蛋白質(zhì)的降解和氨基酸修改

當前1頁，總共137頁。當前2頁，總共137頁。第四節(jié)氨基酸碳架氧化途徑20種氨基酸脫氨后有三種去路:（1）重新氨基化生成氨基酸。（2）氧化成CO2和水（→TCA）。（3）生糖、生脂。當前3頁，總共137頁。一、氨基酸碳骨架的氧化途徑20種氨基酸的碳架可轉(zhuǎn)化成7種物質(zhì)：丙酮酸→乙酰CoA←乙酰乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。最后集中為5種物質(zhì)進入TCA：（一）形成乙酰-CoA的途徑（二）α-酮戊二酸途徑（三）形成琥珀酰CoA的途徑（四）形成延胡索酸途徑（五）形成草酰乙酸途徑當前4頁，總共137頁。

當前5頁，總共137頁。（一）形成乙酰-CoA的途徑★

通過丙酮酸到乙酰-CoA的途徑★通過乙酰乙酰-CoA到乙酰-CoA★氨基酸直接形成乙酰-CoA當前6頁，總共137頁。當前7頁，總共137頁。1、通過丙酮酸到乙酰-CoA的途徑丙氨酸Ala甘氨酸Gly絲氨酸Ser蘇氨酸Thr半胱氨酸CysP317，圖30-16當前8頁，總共137頁。（1）丙氨酸AlaL-Ala+α-酮戊二酸谷丙轉(zhuǎn)氨酶丙酮酸+谷氨酸當前9頁，總共137頁。（2）甘氨酸Gly★先轉(zhuǎn)變成Ser，再由Ser轉(zhuǎn)變成丙酮酸。Gly與Ser的互變是極為靈活的，該反應也是Ser生物合成的重要途徑。Gly的分解代謝不是以形成乙酰CoA為主要途徑，Gly的重要作用是一碳單位的提供者。Gly+FH4+NAD+→N5,N10-甲烯基FH4+CO2+NH4++NADHGly+N5.N10-甲烯基四氫葉酸絲氨酸轉(zhuǎn)羥甲基酶L-Ser+四氫葉酸Mn2+當前10頁，總共137頁。當前11頁，總共137頁。（3）絲氨酸Ser絲氨酸脫水酶脫水、脫氨，生成丙酮酸

當前12頁，總共137頁。（4）蘇氨酸Thr有3條途徑①由Thr醛縮酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸→乙酰CoA。②→α-酮丁酸③脫氫、脫羧→氨基丙酮Thr蘇氨酸醛縮酶Gly+乙醛Thr絲氨酸-蘇氨酸脫水酶α-酮丁酸當前13頁，總共137頁。（5）半胱氨酸Cys有3條途徑①轉(zhuǎn)氨，生成β-巰基丙酮酸，再脫巰基，生成丙酮酸。

②氧化成丙酮酸

③加水分解成丙酮酸當前14頁，總共137頁。當前15頁，總共137頁。2、通過乙酰乙酰CoA到乙酰-CoA的途徑苯丙氨酸Phe酪氨酸Tyr亮氨酸Leu賴氨酸Lys色氨酸Trp當前16頁，總共137頁。（1）苯丙氨酸Phe→酪氨酸Tyr→乙酰乙酰CoAPhe、Tyr分解為乙酰乙酰CoA和延胡索酸。（2）酪氨酸Tyr產(chǎn)物：1個乙酰乙酰CoA（可轉(zhuǎn)化成2個乙酰CoA），1個延胡索酸，1個CO2。當前17頁，總共137頁。當前18頁，總共137頁。（3）亮氨酸Leu產(chǎn)物：1個乙酰CoA，1個乙酰乙酰CoA，相當于3個乙酰CoA。反應中先脫1個CO2，后又加1個CO2，C原子不變。當前19頁，總共137頁。（4）賴氨酸Lys產(chǎn)物：1個乙酰乙酰CoA，2個CO2。轉(zhuǎn)變?yōu)棣?氨基己二酸半醛有兩條不同途徑，在肝臟中占優(yōu)勢的是形成中間產(chǎn)物酵母氨酸途徑。當前20頁，總共137頁。(5)色氨酸Trp

