1、大学 基础生物化学 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢 本章教学目的要求：本章教学目的要求：掌握蛋白质的酶促降解过程，氨基酸的分解、掌握蛋白质的酶促降解过程，氨基酸的分解、转化、生物合成；了解氨的同化及氨基酸的生物转化、生物合成；了解氨的同化及氨基酸的生物合成。合成。重点、难点：重点、难点：氨基酸的降解，氨的同化、氨基酸的生物合氨基酸的降解，氨的同化、氨基酸的生物合成。成。蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸酶酶酮酸酮酸胺胺NHNH3 3COCO2 2氨基酸降解产氨基酸降解产物物脱氨基作用脱氨基作用脱羧基作用脱羧基作用NH3CO2-酮酸酮酸胺类胺类 第一节第一节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解在各种酶作用下发
2、生水解，使蛋白质中的肽在各种酶作用下发生水解，使蛋白质中的肽键断裂，最后生成氨基酸的过程。键断裂，最后生成氨基酸的过程。水解蛋白质的酶根据作用部位不同可分为：水解蛋白质的酶根据作用部位不同可分为：蛋白质的酶促降解：蛋白质的酶促降解：蛋白酶蛋白酶 和和 肽酶肽酶一、肽酶一、肽酶 1 1、概念：肽链端解酶，作用于肽链的末端，、概念：肽链端解酶，作用于肽链的末端，将氨基酸一个一个的或两个两个的从多肽链上分将氨基酸一个一个的或两个两个的从多肽链上分解出来，产生氨基酸或二肽解出来，产生氨基酸或二肽(二肽酶二肽酶)。2 2、分类：、分类：羧肽酶：作用于肽链的羧基末端羧肽酶：作用于肽链的羧基末端 氨肽酶：作
3、用于肽链的氨基末端氨肽酶：作用于肽链的氨基末端 二肽酶：专门水解二肽的叫二肽酶二肽酶：专门水解二肽的叫二肽酶 二、蛋白酶二、蛋白酶：肽链内切酶，作肽链内切酶，作用于肽链内部，将蛋白质分解成长度较短的含氨用于肽链内部，将蛋白质分解成长度较短的含氨基酸分子数较少的多肽链。基酸分子数较少的多肽链。1 1、植物含有的特殊蛋白酶、植物含有的特殊蛋白酶 木瓜蛋白酶：医药上用于治疗消化不良，工业上用于对啤酒木瓜蛋白酶：医药上用于治疗消化不良，工业上用于对啤酒澄清和作肉类嫩化剂。澄清和作肉类嫩化剂。菠萝蛋白酶；啤酒澄清，面包（有弹性、疏松）菠萝蛋白酶；啤酒澄清，面包（有弹性、疏松）种子发芽时，蛋白酶活性增强。
4、种子发芽时，蛋白酶活性增强。在许多食虫植物中，发现有强烈分解蛋白质的酶类，这在许多食虫植物中，发现有强烈分解蛋白质的酶类，这些蛋白酶可分解捕获到的虫体蛋白，供植物吸收利用。些蛋白酶可分解捕获到的虫体蛋白，供植物吸收利用。2 2、动物中：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、动物中：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶第二节第二节 氨基酸的降解与转化氨基酸的降解与转化 氨基酸分子都含有氨基酸分子都含有-氨基和羧基，因氨基和羧基，因此，分解代谢的共同途径即脱氨基和脱此，分解代谢的共同途径即脱氨基和脱羧基。脱氨基为主要的代谢途径。羧基。脱氨基为主要的代谢途径。氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况 一、脱氨基作用一、
