蛋白质化学及氨基酸代谢

蛋白质化学及氨基酸代谢第1页/共72页（一）氨基酸的分类

根据氨基酸侧链R基团的结构不同，可将它们分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸。（见P100）

（二）氨基酸的性质

1、物理性质

氨基酸都是无色晶体，熔点较高，一般在200℃以上。氨基酸有的无味、有的甜味、有的苦味，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。氨基酸能溶于水，各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，但难溶于有机溶剂。

2、化学性质

（1）两性性质

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牛牛文库文档分享第2页/共72页氨基酸分子中既有碱性的氨基（-NH2),又有酸性的羧基（-COOH），因此，氨基酸是两性化合物。实验证明，氨基酸在水溶液或结晶状态都以两性离子形式存在，在反应既可作为质子供体，又可作为质子受体，故氨基酸是两性电解质。CHCOO-RNH2阴离子pH>pICHCOO-RNH3+两性离子pH=pICHCOOHRNH3+阳离子pH<pIH+HO-H+HO-调节溶液pH，使氨基酸羧基的负电荷和氨基的正电荷相等，即氨基酸所带的净电荷为零，在电场中不发生移动，此时溶液的pH称为氨基酸的等电点，用pI表示。等电点时，氨基酸的溶解度最小，易沉淀，利用此性质可分离制备氨基酸。第3页/共71页

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（2）与茚三酮反应

α-氨基酸与茚三酮水溶液共热，生成蓝紫色化合物（脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮溶液共热呈黄色），此颜色反应可用于氨基酸的定性和定量测定。

（3）与亚硝酸反应氨基酸能与亚硝酸反应，生成羟基酸和水，并放出氮气。第4页/共71页

牛牛文库文档分享第4页/共72页RCHCOOHNH2+HNO2RCHCOOHOH+N2↑+H2O反应定量完成，通过测定所产生氮气的量，可计算氨基酸的含量，此方法叫做范斯莱克氨基氮测定法。三、蛋白质的结构蛋白质按化学组成可分为单纯蛋白质和结合蛋白质。

单纯蛋白质：仅有氨基酸组成的蛋白质称为单纯蛋白质。结合蛋白质：由蛋白质组分与非蛋白质（糖、脂、核酸维生素衍生物及金属离子等）共同组成的蛋白质称为结合蛋白质。第5页/共71页

牛牛文库文档分享第5页/共72页蛋白质的结构有不同的层次，为了便于研究和认识，可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。不同的蛋白质其结构层次不同，有些只有一、二、三级结构，有些还有四级结构。

（一）蛋白质的一级结构

一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而成的化合物称为肽。氨基酸之间脱水形成的共价键称为肽键（酰胺键）。由两个氨基酸缩合而成的肽称为二肽，由三个氨基酸缩合而成的肽称为三肽，依次类推，由多个氨基酸缩合而成的肽称为多肽（多肽链）。第6页/共71页

牛牛文库文档分享第6页/共72页H2NCH2CNOHR1CH2CNOHR2CH2CNOHR3CH2COR4…NHCHRnCOOH肽键多肽链含有α-氨基的一端，称N端或氨基末端；含有α-羧基的一端，称为C端或羧基末端。书写时，通常将N端写在左边，C端写在右边。

蛋白质的一级结构是指蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序以及二硫键的位置。牛胰岛素的一级结构1953年，森格尔（Sanger)等人首次测定了牛胰岛素的一级结构，1965年我国成功地合成了晶体的、比活力与天然胰岛素相等的胰岛素。第7页/共71页

牛牛文库文档分享第7页/共72页蛋白质的一级结构是最基本的结构，不仅决定其高级结构，而且对它的生理功能也起着决定性作用。蛋白质一级结构研究的内容包括蛋白质的氨基酸组成、氨基酸排列顺序和二硫键的位置，肽链数目，末端氨基酸的种类等。有些蛋白质不是简单的一条肽链，而是由2条以上肽链组成的，肽链之间通过二硫键连接起来；还有的在一条肽链内部形成二硫键。二硫键在蛋白质分子中起着稳定空间结构的作用。一级结构是蛋白质的共价键结合的全部情况。第8页/共71页

牛牛文库文档分享第8页/共72页20世纪50年代末，美国学者Moore等人完成牛胰核糖核酸酶全序分析。该酶由一条含124个氨基酸残基的多肽链组成，分子内含有4个链内二硫键，分子量为12600，是水解核糖核酸分子中磷酸二酯键的一种酶第9页/共71页

牛牛文库文档分享第9页/共72页（二）蛋白质的高级结构蛋白质分子的多肽链并不是线性伸展，而是按一定方式折叠、盘绕或组装成特有的空间结构，称为蛋白质的高级结构。它是蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。蛋白质的高级结构分为二级、三级和四级结构。