產(chǎn)物：1個乙酰乙酰CoA，1個乙酰CoA，4個CO2，1個甲酸。色氨酸2，3-加氧酶遺傳缺陷癥，導致智力遲鈍。中間產(chǎn)物如5-羥色胺、吲哚乙酸、煙酸,是許多其他重要物質(zhì)生物合成的前體。當前21頁，總共137頁。當前22頁，總共137頁。當前23頁，總共137頁。（二）α-酮戊二酸途徑精氨酸Arg組氨酸His谷氨酰胺Gln脯氨酸Pro和羥脯氨酸谷氨酸Glup328圖30-23當前24頁，總共137頁。1、精氨酸Arg

產(chǎn)物：1分子Glu，1分子尿素當前25頁，總共137頁。2、組氨酸His產(chǎn)物：1分子Glu，1分子NH3,1分子甲亞氨基當前26頁，總共137頁。3、谷氨酰胺Gln三條途徑形成谷氨酸，再形成α-酮戊二酸①Gln酶水解：Gln+H2O→Glu+NH3②Glu合成酶：Gln+α-酮戊二酸+NADPH→2Glu+NADP+③轉(zhuǎn)酰胺酶：Gln+α-酮戊二酸→Glu+-酮谷酰氨酸→α-酮戊二酸+NH4+當前27頁，總共137頁。4、脯氨酸Pro和羥脯氨酸產(chǎn)物：Pro→GluHpro→丙酮酸+乙醛酸5、谷氨酸Glu谷氨酸脫氫酶或轉(zhuǎn)氨酶形成α-酮戊二酸當前28頁，總共137頁。當前29頁，總共137頁。（三）形成琥珀酰CoA的途徑甲硫氨酸Met異亮氨酸Ile纈氨酸Val都通過形成甲基丙二酰CoA轉(zhuǎn)變成琥珀酰CoAP326圖30-27當前30頁，總共137頁。當前31頁，總共137頁。1、甲硫氨酸Met

給出1個甲基，將-SH轉(zhuǎn)給Ser（生成Cys），產(chǎn)生一個琥珀酰CoA當前32頁，總共137頁。2、異亮氨酸Ile產(chǎn)生一個乙酰CoA和一個琥珀酰CoA當前33頁，總共137頁。3、纈氨酸Val當前34頁，總共137頁。（四）形成延胡索酸途徑苯丙氨酸Phe、酪氨酸Tyr可生成延胡索酸（前面已講過）。

當前35頁，總共137頁。（五）形成草酰乙酸途徑天冬氨酸Asp和天冬酰胺Asn可轉(zhuǎn)變成草酰乙酸進入TCAAsn先轉(zhuǎn)變成Asp（Asn酶），Asp經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用生成草酰乙酸.當前36頁，總共137頁。二、生糖氨基酸和生酮氨基酸◎生酮氨基酸：Phe、酪氨酸Tyr、Trp、Leu、Lys。在分解過程中轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴Ｒ阴oA，后者在動物肝臟中可生成乙酰乙酸和β-羥丁酸?！蛏前被幔悍材苌杀?、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、草酰乙酸的a.a.都稱為生糖a.a，它們都能生成葡萄糖Glc。Phe、Tyr是生酮兼生糖a.a。當前37頁，總共137頁。當前38頁，總共137頁。三、由氨基酸衍生的其它重要物質(zhì)（一）氨基酸與一碳單位一碳單位：在代謝過程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解產(chǎn)生具有一個碳原子的基團（不包括CO2）。一碳基團的轉(zhuǎn)移除了和許多氨基酸的代謝直接有關外，還參與嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成。包括：亞氨甲基（-CH=NH）甲酰基（-HC=O-）羥甲基（-CH2OH）次甲基（又稱甲川基，-CH=）亞甲基（又稱甲叉基，-CH2）甲基（-CH3）當前39頁，總共137頁。一碳基團的轉(zhuǎn)移由相應的一碳基團轉(zhuǎn)移酶催化，其輔酶為FH4四氫葉酸（5，6，7，8-四氫葉酸），攜帶甲基的部位是N5、N10

