋白酶：Val、Leu、Ser、Ala肽键（脂肪族）肽键（脂肪族）Hers
4、hko,A.等1978年从网织红细胞依赖ATP的蛋白质水解系统中分离出一种热稳定因子，由76个氨基酸组成，后来发现它广泛存在于各类真核细胞，因而命名为泛肽（ubiquitin）。在在泛肽激活酶（泛肽激活酶（E1）、泛肽载体蛋白（泛肽载体蛋白（E2）和和泛肽蛋白连接酶（泛肽蛋白连接酶（E3）的共同作用下，泛的共同作用下，泛肽肽C-端羧基与底物蛋白中的赖氨酸残基端羧基与底物蛋白中的赖氨酸残基-氨基形成氨基形成异肽键异肽键，后续泛肽以类似方式连，后续泛肽以类似方式连接成串，完成对底物蛋白的多泛肽化标记，接成串，完成对底物蛋白的多泛肽化标记，形成多泛肽化蛋白。形成多泛肽化蛋白。被多泛肽化标记的底物蛋白
5、由被多泛肽化标记的底物蛋白由26S蛋白酶蛋白酶体迅速降解成小的肽片段，再由其它肽酶体迅速降解成小的肽片段，再由其它肽酶水解成游离氨基酸。水解成游离氨基酸。蛋白质降解的泛肽途径蛋白质降解的泛肽途径多泛肽化蛋白多泛肽化蛋白26S蛋白酶体蛋白酶体20S蛋白酶体蛋白酶体19S调节亚基调节亚基去折叠去折叠水解水解E1E1：泛肽激活酶：泛肽激活酶 E2E2：泛肽载体蛋白：泛肽载体蛋白 E3E3：泛肽：泛肽-蛋白质连接酶蛋白质连接酶（ubiquitin）第二节 氨基酸的分解代谢二二、氨基酸的脱羧基作用、氨基酸的脱羧基作用一、氨基酸的脱氨基作用一、氨基酸的脱氨基作用氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况食物蛋白质食物蛋
6、白质氨基酸氨基酸特殊途径特殊途径-酮酸酮酸糖及其代谢糖及其代谢中间产物中间产物脂肪及其代脂肪及其代谢中间产物谢中间产物TCA鸟氨酸鸟氨酸循环循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体蛋白体蛋白尿素尿素尿酸尿酸激素激素卟啉卟啉尼克酰胺尼克酰胺衍生物衍生物肌酸胺肌酸胺嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤生物固氮生物固氮硝酸还原硝酸还原（次生物质代谢）（次生物质代谢）CO2胺胺-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-氨基酸氨基酸1 R1-CH-COO-NH+3|-酮酸酮
7、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-酮酮酸的酮基碳原子上，结果原来的酸的酮基碳原子上，结果原来的-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-酮酸则形成了相应的酮酸则形成了相应的-氨基酸，氨基酸，这种作用称为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。以谷丙转氨酶以谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶和谷草转氨酶(GOT)分布最广、分布最广、活性最大。活性最大。临床以此判断肝功能是否正常：临床以此判断肝功能是否
8、正常：例如例如:急性肝炎患者血清中急性肝炎患者血清中GPT活性显著升高活性显著升高;心肌梗塞患者血清中心肌梗塞患者血清中GOT活性明显上升。活性明显上升。转氨作用的意义转氨作用的意义：是氨基酸分解代谢与非必需氨基酸合成代谢的重是氨基酸分解代谢与非必需氨基酸合成代谢的重要步骤；要步骤；沟通了糖代谢与蛋白质代谢。沟通了糖代谢与蛋白质代谢。转氨酶谷丙转氨酶和谷草转氨酶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)（1）概念（2）类型a、转氨酶与、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联谷氨酸脱氢酶作用相偶联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
