蛋白质降解及氨基酸代谢.ppt

1、第十章 蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢 本章重点：本章重点： 蛋白质在机体内的降解蛋白质在机体内的降解 氨基酸的分解氨基酸的分解 氨和碳架的去向氨和碳架的去向 尿素的合成尿素的合成 一碳单位及作用一碳单位及作用 氨基酸合成中的碳架和氮的来源。氨基酸合成中的碳架和氮的来源。 蛋白质是生命的物质基础，由于生物体内的蛋 白质不断更新，因此需要经常供给蛋白质， 以维持组织细胞生长、更新和修复。此外， 酶、生物活性肽、激素及抗体等都是体内具 有特殊功能的蛋白质。 蛋白质的营养作用 蛋白质不能直接被生物体吸收，必须经过消化 降解成氨基酸后才能被生物体吸收和利用。 人体所吸收的氨基酸主要是作为合成新蛋 白质的

2、原料。实验发现， 20种基本氨基酸中， 有 8种氨基酸在人体内不能自行合成。如果食物 中缺少这些氨基酸，将对人体蛋白质合成产生 不利影响。 蛋白质营养价值的高低，决定于所含必需氨基 酸的种类、含量及其比例是非与人体的需要相 近。愈接近的营养价值愈高，相差愈大的则营 养价值愈低。动物性蛋白质所含的必需氨基酸 在组成和比例方面比较接近人体的需要，所以 营养价值比较高。而植物性蛋白质的营养价值 相对来说要低一些。 第一节 蛋白质的酶促降解及 N平衡 一、 蛋白质消化吸收 哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰 蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、 弹性蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解 成游离氨基酸

3、，在小肠被吸收。 被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能 直接排出体外，需经历各种代谢途径。 肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用 在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离 氨基酸。 消化道内几种蛋白酶的专一性 二、蛋白质的降解 二 人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的 动态平衡。成人每天有 1% 2% 的蛋白被降解 、更新。 不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质 的约 10天，肝脏的约 1 8天，结缔组织蛋白的 约 180天，许多关键性的调节酶的半寿期均很 短。 真核细胞中蛋白质的降解有两条途径： 一条是不依赖 ATP的途径，在溶酶体中进行， 主要降解 外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋

4、白。 另一条是依赖 ATP和泛素的途径，在胞质中进行， 主 要降解异常蛋白和短寿命蛋白。 此途径在不含溶酶体 的红细胞中尤为重要。 泛素（ Ubiquitin）一种 8.5KD（ 76氨基酸残基）的小 分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度 保守，酵母与人只相差 3个氨基酸残基， 它能与被降 解的蛋白质共价结合，使后者带上标记，然后被蛋白 酶降解。 蛋白质降解的泛肽途径 E1-S- E1-SH E2-S- E1-SH E2-SH E2-SH ATP AMP+PPi E3 多泛肽化蛋白多泛肽化蛋白 ATP 26S蛋白酶体蛋白酶体 20S蛋白酶体蛋白酶体 ATP 19S调节亚基调节亚基 去

5、折叠去折叠 水解水解 E1：泛肽激活酶：泛肽激活酶 E2：泛肽载体蛋白：泛肽载体蛋白 E3：泛肽：泛肽 -蛋白质连接酶蛋白质连接酶 （ ubiquitin） 降解的蛋白降解的蛋白 碎片碎片 三、氨基酸代谢库 食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性氨基酸 ）与体内组织产生的氨基酸（内源性氨基酸）混在一起 ，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。 氨基酸代谢库以游离氨基酸总量计算。 肌肉中氨基酸占代谢库的 50以上。 肝脏中氨基酸占代谢库的 10。 肾中氨基酸占代谢库的 4。 血浆中氨基酸占代谢库的 1 6。 氨基酸代谢库 氮平衡 食物中的含氮物质，大部分是蛋白质 ,非蛋 白质的含氮物质

