第十章蛋白质的降解和氨基酸修改-2

1、第四节第四节 氨基酸碳架氧化途径氨基酸碳架氧化途径20种氨基酸脱氨后有三种去路:（1）重新氨基化生成氨基酸。（2）氧化成CO2和水（TCA）。（3）生糖、生脂。一、氨基酸碳骨架的氧化途径一、氨基酸碳骨架的氧化途径20种氨基酸的碳架可转化成7种物质：丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA CoA 乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA、-酮戊二酸、琥珀酰酮戊二酸、琥珀酰CoACoA、延胡索酸、草酰乙酸、延胡索酸、草酰乙酸。最后集中为5种物质进入TCA：（一）形成乙酰（一）形成乙酰-CoA-CoA的途径的途径（二）（二）-酮戊二酸途径酮戊二酸途径（三）形成琥珀酰（三）形成琥珀酰CoACoA的途径的途径（四）形成延胡索酸

2、途径（四）形成延胡索酸途径（五）形成草酰乙酸途径（五）形成草酰乙酸途径（一）形成乙酰（一）形成乙酰-CoA-CoA的途径的途径 通过丙酮酸到乙酰-CoA的途径 通过乙酰乙酰-CoA到乙酰-CoA 氨基酸直接形成乙酰-CoA1 1、通过丙酮酸、通过丙酮酸到乙酰到乙酰-CoA-CoA的的途径途径丙氨酸Ala 甘氨酸Gly 丝氨酸Ser 苏氨酸Thr 半胱氨酸CysP317，图30-16（1 1）丙氨酸）丙氨酸AlaAlaL-Ala + -酮戊二酸谷丙转氨酶丙酮酸 + 谷氨酸（2 2）甘氨酸）甘氨酸GlyGly先转变成先转变成SerSer，再由，再由SerSer转变成丙酮酸。转变成丙酮酸。Gly与S

3、er的互变是极为灵活的，该反应也是Ser生物合成的重要途径。Gly的分解代谢不是以形成乙酰CoA为主要途径，Gly的重要作用是一碳单位的提供者一碳单位的提供者。Gly+ FH4 + NAD+ N5,N10-甲烯基FH4 + CO2 + NH4+ + NADHGly + N5.N10-甲烯基四 氢叶酸丝氨酸转羟甲基酶L-Ser + 四氢叶 酸Mn2+（3 3）丝氨酸）丝氨酸Ser Ser 丝氨酸脱水酶丝氨酸脱水酶脱水、脱氨，生成丙酮酸脱水、脱氨，生成丙酮酸（4 4）苏氨酸）苏氨酸 Thr Thr 有有3 3条途径条途径由Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸 乙酰CoA。 -酮丁酸

4、脱氢、脱羧 氨基丙酮Thr苏氨酸醛缩酶Gly + 乙醛Thr丝氨酸-苏氨酸脱水酶-酮丁酸（5 5）半胱氨酸）半胱氨酸 Cys Cys 有有3 3条途径条途径 转氨，生成-巯基丙酮酸，再脱巯基，生成丙酮酸。 氧化成丙酮酸 加水分解成丙酮酸2 2、通过乙酰乙酰、通过乙酰乙酰CoACoA到到乙酰乙酰-CoA-CoA的途径的途径苯丙氨酸Phe 酪氨酸Tyr 亮氨酸Leu 赖氨酸Lys 色氨酸Trp（1 1）苯丙氨酸Phe Phe 酪氨酸Tyr Tyr 乙酰乙酰乙酰乙酰CoA CoA Phe、Tyr分解为乙酰乙酰CoA和延胡索酸。（2 2）酪氨酸TyrTyr产物：1个乙酰乙酰CoA（ 可 转 化 成 2

5、 个 乙 酰CoA），1个延胡索酸，1个CO2。（3 3）亮氨酸LeuLeu产物：1个乙酰CoA，1个乙酰乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。反应中先脱1个CO2 ，后又加1个CO2 ，C原子不变。（4 4）赖氨酸LysLys产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2 。转变为-氨基己二酸半醛有两条不同途径，在肝脏中占优势的是形成中间产物酵母氨酸途径。(5)(5)色氨酸Trp Trp 产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个CO2 ，1个甲酸。色氨酸色氨酸2 2，3-3-加氧酶加氧酶遗传缺陷症，导致智力迟钝。中间产物如5-羟色胺、吲哚乙酸、烟酸,是许多其他重要物质生物合成的前体。（二）（二）-酮

