第第12章章 蛋白质和蛋白质和氨基酸代谢氨基酸代谢教学目的：教学目的： 1. 熟悉泛肽在蛋白质降解体系中的作用。熟悉泛肽在蛋白质降解体系中的作用。 2. 掌握氨基酸分解代谢的公共途径。掌握氨基酸分解代谢的公共途径。 3. 了解合成各种氨基酸碳架的来源。了解合成各种氨基酸碳架的来源。教学重点：教学重点： 氨基酸分解代谢的公共途径。氨基酸分解代谢的公共途径。1 1一一 蛋白质的降解蛋白质的降解 活活细细胞胞的的组组成成成成分分在在不不断断地地转转换换更更新新。细细胞胞总总是是在在不不断断地地由由氨氨基基酸酸合合成成蛋蛋白白质质，同同时时又又将将蛋蛋白白质质降降解解为为氨氨基基酸酸。细细胞胞内内蛋蛋白白质质不不断断更更新新的的意意义义：排排除除一一些些不不正正常常的的蛋蛋白白质质；通通过过排排除除累累积积过过多多的的酶酶和和调调节节蛋蛋白白使使细细胞胞内内代代谢谢维维持持正正常常状状态态。酶酶的的活活动动能能力力是是根根据据其其合合成成速速度度和和分分解解速速度度决决定定的的。在在细细胞胞“经经济济学学”中中，控控制制蛋白质的降解与控制其合成速度同等重要。蛋白质的降解与控制其合成速度同等重要。2 21 蛋白质降解的特性蛋白质降解的特性 细细胞胞有有选选择择性性地地降降解解非非正正常常蛋蛋白白质质，大大多多数数非非正正常常蛋蛋白白质质可可能能基基于于某某种种化化学学修修饰饰而而变变得得易易于于降降解解，在在转录和翻译时出现误差产生的受损蛋白质更易降解。转录和翻译时出现误差产生的受损蛋白质更易降解。 细细胞胞内内正正常常蛋蛋白白质质被被排排除除的的速速度度是是由由其其个个性性决决定定，在组织中不同酶的半存活期有较大差异。在组织中不同酶的半存活期有较大差异。 细细胞胞中中蛋蛋白白质质降降解解的的速速度度与与营营养养和和激激素素状状态态而而有有所所不不同同，在在营营养养不不足足时时，细细胞胞将将提提高高蛋蛋白白质质降降解解速速度度以以维维持持其其必必需需营营养养源源和和保保证证不不可可缺缺代代谢谢的的正正常常进进行行。蛋白质的周转代谢使各种代谢途经能顺利实现。蛋白质的周转代谢使各种代谢途经能顺利实现。3 32 蛋白质降解的反应机制蛋白质降解的反应机制1)溶酶体降解蛋白质体系溶酶体降解蛋白质体系 溶溶酶酶体体为为单单层层膜膜细细胞胞器器，内内含含50多多种种水水解解酶酶。内内部部pH5.0左左右右，其其中中酶酶的的最最适适pH都都是是酸酸性性的的，在在细细胞胞质生理质生理pH下无活性。下无活性。 溶溶酶酶体体可可降降解解膜膜蛋蛋白白、细细胞胞外外蛋蛋白白质质和和长长存存活活期期蛋蛋白白质质。通通过过吞吞噬噬泡泡将将胞胞内内分分解解物物降降解解，通通过过胞胞吞吞作作用将胞外蛋白质降解。溶酶体降解蛋白质无选择性。用将胞外蛋白质降解。溶酶体降解蛋白质无选择性。 许许多多正正常常和和病病理理活活动动可可使使溶溶酶酶体体活活性性升升高高。如如糖糖尿尿病病会会刺刺激激溶溶酶酶体体对对蛋蛋白白质质的的分分解解；产产后后子子宫宫体体在在9天天内内从从2 kg萎萎缩缩到到50 g；慢慢性性炎炎症症可可引引起起溶溶酶酶体体酶酶向向细胞外释放，而损伤周围组织。细胞外释放，而损伤周围组织。4 42)ATP-依赖性的蛋白质降解体系依赖性的蛋白质降解体系 ATP-依依赖赖的的蛋蛋白白质质分分解解需需要要有有泛泛肽肽相相伴伴。泛泛肽肽是是有有76个个氨氨基基酸酸残残基基的的蛋蛋白白质质单单体体，广广泛泛存存在在于于各各种种真真核核细细胞胞中中。氨氨基基酸酸序序列列高高度度保保守守，在在不不同同种种属属生生物物中中只只相相关关几几个个氨氨基基酸酸。