第 八 章 蛋 白 质 的 酶 促 降 解 和 氨 基 酸 代 谢 第 一 节 蛋 白 质 的 酶 促 降 解 第 二 节 氨 基 酸 的 分 解 与 转 化 第 三 节 氨 及 氨 基 酸 的 生 物 合 成 本 章 重 点 难 点 : 1 氨 基 酸 的 脱 氨 基 作 用 方 式 及 作 用 机 制 2 α 酮 酸 的 代 谢 方 式 3 体 内 氨 的 来 源 和 氨 的 转 运 4 一 碳 单 位 的 概 念 构 成 及 其 与 四 氢 叶 酸 的 关 系 ; 思 考 题 : 1 生 物 体 细 胞 合 成 氨 基 酸 主 要 通 过 什 么 途 径? 2 物 体 内 氨 基 酸 脱 氨 作 用 的 主 要 方 式 是 什 么? 有 何 意 义? 3 蛋 白 质 分 解 代 谢 的 最 终 产 物 是 什 么? 4 什 么 是 鸟 氨 酸 循 环? 5 氨 基 酸 脱 氨 基 以 后 产 生 的 α- 酮 酸 有 哪 些 代 谢 途 径?

第 一 节 蛋 白 质 的 酶 促 降 解 一 降 解 过 程 蛋 白 质 眎 胨 肽 氨 基 酸 二 降 解 酶 国 际 生 化 协 会 命 名 委 员 会 将 作 用 于 蛋 白 质 分 子 中 肽 键 的 酶 归 属 于 第 三 大 类 ( 水 解 酶 类 ) 第 四 亚 类, 该 亚 类 又 分 二 个 亚 亚 类, 即 蛋 白 酶 和 肽 酶 ( 一 ) 蛋 白 酶 ( 肽 链 内 切 酶 ) 水 解 肽 链 内 部 的 肽 键 胃 蛋 白 酶 胰 蛋 白 酶 胰 凝 蛋 白 酶 枯 草 杆 菌 蛋 白 酶 弹 性 蛋 白 酶 木 瓜 蛋 白 酶 菠 萝 蛋 白 酶 ( 二 ) 肽 酶 ( 肽 链 外 切 酶 ) 分 别 从 多 肽 链 游 离 的 羧 基 端 或 游 离 的 氨 基 端 逐 一 地 将 肽 链 水 解 成 氨 基 酸 ( 羧 肽 酶 或 氨 肽 酶 ) 1 羧 肽 酶 : 又 分 为 A B 两 种 : 羧 肽 酶 A: 水 解 中 性 氨 基 酸 为 羧 基 末 端 构 成 的 肽 键 羧 肽 酸 B: 水 解 由 赖 氨 酸 精 氨 酸 等 碱 性 氨 基 酸 为 羧 基 末 端 构 成 的 肽 键 2 氨 肽 酶 : 水 解 氨 基 末 端 的 肽 键 3 二 肽 酶 : 水 解 二 肽 氨 基 酸 氨 肽 酶 胃 蛋 白 酶 胰 凝 乳 蛋 白 酶 胰 蛋 白 酶 H2N CH C HN CH C NH CH C NH CH NH C R1 R2 CH2 (CH2)3 羧 肽 酶 NH CH C NH CH CH 或 Tyr CH2 NH 2或 Ayr R3 注 : 胃 蛋 白 酶 : 芳 香 族 aa-nh 2 形 成 的 肽 键 胰 蛋 白 酶 :Lys 或 Arg-CH 形 成 的 肽 键 ( 碱 性, 高 度 专 一 );Pro 抑 制 水 解 胰 凝 乳 蛋 白 酶 : 芳 香 族 aa-ch 形 成 的 肽 键, Leu Met His 水 解 速 度 次 之 Pro 抑 制 水 解 嗜 盐 菌 蛋 白 酶 : 疏 水 性 强 的 残 基 (Leu Ile Phe Trp Val Tyr Met);Pro 或 Gly 不 水 解 2

