第十二章第十二章 蛋白质的降解蛋白质的降解和氨基酸代谢和氨基酸代谢 1一、一、 蛋白质的水解蛋白质的水解水解胞外酶胞外酶氨基酸氨基酸 吸收入作为作为氮氮源和能源进行代谢源和能源进行代谢。蛋白质不能储备。蛋白质不能储备。外源蛋白质外源蛋白质外源蛋白质外源蛋白质2细胞内能有选择的降解细胞内能有选择的降解“过期蛋白过期蛋白”，而不影响，而不影响细胞的正常功能？细胞的正常功能？内源过期蛋白质内源过期蛋白质水解氨基酸氨基酸？泛肽识别泛肽识别并在并在溶酶体溶酶体中水解中水解3泛肽泛肽过期蛋过期蛋过期蛋过期蛋白质白质白质白质泛肽泛肽泛肽泛肽复合体复合体复合体复合体溶酶体溶酶体氨基酸氨基酸泛肽泛肽泛肽泛肽4提问提问：不同蛋白酶之间功能上区别可：不同蛋白酶之间功能上区别可能有什么？能有什么？NH3+ NH3+ COO- COO-外切外切酶酶氨肽酶氨肽酶随机内切内切酶酶特定氨基酸间限制性内切限制性内切酶酶外切外切酶酶羧肽酶羧肽酶最终产物最终产物氨基酸氨基酸51.下列哪项与蛋白质的变性无关？（下列哪项与蛋白质的变性无关？（ ）A、氢键被破坏、氢键被破坏 B离子键被破坏离子键被破坏 C、肽键断裂、肽键断裂 D、疏水、疏水键被破坏键被破坏2.下列物质中是标准（基本）氨基酸的是（下列物质中是标准（基本）氨基酸的是（ ）A.HPro； B、Orn； C、Ser； D、DGlu3.典型的右手典型的右手螺旋可以表示成（螺旋可以表示成（ ）A、310 B、3.613 C、4.416 D、5.018 4.谷氨酸的谷氨酸的Pk1=2.19( -COOH)、pk2=9.67( -NH3)、pk3=4.25( -COOH) pI=（ ） A、1/2（2.19+9.67）；）； B、1/2（9.67+4.25）；）； C、1/2(2.19+4.25)； D、1/3(2.17+9.04+9.67) 65.某蛋白质的某蛋白质的pI为为8，在，在pH6的缓冲液中进行自由界面电泳，其的缓冲液中进行自由界面电泳，其泳动方向为（泳动方向为（ ）A、正极方向泳动；、正极方向泳动；B、没有泳动；、没有泳动； C、向负极方向泳动；、向负极方向泳动； D、向正负极扩散向正负极扩散6.蛋白质中多肽链形成蛋白质中多肽链形成 -螺旋时，主要靠哪种次级键维持（螺旋时，主要靠哪种次级键维持（ ） A、疏水键；、疏水键； B、肽键；、肽键； C、氢键；、氢键； D、二硫键、二硫键7.转角中肽链主链出现（转角中肽链主链出现（ ）回折）回折A、800 B、600 C、1800 D、15008.酶的纯粹竞争抑制剂具有（酶的纯粹竞争抑制剂具有（ ）动力学效应。）动力学效应。A、使、使Km增大，但不影响增大，但不影响Vmax； B、使、使Km减小，但不影响减小，但不影响Vmax；C、使、使Vmax增大，但不影响增大，但不影响Km； D、使、使Vmax减小，但不影响减小，但不影响Km。 8.作为典型催化剂的酶具有下列哪种能量效应（作为典型催化剂的酶具有下列哪种能量效应（ ）A、增高活化能、增高活化能 B、降低活化能、降低活化能 C、为反应提供活化能、为反应提供活化能 D、降、降低反应的自由能低反应的自由能7氨基酸代谢库氨基酸代谢库：食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）食物蛋白经消化吸收的氨基酸（外源性氨基酸）与体内组织蛋白质降解的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布与体内组织蛋白质降解的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。生酮氨基酸生糖氨基酸生糖氨基酸8氨基酸氨基酸？分解分解NHNH3 3、尿素、尿酸、尿素、尿酸 CO2、H2O、ATP合成其他合成其他合成合成？四大物质、激素等四大物质、激素等二、氨基酸的共同反应二、氨基酸的共同反应9脱氨酶脱氨酶NH3？OO 酮酸酮酸酮酸酮酸（一）脱氨基作用（一）脱氨基作用定义：定义：氨基酸失去氨基的作用叫氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用脱氨基作用。脱氨基作用脱氨基作用是氨基酸分解代谢最主要的反应。是氨基酸分解代谢最主要的反应。氨基酸脱氨基的主要方式：氨基酸脱氨基的主要方式： 转氨基（氨基转移）作用转氨基（氨基转移）作用氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用联合脱氨基作用联合脱氨基作用 10L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）1.氧化脱氨作用氧化脱氨作用脱氨酶脱氨酶脱氢氧化酶脱氢氧化酶酶酶L-氨基酸氧化酶、氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶酶酶2H+H+亚氨基酸亚氨基酸不稳定不稳定H2O+H+水解加氧水解加氧脱氢脱氢NH4+ -酮酮酸酸！