5、脱氨基作用 （DeaminationDeamination）AA AA失去氨基的作用。失去氨基的作用。（一）氧化脱氨（主要存在于动植物中）（一）氧化脱氨（主要存在于动植物中）产物为相应的酮酸。产物为相应的酮酸。1 1、氧化专一氨基酸氧化专一氨基酸 （GluGlu脱氢酶）脱氢酶）L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶H2ONH3 2、L-氨基酸氧化酶，分布不广、活力低，一类氨基酸氧化酶，分布不广、活力低，一类以以FADFAD为辅基、另一类以为辅基、另一类以FMNFMN为辅基（人和动物）。为辅基（人和动物）。-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
6、-C-COO-+NH3 O|H2O+O2HH2 2OO2 2 3、D-氨基酸氧化酶，以氨基酸氧化酶，以FADFAD为辅基，分布广，为辅基，分布广，但作用不大。但作用不大。（二）（二）非氧化脱氨（主要存在于微生物中）非氧化脱氨（主要存在于微生物中）1 1、还原脱氨基作用、还原脱氨基作用 严格无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物，严格无氧条件下，某些含有氢化酶的微生物，产物是脂肪酸。产物是脂肪酸。R-CH-COO-2H 氢化酶氢化酶 R-C-COO-NH+3 O +NH32 2、水解脱氨基作用、水解脱氨基作用 产物是羟酸和氨产物是羟酸和氨-氨基酸氨基酸 氨基酸水解酶氨基酸水解酶-酮酸酮酸 R-CH-
7、COO-NH+3|R-CH-COO-+NH3 OH|H2O3 3、脱水脱氨基作用脱水脱氨基作用 LSerLSer和和LThrLThr在脱水酶作用下脱氨，在脱水酶作用下脱氨，辅酶是磷酸吡哆醛。辅酶是磷酸吡哆醛。4 4、脱硫氢基脱氨基作用、脱硫氢基脱氨基作用 LCysLCys，由脱硫氰基酶催化，由脱硫氰基酶催化。CysCys 脱硫氢基酶脱硫氢基酶 丙酮酸丙酮酸 SH-CH2-CH-COO-NH+3 CH3-C-COO-+NH3 O H2OH2S 5 5、氧化、氧化还原脱氨基作用还原脱氨基作用 两个两个AAAA相互发生氧化还原反应，分别生成有相互发生氧化还原反应，分别生成有机酸、酮酸和氨。机酸、酮酸
8、和氨。酶酶R-CH-COOH+R-CH-COOH+HR-CH-COOH+R-CH-COOH+H2 2O O NH2 NH2 R-C-COOH+R-CH R-C-COOH+R-CH2 2-COOH+2NH-COOH+2NH3 3 O 6 6、解氨酶催化的脱氨基作用、解氨酶催化的脱氨基作用 苯丙氨酸解氨酶苯丙氨酸解氨酶PALPAL催化苯丙氨酸催化苯丙氨酸PhePhe和酪氨和酪氨酸酸TyrTyr。Phe Phe 反式肉桂酸，可进一步转化为香豆反式肉桂酸，可进一步转化为香豆素、木素、单宁等次生物质。素、木素、单宁等次生物质。Tyr Tyr 反式香豆酸，可转化为反式香豆酸，可转化为PP羟苯甲羟苯甲酸，后
9、者可参加酸，后者可参加CoQCoQ（泛醌）的合成泛醌）的合成。7 7、脱酰氨基作用脱酰氨基作用 对谷氨酰胺对谷氨酰胺GlnGln、天冬酰胺天冬酰胺AsnAsn的脱氨作用。的脱氨作用。谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶 Gln+H Gln+H2 2O Glu+NHO Glu+NH3 3 天冬酰胺酶天冬酰胺酶 Asn+H2O Asp+NH3 8 8、联合脱氨作用联合脱氨作用 A A：以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用（广泛存在）（广泛存在）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转氨酶转氨酶L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶-酮酸酮酸-氨基酸氨基酸