1、蛋白质的二级结构

蛋白质的二级结构是指多肽链本身通过氢键沿一定方向盘绕折叠而形成的构象，主要有α螺旋、β折叠和β转角，以及近年来发现的Ω环和无规卷曲。第10页/共71页

牛牛文库文档分享第10页/共72页酰胺平面：酰胺平面是构成主链构象的基本单位，是多肽链中从一个α-碳原子到相邻α-碳原子之间的结构。(1)肽单位是一个刚性的平面结构，肽键中羰基碳原子与氮原子之间所形成的键不能自由旋转，这样使得肽单位所包含的六个原子处于同一个平面上，这个平面又称为酰胺平面（amideplane）或肽平面（peptideplane).0.132nm0.147nmC=N0.127nm第11页/共71页

牛牛文库文档分享第11页/共72页(2)肽平面中羰基氧与亚氨基氢几乎总是处于相反的位置,虽然肽平面中的羰基氧与亚氨基氢可以有顺式和反式两种排布，但由于连接在相邻两个α-碳上的侧链基团之间的立体干扰不利于顺式构象的形成，而有利于伸展的反式构象的形成，所以蛋白质中几乎所有的肽单位都是反式构象。第12页/共71页

牛牛文库文档分享第12页/共72页(3)Cα和亚氨基N及Cα与羰基C之间的键是单键，可以自由旋转,α-碳原子与羰基碳原子之间的键是一个纯粹的单键,α-碳原子与亚氨基氮原子之间的键也是一个纯粹的单键，因此，可以自由旋转。Cα-N键旋转的角度通常用Φ表示；Cα-C键旋转的角度用Ψ表示，它们被称为Cα原子的二面角（dihedralangle）或肽单位二面角.第13页/共71页

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α螺旋：由于多肽链分子中各价键之间有一定的角度，而组成肽链的氨基酸残基中又含有许多酰胺键，所以一条肽链就可通过酰胺键上的羧基氧与某一酰胺基上的氨基氢形成氢键，从而使多肽链按一定方式绕成螺旋状。第14页/共71页

牛牛文库文档分享第14页/共72页α-螺旋结构具有以下主要特征：（1）α-螺旋结构是一个类似棒状的结构，从外观看，紧密卷曲的多肽链主链构成了螺旋棒的中心部分，所有氨基酸残基的R侧链伸向螺旋的外侧，这样可以减少立体障碍。肽链围绕其长轴盘绕成右手螺旋体。（2）α-螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm，即螺旋每上升一圈相当于向上平移0.54nm。相邻两个氨基酸残基之间的轴心距为0.15nm，每个残基绕轴旋转100°。α-螺旋有左手螺旋和右手螺旋，但所有研究过的天然蛋白质的α-螺旋都是右手螺旋。第15页/共71页

牛牛文库文档分享第15页/共72页（3）α-螺旋结构的稳定主要靠链内的氢键维持。螺旋中每个氨基酸残基的羰基氧与它后面第4个氨基酸残基的α-氨基氮上的氢之间形成氢键，所有氢键与长轴几乎平行。螺旋内的一个氢键对结构的稳定性的作用并不大，但α-螺旋内的许多氢键的总体效应却能稳定螺旋的构象。实际上，α-螺旋结构是最稳定的二级结构。第16页/共71页

牛牛文库文档分享第16页/共72页蛋白质多肽链是否能形成α-螺旋体以及螺旋体的稳定程度如何，与它的氨基酸组成和排列顺序有很大关系，而且R基的电荷性质，R基的大小都会影响到螺旋的形成。有些氨基酸出现在α-螺旋中的次数要比其它氨基酸的多，例如丙氨酸带有小的、不带电荷的侧链，它很适合填充在α-螺旋构象中。而有些氨基酸则基本上不会出现在α-螺旋中，如多肽链中有脯氨酸时α-螺旋就被中断，这是因为脯氨酸的α-亚氨基上氢原子参与肽键形成后就再没有多余的氢原子形成氢键，所以在有脯氨酸存在的地方就不能形成α-螺旋结构。第17页/共71页

牛牛文库文档分享第17页/共72页又如多聚异亮氨酸的R侧链体积大，造成空间阻碍，所以不能形成α-螺旋体。另外，多聚精氨酸由于R侧链带正电荷，所以互相排斥，也不能形成α-螺旋体。同样，谷氨酸和天冬氨酸的侧链有游离的羧基，带负电荷，由于负电荷之间的斥力，使这个区域的α-螺旋不稳定，而只在酸性溶液中羧基的解离度减小时才能形成稳定的α-螺旋结构。丙氨酸脯氨酸天冬氨酸谷氨酸异亮氨酸精氨酸第18页/共71页

牛牛文库文档分享第18页/共72页由于各种不同蛋白质的一级结构不同，所以不同蛋白质分子中α-螺旋结构的比例也很不相同。如肌红蛋白和血红蛋白主要是由α-螺旋结构组成的，而有些蛋白质几乎不含α-螺旋结构，如γ-球蛋白和肌动蛋白。有些蛋白，如毛发、皮肤、指甲中的α-角蛋白几乎全是α-螺旋结构组成的纤维蛋白，而且组成α-角蛋白的α-螺旋还以三股或七股并列拧成螺旋束，彼此间靠二硫键交联在一起，于是形成了强度大的长纤维状蛋白质。第19页/共71页