6、戊二酸酮戊二酸途径途径精氨酸精氨酸 Arg Arg 组氨酸组氨酸 HisHis谷氨酰胺谷氨酰胺 GlnGln脯氨酸脯氨酸 ProPro和羟脯氨酸和羟脯氨酸谷氨酸谷氨酸 GluGlup328p328图图30-2330-231 1、精氨酸、精氨酸 Arg Arg 产物：1分子Glu，1分子尿素2 2、组氨酸、组氨酸 HisHis产物：1分子Glu，1分子NH3 ,1分子甲亚氨基3 3、谷氨酰胺、谷氨酰胺 Gln Gln 三条途径形成谷氨酸，再三条途径形成谷氨酸，再形成形成-酮戊二酸 Gln酶水解： Gln + H2O Glu + NH3 Glu合成酶： Gln+-酮戊二酸 + NADPH2Glu

7、+ NADP+ 转酰胺酶：Gln+-酮戊二酸 Glu + -酮谷酰氨酸 -酮戊二酸 + NH4+4 4、脯氨酸、脯氨酸 ProPro和羟脯氨酸和羟脯氨酸产物：Pro Glu Hpro 丙酮酸+乙醛酸5 5、谷氨酸、谷氨酸 GluGlu谷氨酸脱氢酶或转氨酶形成谷氨酸脱氢酶或转氨酶形成-酮戊二酸（三）形成琥珀酰（三）形成琥珀酰CoACoA的途径的途径甲硫氨酸甲硫氨酸MetMet异亮氨酸异亮氨酸IleIle缬氨酸缬氨酸ValVal都通过形成都通过形成甲基丙二酰甲基丙二酰CoACoA转变成琥珀酰转变成琥珀酰CoACoAP326P326图图30-2730-271 1、甲硫氨酸、甲硫氨酸MetMet 给出

8、1个甲基，将-SH转给Ser（生成Cys），产生一个琥珀酰CoA2 2、异亮氨酸、异亮氨酸IleIle产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA3 3、缬氨酸、缬氨酸Val（四）形成延胡索酸途径（四）形成延胡索酸途径苯丙氨酸Phe、酪氨酸Tyr可生成延胡索酸（前面已讲过）。（五）形成草（五）形成草酰乙酸途径酰乙酸途径天冬氨酸Asp和天冬酰胺Asn可转变成草酰乙酸进入TCAAsn先转变成Asp（Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.二、生糖氨基酸和生酮氨基酸二、生糖氨基酸和生酮氨基酸生酮氨基酸生酮氨基酸：Phe、酪氨酸Tyr、 Trp 、Leu、Lys。在分解过程中转变为乙酰乙酰CoA，后者在动物

9、肝脏中可生成乙酰乙酸和-羟丁酸。生糖氨基酸生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的a.a.都称为生糖a.a，它们都能生成葡萄糖Glc。Phe、Tyr是生酮兼生糖a.a。三、由氨基酸衍生的其它重要物质三、由氨基酸衍生的其它重要物质（一）氨基酸与一碳单位（一）氨基酸与一碳单位一碳单位：包括：亚氨甲基（-CH=NH）甲酰基（-HC=O-）羟甲基（-CH2OH）次甲基（又称甲川基，-CH=）亚甲基（又称甲叉基，-CH2）甲基（-CH3）四氢叶酸（5，6，7，8-四氢叶酸），携带甲基的部位是N 5、N 10 FH4结构Gly、 Ser、 Thr、His、Met 等a.a.可以