溴 化 氰 :Met( 高 度 专 一 ) 三 蛋 白 质 降 解 的 意 义 1 形 成 新 组 织 2 参 加 其 它 代 谢 第 二 节 氨 基 酸 的 分 解 与 转 化 氨 基 酸 在 细 胞 内 的 代 谢 途 径 有 多 种 : 1 经 生 物 合 成 形 成 蛋 白 质 2 进 行 分 解 代 谢 : ⑴ 因 为 氨 基 酸 分 子 都 有 α- 氨 基 和 羧 基, 因 此 各 种 氨 基 酸 都 具 有 共 同 的 代 谢 途 径 : A. 脱 氨 基 形 成 α- 酮 酸 b. 脱 羧 基 一 级 胺 氧 化 C 2 H 2 ATP 糖 和 脂 肪 ⑵ 由 于 氨 基 酸 侧 链 不 同, 因 此 每 种 氨 基 酸 还 有 其 特 殊 的 代 谢 途 径 一 脱 氨 基 作 用 1 氧 化 脱 氨 基 作 用 ( 普 遍 存 在 于 动 植 物 ) 在 有 氧 作 用 下, 氨 基 酸 进 行 氧 化 脱 氨 作 用, 产 物 是 α- 酮 酸 和 氨 ( 每 消 耗 1 分 子 氧, 产 生 2 分 子 α- 酮 酸 和 2 分 子 氨 ) 催 化 氧 化 脱 氨 基 的 酶 : (1)L- 氨 基 酸 氧 化 酶 (2)D- 氨 基 酸 氧 化 酶 (3)L- 脱 氢 酶 ( 催 化 氨 基 酸 氧 化 脱 氨 的 主 要 酶 系 ) CH CH CH CHNH2-2H C=NH2 H2 C= NH3 R R R 脱 氢 酶 在 动 植 物 体 内 分 布 广 泛, 且 活 性 及 专 一 性 很 强, 只 对 L-a 起 催 化 作 用 H2 2 转 氨 作 用 Glu 脱 氢 酶 NAD NADHH 酮 戊 二 酸 NH 3 3

α-aa 和 酮 酸 之 间 氨 基 的 转 移 作 用, 是 氨 基 酸 脱 去 氨 基 的 一 种 重 要 形 式 催 化 转 氨 基 作 用 的 酶 叫 转 氨 酶 或 氨 基 转 移 酶, 种 类 繁 多 分 布 广 泛 辅 酶 均 为 磷 酸 吡 哆 醛 (B 6 的 磷 醛 酯 ) 氨 基 酸 酮 酸 酮 酸 转 氨 酶 氨 基 酸 如 在 谷 草 转 氨 酶 的 催 化 下 : L 草 酰 乙 酸 酮 戊 二 酸 天 冬 氨 酸 在 谷 丙 转 氨 酶 催 化 下 : L 丙 酮 酸 酮 戊 二 酸 丙 氨 酸 3 联 合 脱 氨 基 作 用 转 氨 氧 化 脱 氨 氨 基 酸 酮 戊 二 酸 ( P) H NH 3 NAPD H 转 氨 酶 酮 酸 L L 脱 氢 酶 NAD ( NADP ) 一 般 氨 基 酸 不 直 接 氧 化 脱 氨, 而 是 先 与 α- 酮 戊 二 酸 通 过 转 氨 形 成 相 应 的 a- 酮 酸 和, 再 氧 化 脱 氨 可 通 过 二 种 方 式 氧 化 脱 氨 : 1 转 氨 酶 脱 氢 酶 联 合 脱 氨 基 作 用 2 转 氨 酶 嘌 呤 核 苷 酸 循 环 联 合 脱 氨 基 作 用 4 非 氧 化 脱 氨 主 要 在 微 生 物 中 进 行 1 还 原 脱 氨 基 R-CH-CH 氢 化 酶 R-CH2-CHNH3 2H NH2 脂 肪 酸 NH2 4

2 脱 水 脱 氨 基 Ser Thr 辅 酶 为 磷 酸 吡 哆 醛 3 裂 解 脱 氨 基 a 脱 水 酶 Ser Pyr NH 3 Phe H2 Phe 解 氨 酶 CH2 CH CH NH2 反 肉 桂 酸 NH3 CH=CH-CH NH3 b 5 脱 酰 胺 基 作 用 Tyr Phe 解 氨 酶 反 式 香 豆 酸 NH 3 谷 氨 酰 胺 酶 谷 氨 酰 胺 酶 H2 NH3 天 冬 酰 胺 酶 天 冬 酰 胺 天 冬 氨 酸 H2 NH3 二 脱 羧 基 作 用 1 直 接 脱 羧 基 作 用 氨 基 酸 在 脱 羧 酶 作 用 下, 进 行 脱 羧 反 应 生 成 胺 类 化 合 物, 辅 酶 为 磷 酸 吡 哆 醛 广 泛 存 在 于 动 植 微 生 物 中 脱 羧 酶 R CH CH R CH2 NH2 C2 NH2 胺 Lys 尸 胺 C 2 Arg 腐 胺 C2 Ser 乙 醇 胺 C2 2 羟 化 脱 羧 基 作 用 Tyr 在 Tyr 酶 催 化 下 发 生 羟 化 作 用 生 成 3,4- 二 羟 苯 丙 氨 酸 ( 多 巴 ), 后 者 进 一 步 脱 羧 生 成 3,4- 二 羟 苯 乙 胺 ( 多 巴 胺 ) 酪 氨 酸 [ ] 多 巴 C2 多 巴 脱 羧 酶 多 巴 胺 生 物 碱 5