9、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。a转氨酶转氨酶谷氨酸脱氢酶的联合谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用脱氨基作用 这种脱氨基是这种脱氨基是转氨基作用和氧化脱氨转氨基作用和氧化脱氨基作用偶联进行的基作用偶联进行的，所以称为联合脱氨基，所以称为联合脱氨基作用。作用。在这一过程中的在这一过程中的酮戊二酸实际上酮戊二酸实际上是一种氨基传递体，它可由三羧酸循环大是一种氨基传递体，它可由三羧酸循环大量产生。量产生。生物机体借助于这种联合脱氨基作用生物机体借助于这种联合脱氨基作用可迅速地使各种不同的氨基酸脱掉氨基。可迅速地使各种不同的氨基酸脱掉氨基。转氨酶与转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶
10、联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-谷氨酸谷氨酸 在某些动物组织如在心肌，骨骼肌和脑组在某些动物组织如在心肌，骨骼肌和脑组织中，嘌呤核苷酸循环中的织中，嘌呤核苷酸循环中的腺苷酸脱氨酶，腺苷酸脱氨酶，腺苷琥珀酸合成酶和腺苷酸琥珀酸裂解酶腺苷琥珀酸合成酶和腺苷酸琥珀酸裂解酶的含量及活性很高，所以在这些组织中的的含量及活性很高，所以在这些组织中的脱氨基过程主要是脱氨基过程主要是嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环的联合的联合脱氨基作用。脱氨基作用。次黄嘌呤核苷一磷酸（次黄嘌呤核苷一磷酸（IMP）与）与Asp作用作用形成中间产物形成中间产物腺苷酸代琥珀酸
11、腺苷酸代琥珀酸，腺苷酸代，腺苷酸代琥珀酸在裂合酶的作用下，分裂成琥珀酸在裂合酶的作用下，分裂成AMP和和延胡索酸，延胡索酸，AMP水解后即产生游离氨和水解后即产生游离氨和IMP。b转氨酶转氨酶嘌呤核苷酸循环联合脱氨作用嘌呤核苷酸循环联合脱氨作用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-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氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用转氨基作用转氨基作用（1）重新生成氨基酸重新生成氨基酸（2）谷氨酰胺和天冬酰胺的生成谷氨酰胺和天冬
12、酰胺的生成（3）尿素的生成尿素的生成尿素循环尿素循环（4）合成其他含氮物质合成其他含氮物质5.氨的命运氨的命运氨氨的的来来源源和和去去路路H2ONH3丙氨酸丙氨酸 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-酮酮戊二戊二酸和酸和NADPH，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，将氨转运到肝脏的转氨基作用，生成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。中去。b.b.谷氨酰胺的生成和利用谷氨酰胺的生成和利用水生动物主要水生动物主要排氨排氨。鸟类及生活在比较干燥环境中的爬虫类，由于水的鸟类及生活在比较干
13、燥环境中的爬虫类，由于水的供应困难，所产生的氨不能直接排出，即变成溶解供应困难，所产生的氨不能直接排出，即变成溶解度较小的尿酸，再被排出体外，所以鸟类及某些爬度较小的尿酸，再被排出体外，所以鸟类及某些爬虫类动物主要虫类动物主要排尿酸排尿酸的。的。两栖类两栖类排尿素排尿素。人和哺乳类动物虽然在陆地上生活，但其体内水的人和哺乳类动物虽然在陆地上生活，但其体内水的供应不太欠缺，故所产生的氨主要是变为溶解度较供应不太欠缺，故所产生的氨主要是变为溶解度较大的尿素，再被排出，所以哺乳动物几乎都是大的尿素，再被排出，所以哺乳动物几乎都是排尿排尿素素的。的。1.概念概念3.脱羧产物的进一步转化（次生物质代谢脱
14、羧产物的进一步转化（次生物质代谢）直接脱羧直接脱羧 胺胺羟化脱羧羟化脱羧 羟胺羟胺 2.类型类型:Glu -氨基丁酸：重要的神经介质，抑制氨基丁酸：重要的神经介质，抑制神经中枢；神经中枢；His 组胺：有降压、刺激胃液分泌的作用组胺：有降压、刺激胃液分泌的作用Tyr 酪胺：有升压作用酪胺：有升压作用1）随尿排出；）随尿排出；2）在胺氧化酶作用下可进一步氧化分解）在胺氧化酶作用下可进一步氧化分解胺胺氨氨醛醛脂肪酸脂肪酸合成尿素合成尿素CO2H2O新氨基酸新氨基酸第三节第三节 尿素的形成尿素的形成 排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环尿素循环，也称为鸟氨酸循