泛泛肽肽以以共共价价键键与与被被降降解解蛋蛋白白质质相相连连接接，对对被被选选定定降降解解的的蛋蛋白白质质加加以以标标记记，这个过程分为这个过程分为3步：步： 在在“需需-ATP”的的情情况况下下，泛泛肽肽的的羧羧基基末末端端通通过硫酯键与泛肽活化酶过硫酯键与泛肽活化酶(E1)偶联。偶联。 泛泛肽肽转转移移到到泛泛肽肽携携带带蛋蛋白白(E2)的的巯巯基基上上，形形成成“泛肽泛肽-携带蛋白携带蛋白”。5 5 泛泛肽肽-蛋蛋白白连连接接酶酶(E3)将将活活化化了了的的泛泛肽肽转转移移到到赖赖氨氨酸酸的的-氨氨基基上上，形形成成异异肽肽键。键。 在在选选择择蛋蛋白白质质降降解解过过程程中中E3起起关关键键作作用用。泛泛肽肽连连接接的的蛋蛋白白质质被被“蛋蛋白白水水解解酶酶体体”降降解解，该该酶酶只只对对泛泛肽结合的蛋白质有效。肽结合的蛋白质有效。6 63 机体对外源蛋白质的需要及其消化作用机体对外源蛋白质的需要及其消化作用 高高等等动动物物摄摄入入的的蛋蛋白白质质在在消消化化道道内内经经过过一一系系列列的的消消化化过过程程降降解解为为氨氨基基酸酸，吸吸收收后后经经血血液液循循环环，进进入入肝肝脏及其他组织细胞。脏及其他组织细胞。 蛋蛋白白质质在在胃胃内内经经胃胃蛋蛋白白酶酶水水解解成成较较小小分分子子多多肽肽，在在小小肠肠中中经经胰胰蛋蛋白白酶酶、糜糜蛋蛋白白酶酶、弹弹性性蛋蛋白白酶酶的的作作用用水水解解成成短短链链肽肽和和部部分分游游离离氨氨基基酸酸；短短链链肽肽再再经经羧羧肽肽酶酶、氨肽酶的作用变为游离氨基酸。氨肽酶的作用变为游离氨基酸。 氨氨基基酸酸在在细细胞胞内内的的代代谢谢途途经经：合合成成蛋蛋白白质质、转转化化为糖或脂肪酸和氧化分解。为糖或脂肪酸和氧化分解。7 71)1)胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶 Pepsin: R1=苯苯丙丙氨氨酸酸(Phe)，色色氨氨酸酸(Trp)，酪酪氨氨酸酸(Tyr)；亮亮氨氨酸酸(Leu)以以及及其其它它疏疏水水性性氨氨基基酸酸水水解速度较快。解速度较快。8 82)2)胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶 R1=赖赖氨氨酸酸(Lys)和和精精氨氨酸酸(Arg)侧侧链链(专专一一性性较较强强，水水解解速度快速度快)。9 93)3)糜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶糜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶糜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶糜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶 Chymotrypsin: R1=苯苯丙丙氨氨酸酸(Phe)、色色氨氨酸酸(Trp)、酪酪氨氨酸酸(Tyr); 亮亮氨氨酸酸(Leu)，蛋蛋氨氨酸酸(Met) 和组氨酸和组氨酸(His)水解稍慢。水解稍慢。10104)4)羧肽酶和氨肽酶羧肽酶和氨肽酶羧肽酶和氨肽酶羧肽酶和氨肽酶 分别从肽链羧基端和氨基端水解。分别从肽链羧基端和氨基端水解。11114 氮平衡氮平衡 氮氮是是蛋蛋白白质质、核核酸酸等等含含氮氮化化合合物物的的组组成成成成分分，是是生生物物必必不不可可少少的的营营养养元元素素。人人和和动动物物从从食食物物中中摄摄取取的的蛋蛋白白质质，在在消消化化道道中中经经多多种种酶酶水水解解成成氨氨基基酸酸，被被吸吸收收。氨氨基基酸酸是是蛋蛋白白质质、核核酸酸等等生生物物分分子子合合成成的的素素材材，细细胞胞内内总总是是有有相相当当数数量量的的游游离离氨氨基基酸酸存存在在。