(9)氨基酸

第九章 氨基酸代谢 第九章 氨基酸代谢 Chapter 9 Amino Acid Metabolism 第九章 氨基酸代谢 第一节 蛋白质的降解 一、肽链内切酶 肽链内切酶又叫蛋白酶，水解肽链内部肽键的酶 N 端 C 端 NH 2 C H C R N H C H C R O O N H C H C O R NH C H C R N H C H R O COOHN H C H C O R N H C H C O R 存在广泛 如：植物：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶等。 动物：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等 肽链内切酶 第九章 氨基酸代谢 胃蛋白酶：肽键两端都为疏水R基氨基酸残基时最快 N H C H C O R N H C H C O R 类型：非专一性蛋白酶：随机水解肽链内部的肽键 任意 任意 赖、精 任意 色、酪、苯丙 任意 疏水R基 氨基酸 疏水R基 氨基酸 专一性蛋白酶：专一性水解肽链内部一定的肽键 常用蛋白酶的专一性： 胰蛋白酶：羧基端为赖或精的肽键 胰凝乳蛋白酶：羧基端为色、酪、苯丙的肽键速度最快，其 它疏水R基氨基酸残基也可水解。 用途：蛋白质一级结构测定。 肽 键 第九章 氨基酸代谢 二、端解酶（肽酶） 氨肽酶：专一性地从肽链的氨基端水解肽键 N 端 C 端 NH 2 C H C R N H C H C R O O N H C H C O R NH C H C R N H C H R O COOHN H C H C O R N H C H C O R 氨肽酶 羧肽酶 羧肽酶：专一性地从肽链的羧基端水解肽键 分A、B两种： 羧肽酶A：水解疏水R基氨基酸羧基形成的肽键 羧肽酶B：水解碱性氨基酸（Lys、Arg）羧基形 成的肽键 第九章 氨基酸代谢 第二节 氨基酸的分解与转化 一、脱氨基作用 1. 氧化脱氨基 催化氧化脱氨基的酶有三种 L-氨基酸氧化酶：最适pH为10，生理pH条件下活性不高，不是 主要酶系。 CH COOH NH 2 R C COOH NH R C COOH O R +2H + 2e - OH 2 + NH3 第九章 氨基酸代谢 D-氨基酸氧化酶：生物氨基酸主要由L-氨基酸组成，因此无 重要意义。 谷氨酸脱氢酶：广泛存在，活性又高，但只催化谷氨酸脱氢。 CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 COOH C COOH NH CH 2 CH 2 COOH C COOH O CH 2 CH 2 COOH NAD + OH 2NADH + H + + NH3 谷氨酸 a-酮戊二酸 第九章 氨基酸代谢 2. 非氧化脱氨基 裂解： C H 2 C H NH 2 COOH C C COOH H H + NH3 苯丙氨 酸解氨 酶(PAL) 苯丙氨酸 反肉桂酸 还原： R C H NH 2 COOH R C H 2 COOH + NH3 2H + 2e -+ 氨基酸 脂肪酸 第九章 氨基酸代谢 水解： R C H NH 2 COOH + OH2 R C H OH COOH + NH3 氨基酸 羟酸 第九章 氨基酸代谢 3. 转氨基作用 催化的酶为转氨酶，含磷酸吡哆醛 ，反应历程为 转氨酶 CH COOH NH 2 R'' C COOH O R'' a-酮酸 a-氨基酸? C COOH O R' CH COOH NH 2 R' a-酮酸 a-氨基酸? CH P O CH 2 P NH 2 第九章 氨基酸代谢 转氨酶的作用机理 CH COOH NH 2 R' + C H P O 氨基酸 OH 2 C COOH O R' NH 2 C H 2 P + 酮酸 C COOH O R'' NH 2 CH 2 P + 酮酸 CH COOH NH 2 R'' + CH P OOH2 氨基酸 CH COOH N R' C H P H2O shiff-碱 C COOH N R' C H 2 P shiff-碱 C COOH N R'' CH 2 P OH 2 shiff-碱 CH COOH N R'' CH P shiff-碱 转氨作用只改变氨基酸的种类， 不改变氨基酸的总量 第九章 氨基酸代谢 另外还有谷草转氨酶、谷丙转氨酶等 谷氨酸+草酰乙酸--------→a-酮戊二酸+天冬氨酸 谷草转氨酶 谷氨酸+丙酮酸---------→a-酮戊二酸+丙氨酸 谷丙转氨酶 常见的转氨酶有谷氨酸类转氨酶和丙氨酸类转氨酶等 a-酮戊二酸+氨基酸--------------→谷氨酸+ a-酮酸 谷氨酸类转氨酶 丙酮酸+氨基酸--------------→丙氨酸+ a-酮酸 丙氨酸类转氨酶 已知生物体中共有50余种转氨酶类 第九章 氨基酸代谢 4. 