6、含量较少。 氮平衡： 机体摄入的氮量和排出的氮量， 在正常情况下处于平衡状态。摄入氮排 出氮。 氮正平衡： 摄入氮排出氮。部分摄入的 氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。 氮负平衡： 摄入氮排出氮。饥锇、疾病。 第二节 氨基酸的分解与转化 一、氨基酸代谢概况 三、氨基酸的脱羧基作用 二、氨基酸的脱氨基作用 氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，生成 的碳架可以被氧化成 CO2和 H2O，产生 ATP 。碳架也可以为糖、脂肪酸的合成提供原料 一、氨基酸代谢概况 食物蛋白质食物蛋白质 氨基酸氨基酸 特殊途径特殊途径 -酮酸酮酸 糖及其代谢糖及其代谢 中间产物中间产物 脂肪及其代脂肪及其代 谢中间产物谢中

7、间产物 TCA 鸟氨酸鸟氨酸 循环循环 NH4+ NH4+ NH3 CO2 H2O 体蛋白体蛋白 尿素尿素 尿酸尿酸 激素激素 卟啉卟啉 尼克酰氨尼克酰氨 衍生物衍生物 肌酸胺肌酸胺 嘧啶嘧啶 嘌呤嘌呤 生物固氮生物固氮 硝酸还原硝酸还原 （次生物质代谢）（次生物质代谢） CO2 胺胺 二、氨基酸的脱氨基作用二、氨基酸的脱氨基作用 4、非氧化脱氨基作用、非氧化脱氨基作用 1、氧化脱氨基作用、氧化脱氨基作用 2、转氨基作用、转氨基作用 3、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用 1、氧化脱氨基作用、氧化脱氨基作用 氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的 - 酮酸酮酸 的

8、过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型：的过程称为氧化脱氨基作用。主要有以下两种类型： -氨基酸 氨基酸氧化酶 -酮酸 R-CH-COO- NH+3 | R-C-COO -+NH3 O | H2O+O2 H 2O2 L-谷氨酸脱氢酶+ H 2O + NH3 NAD(P)+ NAD(P)H+H+ COOH CH2 CH2 C=O COOH COOH CH2 CH2 CH NH2 COOH 辅酶：辅酶： FAD 真核细胞的 Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种 不需 O2的脱氢酶。 此酶是能使氨基酸直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构 复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。 抑制

9、剂： ATP、 GTP、 NADH。 激活剂： ADP、 GDP及某些氨基酸。 因此，当 ATP、 GTP不足时， Glu的氧化脱氨会加速进行， 有利于氨基酸分解供能（动物体内有 10% 的能量来自氨基酸 氧化）。 真核生物中，真正起作用的主要是谷氨 酸脱氢酶，而不是 L-氨基酸氧化酶。 脱氨基作用主要在肝脏中进行。第一步脱氨基作用主要在肝脏中进行。第一步 ，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。 2、转氨基作用、转氨基作用 -氨基酸 1 R1-CH-COO- NH+3 | -酮酸 1 R1-C-COO- O | R2-C-COO- O | -酮酸 2 R2-CH-CO

10、O- NH+3 | -氨基酸 2转氨酶转氨酶 （辅酶：磷酸吡哆醛）（辅酶：磷酸吡哆醛） 在转氨酶的催化下，在转氨酶的催化下， -氨基酸的氨基转移到氨基酸的氨基转移到 -酮酸的酮基碳原子上酮酸的酮基碳原子上 ，结果原来的，结果原来的 -氨基酸生成相应的氨基酸生成相应的 -酮酸，而原来的酮酸，而原来的 -酮酸则形成了相酮酸则形成了相 应的应的 -氨基酸，这种作用称为氨基酸，这种作用称为 转氨基作用或氨基移换作用。转氨基作用或氨基移换作用。 -氨基酸氨基酸 磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛 醛亚胺醛亚胺 酮亚胺酮亚胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆胺 磷酸吡哆醛的作用机理磷酸吡哆醛的作用机理 -酮酸酮酸 互变异构互变异构 谷

11、丙转氨酶和谷草转氨酶 谷丙转氨酶 （ GPT） 谷草转氨酶 (GOT) 3、联合脱氨基作用、联合脱氨基作用 （ 1）概念）概念 （ 2）类型）类型 a、转氨酶与 L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联 b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 转氨基作用转氨基作用 和氧化脱氨基和氧化脱氨基 作用联合进行作用联合进行 的脱氨基作用的脱氨基作用 方式。方式。 转氨酶与 L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联 转氨酶 L-谷氨酸脱氢酶 H20+NAD+ NH3+NADH -酮酸 -氨基酸 -酮戊二酸 L-谷氨酸 转氨基作用与氧化脱氨基作用相偶联转氨基作用与氧化脱氨基作用相偶联 转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 -氨基酸 -酮酸