这这些些游游离离氨氨基基酸酸一一部部分分是是从从外外界界吸吸收收的的，一一部部分分是是细细胞胞自自身身合合成成的的，也也有有的的是是由由体体内内蛋蛋白白质质更更新新释释放放出出来来的的，细细胞胞内内所所有有游游离离存存在在的的氨氨基基酸酸称称为为氨氨基基酸酸库库。库库内内氨氨基基酸酸不不断断被被利利用用，又又不不断断被被补补充充，处处于于动态平衡中。动态平衡中。1212细胞内蛋白质细胞内蛋白质分解分解合成合成氨基酸库氨基酸库脱氨脱氨氨基化氨基化转化转化非蛋白质非蛋白质含氮物质含氮物质(嘌呤嘌呤,嘧嘧啶啶,核酸核酸,卟啉等卟啉等)外源蛋外源蛋白质白质氨基酸合氨基酸合成代谢成代谢氨氨铵盐铵盐酰胺酰胺-酮酸酮酸糖糖, 脂脂肪肪CO2+H2O+ATP氨基酸代谢概况氨基酸代谢概况13131)总氮平衡总氮平衡 人人体体摄摄入入的的氮氮量量与与排排出出的的氮氮量量相相等等，称称为为总总氮氮平平衡衡。各各组组织织细细胞胞内内蛋蛋白白质质的的分分解解与与合合成成处处于于动动态态平平衡衡状态。状态。2)正氮平衡正氮平衡 摄摄入入的的氮氮量量多多于于排排出出的的氮氮量量，称称为为正正氮氮平平衡衡。体体内蛋白质合成大于分解。如儿童，孕妇和恢复期病人。内蛋白质合成大于分解。如儿童，孕妇和恢复期病人。3)负氮平衡负氮平衡 排排出出的的氮氮量量多多于于摄摄入入的的氮氮量量，称称为为负负氮氮平平衡衡。体体内内蛋蛋白白质质分分解解大大于于合合成成。如如慢慢性性消消耗耗性性疾疾病病、组组织织创创伤或食物中蛋白质量过低等。伤或食物中蛋白质量过低等。14145 必需氨基酸与非必需氨基酸必需氨基酸与非必需氨基酸 组组成成蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸有有20种种，其其中中有有些些氨氨基基酸酸可可在在人人和和动动物物体体内内合合成成，或或由由别别的的氨氨基基酸酸转转变变而而来来，称称为为非非必必需需氨氨基基酸酸。有有些些氨氨基基酸酸在在人人和和动动物物体体内内不不能能合合成成，也也不不能能由由别别的的氨氨基基酸酸转转变变而而来来，必须由食物提供，称为必须由食物提供，称为必需氨基酸必需氨基酸。 人人体体必必需需的的氨氨基基酸酸有有8种种，即即：缬缬氨氨酸酸、异异亮亮氨氨酸酸、亮亮氨氨酸酸、苯苯丙丙氨氨酸酸、蛋蛋氨氨酸酸、色色氨氨酸酸、苏苏氨酸和赖氨酸。氨酸和赖氨酸。1515二二 氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢 不不同同氨氨基基酸酸的的分分解解代代谢谢途途径径有有共共性性，也也有有个个性性。一一方方面面因因为为所所有有-L-氨氨基基酸酸分分子子都都有有共共同同的的结结构构特特征征，因因而而具具有有相相同同的的分分解解代代谢谢途途径径；另另一一方方面面氨氨基基酸酸的的R基团都不一样，而各自有其特殊代谢途径。基团都不一样，而各自有其特殊代谢途径。 氨氨基基酸酸分分解解代代谢谢的的公公共共途途径径有有脱脱氨氨基基作作用用、脱脱羧羧基基作作用用和和脱脱氨氨脱脱羧羧作作用用等等。氨氨基基酸酸经经脱脱氨氨、脱脱羧羧后后，生生成成的的有有机机酸酸、胺胺、NH3、CO2等等产产物物可可被被进进一一步步分分解利用或排出体外。解利用或排出体外。 1616 转转氨氨基基作作用用又又称称氨氨基基移移换换作作用用，是是-氨氨基基酸酸和和-酮酮酸酸之之间间的的氨氨基基转转移移作作用用。-氨氨基基酸酸的的-氨氨基基在在转转氨氨酶酶的的催催化化下下转转移移到到-酮酮酸酸的的酮酮基基位位置置，结结果果原原来来的的氨氨基基酸酸生生成成相相应应的的-酮酮酸酸，原来的原来的-酮酸形成相应的酮酸形成相应的-氨基酸。氨基酸。