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β折叠：β折叠是多肽链折叠而成的锯齿状片层结构，存在于纤维状蛋白和球状蛋白中，β-折叠结构的形成一般需要两条或两条以上的肽段共同参与，即两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的氨基和羰基之间形成有规则的氢键，维持这种结构的稳定。β-折叠结构的特点如下：第20页/共71页

牛牛文库文档分享第20页/共72页（1）在β-折叠结构中，多肽链几乎是完全伸展的。相邻的两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm。侧链R交替地分布在片层的上方和下方，以避免相邻侧链R之间的空间障碍。（2）在β-折叠结构中，相邻肽链主链上的C=O与N-H之间形成氢键，氢键与肽链的长轴近于垂直。所有的肽键都参与了链间氢键的形成，因此维持了β-折叠结构的稳定。（3）相邻肽链的走向可以是平行和反平行两种。在平行的β-折叠结构中，相邻肽链的走向相同，氢键不平行。在反平行的β-折叠结构中，相邻肽链的走向相反，但氢键近于平行。从能量角度考虑，反平行式更为稳定。第21页/共71页

牛牛文库文档分享第21页/共72页β-折叠结构也是蛋白质构象中经常存在的一种结构方式。如蚕丝丝心蛋白几乎全部由堆积起来的反平行β-折叠结构组成，β-角蛋白是平行的。球状蛋白质中也广泛存在这种结构，如溶菌酶、核糖核酸酶、木瓜蛋白酶等球状蛋白质中都含有β-折叠结构。第22页/共71页

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β-转角结构：β-转角结构又称为β-弯曲、β-回折、发夹结构和U型转折等。蛋白质分子多肽链在形成空间构象的时候，经常会出现180°的回折（转折），回折处的结构就称为β-转角结构，一般由四个连续的氨基酸组成。在构成这种结构的四个氨基酸中，第一个氨基酸的羧基和第四个氨基酸的氨基之间形成氢键。甘氨酸和脯氨酸容易出现在这种结构中。在某些蛋白质中也有三个连续氨基酸形成的β-转角结构，第一个氨基酸的羰基氧和第三个氨基酸的亚氨基氢之间形成氢键。Ω环:近年来发现的普遍存在于球状蛋白质中的一种新的二级结构。由于其形状像希腊字母Ω,故称Ω环。第23页/共71页

牛牛文库文档分享第23页/共72页2、蛋白质的三级结构多肽链在二级结构的基础上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步折叠盘绕成特定的球状分子结构，称为蛋白质的三级结构。三级结构蛋白质分子或亚基内的所有原子的空间排列，但不涉及亚基间的关系。它主要靠氢键、离子键、疏水键和范德华力等非共价键维持，但绝大多数蛋白质中二硫键对蛋白质的稳定和三级结构的形成也起到很重要的作用。它由6~16个氨基酸残基组成，而且第一个氨基酸残基的Cα和最后一个残基的Cα间的距离小于1nm.Ω环几乎只出现在蛋白质分子的表面，而且以亲水氨基酸残基为主，它们在分子识别过程中可能起重要作用。第24页/共71页

牛牛文库文档分享第24页/共72页在纤维蛋白分子中，螺旋肽链一般为平行排列，例如角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白的三级结构都是如此。在球状蛋白中，螺旋肽链是盘绕成特有的三级结构，如抹香鲸肌红蛋白的三级结构。α-角蛋白和头发的结构肌红蛋白的三级结构高分辨图示意图第25页/共71页

牛牛文库文档分享第25页/共72页（1）具备三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，都有近似球状或椭球状的外形，而且整个分子排列紧密，内部有时只能容纳几个水分子。（2）大多数疏水性氨基酸侧链都埋藏在分子内部，它们相互作用形成一个致密的疏水核，这对稳定蛋白质的构象有十分重要的作用，而且这些疏水区域常常是蛋白质分子的功能部位或活性中心。（3）大多数亲水性氨基酸侧链都分布在分子的表面，它们与水接触并强烈水化，形成亲水的分子外壳，从而使球蛋白分子可溶于水。3、维持蛋白质构象的作用力：蛋白质的三级结构有以下共同特点：第26页/共71页

牛牛文库文档分享第26页/共72页蛋白质的构象包括从二级结构到四级结构的所有高级结构，其稳定性主要依赖于大量的非共价键，又称次级键，其中包括氢键、离子键、疏水键和范德华力。此外，二硫键也在维持蛋白质空间构象的稳定中起重要作用。主要的次级键有以下几种：氢键：是次级键中发现最早的一种键，对蛋白质构象的维持起重要作用，如α螺旋的形成、β折叠中链与链之间的结合等。氢键是指一个电负性很强的原子共价结合的氢原子与另一个电负性强的原子之间相互吸引形成的键。可表示为:X-H……Y-(如X为N,Y为O)。氢键有两个特征，其一为饱和性，即一个氢供体只能与一个氢受体形成一个氢键；其二是方向性，即氢键的供体和受体在一条直线上最强，角度越大越弱。第27页/共71页