2n定义：定义： -AA-AA在酶的作用下，氧化生成在酶的作用下，氧化生成 - -酮酸，同酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。时消耗氧并产生氨的过程。11AAAA氧化酶的种类氧化酶的种类 L-AAL-AA氧化酶：氧化酶：催化催化L-AAL-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10pH10左右，以左右，以FADFAD或或FMNFMN为辅基。在动物体内仅分布于肝为辅基。在动物体内仅分布于肝肾，且活性肾，且活性不高，因此作用不大。不高，因此作用不大。 D-AAD-AA氧化酶氧化酶：体内分布广泛，以体内分布广泛，以FADFAD为辅基。但体内为辅基。但体内D-AAD-AA不多。不多。 L-L-谷氨酸脱氢酶：谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生物），专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以活力强，以NAD+NAD+或或NADP+NADP+为辅酶为辅酶。是别构酶，别构抑制剂：。是别构酶，别构抑制剂：ATPGTPATPGTP、DADHDADH；别构激活剂：；别构激活剂：ADPGDPADPGDP+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH- -+NAD(P)+H2O谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶CH2-COOHC=O-CH2COOH- -体内（正）体内（正）体外（反）体外（反）12有毒！有毒！L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NAD+H2ONADH+H+NH4+ -谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸氧化脱氨氧化脱氨13若外环境若外环境NHNH3 3大量进入细胞，或细胞内大量进入细胞，或细胞内NHNH3 3大量积累大量积累酮戊二酸大量转化酮戊二酸大量转化NADPHNADPH大量消耗大量消耗三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏三羧酸循环中断，能量供应受阻，某些敏感器官（如神经、大脑）功能障碍。感器官（如神经、大脑）功能障碍。表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。表现：语言障碍、视力模糊、昏迷、死亡。三羧酸循三羧酸循环环丙酮酸丙酮酸酮戊二酸氨中毒原理氨中毒原理L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NAD+H2O NADH+H+NH4+ -谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸14还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。 （在微生物中个别（在微生物中个别AAAA进行进行, ,但不普遍）但不普遍）2 2、非氧化脱氨、非氧化脱氨L-丝氨酸丝氨酸 CH2 COO- C-NH3+=- CH3 COO- C=NH2+- COOH CH2OHNH2-C-H- COOH CH3 C=O-丝氨酸脱水丝氨酸脱水酶酶+NH3丙酮酸丙酮酸-H2O+H2O-氨基丙烯氨基丙烯酸酸亚氨基丙酸亚氨基丙酸15由解氨酶催化由解氨酶催化CH2-CHNH2-COOH(OH)CH=CH-COOH(OH)+NH3L-苯丙氨酸苯丙氨酸 (酪氨酸酪氨酸)反式肉桂酸反式肉桂酸(反式香豆酸反式香豆酸)单宁等次生物单宁等次生物辅酶辅酶QPAL163.3.谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨谷氨酰胺和天冬酰胺的脱氨？脱氨脱氨H2ONHNH3 3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸天冬酰胺与之类似。天冬酰胺与之类似。天冬酰胺与之类似。天冬酰胺与之类似。NH3何处去呢？何处去呢？谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。174.转转氨氨基基作作用用特点特点：a. a. 可逆，受平衡影响可逆，受平衡影响 b. b. 氨基大多转给了氨基大多转给了-酮戊二酸酮戊二酸（产物谷氨酸）（产物谷氨酸）转氨酶转氨酶 -氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸 -氨基酸氨基酸 -酮酸酮酸逆过程逆过程交换交换三羧酸三羧酸循环循环丙酮酸丙酮酸酮戊二酸提问：提问：为什么多转给为什么多转给-酮戊二酸酮戊二酸？