H CH2 CH CH H CH2 CH CH H CH2 CH2NH2 NH2 H NH2 多 巴 进 一 步 氧 化 后 形 成 聚 合 物 黑 素 马 铃 薯 苹 果 梨 切 开 长 时 间 暴 露 空 气 变 黑, 形 成 黑 素 人 皮 肤 毛 发 呈 黑 色, 有 黑 素 三 氨 基 酸 分 解 产 物 的 去 向 ( 一 )NH 3 的 去 路 1 重 新 形 成 氨 基 酸 2 形 成 酰 胺 ( 消 除 NH 3 毒 害, 贮 存 NH 3 ) 生 成 Gln 和 Asn, 是 贮 藏 和 运 输 氨 的 主 要 形 式, 也 是 解 除 氨 毒 害 的 一 条 主 要 途 径 3 生 成 铵 盐, 保 持 细 胞 ph 4 尿 素 的 生 成 和 鸟 氨 酸 循 环 NH3 C2 ATP 氨 甲 酰 磷 酸 Pi rn Cit ASP Arg 延 胡 索 酸 尿 素 在 哺 乳 动 物 体 内, 尿 素 随 尿 排 出 体 外 在 部 分 植 物 体 内 尿 素 的 形 成 既 能 解 除 氨 毒, 又 是 氨 的 一 种 贮 存 形 式 ( 二 )α- 酮 的 代 谢 去 路 1 形 成 新 的 氨 基 酸 2 形 成 其 它 物 质 ( 糖 和 脂 肪 ) 3 参 加 TCA 循 环, 产 生 能 量 氨 基 酸 的 分 解 与 转 化 简 图 氨 基 酸 氨 基 化 脱 氨 NH3 酮 酸 新 aa 酰 胺 铵 盐 尿 素 糖 脂 肪 C 2 H 2 AT P 6

第 三 节 氨 基 酸 的 生 物 合 成 合 成 原 料 :NH 3 H 2 S C 架 一 氨 的 来 源 生 物 固 氮 N - 3 -N 还 原 含 N 有 机 物 分 解 ( 一 ) 生 物 固 氮 1 固 氮 微 生 物 把 N 2 NH 3 的 过 程 固 氮 反 应 固 氮 酶 N 2 16ATP 8e 10H 2NH H 2 16ADP Pi 铁 蛋 白 : 电 子 供 体 与 钼 铁 蛋 白 之 间 的 电 子 传 递 体 能 固 氮 酶 提 供 高 还 原 能 力 的 电 子 钼 铁 蛋 白 : 利 用 铁 蛋 白 传 来 的 电 子 还 原 N 2 或 其 它 底 物 形 成 NH 3 等 还 原 物 固 氮 条 件 :1 还 原 剂 : 铁 氧 还 蛋 白 (Fd) 黄 素 氧 还 蛋 白 (Fld) NADPH Na 2 S 2 4 2ATP 3 厌 氧 条 件 4 AH2 2H Fd ATP 铁 蛋 白 钼 铁 蛋 白 N2 H 2 固 氮 过 程 中 的 氢 代 谢 ( 氢 代 谢 有 益 于 生 物 固 氮 ) 固 氮 生 物 种 催 化 氢 代 谢 的 酶 : 固 氮 酶 可 逆 性 氢 酶 和 单 向 性 氢 酶 ( 吸 氢 酶 ) 1 固 氮 酶 : 能 催 化 还 原 H 生 成 H 2 ( 当 有 N 2 时,H 和 N 2 的 还 原 同 时 进 行 所 以 H 是 N 2 的 竞 争 性 抑 制 剂 ) 不 受 Co 抑 制, 需 ATP 2 可 逆 性 氢 酶 : 催 化 可 逆 放 氢 反 应 2H 2e - 证 细 胞 正 常 生 理 活 动 不 需 ATP, 受 Co 抑 制 3 单 向 性 氢 酶 : 催 化 H 需 ATP,KCN 抑 制 2 H 2 [] 意 义 : 有 益 于 生 物 固 氮 1 H 2 氧 化 生 成 ATP, 用 于 固 氮 H 2, 一 般 生 理 条 件 下 放 H 2, 除 去 过 剩 还 原 力, 保 2 吸 氢 酶 催 化 的 羟 化 反 应 消 耗 大 量 2, 从 而 保 护 固 氮 酶 系 统 免 受 2 的 破 坏 3 吸 氢 酶 防 止 H 2 的 积 累, 避 免 H 2 对 固 氮 酶 的 抑 制 4 H 2 的 利 用 可 间 接 产 生 还 原 力 NH3 7

