蛋白质的降解和氨基酸修改

当前1页，总共137页。当前2页，总共137页。第四节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。当前3页，总共137页。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→乙酰CoA←乙酰乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、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-CoA的途径（二）α-酮戊二酸途径（三）形成琥珀酰CoA的途径（四）形成延胡索酸途径（五）形成草酰乙酸途径当前4页，总共137页。

当前5页，总共137页。（一）形成乙酰-CoA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-CoA当前6页，总共137页。当前7页，总共137页。1、通过丙酮酸到乙酰-CoA的途径丙氨酸Ala甘氨酸Gly丝氨酸Ser苏氨酸Thr半胱氨酸CysP317，图30-16当前8页，总共137页。（1）丙氨酸AlaL-Ala+α-酮戊二酸谷丙转氨酶丙酮酸+谷氨酸当前9页，总共137页。（2）甘氨酸Gly★先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。Gly与Ser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。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+当前10页，总共137页。当前11页，总共137页。（3）丝氨酸Ser丝氨酸脱水酶脱水、脱氨，生成丙酮酸

当前12页，总共137页。（4）苏氨酸Thr有3条途径①由Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸→乙酰CoA。②→α-酮丁酸③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α-酮丁酸当前13页，总共137页。（5）半胱氨酸Cys有3条途径①转氨，生成β-巯基丙酮酸，再脱巯基，生成丙酮酸。

②氧化成丙酮酸

③加水分解成丙酮酸当前14页，总共137页。当前15页，总共137页。2、通过乙酰乙酰CoA到乙酰-CoA的途径苯丙氨酸Phe酪氨酸Tyr亮氨酸Leu赖氨酸Lys色氨酸Trp当前16页，总共137页。（1）苯丙氨酸Phe→酪氨酸Tyr→乙酰乙酰CoAPhe、Tyr分解为乙酰乙酰CoA和延胡索酸。（2）酪氨酸Tyr产物：1个乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA），1个延胡索酸，1个CO2。当前17页，总共137页。当前18页，总共137页。（3）亮氨酸Leu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。当前19页，总共137页。（4）赖氨酸Lys产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2。转变为α-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。当前20页，总共137页。(5)色氨酸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2，3-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。当前21页，总共137页。当前22页，总共137页。当前23页，总共137页。（二）α-酮戊二酸途径精氨酸Arg组氨酸His谷氨酰胺Gln脯氨酸Pro和羟脯氨酸谷氨酸Glup328图30-23当前24页，总共137页。1、精氨酸Arg

产物：1分子Glu，1分子尿素当前25页，总共137页。2、组氨酸His产物：1分子Glu，1分子NH3,1分子甲亚氨基当前26页，总共137页。3、谷氨酰胺Gln三条途径形成谷氨酸，再形成α-酮戊二酸①Gln酶水解：Gln+H2O→Glu+NH3②Glu合成酶：Gln+α-酮戊二酸+NADPH→2Glu+NADP+③转酰胺酶：Gln+α-酮戊二酸→Glu+-酮谷酰氨酸→α-酮戊二酸+NH4+当前27页，总共137页。4、脯氨酸Pro和羟脯氨酸产物：Pro→GluHpro→丙酮酸+乙醛酸5、谷氨酸Glu谷氨酸脱氢酶或转氨酶形成α-酮戊二酸当前28页，总共137页。当前29页，总共137页。（三）形成琥珀酰CoA的途径甲硫氨酸Met异亮氨酸Ile缬氨酸Val都通过形成甲基丙二酰CoA转变成琥珀酰CoAP326图30-27当前30页，总共137页。当前31页，总共137页。1、甲硫氨酸Met

给出1个甲基，将-SH转给Ser（生成Cys），产生一个琥珀酰CoA当前32页，总共137页。2、异亮氨酸Ile产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA当前33页，总共137页。3、缬氨酸Val当前34页，总共137页。（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）。

当前35页，总共137页。（五）形成草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.当前36页，总共137页。二、生糖氨基酸和生酮氨基酸◎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，后者在动物肝脏中可生成乙酰乙酸和β-羟丁酸。◎生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、α-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。当前37页，总共137页。当前38页，总共137页。三、由氨基酸衍生的其它重要物质（一）氨基酸与一碳单位一碳单位：在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO2）。一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。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）当前39页，总共137页。一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，其辅酶为FH4四氢叶酸（5，6，7，8-四氢叶酸），携带甲基的部位是N5、N10

FH4结构一碳基团和氨基酸代谢Gly、Ser、Thr、His、Met等a.a.可以提供一碳单位。当前40页，总共137页。当前41页，总共137页。当前42页，总共137页。当前43页，总共137页。一碳基团的来源与转变S-腺苷蛋氨酸N5-CH3-FH4N5，N10-