15、环。也称为鸟氨酸循环。一、尿素循环的发现一、尿素循环的发现 1932年，年，Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜氨酸、加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任一种，都可促使尿素中的任一种，都可促使尿素的合成。的合成。精氨酸精氨酸+H2O 鸟氨酸鸟氨酸+尿素尿素二、尿素循环二、尿素循环1.生成部位：肝脏生成部位：肝脏2.合成原料：合成原料：NH3、天冬氨酸、天冬氨酸、ATP和和CO2 精氨酸酶精氨酸酶尿尿 素素 的的 生生 成成概念概念3.总反应和过程总反应和过程氨在肝脏合成为尿素氨在肝脏合成为尿素（1）氨甲酰磷酸的生成（）氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸
16、合成酶氨甲酰磷酸合成酶）NH4+O3P-O-C-NH2（2）合成瓜氨酸（）合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶鸟氨酸转氨甲酰酶）瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。（3）合成精氨琥珀酸（）合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸合成酶）（4）精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸（）精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸（精氨精氨琥珀酸裂解酶琥珀酸裂解酶）Asp的氨基转移到的氨基转移到Arg上。上。来自来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。的碳架被保留下来，生成延胡索酸。延胡索酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬延胡索酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸，氨酸，（5）
17、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=O（氨甲酰磷酸）（氨甲酰磷酸）2ATP2ADP+Pi限速步骤限速步骤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精氨琥珀酸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尿素循环与尿素循环与TCA的关系的关系尿素循环小结尿素循环小结（1）形成一分子尿素消耗）形成
18、一分子尿素消耗4个高能磷酸键个高能磷酸键（2）两个氨基分别来自游离氨和）两个氨基分别来自游离氨和Asp，一个，一个 CO2来来自自TCA循环循环；（3）2个氨基酸通过尿素循环形成个氨基酸通过尿素循环形成1分子尿素，可以分子尿素，可以净生成净生成?个个ATP：谷氨酸脱氨：谷氨酸脱氨：1个个NADH 延胡索酸经草酰乙酸转化为延胡索酸经草酰乙酸转化为Asp：1个个NADH 2NADH2.5=5ATP尿素循环的调节尿素循环的调节（4）尿素循环的调节）尿素循环的调节 N-乙酰乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合成酶激活氨甲酰磷酸合成酶I。尿素合成的增加是氨基酸降解速度提高，产尿素合成的增加是氨基酸降解速度提高，产