1 转氨基作用转氨基作用1717L-天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸 L-谷氨酸谷氨酸L-天冬氨酸天冬氨酸转氨酶转氨酶L-丙氨酸丙氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸丙酮酸丙酮酸 L-谷氨酸谷氨酸L-丙氨酸丙氨酸转氨酶转氨酶18182 葡萄糖葡萄糖-丙氨酸循环将氨运入肝脏丙氨酸循环将氨运入肝脏 在在肌肌肉肉中中有有种种氨氨基基转转移移酶酶，可可将将丙丙酮酮酸酸转转化化为为丙丙氨氨酸酸后后释释放放进进入入血血液液，传传送送到到肝肝脏脏。在在肝肝脏脏中中经经过过转转氨氨作作用用又又变变为为丙丙酮酮酸酸，经经葡葡萄萄糖糖异异生生作作用用形形成成葡葡萄萄糖糖后后再再回回到到肌肌肉肉中中，经经糖糖酵酵解解途途经经降降解解为为丙丙酮酮酸。这个途经称为葡萄糖酸。这个途经称为葡萄糖-丙氨酸循环。丙氨酸循环。 细细胞胞内内的的氨氨基基酸酸最最后后以以氨氨或或天天冬冬氨氨酸酸为为终终产产物物，再再经经尿尿素素循循环环，形形成成氮氮的的终终级级产产物物尿尿素素。葡葡萄萄糖糖-丙氨酸循环起着将氨转入肝脏的作用。丙氨酸循环起着将氨转入肝脏的作用。19193 谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氧基作用谷氨酸脱氢酶催化的氧化脱氧基作用 谷谷氨氨酸酸携携带带着着由由许许多多氨氨基基酸酸脱脱下下的的氨氨基基进进入入肝肝细细胞胞后后，经经细细胞胞质质进进入入到到线线粒粒体体内内。由由谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶催催化化其其氧氧化化脱脱氢氢作作用用。氨氨基基酸酸由由氨氨基基转转移移酶酶和和谷谷氨氨酸酸脱脱氢酶联合脱掉氨基的作用称为联合脱氨基作用。氢酶联合脱掉氨基的作用称为联合脱氨基作用。 体体内内大大部部分分氨氨基基酸酸可可通通过过联联合合脱脱氨氨的的方方式式脱脱掉掉氨氨基基。氨氨基基酸酸的的氨氨基基先先转转给给-酮酮戊戊二二酸酸，生生成成相相应应的的-酮酮酸酸和和谷谷氨氨酸酸，谷谷氨氨酸酸再再在在谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶的的作作用用下下，脱去氨基，重新生成脱去氨基，重新生成-酮戊二酸。酮戊二酸。2020转氨酶转氨酶L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶转氨酶与谷氨酸脱氢酶进行的联合脱氨基作用转氨酶与谷氨酸脱氢酶进行的联合脱氨基作用21214 氨的去向氨的去向 氨氨基基酸酸脱脱氨氨基基后后产产生生的的氨氨对对机机体体而而言言是是有有毒毒物物质质。血血液液中中1%的的氨氨就就能能引引起起神神经经系系统统中中毒毒，表表现现为为语语言言紊紊乱乱、视视力力模模糊糊、发发生生特特有有的的机机体体震震颤颤，甚甚至昏迷死亡。至昏迷死亡。 机机体体防防止止高高浓浓度度氨氨的的措措施施：由由谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶将将-酮酮戊戊二二酸酸氨氨基基化化成成谷谷氨氨酸酸；由由谷谷氨氨酰酰胺胺合合成成酶酶催催化化谷谷氨氨酸酸与与氨氨结结合合成成谷谷氨氨酰酰胺胺。后后者者是是脑脑组组织织氨氨的的主主要要解解除除方方式式。谷谷氨氨酰酰胺胺透透过过细细胞胞膜膜经经血血液液运运送到肝脏，再将其分解为谷氨酸和氨。送到肝脏，再将其分解为谷氨酸和氨。2222 不不同同物物种种排排泄泄氨氨的的方方式式不不同同。