10、-酮戊二酸酮戊二酸L-L-谷氨酸谷氨酸 B B：通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用（骨骼通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用（骨骼肌、心肌、肝脏、脑中）肌、心肌、肝脏、脑中）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 二、脱羧基作用（二、脱羧基作用（DecarboxylationDecarboxylation）AAAA在脱羧酶作用下发生脱羧基反应，形成胺在脱羧酶作用下发生脱羧基反应，形成胺类化合物。类化合物。A
11、AAA脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。专一性强。脱羧酶的辅酶是磷酸吡哆醛。专一性强。只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。CH2NH2COOH氨氨基基酸酸脱脱羧羧酶酶（PLP）RCH2NH2+CO2R 生成的胺类化合物少数有生理活性作用，其它有毒性生成的胺类化合物少数有生理活性作用，其它有毒性。谷氨酸谷氨酸：经谷氨酸脱羧酶经谷氨酸脱羧酶 氨基丁酸氨基丁酸（GABA）琥珀酸琥珀酸 TCATCA（氨基丁酸在动物中作为神经递质，在植物氨基丁酸在动物中作为神经递质，在植物中可提高植物抗性，如发芽、缺水、厌氧条件下）中可提高植物抗性，如发芽、缺水、厌氧条件下）色氨酸：经脱氨、脱羧色氨酸：经脱
12、氨、脱羧 吲哚乙酸（植物生长素）吲哚乙酸（植物生长素）丝氨酸：经脱羧丝氨酸：经脱羧 乙醇胺（脑磷脂的成分）乙醇胺（脑磷脂的成分）胆碱胆碱 赖氨酸：经脱羧赖氨酸：经脱羧 尸胺尸胺 鸟氨酸：经脱羧鸟氨酸：经脱羧 腐胺腐胺 精氨酸：经脱羧精氨酸：经脱羧 鲱精氨鲱精氨 腐胺腐胺 组氨酸：经脱羧组氨酸：经脱羧 组胺（有降血压作用）组胺（有降血压作用）酪氨酸；经脱羧酪氨酸；经脱羧 酪胺（有升高血压作用）酪胺（有升高血压作用）重要氨基酸的脱羧基作用重要氨基酸的脱羧基作用 谷氨酸谷氨酸-氨基丁酸（氨基丁酸（GABAGABA）：）：对中枢神经系统的传导具有抑制作用；对中枢神经系统的传导具有抑制作用；VB6VB6
13、是其辅酶，因此临床上用是其辅酶，因此临床上用VB6VB6防治神防治神经性妊娠呕吐及小孩抽搐；经性妊娠呕吐及小孩抽搐；主要存在于大脑中。主要存在于大脑中。组氨酸组氨酸 组胺：组胺：血管舒张剂，具有扩张血管降低血压功效；血管舒张剂，具有扩张血管降低血压功效；促进胃液分泌；促进胃液分泌；动物性食物腐败产生大量组胺。动物性食物腐败产生大量组胺。酪氨酸酪氨酸 酪胺：使血压升高。酪胺：使血压升高。色氨酸色氨酸 5-5-羟色胺（羟色胺（5-5-HTHT，血清素）：血清素）：促进微血管收缩、血压升高和促进肠胃蠕动；促进微血管收缩、血压升高和促进肠胃蠕动；促进睡眠；促进睡眠；与神经兴奋传导有关，当其浓度降低时，
14、痛阈与神经兴奋传导有关，当其浓度降低时，痛阈降低。降低。三、羟化作用三、羟化作用 酪氨酸酶酪氨酸酶 1/2 1/2O O2 2 多巴脱羧酶多巴脱羧酶酪氨酸酪氨酸 3 3，4 4二羟苯丙氨酸（多巴二羟苯丙氨酸（多巴）3 3，4 4二羟苯乙胺（多巴胺）二羟苯乙胺（多巴胺）COCO2 2 应用应用：1 1、多巴进一步氧化为聚合物黑素。马铃薯、苹果、梨等切开后、多巴进一步氧化为聚合物黑素。马铃薯、苹果、梨等切开后变黑，是由于黑素造成的。变黑，是由于黑素造成的。2 2、人体的皮肤和毛发呈黑色，是因为人体表皮基底层及毛囊有、人体的皮肤和毛发呈黑色，是因为人体表皮基底层及毛囊有成黑素细胞，酪氨酸在其中可转变