牛牛文库文档分享第27页/共72页氢键的键能比较小，为13~30KJ/mol,是一种弱键，但蛋白质中的氢键很多，所以对蛋白质分子的三维结构起了很大的作用。蛋白质分子中常见的氢键有氨基酸的亚氨基与另一氨基酸的羧基之间形成的氢键，还有侧链之间如酪氨酸的酚羟基与侧链羧基之间形成的氢键。离子键（盐碱、静电键、静电作用）：是带正负电荷的离子或基团因静电吸引而形成的键。蛋白质分子中的离子键主要是一条肽链的侧链羧基与另一条肽链的侧链氨基之间形成的键。一般蛋白质在水中离子键并不起重要作用，但蛋白质往往折叠成亲水面疏水核，离子键在疏水区很稳定，吸引力也很强。第28页/共71页

牛牛文库文档分享第28页/共72页疏水键(疏水作用力):蛋白质分子含有许多非极性侧链和一些极性很小的基团，这些非极性基团避开水相互相聚集在一起而形成的作用力称为疏水键。例如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等氨基酸的侧链基团具有疏水性，在水溶液中就会避开水而聚集在一起，在蛋白质内部形成一个疏水核。由于非极性侧链间的疏水作用，使多肽链折叠、盘绕成近似球状的构象。由此可见，非极性侧链间的疏水作用对三级结构的形成和稳定起着重要作用。范德华力（范德华相互作用、范德华键）：当任何两个原子相距0.3~0.4nm时，都有一种非特异性的吸引力，就称范德华力。范德华力比氢键和离子键弱的多，键能4~8KJ/mol,由于蛋白质分子里有大量的原子，所以范德华力在维持三、四级的结构的作用是不可忽视的。第29页/共71页

牛牛文库文档分享第29页/共72页维持蛋白质构象的作用力（a）盐键；(b)氢键；(c)二硫键；(d)疏水的相互作用4、蛋白质的四级结构:有些蛋白质分子含有多条肽链，每一条肽链都具有各自的三级结构。这些具有独立三级结构的多肽链彼此通过非共价键相互连接而形成的聚合体结构就是蛋白质的四级结构.第30页/共71页

牛牛文库文档分享第30页/共72页具有四级结构的蛋白质中，每一个具有独立的三级结构的多肽链称为该蛋白质的亚单位或亚基。亚基之间通过其表面的次级键连接在一起，形成完整的寡聚蛋白质分子。亚基一般只有一条肽链组成，亚基单独存在时没有活性，具有四级结构的蛋白质当缺少某一个亚基时也不具有生物活性。有些蛋白质的四级结构是均一的，即由相同的亚基组成，而有些则是不均一的，即由不同亚基组成。亚基一般以α、β、γ等命名。亚基的数目一般为偶数,个别为奇数，亚基在蛋白质中的排布一般是对称的，对称性是具有四级结构的蛋白质的重要性质之一。第31页/共71页

牛牛文库文档分享第31页/共72页由两个亚基组成的蛋白质一般称为二聚体蛋白质，由四个亚基组成的蛋白质一般称为四聚体，由多个亚基组成的蛋白质一般称为寡聚体蛋白质或多体蛋白质。但并不是所有的蛋白质都具有四级结构，有些蛋白质只有一条多肽链，如肌红蛋白，这种蛋白称为单体蛋白。维持四级结构的作用力与维持三级结构的力是相同的。血红素第32页/共71页

牛牛文库文档分享第32页/共72页四、蛋白质的性质

（一）两性性质在酸性溶液中，各种碱性基团与H+结合，使蛋白质带正电荷；在碱性溶液中，酸性基团离解出H+，与溶液中的OH-结合成水，使蛋白质带负电荷。当调节溶液的pH值使蛋白质所带的正负电荷相等，成为两性离子，在电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点（pI）。PrNH2COO-PrNH3+COO-PrNH3+COOHH+OH-H+OH-等电点时，蛋白质以两性离子的形式存在，静电荷为零，最不稳定，易沉淀析出，溶解度最小。利用此性质可分离和纯化蛋白质。第33页/共71页

牛牛文库文档分享第33页/共72页各种蛋白质的等电点不同，相对分子质量、颗粒大小、所带电荷也各不相同，在电场中移动的方向和速率也各不相同，因此通常利用电泳法来分析分离蛋白质。

（二）胶体性质

蛋白质是高分子化合物，分子直径一般在1-100nm，达到了胶体的直径范围，因此蛋白质溶液为胶体溶液。具有胶体溶液的性质，如布朗运动，丁达尔现象和电泳现象，不能透过半透膜等。利用蛋白质不能透过半透膜的性质，可用透析法分离纯化蛋白质。

（三）蛋白质的变性天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其空间结构受到破坏，致使其理化性质和生物学活性发生改变，但并不破第34页/共71页