FH4結(jié)構(gòu)一碳基團和氨基酸代謝Gly、Ser、Thr、His、Met等a.a.可以提供一碳單位。當前40頁，總共137頁。當前41頁，總共137頁。當前42頁，總共137頁。當前43頁，總共137頁。一碳基團的來源與轉(zhuǎn)變S-腺苷蛋氨酸N5-CH3-FH4N5，N10-

CH2-FH4N5，N10=CH-FH4

N10-CHO-FH4N5，

N10-CH2-FH4還原酶N5，

N10-CH2-FH4脫氫酶環(huán)水化酶

絲氨酸

組氨酸甘氨酸參與

甲基化反應為胸腺嘧啶合成提供甲基參與嘌呤合成FH4FH4FH4

HCOOHH2ONAD+NDAH+H+NAD+NDAH+H+H+參與嘌呤合成當前44頁，總共137頁。當前45頁，總共137頁。甲硫氨酸與轉(zhuǎn)甲基作用甲硫氨酸+ATPS-腺苷甲硫氨酸(S-CH3)腺苷轉(zhuǎn)移酶PPi+Pi(SAM)SAMS-腺苷同同型半胱氨酸型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶RHR-CH3腺苷當前46頁，總共137頁。由SAM參加的一些轉(zhuǎn)甲基作用甲基接受體甲基化產(chǎn)物去甲腎上腺素腎上腺素瓜乙酸肌酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰膽堿RNA甲基化的RNADNA甲基化的DNA蛋白質(zhì)甲基化的蛋白質(zhì)當前47頁，總共137頁。◎蛋氨酸代謝——S-腺苷蛋氨酸循環(huán)蛋氨酸S-腺苷蛋氨酸S-腺苷同型半胱氨酸同型半胱氨酸VitB12N5-CH3-FH4FH4ATPPPi+PiR-HR-CH3H2O腺苷（1）循環(huán)過程（2）循環(huán)意義將其他來源的一碳單位轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚约谆钚约谆猄-腺苷蛋氨酸參與體內(nèi)各種甲基化反應（提供活性甲基——S-腺苷蛋氨酸，參與體內(nèi)各種甲基化反應）——腎上腺素、膽堿、肉毒堿等合成葉酸和B12缺乏一碳單位代謝障礙核酸合成障礙影響細胞分裂、成熟巨幼紅細胞性貧血當前48頁，總共137頁。當前49頁，總共137頁。當前50頁，總共137頁。（二）氨基酸與生物活性物質(zhì)當前51頁，總共137頁。當前52頁，總共137頁。當前53頁，總共137頁。（1）Tyr與黑色素P333圖30－34當前54頁，總共137頁。（2）Tyr與兒茶酚胺類可生成多巴、多巴胺（神經(jīng)遞質(zhì)）、去甲腎上腺素、腎上腺素（激素），這四種統(tǒng)稱兒茶酚胺類。當前55頁，總共137頁。（3）Trp與5-羥色胺及吲哚乙酸Trp形成5-羥色胺及吲哚乙酸