CH2-FH4N5，N10=CH-FH4

N10-CHO-FH4N5，

N10-CH2-FH4还原酶N5，

N10-CH2-FH4脱氢酶环水化酶

丝氨酸

组氨酸甘氨酸参与

甲基化反应为胸腺嘧啶合成提供甲基参与嘌呤合成FH4FH4FH4

HCOOHH2ONAD+NDAH+H+NAD+NDAH+H+H+参与嘌呤合成当前44页，总共137页。当前45页，总共137页。甲硫氨酸与转甲基作用甲硫氨酸+ATPS-腺苷甲硫氨酸(S-CH3)腺苷转移酶PPi+Pi(SAM)SAMS-腺苷同同型半胱氨酸型半胱氨酸甲基转移酶RHR-CH3腺苷当前46页，总共137页。由SAM参加的一些转甲基作用甲基接受体甲基化产物去甲肾上腺素肾上腺素瓜乙酸肌酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰胆碱RNA甲基化的RNADNA甲基化的DNA蛋白质甲基化的蛋白质当前47页，总共137页。◎蛋氨酸代谢——S-腺苷蛋氨酸循环蛋氨酸S-腺苷蛋氨酸S-腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸VitB12N5-CH3-FH4FH4ATPPPi+PiR-HR-CH3H2O腺苷（1）循环过程（2）循环意义将其他来源的一碳单位转变为活性甲基活性甲基——S-腺苷蛋氨酸参与体内各种甲基化反应（提供活性甲基——S-腺苷蛋氨酸，参与体内各种甲基化反应）——肾上腺素、胆碱、肉毒碱等合成叶酸和B12缺乏一碳单位代谢障碍核酸合成障碍影响细胞分裂、成熟巨幼红细胞性贫血当前48页，总共137页。当前49页，总共137页。当前50页，总共137页。（二）氨基酸与生物活性物质当前51页，总共137页。当前52页，总共137页。当前53页，总共137页。（1）Tyr与黑色素P333图30－34当前54页，总共137页。（2）Tyr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。当前55页，总共137页。（3）Trp与5-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，促进血管收缩当前56页，总共137页。（4）肌酸和磷酸肌酸（Arg、Gly、Met）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当前57页，总共137页。（5）His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。当前58页，总共137页。（6）Arg→水解→鸟氨酸→脱羧→腐胺→亚精胺→精胺当前59页，总共137页。（7）Glu与r-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。当前60页，总共137页。（8）牛磺酸和CysCys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。当前61页，总共137页。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）当前62页，总共137页。当前63页，总共137页。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。当前64页，总共137页。当前65页，总共137页。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0－50。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。当前66页，总共137页。白化病当前67页，总共137页。白化病鳄鱼当前68页，总共137页。第五节

氨基酸的生物合成当前69页，总共137页。一、氨基酸合成概论1、

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）当前70页，总共137页。★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当前71页，总共137页。2、

碳源直接碳源是相应的α-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α-酮酸。主要来源：糖酵解、TCA、磷酸已糖支路。必需氨基酸：Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（Arg、His）当前72页，总共137页。3、a.a.生物合成的概貌（1）丙氨酸族丙酮酸Ala、Val、Leu（2）丝氨酸族甘油酸-3-磷酸Ser、Gly、Cys（3）谷氨酸族

-酮戊二酸Glu、Gln、Pro、Arg（4）天冬氨酸族草酰乙酸Asp、Asn、Lys、Thr、Ile、Met（5）组氨酸和芳香氨基酸族磷酸核糖His磷酸赤藓糖+PEPPhe、Tyr、Trp当前73页，总共137页。当前74页，总共137页。二、脂肪族氨基酸生物合成途径（一）丙酮酸衍生型:Ala、Val、Leu当前75页，总共137页。当前76页，总共137页。当前77页，总共137页。（二）丝氨酸族的生物合成3-磷酸甘油酸衍生型Ser、Gly、Cys当前78页，总共137页。当前79页，总共137页。当前80页，总共137页。当前81页，总共137页。（三）谷氨酸族α-酮戊二酸衍生类型：Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈类、眼虫））当前82页，总共137页。1、Glu的合成由α-酮戊二酸与游离氨，经L-Glu脱氢酸催化。对于植物和微生物，氨的来源是Gln的酰胺基。NH3+α-酮戊二酸Glu脱氢酶／NADPHGlu+H2OGln+α-酮戊二酸Glu合酶／NADPH2Glu当前83页，总共137页。2、Gln的合成由α-酮戊二酸形成Glu，由Glu可以进一步形成Gln，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、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。当前84页，总共137页。3、Pro的合成（Glu环化而成）当前85页，总共137页。当前86页，总共137页。4、Arg合成当前87页，总共137页。当前88页，总共137页。（四）天冬氨酸族草酰乙酸衍生类型：Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys（植物、细菌）1、天冬氨酸谷草转氨酶草酰乙酸+GluAsp+α-酮戊二酸当前89页，总共137页。2、