12、 -酮戊二酸 谷氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸 腺苷酰琥珀酸 苹果酸 延胡索酸 腺苷酸 次黄苷酸 （ 1）还原脱氨基作用 （严格无氧条件下） H3+N-CH COOH R +2H+ CH 2 COOH R + NH3氢化酶氢化酶 2、氨基酸的非氧化脱氨基作用 （ 2）水解脱氨基作用 H3+N-CH COOH +H2O CHOH COOH R + NH3水解酶水解酶 R （ 3）脱水脱氨基）脱水脱氨基 （ 4）氧化 -还原脱氨基作用 两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成 有机酸、酮酸、氨。 R + R酶酶 HC-NH3 COOH R +HC-NH3 COOH H2O C=O COOH R C=O CO

13、OH + +2NH 3 氨基酸氨基酸 氨基酸氨基酸 酮酸酮酸 有机酸有机酸 （ 5）脱硫氢基脱氨基作用 半胱氨酸脱去 H2S生成丙酮酸和氨。 SH CH2 HC-NH2 COOH L-半胱氨酸半胱氨酸 CH2 C-NH2 COOH -氨基丙烯酸氨基丙烯酸 CH3 C-O COOH 丙酮酸丙酮酸 CH3 C NH2 COOH 亚氨基丙酸亚氨基丙酸 脱硫氢脱硫氢 基酶基酶 分子重排分子重排 自发自发水解水解 由解氨酶催化的脱氨基作用由解氨酶催化的脱氨基作用 (PAL) 三、氨基酸的脱羧基作用三、氨基酸的脱羧基作用 1、概念 氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应 的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅

14、酶为 磷酸吡哆醛。 氨基酸脱羧酶专一性很强，每一种氨基酸 都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。 氨基酸脱羧反应广泛存在于动、植物和微 生物中，有些产物具有重要生理功能。如脑 组织中 L-Glu脱羧生成 r-氨基丁酸， 是重要的 神经递质。 His脱羧生成 组胺 （又称组织胺） ，有降低血压的作用。 Tyr脱羧生成 酪胺， 有 升高血压的作用。 但大多数胺类对动物有毒，体内的胺氧化 酶能将胺氧化为醛和氨。 脱羧反应机理 (1) Glu脱羧 :谷氨酸 r-氨基丁酸 + CO2 （ Glu 脱羧 E） r-氨基丁酸，抑制神经传递 ,抗虫作用。 1） . 直接脱羧作用 （ 2） Trp的脱羧 (3)S

15、er 、 Lys、 Arg脱羧 2）羟化脱羧基作用 在酪氨酸酶的作用下 Tyr发生羟化生成多巴 , 氧化成黑色素。多巴脱羧生成多巴胺 ,在植物体内 可以由这二个化合物转变成生物碱、吗啡、秋水 仙碱 (植物加倍 ,抑制细胞的有丝分裂等 )。 氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏 感，血中 1% 的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的 氨必须排出体外。 氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与 -酮戊二酸作用 生成 Glu，大量消耗 -酮戊二酸，影响 TCA，同时大量 消耗 NADPH，产生肝昏迷。 氨的代谢转变 氨的去向 1、 重新利用： 生成氨基酸、核苷酸 2、氨贮存： 谷氨酰胺和天冬酰氨的

16、生成 3、排出体外： 水生、海洋动物，以氨的形 式排出。鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。 排尿动物，以尿素形式排出。 4、 合成其他含 N物质 谷氨酸的重新生成谷氨酸的重新生成 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 谷氨酸谷氨酸 + H2O-酮戊二酮戊二 酸酸 + NH3 NAD（ P） +NAD（ P） H 谷氨酸谷氨酸 +丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酮戊二 酸酸 + 丙氨酸转氨酶转氨酶 在大脑中发生上述反应，大量消耗了在大脑中发生上述反应，大量消耗了 -酮戊二酮戊二 酸和酸和 NADPH， 引起中毒症状。引起中毒症状。 在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨

