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第十章 氨基酸代谢 第一节 蛋白质的酶促降解 第二节 氨基酸的降解 第三节 氨基酸的生物合成 第四节 氨基酸衍生的其它含氮化合物
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蛋白酶水解
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第一节 蛋白质的酶促降解 一、蛋白酶 1 、肽链内切酶：产物短肽段 2 、肽酶：肽链的端解酶（羧肽酶和氨 肽酶） 3 、二肽酶；水解二肽，产生游离氨基 酸
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二、动物蛋白酶 1 、胃蛋白酶（ HCl 激活） 2 、胰凝乳蛋白酶（胰蛋白酶激活） 3 、胰蛋白酶（肠激酶激活）
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胰蛋白酶 :R 1 =Lys 、 Arg 侧链（专一性较强，水解速度快） 胰凝乳蛋白酶： R 1 =Phe, Trp, Tyr; Leu ， Met 和 His 水解稍 慢。 胃蛋白酶： R 1 和 R 2 =Phe, Trp, Tyr; Leu 以及其它疏水性氨 基酸（水解速度较快） 嗜热菌蛋白酶： R 2 =Phe, Trp, Tyr; Leu ， Ile, Met 以及其它 疏水性强的氨基酸（水解速度较快）。 解速度较快
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三、植物蛋白酶 1 、木瓜蛋白酶 2 、菠萝蛋白酶 3 、无花果蛋白酶
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第二节 氨基酸的降解
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一、脱氨基作用 1 、氧化脱氨基作用 2 、非氧化脱氨基作用 3 、转氨作用 4 、联合脱氨作用
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1 、氧化脱氨基作用 α- 氨基酸在酶的作用下氧化脱氢生成 α- 酮酸，并 放出游离 NH 3 的过程。 2RCHCOO - +O 2 2RC-COO - +2NH 4 + │ ‖ NH 3 + O
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R R R │ 氨基酸氧化酶 │ H 2 O │ CHNH 2 C=NH C=O+NH 3 │ FAD FADH 2 │ │ COOH COOH COOH α- 氨基酸 α- 亚氨酸 α- 酮酸 O 2 过氧化氢酶 FADH 2 H 2 O 2 H 2 O+O 2 ［ O ］
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氧化酶 ： a) L- 氨基酸氧化酶： FMN 或 FAD 为辅基（最适 pH=10 ，正常条件下 活力低） b) D- 氨基酸氧化酶： FAD 为辅基（活力强、分布广、但 D- 氨基酸不 多，作用不大）
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L- 谷氨酸脱氢酶 ( 不需氧的脱氢酶 ) NAD + 或 NADP + 为辅酶，催化可逆反应 NH 3 + O │ ‖ CH 2 COO - CCOO - │ + NAD + + H 2 O │ + NADH + H + (CH 2 ) 2 NADP + （ CH 2 ) 2 NADPH+H + │ │ COO - COO -
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2 、非氧化脱氨基作用 1 ）还原脱氨 RCHNH 2 COOH+2 〔 H 〕 →RCH 2 COOH+NH 3 2) 水化脱氨 RCHNH 2 COOH+HOH→RCHOHCOOH+NH 3
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3) 直接脱氨
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3 、转氨作用 1) 概念 氨基酸的 α-NH 2 转移到 α- 酮酸上，生成相应的另 一种 α- 酮酸和 α- 氨基酸，这种作用称转氨作用。 2) 转氨酶＞ 50 种 GOT: 谷草转氨酶； GPT ：谷丙转氨酶 辅酶：磷酸吡哆醛 (PLP) 3) 转氨反应是可逆反应
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α - 氨基酸 1 R 1 -CH-COO - NH + 3 | α- 酮酸 1 R 1 -C-COO - O || R 2 -C-COO - O || α- 酮酸 2 R 2 -CH-COO - NH + 3 | α- 氨基酸 2 转氨酶 （辅酶：磷酸吡哆醛） 在转氨酶的催化下， α- 氨基酸的氨基转移到 α- 酮酸的酮基碳 原子上，结果原来的 α- 氨基酸生成相应的 α- 酮酸，而原来的 α- 酮 酸则形成了相应的 α- 氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移 换作用。 在转氨酶的催化下， α- 氨基酸的氨基转移到 α- 酮酸的酮基碳 原子上，结果原来的 α- 氨基酸生成相应的 α- 酮酸，而原来的 α- 酮 酸则形成了相应的 α- 氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移 换作用。
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谷丙转氨酶和谷草转氨酶 谷丙转氨酶 （ GPT ） 谷草转氨酶 (GOT)
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谷丙转氨酶 PLP
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谷草转氨酶
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4 ） 转氨作用是连接糖代谢和氨基酸代谢 的桥梁，除 Lys 、 Thr 外其余氨基酸均可 参与，特别注意下面三种氨基酸的转化。 丙酮酸 Ala α- 酮戊二酸 Glu OAA Asp