5-羥色胺是神經(jīng)遞質(zhì)，促進血管收縮當前56頁，總共137頁。（4）肌酸和磷酸肌酸（Arg、Gly、Met）肌酸和磷酸肌酸，在貯存和轉(zhuǎn)移磷酸鍵能中起重要作用。它們存在于動物的肌肉、腦、血液中。Arg、Gly、Met形成磷酸肌酸肌酸合成中的甲基化：S-腺苷Met當前57頁，總共137頁。（5）His與組胺His脫羧生成組胺，是一種血管舒張劑，在神經(jīng)組織中是感覺神經(jīng)的一種遞質(zhì)。當前58頁，總共137頁。（6）Arg→水解→鳥氨酸→脫羧→腐胺→亞精胺→精胺當前59頁，總共137頁。（7）Glu與r-氨基丁酸Glu本身就是一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)（還有Asp），在腦、脊髓中廣泛存在。Glu脫羧形成的r-氨基丁酸是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。當前60頁，總共137頁。（8）牛磺酸和CysCys的SH氧化成-SO3-，并脫去-COO-就形成了牛磺酸，?；撬崤c膽汁酸結(jié)合，乳化食物。當前61頁，總共137頁。四、氨基酸代謝缺陷癥先天性氨基酸代謝缺陷癥

苯丙酮尿癥（PKU）當前62頁，總共137頁。當前63頁，總共137頁。1902年英國醫(yī)生加洛特（A.Garrod）從家族病史，發(fā)現(xiàn)并研究了第一例遺傳病――尿黑酸癥，并發(fā)現(xiàn)該病在家族中的遺傳遵循孟德爾規(guī)律，是由單個隱性基因控制的。尤其難得是，加洛特預測，尿黑酸病病人缺乏一種酶，而正常人有，加洛特把這種遺傳病癥狀稱為“先天性代謝差錯”。后來的研究證明加洛特的預見是對的。當前64頁，總共137頁。當前65頁，總共137頁。苯病酮尿癥（PKU）亦是苯丙氨酸代謝紊亂病癥。但是疾病后果的嚴重程度遠大于尿黑酸癥。因為腦發(fā)育受阻，嚴重腦力呆滯，智商0－50。白化病是苯丙氨酸代謝途徑中又一種“遺傳病”。也是常染色體隱性遺傳。當前66頁，總共137頁。白化病當前67頁，總共137頁。白化病鱷魚當前68頁，總共137頁。第五節(jié)

氨基酸的生物合成當前69頁，總共137頁。一、氨基酸合成概論1、

氮源（1）生物固氨（微生物）a.與豆科植物共生的根瘤菌b.自養(yǎng)固氮菌蘭藻在固氮酶系作用下，將空氣中的N2固定，產(chǎn)生NH3

（2）硝酸鹽和亞硝酸鹽(植物、微生物)

（3）各種脫氨基作用產(chǎn)生的NH3（所有生物）當前70頁，總共137頁。★氨的固定方式：NH3+——有機化合物氨甲酰磷酸合成酶谷氨酸脫氫酶谷氨酰胺合成酶當前71頁，總共137頁。2、

碳源直接碳源是相應的α-酮酸。植物能合成20種a.a.相應的全部碳架或前體。人和動物只能直接合成部分a.a.相應的α-酮酸。主要來源：糖酵解、TCA、磷酸已糖支路。必需氨基酸：Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（Arg、His）當前72頁，總共137頁。3、a.a.生物合成的概貌（1）丙氨酸族丙酮酸Ala、Val、Leu（2）絲氨酸族甘油酸-3-磷酸Ser、Gly、Cys（3）谷氨酸族