17、酸的转氨基作用，生 成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。 谷氨酰胺的生成和利用 +NH2 +H2O ATP ADP+Pi 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶 Mg2+ +2H 谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶 Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。 Gln经血液进入肝中，经 Gln酶分解，生成 Glu和 NH3。 生成酰胺的生理意义 贮氨 贮氨 生成新的氨基酸生成新的氨基酸 解除氨毒解除氨毒 3、尿 素 的 生 成 （ 1）概念 （ 2）总反应和过程 排尿动物体内的肝脏排尿动物体内的肝脏 由由 NH3合成尿素的循环合成尿素的循环 机制称为尿素循环。机制称为尿素循环。 NH

18、3+CO2+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸 +2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2Pi+AMP +PPi+延胡索酸延胡索酸 1932年， Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中 ，加入鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸中的任何一种， 都可促使尿素的合成。尿素循环途径（鸟氨酸循 环） 合成步骤如下： （ 1）氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合成酶 I） 肝细胞液中的氨基酸经转氨作用，与 -酮戊二酸 生成 Glu， Glu进入线粒体基质，经 Glu脱氢酶作 用脱下氨基，游离的氨（ NH4+）与 TCA循环产生 的 CO2反应生成氨甲酰磷酸。 氨甲酰磷酸是高能化合物， 可作为氨甲酰基的供 体。 氨甲酰磷

19、酸合成酶 I： 存在于线粒体中，参与尿素 的合成。 氨甲酰磷酸合成酶 II： 存在于胞质中，参与尿嘧 啶的合成。 反应要消耗 2ATP 尿素循环的限速步反应： 氨甲酰磷酸合成酶 I受 N- 乙酰 -谷氨酸变构激活。 要点：要点： （ 2）合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶） 鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜 氨酸。瓜氨酸生成后就离开线粒体，进入细胞质。 （ 3）合成精氨琥珀酸 （ 4）精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸 Asp的氨基转移到 Arg上， 延胡索素酸可 以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸， （ 5） 精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素 尿素生成后，由血液运到肾脏随尿排除。 尿素循环总反

20、应： NH4+ + CO2 + 3ATP + Asp + 2H2O 尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + 延胡索酸 生成 1分子尿素可清除 2分子氨及 1分子 CO2 ， 消耗 4个高能磷酸键。 2分子氨及 1分子 CO2 的来源： 联合脱 -NH2合成尿素是解决 -NH2去向的主要 途径。 尿素循环 氨基酸 谷氨酸 谷氨酸 氨甲酰磷酸 鸟氨酸 瓜氨酸 瓜氨酸 精氨琥珀酸 鸟氨酸 精氨酸 延胡索酸 草酰乙酸 氨基酸 谷氨酸 -酮戊 二酸 天冬氨酸 2ADP+Pi2ATP+CO2+NH3+H2O1 细胞溶液 线粒体 NH2-C-NH2 O 尿素 -酮戊 二酸 -酮戊 二酸

21、H2N-C-P O 2 3 4 5 形成氨甲酰磷酸（酶定位在线粒体内）形成氨甲酰磷酸（酶定位在线粒体内） 形成瓜氨酸（经转氨甲酰酶催化）形成瓜氨酸（经转氨甲酰酶催化） 形成精氨基琥珀酸（酶定位在胞液）形成精氨基琥珀酸（酶定位在胞液） 形成精氨酸（精氨基琥珀酸裂解酶）形成精氨酸（精氨基琥珀酸裂解酶） 形成尿素（精形成尿素（精 aa在精在精 aa酶作用下水解生酶作用下水解生 成瓜氨酸和尿素，酶定位在胞液）成瓜氨酸和尿素，酶定位在胞液） 尿素循环反应过程尿素循环反应过程 二、 氨基酸碳骨架的转化途径 1、 再氨基化生成氨基酸 2、 转变成糖或脂肪 生糖氨基酸 生酮氨基酸 3、 氧化供能生成 CO2和