19、生出过量的，必须排出的氮时。氨基酸降解速度生出过量的，必须排出的氮时。氨基酸降解速度增高的增高的“信号信号”使转氨反应加速从而引起谷氨酸使转氨反应加速从而引起谷氨酸浓度增高。随之又引起浓度增高。随之又引起N-乙酰乙酰Glu合成的增加，合成的增加，又激活氨甲酰磷酸合成酶又激活氨甲酰磷酸合成酶I，乃至整个尿素循环。，乃至整个尿素循环。（5）尿素循环的意义尿素循环的意义 将有毒的氨转化为无毒的尿素（随尿排出将有毒的氨转化为无毒的尿素（随尿排出),实为肝脏解毒机制，实为肝脏解毒机制，是体内解除氨毒的最主要方是体内解除氨毒的最主要方式式，也是氨在体内的主要代谢去路。，也是氨在体内的主要代谢去路。一、氨基
20、酸碳骨架的氧化途径一、氨基酸碳骨架的氧化途径 20种氨基酸脱氨后有三种去路种氨基酸脱氨后有三种去路:（1）重新氨基化生成氨基酸。）重新氨基化生成氨基酸。（2）氧化成）氧化成CO2和水（和水（TCA）。）。（3）生糖、生脂。）生糖、生脂。20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：丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰、乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、酮戊二酸、琥珀酰琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。、延胡索酸、草酰乙酸。最后集中为最后集中为5种物质进入种物质进入TCA：乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸、延胡索酸、草酰乙酸。氨基酸碳
21、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胺天冬酰胺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(一一)形成乙酰形成乙酰-CoA 丙氨酸丙氨酸Ala、甘氨酸、甘氨酸Gly、丝氨酸、
22、丝氨酸Ser、苏氨酸、苏氨酸Thr、半、半胱氨酸胱氨酸Cys；苯丙氨酸；苯丙氨酸Phe、酪氨酸、酪氨酸Tyr、亮氨酸、亮氨酸Leu、赖、赖氨酸氨酸Lys、色氨酸、色氨酸Trp(二二)-酮戊二酸途径酮戊二酸途径 精氨酸精氨酸 Arg、组氨酸、组氨酸 His、谷胺酰胺、谷胺酰胺 Gln、脯氨酸、脯氨酸 Pro和和羟脯氨酸、谷氨酸羟脯氨酸、谷氨酸 Glu(三三)形成琥珀酰形成琥珀酰CoA途径途径 甲硫氨酸甲硫氨酸Met、异亮氨酸、异亮氨酸Ile、缬氨酸、缬氨酸Val都通过形成甲基都通过形成甲基丙二酰丙二酰CoA转变成琥珀酰转变成琥珀酰CoA(四四)延胡索酸途径延胡索酸途径 苯丙氨酸苯丙氨酸Phe、酪
23、氨酸、酪氨酸Tyr可生成延胡索酸可生成延胡索酸(五五)形成草酰乙酸途径形成草酰乙酸途径 天冬氨酸天冬氨酸Asp和天冬酰胺和天冬酰胺Asn可转变成草酰乙酸进入可转变成草酰乙酸进入TCA 二、生糖氨基酸与生酮氨基酸二、生糖氨基酸与生酮氨基酸 生酮氨基酸生酮氨基酸：Phe、酪氨酸、酪氨酸Tyr、Trp、Leu、Ile、Lys。在分解过程中转变为乙酰乙酰。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸。羟丁酸。生糖氨基酸生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的氨基酸都称为生糖珀酸、延胡
24、索酸、草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸，它们都能生成葡萄糖氨基酸，它们都能生成葡萄糖Glc。Phe、Tyr、Trp、Ile、Lys是是生酮兼生糖生酮兼生糖a.a。严格的生酮氨基酸是严格的生酮氨基酸是亮氨酸亮氨酸。严格的生糖氨基酸严格的生糖氨基酸14种。种。在代谢过程中，某些化合在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括有一个碳原子的基团（不包括CO2)，称为，称为一碳基团一碳基团，一碳基，一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。腺嘧