微微生生物物将将游游离离氨氨用用于于形形成成细细胞胞其其他他含含氮氮物物质质，从从氨氨基基酸酸上上脱脱下下的的氨氨用用于于生生物物合合成成，多多余余的的氨氨排排到到环环境境中中。鱼鱼类类和和水水生生两两栖栖类类将将氨氨直直接接排排出出体体外外。鸟鸟类类和和陆陆生生爬爬行行类类以以尿尿酸酸的的形形式式排氨。绝大多数陆生动物将氨转变为尿素排泄。排氨。绝大多数陆生动物将氨转变为尿素排泄。2323高等动物的氨基酸分解途径高等动物的氨基酸分解途径氧化氧化 有机酸有机酸乙酰乙酰CoA- -氧化氧化 氨氨基基酸酸-酮酸酮酸NH3CO2胺胺CO2+H2O糖糖脂肪脂肪酰胺酰胺新氨基酸新氨基酸鸟氨酸循环鸟氨酸循环 嘌呤，嘧啶嘌呤，嘧啶尿素尿素氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 TCA循环循环 排出体外排出体外被固定成草酰乙酸或苹果酸被固定成草酰乙酸或苹果酸脱氨脱氨脱羧脱羧2424三三 尿素的形成尿素的形成1 氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸的合成 在在氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸合合成成酶酶的的催催化化下下，使使NH3和和HCO- -3活化缩合形成氨甲酰磷酸。活化缩合形成氨甲酰磷酸。氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸25252 瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成 在在鸟鸟氨氨酸酸转转氨氨甲甲酰酰酶酶的的作作用用下下，将将氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸的的氨氨甲甲酰酰基基转转移移到到鸟鸟氨氨酸酸上上，形形成成瓜瓜氨氨酸酸。此此反反应应在在线线粒粒体体中中进进行行，鸟鸟氨氨酸酸先先从从细细胞胞质质转转动动到到线线粒粒体体内内，瓜瓜氨酸再从线粒体转动到细胞质中。氨酸再从线粒体转动到细胞质中。26263 精氨琥珀酸的形成精氨琥珀酸的形成 在在精精氨氨琥琥珀珀酸酸合合成成酶酶的的作作用用下下，瓜瓜氨氨酸酸的的脲脲基基与与天冬氨酸的氨基缩合成精氨琥珀酸。天冬氨酸的氨基缩合成精氨琥珀酸。27274 精氨酸的形成精氨酸的形成 在在精精氨氨琥琥珀珀酸酸酶酶的的催催化化下下，从从精精氨氨琥琥珀珀酸酸碳碳架架上上脱下延胡索酸后形成精氨酸。脱下延胡索酸后形成精氨酸。28285 尿素的产生尿素的产生 在在精精氨氨酸酸酶酶的的催催化化下下，从从精精氨氨酸酸上上水水解解下下一一个个尿尿素素分分子子，并并再再生生成成瓜瓜氨氨酸酸。瓜瓜氨氨酸酸又又回回到到线线粒体中进行下一轮尿素循环。粒体中进行下一轮尿素循环。2929鸟氨酸循环鸟氨酸循环鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸天冬天冬氨酸氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸延胡索酸延胡索酸瓜氨酸瓜氨酸3030四四 氨基酸碳骨架的分解代谢氨基酸碳骨架的分解代谢 脊脊椎椎动动物物体体内内的的20种种氨氨基基酸酸的的碳碳骨骨架架，分分别别由由20种种不不同同的的多多酶酶体体系系进进行行氧氧化化分分解解。虽虽然然氧氧化化分分解解的的途途经经各各异异，但但都都集集中中形形成成7种种中中间间产产物物而而进进入入柠柠檬檬酸酸循循环环。分分别别是是：丙丙酮酮酸酸、乙乙酰酰CoA、乙乙酰酰乙乙酰酰CoA、草草酰乙酸、延胡索酸、琥珀酰酰乙酸、延胡索酸、琥珀酰CoA、-酮戊二酸。酮戊二酸。 