Asn合成（转移酰胺基）Asn合成酶Asp+NH4++ATPAsn+AMP+PPi细菌Asn合成酶Asp+Gln+ATPAsn+Glu+AMP+PPiMg2+（哺乳动物）当前90页，总共137页。3、Met合成4、Thr合成Lys、Met、Thr合成中，有一段共同途径，即生成Asp-β-半醛，是一个分枝点化合物。当前91页，总共137页。当前92页，总共137页。5、Ile合成（与Val极为相似）P271图17-9Ile的合成途径与Val极为相似。6个C中4个来自Asp（Asp→Thr），2个来自丙酮酸，所以也可以归入丙酮酸衍生型。当前93页，总共137页。6、Lys①α-酮戊二酸衍生型（蕈类、眼虫）P264图17-4②天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、细菌）P267图17-5当前94页，总共137页。当前95页，总共137页。三、芳香族氨基酸及His的生成合成（一）Phe、Tyr、Trp的合成起始物：磷酸烯醇丙酮酸，赤藓糖-4-P当前96页，总共137页。当前97页，总共137页。当前98页，总共137页。（二）His合成当前99页，总共137页。当前100页，总共137页。二十种氨基酸的生物合成概况

谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族丝氨酸族His和芳香族当前101页，总共137页。当前102页，总共137页。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。当前103页，总共137页。（一）

通过终端产物对aa合成的反馈抑制1、简单的终端产物反馈抑制如由Thr合成Ile当前104页，总共137页。2、不同终端产物对共同合成途径的协同抑制当前105页，总共137页。3、不同分枝产物对多个同工酶的抑制当前106页，总共137页。4、顺序反馈抑制

sequentialfeedbackinhibition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。

当前107页，总共137页。当前108页，总共137页。（二）通过酶量调节终产物的反馈阻遏P362图31-25E.coli中Met反馈阻遏同工酶A、BIle反馈阻遏同工酶C当前109页，总共137页。五、氨基酸转化为其他氨基酸及其他代谢物（1）谷光苷肽（2）肌酸（3）卟啉血红素、细胞色素、叶绿素。卟啉由Gly和琥珀酰CoA合成（4）短杆菌肽当前110页，总共137页。当前111页，总共137页。当前112页，总共137页。当前113页，总共137页。第六节生物固氮当前114页，总共137页。当前115页，总共137页。当前116页，总共137页。当前117页，总共137页。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。虽然地球大气层的80%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。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当前118页，总共137页。当前119页，总共137页。（1）自生固氮微生物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。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、兼厌气性的克氏杆菌。（2）共生固氮微生物根瘤菌与豆科植物，蓝藻与蕨类植物红萍。根瘤则是寄主植物为适应共生固氮所产生的一种特化的器官，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。当前120页，总共137页。当前121页，总共137页。当前122页，总共137页。当前123页，总共137页。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。当前124页，总共137页。固N酶

ATP酶活性：能催化ATP分解，从中获取能量推动电子向还原底物上转移。（2）作用机理：（3）特点：是一种多功能酶N2还原剂铁蛋白钼铁蛋白氧化还原酶：不仅能催化N2还原，还可催化N2O化合物等还原。（1）结构组成铁硫蛋白：二聚体、含Fe和S，（还原酶）形成[Fe4S4]簇钼铁蛋白（固氮酶）：四聚体（α2β2），含Mo、Fe和S当前125页，总共137页。当前126页，总共137页。固氮酶复合物的酶和辅助因子铁钼中心MoFeSADP当前127页，总共137页。

反应条件：

A：还原剂，铁氧还蛋白，由NADPH＋H＋供氢B：ATP，每传递两个电子约消耗4—5个ATP。还原N2需12ATP，因此豆科植物在固氮的同时，还要提高淀粉、PRO产量是一个挑战，因为根系消耗了ATP总量的1/5用于固氮。C：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：固氮菌通过呼吸消耗氧，根瘤菌的豆血红蛋白与氧结合。

当前128页，总共137页。当前129页，总共137页。生物固氮总反应当前130页，总共137页。厌氧环境氢酶当前1