牛牛文库文档分享第34页/共72页坏蛋白质的一级结构，这种现象叫蛋白质的变性，变性后的蛋白质称为变性蛋白质。能使蛋白质变性的因素很多，物理因素有加热、高压、紫外线、超声波、剧烈震荡及各种射线等；化学因素有强酸、强碱、重金属盐、有机溶胶、脲、三氯乙酸、苦味酸、浓乙醇等。变性后的蛋白质溶解度下降，粘度增高，失去原有的生物活性。

（四）蛋白质的颜色反应蛋白质分子中的某些氨基酸或某些特殊结构与某些试剂发生颜色反应，这些颜色反应常用于蛋白质的定性或定量测定。第35页/共71页

牛牛文库文档分享第35页/共72页12684726511058954011026405865728495124SHSHSHSHSHSHSHSH加8mol/L尿素，β-巯基乙胺透析除8mol/L尿素，β-巯基乙胺天然核糖核酸酶变性核糖核酸酶第36页/共71页

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1、双缩脲反应在碱性条件下，蛋白质溶液与硫酸铜反应生成紫红色化合物，这是肽键的特征反应。此反应可用于蛋白质的定性或定量测定。

2、茚三酮反应蛋白质能与水合茚三酮反应，生成蓝紫色物质。

（五）蛋白质的酶促反应

蛋白质在稀酸、稀碱和酶的作用下都可以水解为α-氨基酸。蛋白质在酶的作用下，分子中的肽键断裂，最后生成α-氨基酸的过程称为蛋白质的酶促降解。根据蛋白质水解酶的作用方式不同，蛋白质水解酶可分为蛋白酶和肽酶两类。第37页/共71页

牛牛文库文档分享第37页/共72页1、蛋白酶蛋白酶又叫肽链内切酶，只催化水解多肽链内部的肽键。如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶等。2、肽酶肽酶又叫肽链端切酶，能够从多肽链的一端水解肽键，每次水解生成一个氨基酸或一个二肽。根据酶作用的专一性不同，肽酶可分为羧肽酶、氨肽酶和二肽酶。（1）羧肽酶羧肽酶只能从多肽链的游离羧基末端，水解肽键生成氨基酸和二肽。（2）氨肽酶氨肽酶只能从多肽链的游离氨基末端，水解肽键生成氨基酸和二肽。（3）二肽酶二肽酶只能将二肽水解成氨基酸。第38页/共71页

牛牛文库文档分享第38页/共72页在蛋白质的降解过程中，各种蛋白质水解酶协同作用，最终将蛋白质水解成氨基酸。蛋白质多肽氨基酸二肽氨基酸蛋白酶肽酶二肽酶第二节氨基酸的分解代谢氨基酸分子中都含有氨基和羧基，因此各种氨基酸都有共同的代谢途径。但由于氨基酸的侧链基团不同，个别氨基酸还有特殊的代谢途径。我们主要介绍氨基酸的共同代谢途径。氨基酸的共同代谢途径主要包括脱氨基作用和脱羧基作用。第39页/共71页

牛牛文库文档分享第39页/共72页CRHNH2COOHCORCOOHRCH2NH2+NH3+CO2脱氨基作用脱羧基作用一、脱氨基作用氨基酸在酶的作用下脱去氨基的过程称为脱氨基作用，主要方式有氧化脱氨基作用、转氨基作用和联合脱氨基作用。

（一）氧化脱氨基作用

α-氨基酸在酶的催化下氧化生成α-酮酸，同时消耗O2并产生NH3的过程，称为氧化脱氨基作用。反应通式表示如下。第40页/共71页

牛牛文库文档分享第40页/共72页CH2RNH2COOH+O2+2NH3C2ROCOOHα-氨基酸α-酮酸催化氨基酸氧化脱氨基作用最主要的酶是L-谷氨酸脱氢酶，此酶的辅酶为NAD+或NADP+。该酶催化L-谷氨酸，生成α-酮戊二酸和氨。COOHCHNH2(CH2)2COOHL-谷氨酸+NAD+(NADP+)+H2OCOOHC(CH2)2COOHα-酮戊二酸OL-谷氨酸脱氢酶+NADH+H++NH3(NADPH+H+)

L-谷氨酸脱氢酶在动植物及微生物体内普遍存在，而且活性很高。上述反应是可逆的，在有NH3、α-酮戊二酸及还原性辅酶Ⅰ或还原性辅酶Ⅱ存在时，L-谷氨酸脱氢酶主要催化L-谷氨酸的合成。第41页/共71页

牛牛文库文档分享第41页/共72页当L-谷氨酸氧化脱下的NH3在体内被迅速处理后，反应趋向于脱氨基作用，尤其是L-谷氨酸脱氢酶与转氨酶联合作用时，几乎所有的氨基酸都可以脱去氨基，因此，L-谷氨酸脱氢酶在氨基酸代谢中占有重要的地位。