10、提供一碳单位。一碳基团的一碳基团的来源与转变来源与转变甲硫氨酸与转甲基作用甲硫氨酸与转甲基作用甲硫氨酸甲硫氨酸 + + ATP S- S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(S-CH3)腺苷转移酶腺苷转移酶PPi + Pi(SAM)SAM S- S-腺苷同腺苷同 同型半胱氨酸同型半胱氨酸 型半胱氨酸型半胱氨酸 甲基转移酶甲基转移酶RH R-CH3腺苷腺苷由由SAMSAM参加的一些转甲基作用参加的一些转甲基作用 甲基接受体甲基接受体 甲基化产物甲基化产物去甲肾上腺素去甲肾上腺素 肾上腺素肾上腺素 瓜乙酸瓜乙酸 肌酸肌酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱 RNA 甲基化的甲基化的RNA DNA

11、甲基化的甲基化的DNA 蛋白质蛋白质 甲基化的蛋白质甲基化的蛋白质（二）氨基酸与生物活性物质（二）氨基酸与生物活性物质（1 1）TyrTyr与黑色素与黑色素P333P333图图30303434（2 2）TyrTyr与儿茶酚胺类与儿茶酚胺类可生成多巴、多巴胺（神经递质）、去甲肾上腺素、肾上腺素（激素），这四种统称儿茶酚胺类。（3 3）TrpTrp与与5-5-羟色胺及吲哚乙酸羟色胺及吲哚乙酸Trp形成5-羟色胺及吲哚乙酸 5-羟色胺是神经递质，促进血管收缩（4 4）肌酸和磷酸肌酸（）肌酸和磷酸肌酸（ArgArg、GlyGly、MetMet）肌酸和磷酸肌酸，在贮存和转移磷酸键能中起重要作用。它们存在

12、于动物的肌肉、脑、血液中。Arg、Gly、Met形成磷酸肌酸肌酸合成中的甲基化：S-腺苷Met（5 5）HisHis与组胺与组胺His脱羧生成组胺，是一种血管舒张剂，在神经组织中是感觉神经的一种递质。（6 6）Arg Arg 水水解解 鸟氨酸鸟氨酸 脱羧脱羧 腐腐胺胺 亚精胺亚精胺 精胺精胺（7 7）GluGlu与与r-r-氨基丁酸氨基丁酸Glu本身就是一种兴奋性神经递质（还有Asp），在脑、脊髓中广泛存在。Glu脱羧形成的r-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。（8 8）牛磺酸和）牛磺酸和CysCysCys 的SH氧化成-SO3-，并脱去-COO - 就形成了牛磺酸，牛磺酸与胆汁酸结合，乳化食物。

13、四、氨基酸代谢缺陷症四、氨基酸代谢缺陷症 先天性氨基酸代谢缺陷症 苯丙酮尿症（PKU）1902 年英国医生加洛特（A.Garrod）从家族病史，发现并研究了第一例遗传病尿黑酸症，并发现该病在家族中的遗传遵循孟德尔规律，是由单个隐性基因控制的。尤其难得是，加洛特预测，尿黑酸病病人缺乏一种酶，而正常人有，加洛特把这种遗传病症状称为“先天性代谢差错”。 后来的研究证明加洛特的预见是对的。苯病酮尿症（PKU）亦是苯丙氨酸代谢紊乱病症。但是疾病后果的严重程度远大于尿黑酸症。因为脑发育受阻，严重脑力呆滞，智商 050 。白化病是苯丙氨酸代谢途径中又一种“遗传病”。也是常染色体隐性遗传。白化病白 化 病 鳄

14、 鱼第第 五五 节节氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成一、氨基酸合成概论一、氨基酸合成概论1 1、 氮源氮源（1）生物固氨（微生物） a.与豆科植物共生的根瘤菌 b.自养固氮菌 兰藻 在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3（2）硝酸盐和亚硝酸盐 (植物、微生物)（3）各种脱氨基作用产生的NH3（所有生物）氨的固定方式：氨的固定方式：NH3+有机化合物 氨甲酰磷酸合成酶 谷氨酸脱氢酶 谷氨酰胺合成酶2 2、 碳源碳源直接碳源是相应的-酮酸。植物能合成20种a.a.相应的全部碳架或前体。人和动物只能直接合成部分a.a.相应的-酮酸。主要来源：糖酵解、TCA、磷酸已糖支路。必需氨基酸：Ile