-酮戊二酸Glu、Gln、Pro、Arg（4）天冬氨酸族草酰乙酸Asp、Asn、Lys、Thr、Ile、Met（5）組氨酸和芳香氨基酸族磷酸核糖His磷酸赤蘚糖+PEPPhe、Tyr、Trp當前73頁，總共137頁。當前74頁，總共137頁。二、脂肪族氨基酸生物合成途徑（一）丙酮酸衍生型:Ala、Val、Leu當前75頁，總共137頁。當前76頁，總共137頁。當前77頁，總共137頁。（二）絲氨酸族的生物合成3-磷酸甘油酸衍生型Ser、Gly、Cys當前78頁，總共137頁。當前79頁，總共137頁。當前80頁，總共137頁。當前81頁，總共137頁。（三）谷氨酸族α-酮戊二酸衍生類型：Glu、Gln、Pro、Arg、Lys（蕈類、眼蟲））當前82頁，總共137頁。1、Glu的合成由α-酮戊二酸與游離氨，經(jīng)L-Glu脫氫酸催化。對于植物和微生物，氨的來源是Gln的酰胺基。NH3+α-酮戊二酸Glu脫氫酶／NADPHGlu+H2OGln+α-酮戊二酸Glu合酶／NADPH2Glu當前83頁，總共137頁。2、Gln的合成由α-酮戊二酸形成Glu，由Glu可以進一步形成Gln，Glu+NH4++ATP谷胺酰胺合酶Gln+ADP+Pi+H+Gln合酶是催化氨轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C含氮物的主要酶，活性受9種含氮物反饋調(diào)控：氨基Glc-6-P、Trp、Ala、Gly、Ser、His和CTP、AMP、氨甲酰磷酸。除Gly、Ala，其余含氮物的氮都來自Gln。當前84頁，總共137頁。3、Pro的合成（Glu環(huán)化而成）當前85頁，總共137頁。當前86頁，總共137頁。4、Arg合成當前87頁，總共137頁。當前88頁，總共137頁。（四）天冬氨酸族草酰乙酸衍生類型：Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys（植物、細菌）1、天冬氨酸谷草轉(zhuǎn)氨酶草酰乙酸+GluAsp+α-酮戊二酸當前89頁，總共137頁。2、

Asn合成（轉(zhuǎn)移酰胺基）Asn合成酶Asp+NH4++ATPAsn+AMP+PPi細菌Asn合成酶Asp+Gln+ATPAsn+Glu+AMP+PPiMg2+（哺乳動物）當前90頁，總共137頁。3、Met合成4、Thr合成Lys、Met、Thr合成中，有一段共同途徑，即生成Asp-β-半醛，是一個分枝點化合物。當前91頁，總共137頁。當前92頁，總共137頁。5、Ile合成（與Val極為相似）P271圖17-9Ile的合成途徑與Val極為相似。6個C中4個來自Asp（Asp→Thr），2個來自丙酮酸，所以也可以歸入丙酮酸衍生型。當前93頁，總共137頁。6、Lys①α-酮戊二酸衍生型（蕈類、眼蟲）P264圖17-4②天冬氨酸、丙酮酸衍生型（植物、細菌）P267圖17-5當前94頁，總共137頁。當前95頁，總共137頁。三、芳香族氨基酸及His的生成合成（一）Phe、Tyr、Trp的合成起始物：磷酸烯醇丙酮酸，赤蘚糖-4-P當前96頁，總共137頁。當前97頁，總共137頁。當前98頁，總共137頁。（二）His合成當前99頁，總共137頁。當前100頁，總共137頁。二十種氨基酸的生物合成概況

谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族絲氨酸族His和芳香族當前101頁，總共137頁。當前102頁，總共137頁。四、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)最有效的調(diào)節(jié)是通過合成過程的終端產(chǎn)物，反饋抑制反應系列中第一個酶的活性，即通過別構(gòu)效應調(diào)節(jié)第一個酶的活性。當前103頁，總共137頁。（一）

通過終端產(chǎn)物對aa合成的反饋抑制1、簡單的終端產(chǎn)物反饋抑制如由Thr合成Ile當前104頁，總共137頁。2、不同終端產(chǎn)物對共同合成途徑的協(xié)同抑制當前105頁，總共137頁。3、不同分枝產(chǎn)物對多個同工酶的抑制當前106頁，總共137頁。4、順序反饋抑制