（二）转氨基作用在转氨酶的催化下，一种α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸上，从而形成相应的α-酮酸和α-氨基酸的过程称为转氨基作用，又叫氨基转移作用。通式如下。COOHCR2OCOOHCHNH2R2COOHCR1O转氨酶++COOHCHNH2R1α-氨基酸α-酮酸α-酮酸α-氨基酸第42页/共71页

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催化氨基转移的酶叫转氨酶，它的辅酶是磷酸吡哆醛。转氨酶不但种类很多，而且广泛分布于动、植物及微生物体内。因此氨基酸转氨基作用在生物体内极为普遍，是氨基酸代谢的重要方式。实验证明，除赖氨酸、苏氨酸外，其余α-氨基酸都可以参加转氨基作用，并各有特异的转氨酶。其中最重要的是谷丙转氨酶（GTP）和谷草转氨酶（GOT），前者催化谷氨酸与丙酮酸之间的转氨基作用，后者催化谷氨酸与草酰乙酸之间的转氨基作用。COOHCHNH2(CH2)2COOH谷氨酸COOHCCH3O丙酮酸COOHC(CH2)2COOHα-酮戊二酸OCOOHCHNH2CH3丙氨酸+谷丙转氨酶+第43页/共71页

牛牛文库文档分享第43页/共72页COOHCHNH2(CH2)2COOH谷氨酸COOHCCH2COOH草酰乙酸OCOOHC(CH2)2COOHα-酮戊二酸OCOOHCHNH2CH2COOH天冬氨酸+谷草转氨酶转氨基作用是可逆的，它使α-酮酸与α-氨基酸在生物体内互相转化。因此转氨基作用既是氨基酸分解代谢的过程，也是氨基酸合成代谢的重要过程。生物体内糖代谢产生的丙酮酸、草酰乙酸和α-酮戊二酸可分别转变为丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。同样由蛋白质分解代谢所产生的丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸也可分别转变为丙酮酸、草酰乙酸和α-酮戊二酸，它们可以进入三羧酸循环被氧化分解，或经糖异生作用转变为糖。因此，转氨基作用沟通了糖与蛋白质的代谢。第44页/共71页

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（三）联合脱氨基作用

联合脱氨基作用是指转氨基作用和氧化脱氨基作用相互配合所进行的脱氨基过程。其过程是氨基酸先与α-酮戊二酸进行转氨基作用，生成相应的α-酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶的催化下，脱去氨基又生成α-酮戊二酸，并放出氨气。整个脱氨基过程由转氨基作用和氧化脱氨基作用联合完成。COOHCHNH2Rα-氨基酸COOHC(CH2)2COOHα-酮戊二酸OCOOHCROα-酮酸COOHCHNH2(CH2)2COOH谷氨酸+转氨酶+COOHCHNH2(CH2)2COOHL-谷氨酸+NAD+(NADP+)+H2OCOOHC(CH2)2COOHα-酮戊二酸OL-谷氨酸脱氢酶+NADH+H++NH3(NADPH+H+)第45页/共71页

牛牛文库文档分享第45页/共72页二、脱羧基作用

（一）直接脱羧基：氨基酸在氨基酸脱羧酶的催化下脱去羧基，生成CO2和相应胺的过程，称为脱羧基作用。NH2CHRCOOHα-氨基酸RCH2NH2+CO2胺脱羧酶

氨基酸脱羧酶的专一性很高，一般是一种氨基酸脱羧酶只对一种氨基酸起催化作用。氨基酸脱羧酶除组氨酸脱羧酶不需要辅酶外，其它氨基酸脱羧酶均需磷酸吡哆醛为辅酶。例如谷氨酸脱羧酶催化的反应：

谷氨酸γ-氨基丁酸第46页/共71页

牛牛文库文档分享第46页/共72页γ-氨基丁酸在植物组织中广泛分布，经一系列反应可转化为琥珀酸进入三羧酸循环。γ-氨基丁酸琥珀酸半醛琥珀酸有些氨基酸脱羧后形成的胺类化合物，是组成某些维生素或激素的成分。如天冬氨酸脱羧后生成β-丙氨酸，它是B族维生素泛酸的组成成分。又如，色氨酸脱氨脱羧后的产物可转变成植物生长激素（吲哚乙酸）。丝氨酸脱羧后生成乙醇胺，乙醇胺甲基化后生成胆碱，而乙醇胺和胆碱分别是合成脑磷脂和卵磷脂的成分。第47页/共71页

牛牛文库文档分享第47页/共72页丝氨酸脱羧后生成乙醇胺，乙醇胺甲基化后生成胆碱，而乙醇胺和胆碱分别是合成脑磷脂和卵磷脂的成分。丝氨酸乙醇胺胆碱+3（-CH3）第48页/共71页

牛牛文库文档分享第48页/共72页（二）羟化脱羧基有些氨基酸可先被羟基化，然后脱去羧基。例如，酪氨酸在酪氨酸酶催化下被羟化生成3,4-二羟苯丙氨酸（简称多巴），后者脱去羧基生成3,4-二羟苯乙胺（简称多巴胺）。多巴进一步氧化可形成聚合物黑素。马铃薯、梨等切开后变黑就是因为黑素形成的结果。在动物体内，由多巴和多巴胺可生成去甲肾上腺素和肾上腺素等。在植物体内，由多巴和多巴胺可形成生物碱。第49页/共71页