15、、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（Arg、His） 3 3、a.a.a.a.生物合成的概貌生物合成的概貌二、脂肪族氨基酸生物合成途径二、脂肪族氨基酸生物合成途径（一）丙酮酸衍生型（一）丙酮酸衍生型:Ala:Ala、ValVal、LeuLeu（二）丝氨酸族的生物合成（二）丝氨酸族的生物合成3-3-磷酸甘油酸衍生型磷酸甘油酸衍生型SerSer、GlyGly、CysCys（三）谷氨酸族（三）谷氨酸族-酮戊二酸衍生类型：酮戊二酸衍生类型： GluGlu、GlnGln、ProPro、ArgArg、LysLys（蕈类、眼虫）（蕈类、眼虫）1 1、 GluGlu的合成的合成由由-酮

16、戊二酸与游离氨，经酮戊二酸与游离氨，经L-GluL-Glu脱氢酸催化。脱氢酸催化。对于植物和微生物，氨的来源是对于植物和微生物，氨的来源是GlnGln的酰胺基。的酰胺基。NH3 + -酮戊二酸Glu脱氢酶NADPHGlu + H2OGln + -酮戊二酸Glu合酶NADPH2 Glu 2 2、GlnGln的合成的合成由由-酮戊二酸形成酮戊二酸形成GluGlu，由，由GluGlu可以进一步可以进一步形成形成GlnGln，Glu + NH4+ + ATP谷胺酰胺合酶Gln + ADP + Pi + H+Gln合酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶，活性受9种含氮物反馈调控：氨基Glc-6-P、Trp

17、、Ala、 Gly、Ser、 His和CTP、 AMP、氨甲酰磷酸。除Gly、Ala，其余含氮物的氮都来自Gln。3、Pro的合成的合成（Glu环化而成）环化而成）4、Arg合成合成（四）天冬氨酸族（四）天冬氨酸族草酰乙酸衍生类型：草酰乙酸衍生类型：AspAsp、AsnAsn、MetMet、ThrThr、IleIle、Lys Lys （植物、细菌）（植物、细菌）1 1、天冬氨酸 谷草转氨酶草酰乙酸 + GluAsp + -酮戊二酸2 2、 Asn Asn合成（转移酰胺基）合成（转移酰胺基）Asn合成酶Asp+ NH4+ + ATPAsn + AMP + PPi细菌Asn合成酶Asp + Gln

18、 + ATPAsn + Glu + AMP + PPiMg2+（哺乳动物）3 3、MetMet合成合成4 4、ThrThr合成合成LysLys、MetMet、ThrThr合合成中，有一段成中，有一段共同途径，即共同途径，即生成生成Asp-Asp-半半醛，是一个分醛，是一个分枝点化合物。枝点化合物。5 5、IleIle合成（与合成（与ValVal极为相似）极为相似） P271 P271 图图17-917-9IleIle的合成途径与的合成途径与ValVal极为相似。极为相似。6 6个个C C中中4 4个来自个来自AspAsp（Asp ThrAsp Thr），），2 2个来自丙酮酸，个来自丙酮酸，所

19、以也可以归入所以也可以归入丙酮酸衍生型。丙酮酸衍生型。6 6、LysLys - -酮戊二酸衍生型（蕈类、眼虫）酮戊二酸衍生型（蕈类、眼虫） P264 P264 图图17-417-4 天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、细菌）天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、细菌） P267 P267 图图17-5 17-5 三、芳香族氨基酸及三、芳香族氨基酸及HisHis的生成合成的生成合成（一）（一）PhePhe、TyrTyr、TrpTrp的合成的合成起始物起始物 ： 磷酸烯醇丙酮酸，赤藓糖磷酸烯醇丙酮酸，赤藓糖-4-P-4-P（二）（二）HisHis合成合成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