25、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一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，其辅酶为催化，其辅酶为THF（FH4）。）。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 甲基甲基叶酸叶酸和和 四氢叶酸（四氢叶酸（FH4或或THFA）二二氢氢叶叶酸酸四四氢氢叶叶酸酸HH105一碳基团的一碳基团的来源与转变来源与转变图图30-33丝氨酸丝氨酸组氨酸组氨酸甘氨酸甘氨酸为为胸腺嘧啶胸腺嘧啶合成提供合成提供甲甲基基参与参与嘌呤嘌呤合成合成NNNN腺嘌呤腺嘌呤OOH
26、HHOHH2CNH2HCH3SCH2CH2CHNH3COO-H核糖核糖HadoHcy+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-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1.必需氨基酸2.20种氨基酸的生物合成概况3.氨基酸生物合成的调节第第 五节五节 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成Met、Trp、Lys、Val、Ile、Leu、Phe、Thr、(His、Arg)凡是机体不能自己合成，必需来自凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基
27、酸，称为必需氨基酸。外界的氨基酸，称为必需氨基酸。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 和和芳香族芳香族苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸氨基酸合成的反馈调控氨基酸合成的反馈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-磷酸磷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烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 预苯酸预苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸酮丁酸GlyAla谷氨酰胺
28、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第六节第六节 生物固氮生物固氮一、生物固氮的概念（一、生物固氮的概念（biological nitrogen fixation）是微生物、藻类和与高等植物共生的微生物通是微生物、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。过自身的固氮酶复合物把分子氮变成氨的过程。1910年年Fritz Haber（1868-1934）提出的作用）提出的作用条件在工业氮肥生产中一直沿用至今。条件在工业氮肥生产中一直沿用至今。500C高温高温和和200个大气压条件下，用铁粉作催化剂。个大气压条件下，用铁粉作催化
29、剂。N2+3H2 2NH3氮的重要性氮的重要性氮氮,若只是考虑净重的话若只是考虑净重的话,氮在植物体是第四多的营养氮在植物体是第四多的营养元素。元素。但是重量不代表着它的重要性，氮是蛋白质、氨基酸、但是重量不代表着它的重要性，氮是蛋白质、氨基酸、含氮激素及叶绿素中的重要成份。含氮激素及叶绿素中的重要成份。如果人或植物体内，没有了氮，那么蛋白质无法形成，如果人或植物体内，没有了氮，那么蛋白质无法形成，代谢作用没有了代谢作用没有了“酶酶”，光合作用将无法进行，因此，光合作用将无法进行，因此，没有氮，就没有生命。没有氮，就没有生命。大部分的植物从土壤中吸收铵离子或是大部分的植物从土壤中吸收铵离子或是
30、NO3-型式的氮，型式的氮，但这些形式的氮在土壤中是有限的。但这些形式的氮在土壤中是有限的。所以植物必须以大量的能量耗费来取得这一些养分所以植物必须以大量的能量耗费来取得这一些养分（主动运输等），但是，这一种途径，必然会消耗更（主动运输等），但是，这一种途径，必然会消耗更多的能量。多的能量。豆科植物发展演化出一种高效利用氮的形式豆科植物发展演化出一种高效利用氮的形式-生物固生物固氮：植物与固氮细菌形成共生关系，植物为细菌提供氮：植物与固氮细菌形成共生关系，植物为细菌提供营养物质，而固氮菌为植物提供还原的氮。营养物质，而固氮菌为植物提供还原的氮。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