联合脱氨基作用 转 氨 酶 谷氨酸 脱氢酶 NH 3 NAD + OH 2 + + NADH + H +CH COOH NH 2 R' C COOH O R' 氨基酸 a-酮酸 CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 COOH C COOH O CH 2 CH 2 COOH a-酮戊二酸 谷氨酸 总反应：氨基酸 + H2O + NAD+ → a-酮酸 + NH3 + NADH + H+ 优点：即有转氨酶的普遍性，又有谷氨酸脱氢酶的高效性 第九章 氨基酸代谢 氨基酸 酮酸 a-酮戊 二酸 谷氨酸 NH3 H2O 苹果酸 天冬 氨酸 草酰乙酸 IMP AMP 腺苷酸代 琥珀酸 延胡索酸 腺嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用 存在于动物骨骼肌、心肌、肝、脑 重要性：联合脱氨基作用是氨基酸分解的最主要途径！ 第九章 氨基酸代谢 5. 脱酰胺作用 如： 谷氨酰胺+H2O→谷氨酸+NH3 CH COOH CH 2 NH 2 CH 2 CO NH 2 + OH2 CH COOH CH 2 NH 2 CH 2 COOH + NH3 第九章 氨基酸代谢 问题：为什么联合脱氨基作用是氨基酸分解的最主要 途径？ 1.氧化脱氨基作用的酶或活性低或者底物少；非 氧化脱氨基作用的酶只作用于个别氨基酸，转氨基作 用只能使氨基酸之间相互转化。这些途径都不能成为 分解氨基酸的主要途径。 2.联合脱氨基作用即有转氨基作用的普遍性，又 有谷氨酸脱氢的高效性，可以将任何氨基酸快速分解， 所以是 氨基酸分解的主要途径。 第九章 氨基酸代谢 二、脱羧基作用 000 C H NH 2 R COOH C H 2 NH 2 R + CO2 胺 氨基酸 脱羧酶 脱羧酶的辅基是磷酸吡哆醛 产物：胺、CO2 如：赖氨酸→戊二胺（尸胺） 组氨酸→组胺 酪氨酸→酪胺 胺的功能：具有强烈的生理作用，有的会使生物体中毒 如组胺可降低血压，酪胺可升高血压等 第九章 氨基酸代谢 三、分解产物的去路 1. 氨的代谢去路 （1）重新合成氨基酸 （2）生成NH4 + （3）生成酰胺 （4）合成其他含氮化合物 （5）形成尿素（鸟氨酸循环） + NH3 CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 COOH C COOH O CH 2 CH 2 COOH OH 2+ NAD(P)H + H + NAD(P) + NH3 + H + = NH4 + + NH3 CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 COOH ATP ADP+Pi CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 CONH 2 谷氨酸 谷氨酰胺 NH3 → 嘌呤、嘧啶、胆碱、有机胺 …… 第九章 氨基酸代谢 CH 2 CHNH 2 COOH NH C N NH 2 CH CH 2 COOH COOH[ ]3 ATPAMP+PPi 天冬氨酸 精氨琥珀酸 三 羧 酸 循 环 CH 2 CHNH 2 COOH NH C O NH 2 [ ]3 瓜氨酸 CH 2 CHNH 2 COOH NH 2 [ ]3 鸟氨酸 尿素? C O NH 2 NH 2 鸟氨酸循环 （尿素循环） 细胞质 线粒体 氨基酸 谷氨酸 氨基酸 谷氨酸 苹果酸 草酰乙酸 NH 2 C O P ATP+CO2+NH3+H2O Pi2ADP+Pi 2 氨甲酰磷酸 鸟氨酸 瓜氨酸 Pi 2NH3 + CO2 → 尿素 CH 2 CHNH 2 COOH NH C NH NH 2 [ ]3 精癜彼?延胡索酸 精氨酸 第九章 氨基酸代谢 生糖氨基酸 概念：降解产物可以生成糖的氨基酸 种类：甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、 脯氨酸、缬氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、组氨 酸、蛋氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺 生酮氨基酸 概念：降解产物可以生成酮体进一步转化为脂 肪酸的氨基酸 酮体： -羟丁酸、乙酰乙酸、丙酮 种类：亮氨酸、色氨酸、赖氨酸 生糖兼生酮氨基酸 概念：降解产物既可以生成酮体，也可 以生成糖的氨基酸。 