牛牛文库文档分享第49页/共72页三、氨基酸分解产物的代谢氨基酸经脱氨和脱羧作用产生的α-酮酸、胺类化合物、NH3

和CO2，需要进一步代谢构成其它细胞成分或排出体外。（一）尿素的形成和尿素循环：高等动植物均具有保留和重新利用氨的能力。氨在植物中有比较明显的储藏作用。氨可与草酰乙酸或天冬氨酸形成天冬酰胺，当需要的时候，天冬酰胺分子内的氨基又可以通过天冬酰胺酶的作用分解出来，再去合成氨基酸。另外，脱下的氨也可以和α-酮酸形成其它的氨基酸，或者与植物中大量存在的有机酸形成有机酸盐。第50页/共71页

牛牛文库文档分享第50页/共72页在动物体内，氨基酸脱氨降解产生的氨主要是作为废物排出体外。各种动物排氨的方式不同。水生动物体内外水分供应充足，所以氨可以直接随水排出体外；而人类和其它哺乳动物则是通过尿素循环将氨转化为尿素排出体外。尿素的生成需要多种酶的催化作用。反应过程包括鸟氨酸、瓜氨酸、精氨琥珀酸、精氨酸等四种中间产物，所以尿素循环也称为鸟氨酸循环。整个过程循环进行，循环包括以下几步反应：1．氨甲酰磷酸的合成：在线粒体中，由氨甲酰磷酸合成酶催化合成氨甲酰磷酸，反应是不可逆的。其中CO2是糖代谢的产物，反应消耗2分子ATP。氨甲酰磷酸合成酶第51页/共71页

牛牛文库文档分享第51页/共72页2、瓜氨酸合成:氨甲酰磷酸和鸟氨酸生成瓜氨酸，反应由鸟氨酸氨甲酰转移酶催化。氨甲酰磷酸的氨甲酰基经酶催化转移给鸟氨酸形成瓜氨酸。3、精氨琥珀酸合成：瓜氨酸通过精氨琥珀酸合成酶的催化与天冬氨酸结合生成精氨琥珀酸。天冬氨酸在此作为氨基的供体，反应需要Mg2+的存在。第52页/共71页

牛牛文库文档分享第52页/共72页4、精氨琥珀酸的裂解：精氨琥珀酸通过精氨琥珀酸分解酶的作用，分解为精氨酸和延胡索酸（反丁烯二酸），延胡索酸可进入三羧酸循环进一步降解。精氨琥珀酸合成酶第53页/共71页

牛牛文库文档分享第53页/共72页5、尿素形成：精氨酸在精氨酸酶的作用下分解为尿素和鸟氨酸。+H2O第54页/共71页

牛牛文库文档分享第54页/共72页第55页/共71页

牛牛文库文档分享第55页/共72页在整个尿素循环中，第1、2步反应的酶是在线粒体中完成的，这样有利于将NH3

严格限制在线粒体中，防止氨对机体的毒害作用。其它几步反应在细胞质中进行，并通过精氨琥珀酸裂解产生延胡索酸，延胡索酸可进一步氧化为草酰乙酸进入三羧酸循环，也可经转氨基作用重新形成天冬氨酸进入尿素循环，从而把尿素循环和三羧酸循环密切联系在一起。（二）酰胺的形成氨基酸脱氨基作用产生的NH3，除形成含氮物，如尿素、尿酸等排出体外，还可以以酰胺的形式储存于体内。第56页/共71页

牛牛文库文档分享第56页/共72页动物体内主要是由谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸与NH3合成谷氨酰胺，反应消耗ATP。植物体内主要是由天冬酰胺合成酶催化天冬氨酸和氨合成天冬酰胺，这是植物体储存NH3的重要形式。当机体需要时，天冬酰胺可在天冬酰胺酶的催化下水解放出NH3，供合成氨基酸之用。第57页/共71页

牛牛文库文档分享第57页/共72页谷氨酰胺和天冬酰胺不仅是合成蛋白质的原料，而且也是生物体解除NH3的重要方式。（三）α-酮酸的代谢转变α-氨基酸脱氨后生成的α-酮酸可以再合成氨基酸、可以转变为糖和脂肪，也可以氧化成CO2和H2O，并放出能量供体内需要。1、再合成氨基酸：体内氨基酸的脱氨作用与α-酮酸的还原氨基化作用可以看作一对可逆反应，并处于动态平衡中。第58页/共71页

牛牛文库文档分享第58页/共72页当体内氨基酸过剩时，脱氨作用相应的加强，相反，在需要氨基酸时，氨基化作用又会加强，从而合成某些氨基酸。糖代谢的中间产物α-酮戊二酸与氨的作用产生谷氨酸就是还原氨基化过程，也就是谷氨酸氧化脱氨基的逆反应。该反应由L-谷氨酸脱氢酶催化，以还原辅酶为氢供体，动物的还原辅酶为HADH+H+或NADPH+H+，而植物体为NADPH+H+。α-酮戊二酸谷氨酸第59页/共71页