31、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固氮微固氮微生物生物共生型共生型固固氮微生物氮微生物自生型自生型固固氮微生物氮微生物豆科植物（如大豆、豆科植物（如大豆、花生）的根瘤菌花生）的根瘤菌非豆科植物（如木麻黄非豆科植物（如木麻黄属、杨酶属）的根瘤菌属、杨酶属）的根瘤菌厌氧的巴氏梭菌厌氧的巴氏梭菌需氧固氮杆菌需氧固氮杆菌光合细菌光合细菌兼性厌氧的克氏杆菌兼性厌氧的克氏杆菌
32、厌氧和光合自养的蓝藻厌氧和光合自养的蓝藻需氧和光合自养的细菌需氧和光合自养的细菌固氮生物的类型固氮生物的类型固氮作用与脱氮作用固氮作用与脱氮作用固氮作用：包括固氮作用：包括人工固氮，生物固氮、闪电固氮人工固氮，生物固氮、闪电固氮三种。三种。氮的三个键（氮的三个键（N=N）结合能很大，因此很难断开，所以在大自）结合能很大，因此很难断开，所以在大自然中，要取得有机的氮化物，必然要给予极大的能量，或是有然中，要取得有机的氮化物，必然要给予极大的能量，或是有特别的催化剂。特别的催化剂。人工固氮，弗里茨哈伯法，高温高压，铁粉催化合成氮，弗里人工固氮，弗里茨哈伯法，高温高压，铁粉催化合成氮，弗里德里希德里
33、希.维勒（维勒（1800-1882）发明氨和二氧化碳合成尿素。）发明氨和二氧化碳合成尿素。闪电固氮，闪电的强大电能一瞬间灌入闪电固氮，闪电的强大电能一瞬间灌入N2分子中，以强大的能分子中，以强大的能量将量将N2的分子结构改变为硝酸根，再顺着雨落至地面。的分子结构改变为硝酸根，再顺着雨落至地面。生物固氮，微生物利用固氮酶，消耗生物固氮，微生物利用固氮酶，消耗ATP进行固氮，分自身固进行固氮，分自身固氮（游离土壤微生物固氮）和根瘤菌固氮（固氮菌与植物共生氮（游离土壤微生物固氮）和根瘤菌固氮（固氮菌与植物共生固氮）固氮）2种形式。种形式。N2占大气的占大气的80%左右，生物固氮每年固定的氮左右，生物
34、固氮每年固定的氮约约2108t，其中固氮根瘤菌固氮为，其中固氮根瘤菌固氮为1.5108t。脱氮作用：将有机氮，经细菌氧化而成无机氮脱氮作用：将有机氮，经细菌氧化而成无机氮-尸体腐烂氮回归尸体腐烂氮回归大气。大气。ATP酶活性：能催化酶活性：能催化ATP分解，从中获分解，从中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：（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）结构组成结构组成组分组分I
35、：二聚体、含：二聚体、含Fe和和S 形成形成Fe4S4簇簇 组分组分II：四聚体（：四聚体（22）含含Mo、Fe和和S-N2还原剂还原剂铁蛋白铁蛋白钼铁蛋白钼铁蛋白-豆科植物的结瘤基因导入其他作用豆科植物的结瘤基因导入其他作用改变根瘤菌的遗传结构，使之能与更多作物结合形成根瘤改变根瘤菌的遗传结构，使之能与更多作物结合形成根瘤将固氮基因导入非豆科植物将固氮基因导入非豆科植物a.如何解决固氮酶结氧的敏感性问题？如何解决固氮酶结氧的敏感性问题？b.固氮所需固氮所需ATP占植物占植物ATP产量的产量的1/5，那么如何提高这些非，那么如何提高这些非豆科植物的豆科植物的ATP的产出效率？的产出效率？提高现
36、有固氮作物的固氮能力提高现有固氮作物的固氮能力方法：制备高效固氮根瘤菌制剂，然后以肥料形式施于地壤方法：制备高效固氮根瘤菌制剂，然后以肥料形式施于地壤中中问题：根瘤菌制剂对于地壤原有根瘤菌而言，不可能形成优问题：根瘤菌制剂对于地壤原有根瘤菌而言，不可能形成优势菌群，与植物的结合能力差，该制剂实际效果很差，如何势菌群，与植物的结合能力差，该制剂实际效果很差，如何解决？解决？解决方案：解决方案：a.将高效固氮基因导入土壤高结瘤能力的优势固将高效固氮基因导入土壤高结瘤能力的优势固氮菌中将结瘤共生基因导入植物体，氮菌中将结瘤共生基因导入植物体，b.提高植物结瘤能力，提高植物结瘤能力，c.培育既有抗药基