( 二 )N - 3-N 还 原 植 物 吸 收 土 壤 中 的 N - 3 在 硝 酸 还 原 酶 和 亚 硝 酸 还 原 酶 的 作 用 形 成 氨 2e - 6e - N3 N2 NH4 硝 酸 还 原 酶 硝 酸 还 原 酶 1 硝 酸 还 原 酶 诱 导 酶, 环 境 中 须 有 N - 3, 需 光 照 条 件 根 据 反 应 中 电 子 供 体 不 同 又 分 为 : 1 铁 氧 还 蛋 白 - 硝 酸 还 原 酶 N3 2 Fd 2H N2 2Fd H 2 还 原 态 2NAD(P)H 硝 酸 还 原 酶 氧 化 态 ( P) H H N NAD( P) H N NAD 2 3 2 2 亚 硝 酸 还 原 酶 正 常 情 况 下,N - 3 在 植 物 细 胞 内 很 少 积 累, 很 快 在 亚 硝 酸 还 原 酶 催 化 下, 进 一 步 还 原 成 氨 N - 2 7H 6e - NH 3 2H 2 电 子 供 体 :Fd NAD(P)H( 使 氧 化 态 铁 氧 还 蛋 白 转 变 成 还 原 态 ) 二 硫 酸 的 还 原 2- 细 胞 藻 类 高 等 植 物 能 吸 收 S 4 在 体 内 还 原 成 H 2 S, 用 于 含 硫 氨 基 酸 的 合 成 分 两 步 : ( 一 ) 活 化 2 S 4 ATP APS PPi ATP 硫 酸 化 酶 腺 苷 酰 硫 酸 APS PAPS APS 激 酶 ATP ADP 3' 磷 酸 腺 苷 酰 硫 酸 H S P CH2 H A APS APS PAPS 为 硫 酸 根 的 活 化 态 H =P-H PAPS H 8

( 二 ) 还 原 APS 或 PAPS 将 磺 酰 基 转 给 载 体 或 载 体 载 体 然 后 还 原 S H A P S 载 体 S S H A M P ( PAPS ) 6 F D 还 6 F D氧 载 体 -H 2 S 载 体 APS 载 体 S S AMP H 三 C 架 的 来 源 来 源 于 糖 酵 解 三 羧 酸 循 环 PPP 途 径 光 吸 收 等 途 径 代 谢 中 间 产 物 四 氨 基 酸 的 合 成 ( 一 ) 氨 的 同 化 1 合 成 途 径 所 有 生 物 都 是 主 要 通 过 谷 氨 酰 胺 合 成 酶 和 脱 氢 酶 催 化 形 成 和 谷 氨 酰 胺 的 方 式 同 化 氨 H 3NADH H 2 3NAD H 2 S S 2H 2 H 2S 乙 酰 Ser Cys Met S 乙 酸 载 体 载 体 S S 2H (NADPHH ) 9

(1) NH 3 谷 氨 酰 胺 合 成 酶 谷 氨 酰 胺 ATP ADP 谷 氨 酰 胺 酮 戊 二 酸 合 酶 2 NADPHH NADP 酮 戊 二 酸 NH 3 脱 氢 酶 H 2 NADPHH NADP (2) 非 主 要 途 径 现 有 试 验 证 明, 的 合 成, 主 要 通 过 谷 氨 酰 胺 合 成 酶 和 合 酶, 这 条 双 酶 途 径 催 化 的 2 氨 甲 酰 磷 酸 的 形 成 有 二 种 酶 能 催 化 NH 3 C 2 ATP 共 同 合 成 氨 甲 酰 磷 酸 1 氨 甲 酰 激 酶 2 氨 甲 酰 磷 酸 合 成 酶 2 Mg NH3C 2ATP H2N- C-P 3H2ADP 2 Mg NH3C 2ATP H2N- C-P 3H22ADPPi ( 二 ) 转 氨 基 作 用 与 氨 基 酸 的 合 成 在 转 氨 酶 的 作 用 下, 的 氨 基 转 给 其 它 α- 酮 酸, 形 成 相 应 的 氨 基 酸 为 氨 基 的 转 换 站 谷 丙 转 氨 酶 丙 氨 酸 转 氨 酶 催 化 可 逆 反 应, 即 在 氨 基 酸 分 解 代 谢 起 作 用, 也 在 氨 基 酸 合 成 代 谢 中 起 作 用 ( 三 ) 个 别 氨 基 酸 的 合 成 1 族 (Glu Gln Pro Arg) c 架 :α- 戊 酮 二 酸 (TCA 循 环 ) 10