答案：来源有保证，答案：来源有保证，谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生谷氨酸可由氧化脱氨迅速降解产生-酮戊二酸酮戊二酸。指指-AA-AA和酮酸之间氨基的转移作用，和酮酸之间氨基的转移作用， -AA-AA的的-氨基氨基借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的的AAAA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。酸。18 转氨酶转氨酶(transaminase) / (transaminase) / 氨基转移酶氨基转移酶(aminotransferase)(aminotransferase) 催化氨基转移的酶，广泛存在于各组织中，以心肝脑肾催化氨基转移的酶，广泛存在于各组织中，以心肝脑肾含量较高。含量较高。 重要的转氨酶有重要的转氨酶有： 1 1）. . 2 2）. . 谷丙转氨酶（谷丙转氨酶（glutamic pyruvic transaminase, glutamic pyruvic transaminase, GPTGPT） 或或 丙氨酶氨基转移酶（丙氨酶氨基转移酶（alanine alanine aminotransferase, ALTaminotransferase, ALT）谷草转氨酶（谷草转氨酶（glutamic oxaloacetic glutamic oxaloacetic transaminase, GOTtransaminase, GOT）或或 天冬氨酸氨基转移酶天冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase, ASTaspartate aminotransferase, AST）19提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的多，是血液的100100倍倍抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝肝组织受损破裂组织受损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液，肝细胞的转氨酶进入血液。（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？转氨基转氨基本质上本质上没有真正脱氨没有真正脱氨。20葡萄糖葡萄糖- -丙氨酸循环，氨运入肝脏丙氨酸循环，氨运入肝脏 肌肉中的氨基转移酶，可把丙酮酸作为它肌肉中的氨基转移酶，可把丙酮酸作为它的的 - -酮酸的载体。在它们的作用下，产物为丙酮酸的载体。在它们的作用下，产物为丙氨酸，丙氨酸被释放到血液，经血液循环进入氨酸，丙氨酸被释放到血液，经血液循环进入肝脏，在肝脏中经转氨作用又产生丙酮酸，通肝脏，在肝脏中经转氨作用又产生丙酮酸，通过葡萄糖异生途径形成葡萄糖，葡萄糖通过血过葡萄糖异生途径形成葡萄糖，葡萄糖通过血液循环回到肌肉中，通过糖酵解作用降解为丙液循环回到肌肉中，通过糖酵解作用降解为丙酮酸。称为酮酸。称为葡萄糖葡萄糖- -丙氨酸循环丙氨酸循环21产物产物反应物反应物5. 联合脱氨联合脱氨转氨与氧化脱氨的联合转氨与氧化脱氨的联合谷氨酸谷氨酸L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 -酮戊二酸酮戊二酸转氨酶转氨酶NH4+ -氨基酸氨基酸NAD+H2O -酮酸酮酸NH32H由于两种酶活性强，分布广，动物体内大部分氨基酸由于两种酶活性强，分布广，动物体内大部分氨基酸联合脱氨联合脱氨。骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要以骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要以嘌呤核苷酸脱氨基嘌呤核苷酸脱氨基嘌呤核苷酸脱氨基嘌呤核苷酸脱氨基为主为主。NADH+H+由于转氨并不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力由于转氨并不能最后脱掉氨基，氧化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，转氨基和氧化脱氨联合在一起才能迅速脱氨。高，转氨基和氧化脱氨联合在一起才能迅速脱氨。