如如果果氨氨基基酸酸脱脱羧羧形形成成胺胺后后就就失失去去进进入入柠柠檬檬酸酸循循环环的的可可能能性性。氨氨基基酸酸的的分分解解途途经经并并不不是是其其合合成成途途经经的的逆逆转。脊椎动物的氨基酸分解代谢主要在肝脏中进行。转。脊椎动物的氨基酸分解代谢主要在肝脏中进行。3131丙氨酸丙氨酸半光氨酸半光氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸乙酰乙酰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酮酸丙酮酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸蛋氨酸蛋氨酸缬氨酸缬氨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氨基酸碳链氨基酸碳链进入三羧酸进入三羧酸循环的路径循环的路径3232五五 生物固氮生物固氮 生生物物体体内内氨氨基基酸酸分分子子中中的的N元元素素最最初初来来源源于于空空气气中中的的N2。自自然然界界中中只只有有少少数数细细菌菌和和蓝蓝绿绿藻藻类类能能将将空空气气中中的的2还还原原为为NH3(NH4+ +)，这这种种将将分分子子氮氮转转化化为为含含氮氮化化合合物物的的过过程程称称为为生生物物固固氮氮。土土壤壤微微生生物物将将NH4+ +氧氧化化为为NO2- -及及NO3- -称称为为硝硝化化作作用用。植植物物和和许许多多微微生生物物含含有有硝硝酸酸和和亚亚硝硝酸酸还还原原酶酶将将NO2- -及及NO3- -再再还还原原成成NH4+ +。植植物物能能用用NH4+ +作作为为合合成成氨氨基基酸酸的的氮氮源源，动动物物则则利利用用植植物作为氨基酸的来源。物作为氨基酸的来源。333334341 固氮生物类型固氮生物类型 迄迄今今已已知知的的能能固固氮氮的的生生物物属属于于原原核核生生物物，分分为为两两大大类类：能能独独立立生生存存的的自自生生固固氮氮微微生生物物，包包括括细细菌菌、放放线线菌菌、蓝蓝藻藻等等；与与其其他他植植物物共共生生的的共共生生型型固氮微生物固氮微生物(根瘤菌根瘤菌)。大豆根瘤大豆根瘤固氮微生物固氮微生物共生型固氮微生物共生型固氮微生物 自生型固氮微生物自生型固氮微生物 35352 固氮酶固氮酶 生生物物固固氮氮是是由由固固氮氮酶酶催催化化进进行行的的，固固氮氮酶酶是是由由固氮酶和还原酶组成的固氮酶复合体。固氮酶和还原酶组成的固氮酶复合体。 固固氮氮酶酶又又称称钼钼铁铁蛋蛋白白，是是由由两两对对不不同同的的亚亚基基组组成成的的四四聚聚体体(22)，其其活活性性中中心心位位于于亚亚基基内内，由由MoFe7S9原原子子簇簇和和一一个个异异柠柠檬檬酸酸组组成成，被被称称为为铁铁钼钼辅辅因因子子(FeMoco)，是是络络合合和和还还原原N2生生成成NH3的的部部位位。另另一一Fe8S7原原子子簇簇位位于于和和亚亚基基之之间间，负负责责将将电电子子传递给传递给FeMoco，用于将，用于将N2还原成还原成NH3并放出并放出H2。3636 还还原原酶酶又又称称铁铁蛋蛋白白，是是由由2个个相相同同亚亚基基组组成成的的二二聚聚体体(2)，Fe4S4原原子子簇簇位位于于两两个个亚亚基基之之间间，其其功功能能 是是将将由由代代谢谢过过程程产产生生的的电电子子传传递递给给钼钼铁铁蛋蛋白白的的Fe7S8原原子子簇簇，再再转转移移给给FeMoco。还还原原酶酶向向固固氮氮酶酶每每转转移移1个电子要消耗个电子要消耗2个个ATP。生物固氮化学反应总式：。