α- 戊 酮 二 酸 谷 氨 酰 胺 脯 氨 酸 精 氨 酸 前 面 已 讨 论 过 Glu 和 Gln 的 合 成 Glu Pro 的 过 程 如 下 CH CH CH2 CH2 CHNH2 CH CH2 2H CH2 ATP ADPPi CHNH2 CH 半 醛 H2 H2C CH2 2H HC CHCH N - 二 氢 吡 咯 -5- 羧 酸 H2C H2C Pro N H CH2 CHC Glu Arg 的 过 程 2 丝 氨 酸 族 (Ser Gly Gys) C 架 :3- 磷 酸 甘 油 酸 (EMP 及 光 合 碳 循 环 ) 乙 醛 酸 ( 光 呼 吸 乙 醇 途 径 ) 3- 磷 酸 甘 油 酸 丝 氨 酸 乙 醛 酸 甘 氨 酸 半 胱 氨 酸 3-PGA 2H Pi 3 磷 酸 羟 基 丙 酮 酸 甘 油 酸 3 2H 磷 酸 丝 氨 酸 羟 基 丙 酮 酸 Pi NH2 Ser 2 乙 醛 酸 -NH2 2Gly C 2 Ser NH3 乙 酰 化 H2S Cys 11

3 天 冬 氨 酸 族 (Asp Asn Lys Ile Thr Met) C 架 : 草 酰 乙 酸 (TCA 循 环 ) 草 酰 乙 酸 Asp Asn Met Thr Lys Ile 4 丙 氨 酸 族 (Ala Val Leu) C 架 : 丙 酮 酸 (EMP 途 径 ) 丙 酮 酸 Ala Val Leu -NH 2 Pyr Ala C 2 -NH 2 Val 2 分 子 缩 舍 酮 基 异 戊 酸 Leu C 2 酮 酸 异 己 酸 NH 2 5 His 和 芳 香 氨 基 酸 族 (His Tyr Phe Trp) His C 架 :R-5-P(PPP 途 径 ) 芳 香 氨 基 酸 C 架 PEP(EMP 途 径 ) PEP E 4 P E-4-P(PPP 途 径 ) R 5 P 苯 丙 氨 酸 酪 氨 酸 色 氨 酸 组 氨 酸 酪 氨 酸 12

His: R 5 P ATP PRPP 芳 香 氨 基 酸 : His ATP Glu Tyr Gln PEP 莽 草 酸 分 枝 酸 预 苯 酸 E-4-P H HC H Trp Phe H 五 一 碳 基 团 代 谢 概 念 : 在 代 谢 过 程 中, 某 些 化 合 物 可 以 分 解 产 生 具 有 一 个 碳 原 子 的 基 团, 称 为 一 碳 基 团 或 一 碳 单 位 辅 酶 :FH 4 ( 四 氢 叶 酸 ) 一 碳 转 移 过 程 中 起 辅 酶 作 用 生 物 学 意 义 : (1) 一 碳 基 团 的 转 移 与 许 多 氨 基 酸 代 谢 有 直 接 关 系, 例 Gly Ser Thr His 等 (2) 参 于 嘌 呤 和 胸 腺 嘧 啶 的 生 物 合 成 (3) 参 于 生 物 体 内 许 多 活 性 物 质 的 生 物 合 成 例 : 肌 酸 卵 磷 脂 S- 腺 苷 蛋 氨 酸 ( 也 是 重 要 的 活 化 甲 基 供 体 ) 常 见 一 碳 基 团 : 亚 氨 甲 基 -CH=NH 甲 酰 基 -CH 甲 基 -CH 3 羟 甲 基 -CH 2 H 甲 叉 基 -CH 2 - 甲 川 基 -CH= 13