15、为黑素。成黑素细胞，酪氨酸在其中可转变为黑素。3 3、在动物体内，多巴、多巴胺可生成肾上腺素和去甲肾上腺素，、在动物体内，多巴、多巴胺可生成肾上腺素和去甲肾上腺素，它们是重要的动物激素；在植物体内，多巴、多巴胺可进一步生它们是重要的动物激素；在植物体内，多巴、多巴胺可进一步生成生物碱。成生物碱。四、四、AAAA分解产物的去向分解产物的去向（一）（一）NHNH3 3的去向的去向-尿素循环尿素循环 1 1、排氨作用排氨作用 高等动植物均有保留并重新利用氨的能力，高等动植物均有保留并重新利用氨的能力，但是动物有一部分氨必须排除体外，氨的排泄但是动物有一部分氨必须排除体外，氨的排泄是生物体维持正常生命
16、活动的一种代谢方式。是生物体维持正常生命活动的一种代谢方式。氨有毒，高等动物的脑组织对氨相当敏感，氨有毒，高等动物的脑组织对氨相当敏感，血液中含血液中含1%1%氨即可引起中枢神经系统中毒（语氨即可引起中枢神经系统中毒（语言紊乱、视力模糊、甚至昏迷死亡。言紊乱、视力模糊、甚至昏迷死亡。机理：高浓度的氨与机理：高浓度的氨与-酮戊二酸形成谷氨酮戊二酸形成谷氨酸，使大脑中的酸，使大脑中的-酮戊二酸大量减少，导致酮戊二酸大量减少，导致TCATCA循环无法正常进行，从而引起脑功能受循环无法正常进行，从而引起脑功能受损）。损）。脱氨产生的氨对生物组织是有毒的，必须将氨转脱氨产生的氨对生物组织是有毒的，必须将
17、氨转变为无毒的化合物变为无毒的化合物：A A：如果组织内含有足够的碳水化合物，氨可以如果组织内含有足够的碳水化合物，氨可以与由碳水化合物转变成的酮酸发生氨基化（如氧与由碳水化合物转变成的酮酸发生氨基化（如氧化脱氨的逆反应），重新生成氨基酸。化脱氨的逆反应），重新生成氨基酸。B B：有些植物组织含有大量的有机酸，氨可以与有些植物组织含有大量的有机酸，氨可以与有机酸形成有机酸盐。有机酸形成有机酸盐。C C：酰胺的形成起着消除氨的作用。酰胺的形成起着消除氨的作用。不同生物排氨方式各异不同生物排氨方式各异：陆生脊椎动物：尿素陆生脊椎动物：尿素 水生或海洋动物（原生动物、线虫、鱼类、水生水生或海洋动物（
18、原生动物、线虫、鱼类、水生两栖类）：氨态氮，排氨动物两栖类）：氨态氮，排氨动物 鸟类、爬虫类：固体尿酸，排尿酸动物鸟类、爬虫类：固体尿酸，排尿酸动物 蜘蛛：鸟嘌呤蜘蛛：鸟嘌呤 鱼类：氧化三甲胺鱼类：氧化三甲胺高等植物：一般不排氨，多余的氨以酰胺的方式高等植物：一般不排氨，多余的氨以酰胺的方式储存储存 2、尿素循环尿素循环 氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 Pi Asp 延胡索酸延胡索酸 鸟氨酸鸟氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 精氨酸精氨酸 H H2 2O O 尿素尿素 1 1、瓜氨酸的生成、瓜氨酸的生成 2 2、精氨琥珀酸的生成、精氨琥珀酸的生成 这个需要这个需要ATPATP的反应是由精氨琥珀酸合成酶催化的。的反应是
19、由精氨琥珀酸合成酶催化的。3 3、精氨酸和延胡索酸的生成、精氨酸和延胡索酸的生成 精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶的催化下裂解精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶的催化下裂解 4 4、鸟氨酸和尿素的生成、鸟氨酸和尿素的生成 精氨酸酶催化精氨酸的胍基水解精氨酸酶催化精氨酸的胍基水解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-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基基质质线线粒