37、因的固氮菌，用抗生素处理土壤，促使植物培育既有抗药基因的固氮菌，用抗生素处理土壤，促使植物与抗药基因的根瘤菌结合。与抗药基因的根瘤菌结合。氨基酸代谢一览表氨基酸代谢一览表第十章第十章 蛋白质的酶促降解和氨基酸降解蛋白质的酶促降解和氨基酸降解1.1.解释下列名词：解释下列名词：（1 1）肽链内切酶（）肽链内切酶（2 2）肽链外切酶（肽链外切酶（3 3）氧化脱氨基作用（）氧化脱氨基作用（4 4）转氨基作用（转氨基作用（5 5）联合脱氨基作用）联合脱氨基作用2.2.填空题：填空题：（1 1）转氨作用是沟通）转氨作用是沟通 和和 的桥梁。的桥梁。（2 2）尿素循环中涉及的天然蛋白质氨基）尿素循环中涉及
38、的天然蛋白质氨基酸是酸是 。（3 3）氨 的 去 路 有）氨 的 去 路 有 、和和 ；酰胺生成的生理作用是；酰胺生成的生理作用是 和和 。（4）氨基酸通过）氨基酸通过 和和 降解，降解，脱羧后产生脱羧后产生 和和 ，此过程需，此过程需 作辅酶。作辅酶。（5）Tr p 脱脱 N H3后，然 后 脱 羧 后 生后，然 后 脱 羧 后 生成成 。（6）Tyr羟化后生成羟化后生成 ，后者经脱后者经脱羧生成羧生成 。（7）氨基酸脱氨基后，变成了酮酸。根据）氨基酸脱氨基后，变成了酮酸。根据酮酸代谢的可能途径，可把氨基酸分为两酮酸代谢的可能途径，可把氨基酸分为两大类，即大类，即 和和 。3.单项选择单项选
39、择（1）转氨酶的辅酶是）转氨酶的辅酶是（）：a.TPP b.磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 c.生物素生物素 d.核黄素核黄素（2）生物体内氨基酸脱氨的主要方式是）生物体内氨基酸脱氨的主要方式是（）a.氧化脱羧氧化脱羧 b.直接脱羧直接脱羧 c.转氨作用转氨作用 d.联合脱氨联合脱氨（3）能直接转变为）能直接转变为-酮戊二酸的氨基酸是：酮戊二酸的氨基酸是：a.Asp b.Ala c.Glu d.Gln（4）下列哪个氨基酸不能直接通过）下列哪个氨基酸不能直接通过TCA中间产物中间产物经转氨作用生成（经转氨作用生成（）：）：a.Ala b.Asn c.Glu d.Asp（5）嘌呤核苷酸循环的实质是（）嘌呤核
40、苷酸循环的实质是（）：）：a.生成尿素生成尿素 b.转氨基和脱氨基联合进行的方式转氨基和脱氨基联合进行的方式 c.合成嘌呤核苷酸合成嘌呤核苷酸 d.分解嘌呤核苷酸分解嘌呤核苷酸（6）以下对）以下对L-谷氨酸脱氢酶的描述哪一项是错误谷氨酸脱氢酶的描述哪一项是错误的？的？（）它催化的是氧化脱氨反应它催化的是氧化脱氨反应 b.它的辅酶是它的辅酶是NAD+或或NADP+c.它和相应的转氨酶共同催化联合脱氨基反应它和相应的转氨酶共同催化联合脱氨基反应 d.它在它在生物体内活力很弱生物体内活力很弱（7）氨基转移不是氨基酸脱氨基的主要方式，因）氨基转移不是氨基酸脱氨基的主要方式，因为（为（）a.转氨酶在体内
41、分布不广泛转氨酶在体内分布不广泛 b.转氨酶的辅酶容易缺乏转氨酶的辅酶容易缺乏 c.转氨酶作用的特异性不强转氨酶作用的特异性不强 d.转氨酶催化的反应只是转氨基，没有游离氨产转氨酶催化的反应只是转氨基，没有游离氨产生生（8）白化病患者体内缺乏什么酶？（）白化病患者体内缺乏什么酶？（）a.苯丙氨酸羟化酶苯丙氨酸羟化酶 b.酪氨酸酶酪氨酸酶 c.尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶 d.酪酸酶转氨酶酪酸酶转氨酶（9）通过鸟氨酸循环合成尿素时，线粒体提供的）通过鸟氨酸循环合成尿素时，线粒体提供的氨来自（氨来自（）a.游离游离NH3 b.谷氨酰胺谷氨酰胺 c.谷氨酸谷氨酸 d.天冬氨酸天冬氨酸（10）下述氨基酸除哪种外，都是生糖氨基酸或）下述氨基酸除哪种外，都是生糖氨基酸或生糖兼生酮氨基酸？生糖兼生酮氨基酸？a.Asp b.Arg c.Phe d.Asn4.问答题：问答题：（1）氨基酸脱氨基以后生成的）氨基酸脱氨基以后生成的-酮酸有哪些代谢酮酸有哪些代谢途径？途径？（2）蛋白质和氨基酸分解代谢所产生的氨有哪些）蛋白质和氨基酸分解代谢所产生的氨有哪些出路？在动物体内和植物、微生物体内有何不出路？在动物体内和植物、微生物体内有何不同？同？（3）试述细胞）试述细胞内蛋白质降解的意义。内蛋白质降解的意义。