生物固氮化学反应总式：N2 + 8e- - + 16ATP + 16H2O2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi + 8H+ + 氧对固氮酶复合体有很强的抑制作用，固氮酶催氧对固氮酶复合体有很强的抑制作用，固氮酶催化的反应需在厌氧环境下进行。化的反应需在厌氧环境下进行。3737 生生物物固固氮氮过过程程是是一一个个相相当当复复杂杂的的过过程程，目目前前对对其其了了解解还还有有限限。自自生生和和共共生生固固氮氮菌菌的的固固氮氮酶酶均均由由钼钼铁铁蛋蛋白白和和铁铁蛋蛋白白组组成成，这这两两种种蛋蛋白白单单独独存存在在时时均均无无活活性性，只只有有组组合合成成复复合合体体才才能能具具有有催催化化氮氮还还原原功功能能。不不同同来来源的两种蛋白可交叉组合，但有明显物种特异性。源的两种蛋白可交叉组合，但有明显物种特异性。 对对根根瘤瘤菌菌中中的的固固氮氮酶酶目目前前只只有有部部分分了了解解，对对其其组组成、结构及固氮机制还缺乏全面的认识。成、结构及固氮机制还缺乏全面的认识。 固固氮氮酶酶的的活活性性受受两两个个重重要要调调节节系系统统的的调调节节：一一是是氧防护系统，二是氨同化系统。氧防护系统，二是氨同化系统。 N2是是惰惰性性气气体体，两两个个N原原子子间间的的键键能能很很高高，化化学学合成和生物固氮都要消耗大量的能量。合成和生物固氮都要消耗大量的能量。38383 氨的同化作用氨的同化作用 由由生生物物固固氮氮作作用用形形成成的的氨氨是是合合成成氨氨基基酸酸的的氮氮源源，也也是是其其他他含含氮氮化化合合物物的的氮氮源源。在在氨氨的的同同化化作作用用中中谷谷氨氨酸酸和和谷谷氨氨酰酰胺胺起起着着重重要要的的桥桥梁梁作作用用，通通过过转转氨氨基基作作用用谷谷氨氨酸酸可可为为大大多多数数氨氨基基酸酸的的生生成成提提供供氨氨基基，谷谷氨氨酰酰胺胺的的酰酰胺胺氮氮是是生生物物合合成成中中的的广广泛泛氨基提供者。氨基提供者。 谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶可可催催化化-酮酮戊戊二二酸酸还还原原氨氨基基化化成谷氨酸。成谷氨酸。 谷谷氨氨酰酰胺胺合合成成酶酶可可催催化化谷谷氨氨酸酸与与有有毒毒的的氨氨形形成无毒的谷氨酰胺。成无毒的谷氨酰胺。3939六六 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成 有有些些氨氨基基酸酸只只能能在在植植物物或或微微生生物物细细胞胞中中合合成成，人人和和动动物物不不具具备备合合成成全全部部氨氨基基酸酸的的途途经经，必必须须从从食食物物中中获获得得不不能能合合成成的的氨氨基基酸酸。这这些些不不能能自自己己合合成成，必必须须从从食食物物中中获获得得的的氨氨基基酸酸称称为为必必需需氨氨基基酸酸。人人体体必必需需的的氨氨基基酸酸有有8种种，即即：缬缬氨氨酸酸、异异亮亮氨氨酸酸、亮亮氨氨酸酸、苯苯丙丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸和赖氨酸氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸和赖氨酸。 不不同同生生物物合合成成氨氨基基酸酸的的能能力力有有差差异异，合合成成途途经经也也不不尽尽相相同同，但但存存在在一一些些共共性性。即即各各种种氨氨基基酸酸碳碳架架来来源源于于糖糖代代谢谢途途经经中中的的几几种种关关键键中中间间体体，氨氨基基多多数数来来自自谷谷氨酸和谷氨酰胺的转氨基作用。氨酸和谷氨酰胺的转氨基作用。40401 由由-酮戊二酸形成的氨基酸酮戊二酸形成的氨基酸 谷谷氨氨酸酸、谷谷氨氨酰酰胺胺、脯脯氨氨酸酸、精精氨氨酸酸和和赖赖氨氨酸的碳架来自酸的碳架来自-酮戊二酸。见酮戊二酸。