种类：苯丙氨酸、酪氨酸 2. 酮酸的去路 （1）合成氨基酸（2）氧化分解（3）生成糖或脂（生糖即可 转化为EMP和 TCA的中间产物，生脂即可转化为乙酰CoA） 第九章 氨基酸代谢 天冬氨酸 天冬酰胺 苯丙氨酸 酪氨酸 异亮氨酸 蛋氨酸 缬氨酸 谷氨酸 精氨酸 组氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 脂肪酸 丙氨酸 甘氨酸 丝氨酸 苏氨酸 半胱氨酸 丙酮酸 柠檬酸 草酰乙酸? 延胡索酸? 琥珀酰CoA? a-酮戊二酸? 乙酰CoA 苯丙氨酸 酪氨酸 赖氨酸 色氨酸 亮氨酸 乙酰乙酰CoA 第九章 氨基酸代谢 3. 胺的去路 （1）氧化 R C H 2 NH 2 H 2 O 2 OH 2 NH 3 O 2 + +R CHO OH 2O2 R COOH H 2 O 2+R CHO 胺氧化酶 醛氧化酶 （2）转化为其它含氮化合物。胺可转化为生物碱、生长刺 激素等等。如色氨酸经脱氨基后可生成植物生长激素—吲 哚乙酸。 （3）酚类的生物合成等 第九章 氨基酸代谢 第三节 氨基酸的生物合成 一、原料的来源 1. NH3的来源 （1）生物固氮 （自学） （2）硝酸还原 硝酸还原分为两步 NO3 －+ 2H+ + 2e- ————————→ NO2 － + H2O 硝酸还原酶 NO2 －+ 7H+ + 6e- ————————→ NH3 + 2H2O 亚硝酸还原酶 （3）直接吸收 （4）氨基酸分解 第九章 氨基酸代谢 2. 氨的同化 是指将氨转化为有机物中的氮的过程 氨同化途径（1）谷氨酸脱氢酶途径 谷氨酸脱氢酶 a-酮戊二酸 谷氨酸 + NH3 CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 COOH C COOH O CH 2 CH 2 COOH OH 2+ NAD(P)H + H + NAD(P) + 第九章 氨基酸代谢 （2）谷氨酰胺—谷氨酸合成酶途径 + NH3 CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 COOH ATP ADP+Pi CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 CONH 2 谷氨酰胺合成酶 谷氨酸 谷氨酰胺 第九章 氨基酸代谢 C COOH O CH 2 CH 2 COOH NAD(P)H + H + NAD(P) + + CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 COOH CH COOH NH 2 CH 2 CH 2 CONH 2 或Fd（还原） 或Fd（氧 化） 2 谷氨酸合成酶 谷氨酸 谷氨酰胺 a-酮戊二酸 总反应： a-酮戊二酸+NH3+ATP+NAD(P)H+H+ → 谷氨酸 + ADP +Pi + NAD(P)+ （3）氨甲酰磷酸合成途径：由氨甲酰磷酸合成酶催化 NH3+ CO2+ 2ATP NH2 C O P 第九章 氨基酸代谢 第九章 氨基酸代谢 3.碳骨架的来源 氨基酸的碳骨架来于糖代谢 3-磷酸甘油酸 葡萄糖 PEP 丙酮酸 糖酵解 a-酮戊二酸 草酰乙酸 三羧酸循环 磷酸戊糖途径 5-磷酸核糖 4-磷酸赤藓糖 第九章 氨基酸代谢 二、氨基酸的生物合成 1. 转氨作用 谷氨酸 a-酮戊二酸 a-酮酸 氨基酸 转氨酶 第九章 氨基酸代谢 2. 个别氨基酸的代谢 3-磷酸甘油酸 葡萄糖 PEP 丙酮酸 磷酸戊糖途径 色氨酸 酪氨酸 苯丙氨酸 5-磷酸核糖 组氨酸 谷氨酸 脯氨酸 精氨酸 谷氨酰胺 丝氨酸 甘氨酸 半胱氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 赖氨酸 蛋氨酸 苏氨酸 异亮氨酸 缬氨酸 亮氨酸 丙氨酸 糖酵解 a-酮戊二酸 草酰乙酸 三羧酸循环 4-磷酸赤藓糖 莽草酸 第九章 氨基酸代谢 第四节 一碳单位代谢 一、一碳单位 概念：化合物中可转移的具有一个碳原子的基团 生物体中多种物质（如氨基酸、含氮碱、肌酸等）的代 谢与一碳单位有关。 一碳单位的载体：四氢叶酸（THFA） 二、种类及生成 （一）种类：亚氨甲基 —CH=NH 甲酰基 —CH=O 羟甲基 —CH2OH 甲叉基 —CH2— 次甲基 —CH= 甲 基 —CH3 第九章 氨基酸代谢 （二）生成 多途径生成 （三）转变 一碳单位之间可以相互转变 第九章 氨基酸代谢 NH3 酮酸 转氨作用 氨同化 谷氨酸 氨基酸 （少数） 氨基酸 氨基酸 氨基酸 转化 供氨基 供碳架 氨基酸合成过程示意图 糖代谢 固氮 吸收 硝酸还原 氨基酸分解 END