牛牛文库文档分享第59页/共72页上述反应是多数有机体直接利用有机体合成谷氨酸的主要途径，而且由于谷氨酸的氨基可以转到任何一种α-酮酸上，从而形成各种相应的氨基酸，所以上述反应在其它所有氨基酸的合成中都有重要意义。2、转化成糖和脂肪：当体内不需要将α-酮酸再合成氨基酸，并且体内能量供应极充足时，α-酮酸可以转变为糖和脂肪。在体内可以转变为糖的氨基酸称为生糖氨基酸，按糖代谢途径进行代谢；能转变为酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，按脂肪酸代谢途径进行代谢；二者兼有的称为生糖兼生酮氨基酸，部分按糖代谢，部分按脂肪代谢途径进行。第60页/共71页

牛牛文库文档分享第60页/共72页一般来说，生糖氨基酸的分解之间产物大多是糖代谢过程中的丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA，或者与这几种物质有关的化合物。生酮氨基酸的代谢产物为乙酰辅酶A或乙酰乙酸。见表氨基酸与糖和脂肪的共同中间代谢产物。3、氧化成CO2和H2O:脊椎动物体内氨基酸分解代谢过程中，20种氨基酸有着各自的酶系催化氧化α-酮酸。各种氨基酸可分别形成乙酰CoA、延胡索酸、琥珀酰CoA、α-酮戊二酸、草酰乙酸5种中间产物，进入三梭酸循环进一步分解生成CO2，脱出的氢通过呼吸链生成水，释放能量用以合成ATP。见氨基酸分解代谢简图。第61页/共71页

牛牛文库文档分享第61页/共72页氨基酸的名称共同中间代谢产物生糖或生酮氨基酸天冬氨酸草酰乙酸生糖天冬酰胺草酰乙酸生糖丝氨酸丙酮酸生糖甘氨酸丙酮酸生糖苏氨酸丙酮酸、琥珀酰CoA生糖丙氨酸丙酮酸生糖半胱、胱氨酸丙酮酸生糖谷氨酸α-酮戊二酸生糖谷氨酰胺α-酮戊二酸生糖组氨酸α-酮戊二酸生糖精氨酸α-酮戊二酸生糖脯氨酸α-酮戊二酸生糖缬氨酸琥珀酰CoA生糖甲硫氨酸琥珀酰CoA生糖亮氨酸乙酰乙酸、乙酰CoA生酮赖氨酸乙酰乙酰CoA生酮异亮氨酸琥珀酰CoA、乙酰CoA生糖兼生酮酪氨酸乙酰乙酸、延胡索酸生糖兼生酮苯丙氨酸乙酰乙酸、延胡索酸生糖兼生酮色氨酸乙酰乙酰CoA、丙酮酸生糖兼生酮氨基酸与糖和脂肪的共同中间代谢产物第62页/共71页

牛牛文库文档分享第62页/共72页草酰乙酸柠檬酸延胡索酸异柠檬酸琥珀酸CoAα-酮戊二酸乙酰CoA丙酮酸丙氨酸，丝氨酸，半胱氨酸，甘氨酸，苏氨酸色氨酸草酰乙酸亮氨酸赖氨酸苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸亮氨酸苏氨酸色氨酸精氨酸谷氨酰胺谷氨酸脯氨酸组氨酸天冬氨酸精氨酸天冬氨酸苯丙氨酸酪氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸CO2葡萄糖CO2CO2柠檬酸循环氨基酸分解代谢简图第63页/共71页

牛牛文库文档分享第63页/共72页第三节氨基酸的合成代谢氨基酸是蛋白质的基本组成单位，不同生物用于合成蛋白质的氮源不同。自然界能直接利用大气中的N2作为氮源的生物不多，仅有与豆科植物共生的根瘤菌和少数细菌能合成固氮酶，可将大气中的N2还原为NH3，进而合成氨基酸和蛋白质。植物和绝大多数微生物可以将硝酸盐和亚硝酸盐还原为NH3。而动物只能通过降解动植物蛋白来作为合成蛋白质的氮源。不同生物合成氨基酸的能力有所不同，动物不能合成全部20种氨基酸，如人和小白鼠只能合成10种氨基酸，其余10种自身无法合成，必须由食物供给，必须由食物供给的氨基酸称为必需氨基酸，自身能合成的氨基酸称为非必需氨基酸。第64页/共71页

牛牛文库文档分享第64页/共72页葡萄糖葡糖-6-磷酸甘油-3-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸赤藓糖-2-磷酸莽草酸分支酸预苯酸酪氨酸核糖-5-磷酸组氨醛组氨酸丝氨酸-3-磷酸丝氨酸甘氨酸O-乙酰丝氨酸半胱氨酸α-乙酰乳酸α-酮戊二酸亮氨酸缬氨酸丙酮酸乙酰Co