(1) (1) 转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用2223( (二二) ) 脱脱 羧羧 基基 作作 用用AA胺类化合物胺类化合物脱羧酶脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）（辅酶为磷酸吡哆醛） R1 COOH H-C-NH2- H R2O=C-+AA胺类化合物胺类化合物脱羧酶脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）（辅酶为磷酸吡哆醛）磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 R1 COOH H-C-N= C-H- R2醛亚胺醛亚胺+H2O R1 H H-C-N= C-H- R2CO2H2O H R2O=C-+ R1 H H-C-NH2-专一性强专一性强24谷谷AA -AA -氨基丁酸氨基丁酸+CO+CO2 2天冬天冬AA -AA -丙丙AA+COAA+CO2 2赖赖AA AA 尸胺尸胺+ CO+ CO2 2鸟鸟AA AA 腐胺腐胺+ CO+ CO2 2丝氨酸丝氨酸 乙醇胺乙醇胺 胆碱胆碱 卵磷脂卵磷脂色氨酸色氨酸 吲哚丙酮酸吲哚丙酮酸 吲哚乙醛吲哚乙醛 吲哚乙酸吲哚乙酸 胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸步氧化成脂肪酸。RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3RCHO+1/2O2 RCOOH CO2+H2OAA尿素尿素25 1.1.氨的去路氨的去路：排排氨生物：氨生物：NHNH3 3转变成酰胺（转变成酰胺（GlnGln），运），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）虫和鱼类）以尿酸排出：以尿酸排出：将将NHNH3 3转变为溶解度较小的转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类）内水分。（陆生爬虫及鸟类）以尿素排出：以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将经尿素循环（肝脏）将NHNH3 3转变为尿素而排出。（哺乳动物）转变为尿素而排出。（哺乳动物）重新利用合成重新利用合成AAAA：合成酰胺合成酰胺（高等植物中）（高等植物中）嘧啶环的合成嘧啶环的合成（核酸代谢）（核酸代谢）( (三三) NH) NH3 3的代谢去路的代谢去路262.氨的转运氨的转运（向动物肝脏的运输）（向动物肝脏的运输）以以GlnGln的形式（氨的主要运输形式）：的形式（氨的主要运输形式）： NHNH4 4+ + + Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+ Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+ + Gln+H Gln+H2 2O Glu + NHO Glu + NH4 4+ +以以AlaAla转运（葡萄糖转运（葡萄糖- -丙氨酸转运丙氨酸转运：肌肉）：肌肉） NHNH4 4+ + + - -酮戊二酸酮戊二酸+NADPH+H+NADPH+H+ + Glu+NADP Glu+NADP+ +H+H2 2O OGlu+Glu+丙酮酸丙酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸+Ala+AlaAla+ Ala+ - -酮戊二酸酮戊二酸 Glu+Glu+丙酮酸丙酮酸 GlnGln合成酶合成酶Gln Gln 酶酶Glu脱氢酶 丙酮酸转氨酶丙酮酸转氨酶在肌肉在肌肉在肝脏在肝脏尿素循环尿素循环尿素循环尿素循环273.尿素的形成尿素的形成尿素循环（尿素循环（鸟氨酸循环）鸟氨酸循环）部位肝脏细胞氨基酸氨基酸（外来的或自身的）（外来的或自身的） -酮戊二酸酮戊二酸（转氨作用）（转氨作用）谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸酮戊二酸酮戊二酸NH4+CO22ADP+Pi+H+2ATPPi鸟氨酸鸟氨酸瓜瓜氨氨酸酸氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸Pi瓜氨酸瓜氨酸转氨基转氨基氨氨精氨琥珀酸精氨琥珀酸ATPAMP+PPi延延胡胡索索酸酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸H2O尿素尿素消耗消耗消耗消耗4ATP4ATP能量能量能量能量28 尿素循环的详细步骤尿素循环的详细步骤 1. 氨基甲酰磷酸的合成（线粒体） 2. 瓜氨酸的合成（线粒体） 3. 精氨琥珀酸的合成（细胞质） 4. 精氨酸的合成（细胞质） 5. 精氨酸水解生成尿素（细胞质） 291. 1. 氨甲酰磷酸的合成（线粒体）氨甲酰磷酸的合成（线粒体）线粒体中的线粒体中的氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶（CPS-CPS-） ： 变构酶，变构激活剂：变构酶，变构激活剂： N-N-乙酰谷氨酸（乙酰谷氨酸（AGAAGA），用氨做氮的供体，参与尿素的合成。细胞质），用氨做氮的供体，参与尿素的合成。细胞质内还有另外一类氨甲酰磷酸合成酶，即氨甲酰磷酸合成酶内还有另外一类氨甲酰磷酸合成酶，即氨甲酰磷酸合成酶（CPS- CPS- ），用谷氨酸做氮的供给体，参与嘧啶生物合成），用谷氨酸做氮的供给体，参与嘧啶生物合成 。