见P454455图图27-35。41412 由草酰乙酸形成的氨基酸由草酰乙酸形成的氨基酸 天天冬冬氨氨酸酸、天天冬冬酰酰胺胺、甲甲硫硫氨氨酸酸、苏苏氨氨酸酸和和赖氨酸的碳架来自草酰乙酸。见赖氨酸的碳架来自草酰乙酸。见P456图图27-6。42423 由丙酮酸形成的氨基酸由丙酮酸形成的氨基酸 丙丙氨氨酸酸、缬缬氨氨酸酸、亮亮氨氨酸酸和和异异亮亮氨氨酸酸的的碳碳架架来自丙酮酸。见来自丙酮酸。见P457图图27-7。43434 由由3-磷酸甘油酸形成的氨基酸磷酸甘油酸形成的氨基酸 甘甘氨氨酸酸、丝丝氨氨酸酸和和半半胱胱氨氨酸酸的的碳碳架架来来自自3-磷磷酸甘油酸。见酸甘油酸。见P458图图27-8。44445 由磷酸烯醇式丙酮酸和由磷酸烯醇式丙酮酸和4-磷酸赤藓糖形成磷酸赤藓糖形成的氨基酸的氨基酸 色色氨氨酸酸、苯苯丙丙氨氨酸酸和和酪酪氨氨酸酸的的碳碳架架来来自自磷磷酸酸烯烯醇醇式丙酮酸和式丙酮酸和4-磷酸赤藓糖。见磷酸赤藓糖。见P459461图图27-913。45456 5-磷酸核糖形成的氨基酸磷酸核糖形成的氨基酸 组组氨氨酸酸的的6个个碳碳原原子子中中有有5个个来来自自5-磷磷酸酸核核糖糖-1-焦磷酸。见焦磷酸。见P462图图27-14。4646提 要细细胞胞内内蛋蛋白白质质处处在在不不断断合合成成与与分分解解中中，有有选选择择性性地降解非正常蛋白质。地降解非正常蛋白质。ATP-依依赖赖的的蛋蛋白白质质分分解解需需要要有有泛泛肽肽相相伴伴，泛泛肽肽连连接接的的蛋蛋白白质质被被“蛋蛋白白水水解解酶酶体体”降降解解，该该酶酶只只对对泛肽结合的蛋白质有效。泛肽结合的蛋白质有效。细细胞胞内内所所有有游游离离存存在在的的氨氨基基酸酸称称为为氨氨基基酸酸库库，库库内内氨氨基基酸酸不不断断被被利利用用，又又不不断断被被补补充充，处处于于动动态态平衡中。平衡中。4747蛋蛋白白质质的的消消化化过过程程是是由由种种胞胞外外蛋蛋白白酶酶协协同同催催化化进进行行，逐渐降解，生成多肽逐渐降解，生成多肽寡肽寡肽二肽二肽氨基酸。氨基酸。有有些些氨氨基基酸酸在在人人和和动动物物体体内内不不能能合合成成，也也不不能能由由别别的的氨氨基基酸酸转转变变而而来来，必必须须由由食食物物提提供供，称称为为必必需需氨氨基酸。人体必需的氨基酸有基酸。人体必需的氨基酸有8种。种。氨氨基基酸酸分分解解代代谢谢的的公公共共途途径径有有脱脱氨氨基基作作用用、脱脱羧羧基基作用和脱氨脱羧作用等。作用和脱氨脱羧作用等。机机体体防防止止高高浓浓度度氨氨的的措措施施：由由谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶将将-酮酮戊戊二二酸酸氨氨基基化化成成谷谷氨氨酸酸；由由谷谷氨氨酰酰胺胺合合成成酶酶催催化谷氨酸与氨结合成谷氨酰胺。化谷氨酸与氨结合成谷氨酰胺。4848氨氨基基酸酸碳碳骨骨架架的的氧氧化化分分解解的的途途经经各各不不相相同同，但但都都集集中中形形成成7种种中中间间产产物物而而进进入入柠柠檬檬酸酸循循环环。分分别别是是：丙丙酮酮酸酸、乙乙酰酰CoA、乙乙酰酰乙乙酰酰CoA、草草酰酰乙乙酸、延胡索酸、琥珀酰酸、延胡索酸、琥珀酰CoA、-酮戊二酸。酮戊二酸。不不同同生生物物合合成成氨氨基基酸酸的的能能力力有有差差异异，合合成成途途经经也也不不尽尽相相同同，但但存存在在一一些些共共性性。即即各各种种氨氨基基酸酸碳碳架架来来源源于于糖糖代代谢谢途途经经中中的的几几种种关关键键中中间间体体，氨氨基基多多数来自谷氨酸和谷氨酰胺的转氨基作用。数来自谷氨酸和谷氨酰胺的转氨基作用。4949作作 业业1. 人体必需氨基酸有哪几种人体必需氨基酸有哪几种?2. 不同生物合成氨基酸的共性是什么？不同生物合成氨基酸的共性是什么？5050