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4 、联合脱氨作用 转氨作用和 L- 谷氨酸脱氢酶的氧化脱氨作用联 合进行称联合脱氨作用。
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嘌呤核苷酸循环
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二、脱羧基作用 1 、直接脱羧 脱羧酶 RCHNH 2 COOH CO 2 +RCH 2 NH 2 磷酸吡哆醛
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Glu→γ- 氨基丁酸 （对中枢神经系统传导有抑制作用） Asp→β- 丙氨酸（泛酸组分） Trp （脱氨、脱羧、氧化） → 吲哚乙酸 （植物生长素） His→ 组胺（降血压作用） Tyr→ 酪胺（升血压作用） Ser （脱羧） → 乙醇胺（甲基化）胆碱 → 二者分 别合成脑磷脂和卵磷脂，可作为生物膜的成分。
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2 、 羟化脱羧
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酪氨酸（ Tyr ） → （在酪氨酸酶作用下）多巴 ( 二羟基苯 丙氨酸 )→ （芳香族氨基酸脱羧酶作用下脱羧）多巴胺 二羟基苯丙氨酸 ( 多巴 ) 在酪氨酸酶作用下，形成多巴醌 （苯丙氨酸 3,4- 醌），苯丙氨酸 3,4- 醌聚合 → 黑素。它是 土豆、梨、苹果切开后切口变黑的原因，人体毛囊和表 皮细胞也可形成黑素，使毛发和皮肤变黑。 多巴与多巴胺还可合成生物碱（植物）及动物中去甲肾 上腺素（多巴胺在抗坏酸存在和多巴 - β- 羟化酶的作用 下形成 ）和肾上腺素（去甲肾上腺素由 S- 腺苷甲硫氨 酸提供甲基，在苯乙醇胺 -N- 甲基转移酶的作用下形 成）。
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Lys 尸胺 Met 亚精胺，精胺 多胺 Arg 鲱精胺，腐胺 植物适量吸收，刺激细胞分裂，生长和防 止衰老等作用 —— 植物生长调节剂
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三、氨基酸分解产物的代谢 氨基酸分解产物： NH 3 α- 酮酸 CO 2 胺（ RCH 2 NH 2 ）
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1 、 NH 3 的代谢 合成新的氨基酸及其他含氮化合物 酰胺的生成 —— 储存氨的形成 尿素的形成 —— 鸟氨酸循环 生成铵盐
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天冬酰胺合成酶 Asp + ATP + NH 3 → Asn + ADP + Pi 天冬氨酸酶 Asn + H 2 O → Asp + NH 3 1 ）酰胺的生成 —— 储存氨的形成 谷氨酰胺合成酶 Glu + ATP + NH 3 Gln + ADP + Pi 谷氨酸酶 Gln + H 2 O Glu + NH 3
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2 ）尿素的形成 —— 鸟氨酸循环
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a) 鸟氨酸 + NH 3 +CO 2 → 瓜氨酸 b) 瓜氨酸 + NH 3 → 精氨酸 精氨酸酶 c) Arg 尿素 + 鸟氨酸 H 2 O+2NH 3 +CO 2 +3ATP→NH 2 -CO-NH 2 +AMP +P Pi+2ADP+ Pi
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2 、 α- 酮酸的代谢 1 ）再合成氨基酸 2 ）氧化成 CO 2 +H 2 O
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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 甲硫氨酸 缬氨酸 葡萄糖 柠檬酸
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3 ）转变成糖和脂肪 生糖氨基酸：在体内可以转化成糖的氨 基酸。 生酮氨基酸：在体内可以转变成酮体的 氨基酸： Leu 生糖兼生酮氨基酸：既可生糖，又可生 酮的氨基酸
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第三节 氨基酸的生物合成 一、 NH 3 的合成 二、 NH 3 的同化 三、氨基酸的合成（一般合成）
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NO 3 - NO 2 - N 2 还原 固氮作用 含 N 化合物 NH 3 NH 3 的同化 氨甲酰磷酸和 Glu Aa
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自然界的氮素循环 硝酸盐 亚硝酸 NH 3 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
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一、 NH 3 的合成 1 、生物固氮作用合成 NH 3 ( 微生物 ) 1) 共生型固氮微生物 豆科植物 ( 大豆、花生 ) 的根瘤菌； 非豆科植物（杨梅属）的根瘤菌； 2 ）自生型固氮微生物 光合细菌、光合自氧的蓝藻等
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生物固氮作用由固氮酶催化 N 2 +8H + +8e - +16ATP→2NH 3 +H + +16ADP+Pi
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2 、 NO 3 - 、 NO 2 - 还原成 NH 3 硝酸还原酶 亚硝酸还原酶 NO 3 - NO 2 - NH 3 2e 6e (NH 4 + ) 硝酸还原酶 a) 铁氧还蛋白 — 硝酸还原酶 NO 3 - + 2Fd （ red ） +2H + →NO 2 - +2Fd （ ox ） + H 2 O b) NAD(P)H—— 硝酸还原酶以 Mo 和 FAD 为辅基、钼黄 蛋白（植、微生物均有） NO 3 - + NAD(P)H+H + → NO 2 - + NAD(P) + + H 2 O c ）硝酸还原酶是诱导酶