20、氨酸族酸族His 和和芳香族芳香族四、氨基酸生物合成的调节最有效的调节是通过合成过程的终端产物，反馈抑制反应系列中第一个酶的活性，即通过别构效应调节第一个酶的活性。（一）（一） 通过终端产物对通过终端产物对aaaa合成的反馈抑制合成的反馈抑制1 1、简单的终端产物反馈抑制、简单的终端产物反馈抑制如由Thr合成Ile2 2、不同终端产物对共同合成途径的协同抑制、不同终端产物对共同合成途径的协同抑制3 3、不同分枝产物对多个同工酶的抑制、不同分枝产物对多个同工酶的抑制4 4、顺序反馈抑制、顺序反馈抑制sequential feedback inhibitionsequential feedback

21、 inhibition终端产物E和H，只分别抑制分道后自己的分支途径中第一个酶的活性。（二）通过酶量调节（二）通过酶量调节终产物的反馈阻遏P362 图31-25 E.coli 中Met反馈阻遏同工酶A、BIle反馈阻遏同工酶C五、氨基酸转化为其他氨基酸及其他代谢物（1 1） 谷光苷肽谷光苷肽（2 2） 肌酸肌酸（3 3） 卟啉卟啉血红素、细胞色素、叶绿素。卟啉由Gly和琥珀酰CoA合成（4 4） 短杆菌肽短杆菌肽第六节第六节 生物固氮生物固氮一、生物固氮作用及固氮生物类型一、生物固氮作用及固氮生物类型通过微生物将分子氮转化为含氮化合物的过程。通过微生物将分子氮转化为含氮化合物的过程。 虽然地球

22、大气层的虽然地球大气层的80%80%是氮气是氮气，但是有能力直接利用这种氮源的却仅限于几类原核生物。 细菌、放线菌、蓝细菌（蓝藻）等原核微生物。细菌、放线菌、蓝细菌（蓝藻）等原核微生物。固氮微生物共生型自生型非豆科植物根瘤菌蓝藻、光合细菌厌氧巴氏细菌、需氧固氮杆菌等豆科植物的根瘤菌（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、兼厌气性的固氮菌、

23、厌气性的巴斯德梭菌、兼厌气性的克氏杆菌。克氏杆菌。（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 。根瘤则是寄主植物为适应共生固氮所产生的一根瘤则是寄主植物为适应共生固氮所产生的一种特化的器官种特化的器官，便于容纳类菌体并为其提供合适的环境和养分，维持氮的固定。二、固氮酶的结构与功能研究20世纪60年代初期，有科学家将晾干的厌氧微生物芽孢梭菌细胞溶于稀盐溶液中，离心后取上清，加入15N2，一定时间后发现反应体系中产生了15NH3。进一步研究发现，无细胞提取液中的固氮酶活性会很快地、完全地被空气所破坏。 ATP酶活性：能催化酶活

24、性：能催化ATP分解，从中获取分解，从中获取能量推动电子向还原底物上转移。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：是一种是一种多功能酶多功能酶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）结构组成结构组成铁硫蛋白：铁硫蛋白：二聚体、含二聚体、含Fe和和S，（还原酶）（还原酶） 形成形成Fe4S4簇簇 钼铁蛋白（固氮酶）：钼铁蛋白（固氮酶）：四聚体四聚体（2 22 2），含），含Mo、Fe和和S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

25、钼中心铁钼中心MoFeSADP 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4545个个ATPATP。还原还原N N2 2需需12ATP12ATP，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：厌氧环境厌氧环境，因固氮酶对氧十分敏感，需，因固氮酶对氧十分敏感，需严格厌氧。严格厌氧。固氮酶具有防氧

26、机理：固氮菌通过呼吸消耗氧，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。根瘤菌的豆血红蛋白与氧结合。 在还原氮的同时，固氮酶还有一个次要的活性，它能把氢质子还原成分子氢能把氢质子还原成分子氢。 这一反应不利于提高固氮酶活性，因为它既消耗了能量又产生了能竞争性抑制固氮活性的氢分子。 根瘤菌中有些株系（Hup+）能通过氢化酶的作用催化氢和氧的结合催化氢和氧的结合，从而利用反应中释放的氢。这一反应使得在质子还原过程中丢失的某些ATP再生，还有助于除去固氮酶附近的分子氧。氢代谢氢代谢A A：固氮酶的放氢反应：固氮酶的放氢反应： 2H2H2e2e 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