20、粒体体胞液胞液尿素尿素（二）（二）-酮酸的去向酮酸的去向 1 1、氧化途径、氧化途径 2 2、变为糖和脂肪、变为糖和脂肪（1 1）生糖氨基酸）生糖氨基酸:某些氨基酸可以生成丙酮酸或某些氨基酸可以生成丙酮酸或TCATCA中间产物、离中间产物、离开开TCATCA时生成草酰乙酸，然后沿糖异生途径转变为糖，这类氨基酸时生成草酰乙酸，然后沿糖异生途径转变为糖，这类氨基酸叫生糖氨基酸。叫生糖氨基酸。（2 2）生酮氨基酸：有些）生酮氨基酸：有些AAAA的代谢终产物为乙酰的代谢终产物为乙酰CoACoA或乙酰乙酰或乙酰乙酰CoACoA，后者在某些情况下如饥饿、糖尿病等在动物体肝脏内可转变为酮后者在某些情况下如饥
21、饿、糖尿病等在动物体肝脏内可转变为酮体（乙酰乙酸、体（乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮）。羟丁酸和丙酮）。乙酰乙酰CoA CoA 脂肪脂肪 3、用于合成新的氨基酸用于合成新的氨基酸。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磷酸烯醇烯醇式酸式酸-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丙酮酸酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoACoA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
22、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柠檬酸酸第三节第三节 氮素同化作用氮素同化作用 一、自然界的一、自然界的N N素循环素循环 一、一、氨的来源氨的来源（一）（一）氮素循环氮素循环（二）（二）生物固氮生物固氮（三）（三）硝酸还原作用硝酸还原作用（四）氨的同化（四）氨的同化（一）自然界的氮素循环（一）自然界的氮素循环硝酸盐硝酸盐亚硝酸亚硝酸氨氨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岩浆源的固定的固定氮氮
23、火成岩火成岩反硝化作用反硝化作用氧化亚氧化亚氮氮氨氨入地下入地下水水动植物废动植物废物死的有物死的有机体机体以生物为主要推动力的推动下，氮元素以生物为主要推动力的推动下，氮元素在分子氮、氨态氮、硝态氮间相互转变在分子氮、氨态氮、硝态氮间相互转变的过程。的过程。N N2 2氨态氮氨态氮硝态氮硝态氮固氮作用固氮作用硝酸还原作用硝酸还原作用氧化氧化大气大气生物体生物体水，土壤水，土壤氧化氧化大气固定大气固定反硝化反硝化作用作用氨态氮、硝态氮、氮气间的循环变化氨态氮、硝态氮、氮气间的循环变化（二）、生物固氮（二）、生物固氮是指某些微生物，在常温常压下将氮转变为是指某些微生物，在常温常压下将氮转变为氨的
24、过程。氨的过程。1 1、生物固氮的定义、生物固氮的定义 氮元素最初是通过生物固氮过程从大气进氮元素最初是通过生物固氮过程从大气进入微生物，再沿着食物链传递到包括人在内的入微生物，再沿着食物链传递到包括人在内的所有高等生物体内。因此，生物固氮是整个生所有高等生物体内。因此，生物固氮是整个生物界的氨态氮最大和最根本的来源，也是推动物界的氨态氮最大和最根本的来源，也是推动自然界氮素循环最基本的动力。自然界氮素循环最基本的动力。5 5、生物固氮的意义：、生物固氮的意义：氮肥对农业生产具有重要作用，生物固氮可氮肥对农业生产具有重要作用，生物固氮可为农作物提供大量氮肥，并且不需要消耗石油、为农作物提供大量