22、 H2O 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、 -酮戊 二酸、琥珀酰 CoA、延胡索酸、草酰乙酸 。 它们最后集中为 5种物质进入 TCA： 乙酰 CoA、 -酮戊二酸、琥珀酰 CoA、延胡 索酸、草酰乙酸。 氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径 草酰乙酸 磷酸烯 醇式酸 -酮戊二酸 天冬氨酸 天冬酰氨 丙酮酸 延胡索酸 琥珀酰 CoA 乙酰 CoA 乙酰乙酰 CoA 苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸 丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 组氨酸 脯氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 天冬氨酸 异亮氨酸

23、 甲硫氨酸 缬氨酸 葡萄糖 柠檬酸 2转成糖和脂类 : 许多的氨基酸在代谢过程中生成丙酮酸和 TCA循环的有机酸 ,以后可以通过糖异生作用 转化为糖 ,故称为 生糖 AA。 Gly、 Ala、 Ser、 Thr、 Val、 His、 Glu、 Asp、 Arg、 Cys、 Met 、 Pro、羟脯 aa。另一些 AA的代谢终产物为 乙酰 CoA或乙酰乙酰 CoA在饥饿、糖尿病等 在动物体内可转变为酮体 (乙酰乙酸、 -羟丁 酸、丙酮 )。这些 AA称 生酮 AA。 Phe、 Tyr、 Trp、 Leu、 Lys等。 一碳基团一碳基团 在代谢过程中，某些化合在代谢过程中，某些化合 物（如氨基酸）

24、可以分解产生具物（如氨基酸）可以分解产生具 有一个碳原子的基团（不包括有一个碳原子的基团（不包括 CO2），称为一碳基团，），称为一碳基团， 一碳基一碳基 团的转移除了和许多氨基酸的代团的转移除了和许多氨基酸的代 谢直接有关外，还参与嘌呤和胸谢直接有关外，还参与嘌呤和胸 腺嘧啶及磷脂的生物合成。腺嘧啶及磷脂的生物合成。 一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化，一碳基团的转移由相应的一碳基团转移酶催化， 其辅酶为其辅酶为 FH4 一碳基团和氨基酸代谢一碳基团和氨基酸代谢 -CH=NH 亚氨甲基 H-CO- 甲酰基 -CH2OH 甲醇基 -CH= 次甲基 -CH2- 亚甲基 -CH3 甲基 叶酸

25、和 四氢叶酸（ FH4或 THFA） 叶 酸 四 氢 叶 酸 H H 10 5 N5， N10-CH2-FH4N5-CHO-FH4 CH2CHO 一碳基团的 来源与转变 S-腺苷蛋氨酸 腺苷蛋氨酸 N5-CH3-FH4 N5 ， N10 - CH2-FH4 N5， N10 = CH-FH4 N10 -CHO-FH4 N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶还原酶 N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶脱氢酶 环水化酶环水化酶 丝氨酸丝氨酸 组氨酸组氨酸 甘氨酸甘氨酸 参与参与 甲基化甲基化 反应反应 为为 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 合合 成提供成提供 甲基甲基 参与参与 嘌呤嘌呤 合成合成 FH4

26、FH4 FH4 HCOOH H2O NAD+ NDAH+H+ NAD+ NDAH+H+ H+ 参与参与 嘌呤嘌呤 合成合成 四、氨基酸与生物活性物质 酪氨酸代谢与黑色素的形成 色氨酸代谢与 5-羟色胺与吲哚乙酸 谷氨酸与 -氨基丁酸 组氨酸与组胺 半胱氨酸和牛磺酸 酪氨酸代谢与黑色素的形成 组氨酸脱氨组氨酸脱氨 生成组胺生成组胺 第 四节 氨的同化及氨基酸的生物合成 合成 AA必需要有碳架和氨基 ,前者主要 来自有机酸 ,后者是来自大气 (空气中的 N:79%)无机及有机 N化合物 ,在 AA合成 中所用的氨主要来自 生物固 N及通过 硝 酸还原酶 催化产生的 NH4+。 自然界的氮素循环 硝