HCO3-+30CO2 NH3 H2O 2ATP 氨甲酰磷酸 2ADP Pi精氨酸 AGA 乙酰CoA 谷氨酸AGA合成酶CPS-（+）（+）312. 2. 瓜氨酸的合成（线粒体）瓜氨酸的合成（线粒体）323 3、4.4.精氨琥珀酸和精氨酸的合成（细胞质）精氨琥珀酸和精氨酸的合成（细胞质）335. 5. 精氨酸水解生成尿素（细胞质）精氨酸水解生成尿素（细胞质）34 尿素的两个氨基，一个来源于氨，另一个来源于尿素的两个氨基，一个来源于氨，另一个来源于天冬氨酸；一个碳原子来源于天冬氨酸；一个碳原子来源于HCOHCO3 3- -，共消耗，共消耗4 4个高能磷酸键，个高能磷酸键，是一个需能过程，但谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸反应生成是一个需能过程，但谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸反应生成1 1分分子子NADHNADH；延胡索酸经草酰乙酸转化为天冬氨酸也形成；延胡索酸经草酰乙酸转化为天冬氨酸也形成1 1分子分子NADHNADH。两个。两个NADHNADH再氧化，可产生再氧化，可产生5 5个个ATPATP。总反应总反应35尿素合成的调节尿素合成的调节 1. 食物蛋白质的影响食物蛋白质的影响 ： 高蛋白饮食高蛋白饮食尿素合成速度尿素合成速度 2. CPS-的调节：的调节： 精氨酸精氨酸尿素合成速度尿素合成速度 N-乙酰谷氨酸激活该酶乙酰谷氨酸激活该酶 3. 尿素合成酶系的调节尿素合成酶系的调节 精氨酸代琥珀酸合成酶精氨酸代琥珀酸合成酶 鸟氨酸氨基甲酰转移酶（肝细胞再生时，活性鸟氨酸氨基甲酰转移酶（肝细胞再生时，活性） 36高血氨症高血氨症 正常血氨浓度正常血氨浓度0.6 mol / L 血氨浓度血氨浓度 高血氨症高血氨症 常见原因：肝功能严重损害常见原因：肝功能严重损害 尿素合成的酶缺陷尿素合成的酶缺陷 37鸟类、爬虫排尿酸鸟类、爬虫排尿酸均来自转均来自转氨氨不溶于水，毒不溶于水，毒性很小，合成性很小，合成需要更多的能需要更多的能量。量。提问提问：为什么这类生物如此排氨？：为什么这类生物如此排氨？水循环太慢，水循环太慢，保留水分同时不中毒保留水分同时不中毒得付出高能量代价得付出高能量代价。高等植物，高等植物，以以谷氨酰胺或天冬酰胺形式谷氨酰胺或天冬酰胺形式储储存氨存氨，不排氨。，不排氨。38生酮氨基酸生酮氨基酸( (只能转化为脂肪）只能转化为脂肪）只能转化为脂肪）只能转化为脂肪）（四）（四） -酮酸的转化酮酸的转化(1)合成氨基酸合成氨基酸（合成代谢占优势时）（合成代谢占优势时）(2)进入三羧酸循环彻底氧化分解进入三羧酸循环彻底氧化分解!(3)转化为糖及脂肪转化为糖及脂肪除亮氨酸、赖除亮氨酸、赖氨酸外的氨基氨酸外的氨基酸可由酸可由？转化转化为糖。为糖。糖异生糖异生糖异生糖异生39碳骨架的氧化（肝脏中）碳骨架的氧化（肝脏中）异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环乙酰乙酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA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丙酮酸丙酮酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺40四、四、 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成概论概论对动物来说对动物来说：必需氨基酸必需氨基酸动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得才动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得才能维持正常生长发育。能维持正常生长发育。苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸精氨酸、组氨酸。非必需氨基酸非必需氨基酸凡是动物体内能合成的氨基酸。凡是动物体内能合成的氨基酸。对植物来说：对植物来说：能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根来合成氨基酸。能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根来合成氨基酸。对微生物来说：对微生物来说：不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。41柠檬酸循环柠檬酸循环糖酵解糖酵解戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径氨基酸分解途径氨基酸分解途径氨基酸合成的碳架来源：氨基酸合成的碳架来源：氨基酸合成的氨基酸合成的氨基氨基来源：来源：起始于无机氮，即无机氮先转变为起始于无机氮，即无机氮先转变为氨气，再转变为含氮有机化合物氨气，再转变为含氮有机化合物。