25、氮肥，并且不需要消耗石油、煤等能源，不降低土壤性能，不污染环境。煤等能源，不降低土壤性能，不污染环境。为整个生物界提供氨态氮；为整个生物界提供氨态氮；推动自然界的氮素循环推动自然界的氮素循环降低能源消耗，减少污染降低能源消耗，减少污染 3 3、固氮生物、固氮生物 （1 1）自生固氮微生物）自生固氮微生物 利用光能进行氮素还原：鱼腥藻、念珠藻等利用光能进行氮素还原：鱼腥藻、念珠藻等蓝藻，红螺菌、红色极毛杆菌、绿杆菌等。蓝藻，红螺菌、红色极毛杆菌、绿杆菌等。利用化学能进行固氮：如贝氏固氮菌、德氏利用化学能进行固氮：如贝氏固氮菌、德氏固氮菌、厌气性的巴斯德梭菌、兼厌气性的克氏固氮菌、厌气性的巴斯德梭
26、菌、兼厌气性的克氏杆菌。杆菌。（2 2）共生固氮微生物）共生固氮微生物 根瘤菌与豆科植物，蓝藻与蕨类植物红萍根瘤菌与豆科植物，蓝藻与蕨类植物红萍 。共生固氮根瘤共生固氮根瘤固氮根瘤固氮根瘤(Nitrogen-fixing Nodules)3 3、固氮酶复合体、固氮酶复合体两种组分组成一个有活性的功能单位，各两种组分组成一个有活性的功能单位，各组分单独存在时没有催化活性。组分单独存在时没有催化活性。由两种蛋白质组分构成由两种蛋白质组分构成w钼铁蛋白（22)含Mo 的铁硫蛋白 w铁蛋白 含Fe的铁硫蛋白固氮酶复合物的示意图固氮酶复合物的示意图铁蛋白：提供具有铁蛋白：提供具有很强还原力的电子很强还原
27、力的电子3还原剂还原剂N2还原剂还原剂铁蛋白铁蛋白钼铁蛋白钼铁蛋白钼铁蛋白：利用高能钼铁蛋白：利用高能电子把电子把N N2 2还原成还原成NHNH3 3（1 1）固氮反应：）固氮反应：N2+8H+8e-+16ATP2NH3+H2+16ADP+16Pi4 4、固氮酶复合体催化反应及反应所需条件：、固氮酶复合体催化反应及反应所需条件：电子供体及电子传递体电子供体及电子传递体充分的充分的ATPATP供能供能严格的厌氧环境严格的厌氧环境（2 2）固氮酶促反应所需条件：）固氮酶促反应所需条件：固氮酶复合物的酶和辅助因子固氮酶复合物的酶和辅助因子铁钼中心铁钼中心MoFeSADP固氮酶钼铁与氮固氮酶钼铁与氮
28、的可能结合的可能结合（2 2）固氮酶的反应固氮酶的反应 N N2 26e6e6H6H 2NH2NH3 3 N N2 2O O2H2H2e2e N N2 2H H2 2O O 2H2H2e2e H H2 2 C2H22H2e C2H4 反应条件：反应条件：A A：还原剂，铁氧还蛋白，由还原剂，铁氧还蛋白，由NADPHNADPHH H供氢供氢 B B：ATPATP，每传递两个电子约消耗每传递两个电子约消耗4 4-5-5个个ATPATP。还原还原N N2 2需需1212ATPATP，因此豆科植物在固氮的同时，还因此豆科植物在固氮的同时，还要提高淀粉、要提高淀粉、PROPRO产量是一个挑战，因为根系消
29、产量是一个挑战，因为根系消耗了耗了ATPATP总量的总量的1/51/5用于固氮。用于固氮。C C：厌氧环境，因固氮酶对氧十分敏感，需厌氧环境，因固氮酶对氧十分敏感，需严格厌氧。固氮酶具有防氧机理：固氮菌通过呼严格厌氧。固氮酶具有防氧机理：固氮菌通过呼吸消耗氧，根瘤菌的豆血红蛋白与氧结合。吸消耗氧，根瘤菌的豆血红蛋白与氧结合。（3 3）氢代谢氢代谢A A：固氮酶的放氢反应固氮酶的放氢反应：2 2H H2e2e H H2 2 要求要求ATPATP，不为不为COCO抑制。抑制。B B：氢酶的放氢反应氢酶的放氢反应 氢酶存在于固氮生物中，也是一种铁硫蛋白。氢酶存在于固氮生物中，也是一种铁硫蛋白。2 2