27、酸盐 亚硝酸 NH3 生物固氮 工业固氮 固氮生物 动植物 硝酸盐还原 大气固氮 大气氮素 岩浆源的 固定氮 火成岩 反硝化作用 氧化亚氮 蛋白质 入地下水 动植物废物 死的有机体 植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸 盐、硝酸盐等无机氮，合成氨基酸、蛋白质及其 它含氮化合物 （植物生理学） 。 人和动物消化吸收动、植物蛋白质，得到氨基 酸，合成蛋白质及含氮化合物（下一节）。 有些微生物能把空气中的 N2转变成氨态氮，合 成氨基酸（生物固氮）。 一、生物固氮 生物固 N:指某些微生物 ,在常温常压下将 N 转变成 NH3的过程。 N2 + 3H2 2NH 3 植物根系从土址中吸收的硝酸态

28、N,经硝酸 还原酶和亚硝酸还原酶将硝态 N还原成 NH+4 。 这种途径生成的氨以后便被同化转变成含 N 的有机化合物。 生物 固固 N的化学本质的化学本质 2NH33H2 6e- N2 + 12ATP+12H2O 12ADP+12Pi 固氮酶固氮酶 （厌氧环境）（厌氧环境） N2还原剂 铁蛋白 钼铁蛋白NADPH 生物固氮的作用机理生物固氮的作用机理 e- e- e- e- 固固 N 酶酶 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

29、化 N2O化合物等还原。 （ 1） 结构组成 二聚体、含 Fe和 S 形成 Fe4S4簇 四聚体（ 2 2） 含 Mo、 Fe和 S 固氮机理固氮机理 固 N酶复合体的固 N反应按下述反应顺序进行： 第一：还原态铁氧还蛋白作为电子供体，把自 己的电子传递给复合物的还原酶组分。 第二： ATP再与还原酶相结合，通过改变构象 把氧还原从 -0.29V变为 -0.40V，还原酶的还原能 力由此得到加强，使它能把电子传递给固 N酶的 组分。 第三：电子从还原酶传递到固 N酶，同时水解 ATP，由此还原酶组分与固 N酶组分相分离。 第四：结合在复合物的固 N酶组分上的 N2H4+。 固 N酶催化固 N反

30、应需要的条件： 第一：需要供应充分的 ATP 第二：需要很强的还原剂 第三：需要厌氧环境 硝酸还原作用硝酸还原作用 （ 2）硝酸还原酶）硝酸还原酶 (3) 亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶 （ 1） 硝酸还原作用的化学本质硝酸还原作用的化学本质 NH+4NO-3 2e - 6e- 硝酸还原酶 亚硝酸还原酶 NO-2 硝酸还原酶硝酸还原酶 a、铁氧还蛋白 硝酸还原酶 b、 NAD(P)H-硝酸还原酶 H2ONO-3 +2Fd还原态 + 2H+ NO-2+2Fd氧化态 + +NAD(P)H +H+ NO-2+NAD(P)+ +H2ONO+3 亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶 2H2O a、铁氧还蛋白 亚硝酸还原酶

31、 NO-2 + 6Fd还原态 + 8H+ NH+4+6Fd氧化态 + 2H2O b、 NAD(P)H 亚硝酸还原酶 NO-2+3NAD(P)H + NH+4+3NAD(P)+ +5H+ 硫酸的还原与 Cys的合成 Cys有一个巯基，其中的硫是由硫酸还原而成的 , 与硝酸的还原类似 ,在细菌、藻类和高等植物中均存 在硫酸还原过程 ,但在动物内则不存在。 植物由外界吸收的 SO42-先经活化 ,然后被还原 ,活化 分两步进行 : (1) 硫酸离子在 ATP硫酸化酶催化下与 ATP反应 , 生成腺苷酰硫酸 (APS): SO4 + ATP APS + ppi 2pi 2- Mg2+ +H2OATP硫

32、硫 酸化酶酸化酶 （ 2） APS在激酶催化下 ,在 3位形成磷 酸腺苷酰硫酸 PAPS（ 3-P-PAS） Mg 2+APS+ATP PAPS + ADP APS或 PAPS将其磺酰基转移给一个含 -SH的载体 : 载体 -SH+AMP-O-HSO3 载体 -S-HSO3 + AMP 载体载体 -S-SH 载体 -S-SH + O-乙酰 Ser 载体 -SH+Cys + 乙酸 5磷酸硫酸 3磷酸腺苷 二、氨的同化有两条途径 : 这个途径是真菌同化氨的主要途径 ,在高等植 物体内由 Glu脱 H酶催化的还原氨基反应不是 由氨合成 Glu的主要途径。因为该酶要求有较 高浓度的氨 ,这个浓度对植物