42氨基酸的分族氨基酸的分族柠檬酸循环柠檬酸循环-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺天冬酰胺天冬酰胺甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸赖氨酸赖氨酸（天冬氨酸族）（天冬氨酸族）（谷氨酸族）（谷氨酸族）43糖酵解糖酵解丙酮酸丙酮酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸甘油甘油-3-3-磷酸磷酸（丝氨酸族）（丝氨酸族）（丙酮酸族）（丙酮酸族）44糖酵解糖酵解苯丙氨酸苯丙氨酸色氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸组氨酸组氨酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸赤藓糖赤藓糖-4-4-磷酸磷酸戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径核糖核糖-5-5-磷酸磷酸（芳香族氨基酸）（芳香族氨基酸）45无机界无机界有机界有机界N2NH3NO3-氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸叶绿素叶绿素蛋白质蛋白质DNA、RNA多糖多糖脂类脂类无机氮和有机氮的相互代谢转化无机氮和有机氮的相互代谢转化固氮固氮作用作用反硝化作用反硝化作用绝大多数植绝大多数植物及微生物物及微生物某些微生物某些微生物同化作用同化作用生物合成生物合成异化作用异化作用分解代谢分解代谢生物合成生物合成分解代谢分解代谢46生物体利用生物体利用3 3种反应种反应途径把氨转化为有机途径把氨转化为有机化合物，这些有机物进一步合成氨基酸。化合物，这些有机物进一步合成氨基酸。1 1、氨甲酰磷酸合成酶催化、氨甲酰磷酸合成酶催化COCO2 2（以（以HCOHCO3 3- -的形式）及的形式）及ATPATP合成氨甲酰磷酸，通过尿素循环合成精氨酸。合成氨甲酰磷酸，通过尿素循环合成精氨酸。2 2、谷氨酸脱氢酶催化、谷氨酸脱氢酶催化 - -酮戊二酸还原、氨化，生酮戊二酸还原、氨化，生成谷氨酸。成谷氨酸。3 3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺。47谷谷AA脱氢酶脱氢酶（细菌）（细菌）CH2-COOHCH2-C=OCOOH-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-+NH3 +NADH+NAD+ +H2O -酮戊二酸酮戊二酸（TCA循环产生的）循环产生的） 此反应要求有较高浓度的此反应要求有较高浓度的NH3，足足以使光合磷酸化解偶联，不可能是无以使光合磷酸化解偶联，不可能是无机氨转为有机氮的主要途径机氨转为有机氮的主要途径48 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）（高等植物的主要途径）CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-+NH3 +ATP+ADP +Pi+H2O 谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺( (贮存了氨）贮存了氨）贮存了氨）贮存了氨）可做为可做为可做为可做为NH3的的的的供体将供体将供体将供体将其其转移转移转移转移CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-C=OCOOH-+2HCH2-COOHCH2-CHNH2COOH-2 总反应总反应: NH3 +ATP + -酮戊二酸酮戊二酸+2H 谷谷AA+ADP+H2O+Pi 谷谷AAAA合酶合酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶49氨甲酰磷酸合成途径氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物）（微生物和动物）原料：原料：NH3 CO2 ATP 氨甲酰激酶氨甲酰激酶NH3 + CO2 + ATPMg2+ O H2N-C-OPO3H2 + ADP=氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶NH3 + CO2 + 2ATPMg2+辅因子辅因子 O H2N-C-OPO3H2 + 2ADP+Pi在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨来的。酰胺基，不是由氨来的。酰胺基，不是由氨来的。酰胺基，不是由氨来的。利用体内代谢的氨利用体内代谢的氨50