30、铁氧还蛋白铁氧还蛋白氧化态氧化态H H2 2 2 2铁氧还蛋白铁氧还蛋白还原态还原态2 2H H 不需不需ATP，可被可被CO抑制。抑制。三、硝酸还原作用三、硝酸还原作用 将将NONO3 3、NONO2 2还原为还原为NHNH3 3的作用。的作用。部位：根和叶，以叶为主；部位：根和叶，以叶为主；在种子萌发初期或缺氧时，以根为主。在种子萌发初期或缺氧时，以根为主。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（一）硝酸还原酶（一）硝酸还原酶 NONO3 3 NONO2 2 1 1、铁氧还蛋白、铁氧还蛋白硝酸还原酶硝酸还原酶 以铁氧还蛋白为电子供体以铁氧还蛋白为电
31、子供体 存在于：蓝绿藻，光合细菌，化能合成细菌存在于：蓝绿藻，光合细菌，化能合成细菌 2 2、NADNAD（P P）HH硝酸还原酶硝酸还原酶 以以NADNAD（P P）H H为电子供体为电子供体 存在于：真菌，绿藻，高等植物存在于：真菌，绿藻，高等植物 1 1、铁氧还蛋白铁氧还蛋白硝酸还原酶硝酸还原酶2 2、NAD(P)H-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)+H2ONO3-（二）亚硝酸还原酶（二）亚硝酸还原酶 NONO2 2 NHNH3 3 1 1、铁氧还蛋白、铁氧还蛋白亚硝酸还
32、原酶亚硝酸还原酶 存在于光合生物中存在于光合生物中 2 2、NADNAD（P P）HH亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶 存在于非光合生物中存在于非光合生物中2H2O1 1、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+2H2O2 2、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+四、氨的同化四、氨的同化 由氮素固定的氨和硝酸还原生成的氨转变由氮素固定的氨和硝酸还原生成的氨转变为含氮有机物的作用。为含氮有机物的作用。（一）谷氨酸的形成途径（一）谷氨酸的形成途径 1 1、谷氨酸
33、脱氢酶途径、谷氨酸脱氢酶途径 这是异养真核生物（如真菌）的氨同化的这是异养真核生物（如真菌）的氨同化的主要途径，要求主要途径，要求 NHNH3 3 高。高。2 2、谷氨酰胺合酶、谷氨酸合酶途径、谷氨酰胺合酶、谷氨酸合酶途径 这是高等植物的氨同化的主要途径这是高等植物的氨同化的主要途径。总反应式为总反应式为：Gln合成酶-酮戊二酸+NH3+ATP+NAD（P）H+H+Fd还原态+2H+Glu合成酶合成酶 Glu+ADP+Pi+NAD（P）+Fd氧化态（二）氨甲酰磷酸的形成（二）氨甲酰磷酸的形成 无机氨 含N有机物，有2个反应。1 1、氨甲酰基酶催化、氨甲酰基酶催化：氨甲酰基酶氨甲酰基酶 O O
34、NH NH3 3+COCO2 2+ATP HATP H2 2N-C-O-+ADPN-C-O-+ADP Mg Mg2+2+P 2 2、氨甲酰磷酸合成酶：、氨甲酰磷酸合成酶：氨甲酰基酶氨甲酰基酶 NH NH3 3+CO+CO2 2+2ATP H+2ATP H2 2N-C-O-+2ADP+Pi N-C-O-+2ADP+Pi Mg Mg2+2+P O第四节第四节 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成 一、转氨作用（一、转氨作用（TransaminationTransamination）由一种由一种AAAA把它的分子上的氨基转移至其他把它的分子上的氨基转移至其他酮酸上，以形成另一种酮酸上，以形成另一种AAA