33、是毒害的程度 ,即 导致光合磷酸化解偶联。 L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 谷氨酸谷氨酸 + H2O-酮戊二酮戊二 酸酸 + NH3 NAD（ P） +NAD（ P） H （ 1） Glu脱 H酶途径 （ 2） Gln合成酶和 Glu合成酶途径 +NH2 +H2O ATP ADP+Pi 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶 Mg2+ +2H 谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶 目前认为 Gln合成酶和 Glu合成酶协同 作用是植物体内合成 Glu的主要途径 : 在这个途径中 Glu起着传递氨基的作用 : 总结果是 : NH3+ATP+a-Kg Glu+ADP+pi+H2O Glu的氨基可以转移到任何一种 a-酮酸

34、上 ,从 而形成其它的任何 AA。 2.氨甲酰磷酸的生成 :(包括两个反应 ) 氨甲酰激酶催化的反应 : 氨甲酰磷酸合成酶催化的反应 : 在动物肝细胞及大肠杆菌中 ,辅因子是 N-乙酰 Glu,在绿豆中已 证明了有氨甲酰磷酸 ,但在植物体内中的氨甲酰磷酸的 N来自 Glu而不是氨。 三、氨基酸的生物合成三、氨基酸的生物合成 1、必需氨基酸、必需氨基酸 2、 20种氨基酸的生物合成概况种氨基酸的生物合成概况 3、氨基酸生物合成的调节、氨基酸生物合成的调节 必需氨基酸的概念必需氨基酸的概念 Thr、 Val、 Leu、 Ile、 Met、 Lys、 Phe、 Trp (His、 Arg) 凡是机体

35、不能自己合成，必需来自外界的氨基 酸，称为必需氨基酸。 * 人的必需氨基酸：人的必需氨基酸： 个别氨基酸合成 根据碳架来源分为五大族： Glu族 (- 酮戊二酸 ) Asp族 (草酰乙酸 ) Ala族 (pyr) Ser族 （ 3磷酸甘油） 芳香族 (PPP途径的 E-4-P和 EMP的 G-3-P) His (PRPP) 一碳单位：一碳单位： FH4 “S”的同化的同化 二二 十十 种种 氨氨 基基 酸酸 的的 生生 物物 合合 成成 概概 况况 谷氨酸族 天冬氨 酸族 丙氨 酸族 丝氨 酸族 His 和芳香族 氨基酸生物合成的分族情况氨基酸生物合成的分族情况 （ 1） 丙氨酸族丙氨酸族 丙

36、酮酸丙酮酸 Ala、 Val、 Leu （ 2） 丝氨酸族丝氨酸族 甘油酸甘油酸 -3-磷酸磷酸 Ser、 Gly、 Cys （ 3） 谷氨酸族谷氨酸族 -酮戊二酸酮戊二酸 Glu、 Gln、 Pro、 Arg （ 4） 天冬氨酸族天冬氨酸族 草酰乙酸草酰乙酸 Asp、 Asn、 Lys、 Thr、 Ile、 Met （ 5） 组氨酸和芳香氨基酸族组氨酸和芳香氨基酸族 磷酸核糖磷酸核糖 His 磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖 +PEP Phe、 Tyr、 Trp 蛋氨酸的合成 3、 氨基酸生物合成的调节氨基酸生物合成的调节 (1) 通过终端产物对氨基酸通过终端产物对氨基酸 生物合成的抑制生物合成的抑制 (2) 通过酶生成量的改变调节通过酶生成量的改变调节 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成 氨基酸合成的反馈调控 反硝化作用 氧化亚氮 氨甲酰磷酸 分支酸 脱氧庚酮糖酸 -7-磷酸 天冬氨酸 天冬氨酰磷酸 赤藓糖 -4-磷酸 脱氢奎尼酸 莽草酸 谷氨酸 磷酸烯醇式丙酮酸 + 预苯酸 Try Phe Trp Ile Trp His CTP AMP Gln Lys Met Thr 酮丁酸 Gly Ala 谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛 高丝氨酸 氨基苯甲酸