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亚硝酸还原酶 亚硝酸还原酶 NO 2 - + H + + 6e → NH 4 + + H 2 O a) Fd— 亚硝酸还原酶 NO 2 - +6 Fd （ red ） + 8 H + → NH 4 + +6 Fd （ ox ） +2 H 2 O b) NAD （ P ） H— 亚硝酸还原酶 NO 2 - + 3 NAD(P)H + 5 H + → NH 4 + + 3 NAD ( P ) + + 2 H 2 O
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二、 NH 3 的同化 1 、谷氨酸的形成途径 2 、氨甲酰磷酸的生成
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1. 谷氨酸合成酶循环（植物为主）
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2. 氨甲酰磷酸的形成
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三、氨基酸的合成（一般合成） 原料： NH 3 ，主要由 Glu 提供（通过转氨作 用） 碳架： α- 酮酸，来源于糖代谢中间产物
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氨基酸生物合成的分族情况 （ 1 ） 丙氨酸族 丙酮酸 Ala 、 Val 、 Leu 丙酮酸 Ala 、 Val 、 Leu （ 2 ） 丝氨酸族 甘油酸 -3- 磷酸 Ser 、 Gly 、 Cys 甘油酸 -3- 磷酸 Ser 、 Gly 、 Cys （ 3 ） 谷氨酸族 - 酮戊二酸 Glu 、 Gln 、 Pro 、 Arg - 酮戊二酸 Glu 、 Gln 、 Pro 、 Arg （ 4 ） 天冬氨酸族 草酰乙酸 Asp 、 Asn 、 Lys 、 Thr 、 Ile 、 Met 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 磷酸核糖 His 磷酸赤藓糖 +PEP Phe 、 Tyr 、 Trp 磷酸赤藓糖 +PEP Phe 、 Tyr 、 Trp
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1 、丙氨酸族 Ala Val Leu 共同碳架：丙酮酸（ EMP ） Ala 丙酮酸 Val α - 酮异戊酸 α - 酮异己酸 →→ Leu
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2 、丝氨酸族 Ser Gly Cys 共同碳架： 3-P- 甘油酸（ EMP ） Ser 、 Gly 和 Cys 都是 3- 磷酸甘油酸的衍生物， Ser 是 Gly 和 Cys 的主要生物合成的前体。 Ser 、 Gly 和 Cys 都是 3- 磷酸甘油酸的衍生物， Ser 是 Gly 和 Cys 的主要生物合成的前体。
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3 、谷氨酸族 Glu Gln Cys Pro 羟脯氨酸 Arg 共同碳架： α- 酮戊二酸（ TCA ） Gln ↑ α- 酮戊二酸 → Glu → Pro → 羟脯氨酸 ↓ 鸟氨酸 → 瓜氨酸 → Arg
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4 、天冬氨酸族 Asp Asn Thr Met Ile Lys 共同碳架：草酰乙酸（ TCA ） Asn ↑ OAA → Asp → Lys ↓ ↓ → Met Thr → Ile Asp 是 Lys 、 Thr 和 Met 的前体
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5 、组氨酸和芳香族（ Phe 、 Trp 、 Tyr ） His 合成的碳架： His 是由磷酸核 糖焦磷酸、 ATP 和谷氨酰胺合成
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芳香族氨基酸 ( 莽草酸途径 ) 4-P- 赤藓糖 Trp （ HMP ） ↑ →→→ 莽草酸 →→→ 分枝酸 → Phe PEP ↓ （ EMP ） Trp
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二十种氨基酸的生物合成概况二十种氨基酸的生物合成概况二十种氨基酸的生物合成概况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
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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 PheTrp 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
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小 结 1 、无论 N 素来源如何，生物体最先合成的氨 基酸都是 Glu 或 Gln 。 2 、氨基酸的合成需要转氨作用，转氨作用 的 NH 3 来源于 Glu ，而 C 架来自糖代谢中间产 生的 α— 酮酸，但由糖代谢中 α— 酮酸直接转 氨合成的氨基酸，只有 Ala 、 Asp ，其他合成 还需别的步骤
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GPT 3 、 Glu+ 丙酮酸 Ala+α- 酮戊二酸 GOT Glu+OAA Asp+α- 酮戊二酸 4 、 植物和绝大多数微生物能合成全部氨基酸； 人和动物有部分氨基酸自身不能合成， 人体有 8 种（ Leu 、 Trp 、 Phe 、 Val 、 Met 、 Leu 、 Thr 、 Ile ）必需氨基酸和二种（ Arg 、 His ）半必需氨基酸。
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第四节 氨基酸衍生的其它含氮化合物 氨基酸 → 核苷酸、脂类、激素、多胺、 生氰糖苷、生物碱、卟啉类色素、辅 酶等.
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