35、A。反应的通式为反应的通式为：R-CH-COOH+R-C-COOH R-CH-COOH+R-C-COOH 转氨酶转氨酶 NH2 O R-C-COOH+R-CH-COOH R-C-COOH+R-CH-COOH O NH2-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)谷丙转氨酶（谷丙转氨酶（GPTGPT）催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨作用。催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨作用。谷丙转
36、氨酶以肝脏中活力最大，当肝细胞谷丙转氨酶以肝脏中活力最大，当肝细胞损伤时，酶就释放到血液内。因此，临床损伤时，酶就释放到血液内。因此，临床上常以此判断肝功能的正常与否上常以此判断肝功能的正常与否。谷草转氨酶（GOT）催化谷氨酸与草酰乙酸的转氨作用。催化谷氨酸与草酰乙酸的转氨作用。GOTGOT以心脏中活力最大，其次是肝脏。以心脏中活力最大，其次是肝脏。临床上常以此作为心肌梗塞、心肌炎的临床上常以此作为心肌梗塞、心肌炎的辅助判断指标。辅助判断指标。转氨作用的重要性转氨作用的重要性：1 1、在氨基酸合成代谢中，所有氨基酸的氨基、在氨基酸合成代谢中，所有氨基酸的氨基都直接或间接来自于通过转氨酶接受都直
37、接或间接来自于通过转氨酶接受GluGlu的氨基；的氨基；2 2、在氨基酸的降解代谢中，许多氨基酸通过、在氨基酸的降解代谢中，许多氨基酸通过转氨酶脱去氨基后然后降解。转氨酶脱去氨基后然后降解。Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phr、Trp、(His Arg)凡是机体不能自己合成，必需来凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。二、各种氨基酸的生物合成二、各种氨基酸的生物合成（一）丙氨酸族（一）丙氨酸族 包括包括AlaAla、ValVal、LeuLeu。共同碳架是共同碳架是EMPEMP生成的丙酮酸生成的丙酮酸。异亮氨酸、缬氨异亮氨酸
38、、缬氨酸和亮氨酸合成酸和亮氨酸合成过程过程（二）丝氨酸族（二）丝氨酸族包括Ser、Gly、Cys。丝氨酸、甘丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸和半胱氨酸的生物氨酸的生物合成合成 （三）天冬氨酸族（三）天冬氨酸族包括包括AspAsp、AsnAsn、LysLys、ThrThr、MetMet、IleIle。共同碳架是草酰乙酸共同碳架是草酰乙酸（来自于（来自于TCA）赖氨酸、苏氨酸和赖氨酸、苏氨酸和蛋氨酸的生物合成蛋氨酸的生物合成途径途径（四）谷氨酸族（四）谷氨酸族包括包括GluGlu、GlnGln、ProPro、ArgArg、羟脯氨酸。羟脯氨酸。共同碳架是共同碳架是酮戊二酸（酮戊二酸（来自于来自于TCA）脯氨
39、酸生物合成途径脯氨酸生物合成途径脯氨酸是由谷氨酸形成脯氨酸是由谷氨酸形成的的 首先首先-谷氨酰磷酸谷氨酰磷酸激酶催化谷氨酸磷酸化激酶催化谷氨酸磷酸化形成形成-谷氨酰磷酸，然谷氨酰磷酸，然后再转换成后再转换成-谷氨酸半谷氨酸半醛，醛，-谷氨酸半醛通过谷氨酸半醛通过形成内形成内SchiffSchiff碱环化，碱环化，生成生成1 1-二氢吡咯二氢吡咯-5-5-羧羧酸，最后，一个还原酶酸，最后，一个还原酶催化催化1 1二氢吡咯二氢吡咯-5-5-羧羧酸形成脯氨酸酸形成脯氨酸。精精氨氨酸酸合合成成脯氨酸、精氨酸和组氨酸脯氨酸、精氨酸和组氨酸可转换为谷氨酸可转换为谷氨酸（五）（五）组氨酸和芳香氨基酸族组氨酸和芳香氨基酸族 包括包括HisHis、TrpTrp、TyrTyr、PhePhe。共同碳架是磷酸戊糖共同碳架是磷酸戊糖（来自于（来自于HMP）另有另有ATP、Glu、Gln。分支酸是芳香族氨基酸合成的主要中间分支酸是芳香族氨基酸合成的主要中间代谢物代谢物