sequentialfeedbackinhibition終端產(chǎn)物E和H，只分別抑制分道后自己的分支途徑中第一個酶的活性。

當前107頁，總共137頁。當前108頁，總共137頁。（二）通過酶量調(diào)節(jié)終產(chǎn)物的反饋阻遏P362圖31-25E.coli中Met反饋阻遏同工酶A、BIle反饋阻遏同工酶C當前109頁，總共137頁。五、氨基酸轉(zhuǎn)化為其他氨基酸及其他代謝物（1）谷光苷肽（2）肌酸（3）卟啉血紅素、細胞色素、葉綠素。卟啉由Gly和琥珀酰CoA合成（4）短桿菌肽當前110頁，總共137頁。當前111頁，總共137頁。當前112頁，總共137頁。當前113頁，總共137頁。第六節(jié)生物固氮當前114頁，總共137頁。當前115頁，總共137頁。當前116頁，總共137頁。當前117頁，總共137頁。一、生物固氮作用及固氮生物類型通過微生物將分子氮轉(zhuǎn)化為含氮化合物的過程。雖然地球大氣層的80%是氮氣，但是有能力直接利用這種氮源的卻僅限于幾類原核生物。細菌、放線菌、藍細菌（藍藻）等原核微生物。固氮微生物共生型自生型非豆科植物根瘤菌藍藻、光合細菌厭氧巴氏細菌、需氧固氮桿菌等豆科植物的根瘤菌當前118頁，總共137頁。當前119頁，總共137頁。（1）自生固氮微生物利用光能進行氮素還原：魚腥藻、念珠藻等藍藻，紅螺菌、紅色極毛桿菌、綠桿菌等。利用化學能進行固氮：如貝氏固氮菌、德氏固氮菌、厭氣性的巴斯德梭菌、兼厭氣性的克氏桿菌。（2）共生固氮微生物根瘤菌與豆科植物，藍藻與蕨類植物紅萍。根瘤則是寄主植物為適應共生固氮所產(chǎn)生的一種特化的器官，便于容納類菌體并為其提供合適的環(huán)境和養(yǎng)分，維持氮的固定。當前120頁，總共137頁。當前121頁，總共137頁。當前122頁，總共137頁。當前123頁，總共137頁。二、固氮酶的結(jié)構(gòu)與功能研究20世紀60年代初期，有科學家將晾干的厭氧微生物芽孢梭菌細胞溶于稀鹽溶液中，離心后取上清，加入15N2，一定時間后發(fā)現(xiàn)反應體系中產(chǎn)生了15NH3。進一步研究發(fā)現(xiàn)，無細胞提取液中的固氮酶活性會很快地、完全地被空氣所破壞。當前124頁，總共137頁。固N酶

ATP酶活性：能催化ATP分解，從中獲取能量推動電子向還原底物上轉(zhuǎn)移。（2）作用機理：（3）特點：是一種多功能酶N2還原劑鐵蛋白鉬鐵蛋白氧化還原酶：不僅能催化N2還原，還可催化N2O化合物等還原。（1）結(jié)構(gòu)組成鐵硫蛋白：二聚體、含F(xiàn)e和S，（還原酶）形成[Fe4S4]簇鉬鐵蛋白（固氮酶）：四聚體（α2β2），含Mo、Fe和S當前125頁，總共137頁。當前126頁，總共137頁。固氮酶復合物的酶和輔助因子鐵鉬中心MoFeSADP當前127頁，總共137頁。

反應條件：

A：還原劑，鐵氧還蛋白，由NADPH＋H＋供氫B：ATP，每傳遞兩個電子約消耗4—5個ATP。還原N2需12ATP，因此豆科植物在固氮的同時，還要提高淀粉、PRO產(chǎn)量是一個挑戰(zhàn)，因為根系消耗了ATP總量的1/5用于固氮。C：厭氧環(huán)境，因固氮酶對氧十分敏感，需嚴格厭氧。固氮酶具有防氧機理：固氮菌通過呼吸消耗氧，根瘤菌的豆血紅蛋白與氧結(jié)合。

當前128頁，總共137頁。當前129頁，總共137頁。生物固氮總反應當前130頁，總共137頁。厭氧環(huán)境氫酶當前1