第十一章蛋白质降解及氨基酸代谢.ppt

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1、第十一章 蛋白质降解及氨基酸代谢,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,第三节 氨基酸的分解代谢,第四节 氨的运输与尿素形成,第五节 氨基酸碳骨架的进一步代谢,第六节 由氨基酸衍生的重要化合物,第七节 氨基酸的生物合成概况,肠激酶 胰蛋白酶原 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶原 胰凝乳蛋白酶 弹性蛋白酶原 弹性蛋白酶 羧肽酶原 羧肽酶 氨肽酶原 氨肽酶 激活作用依次递减,一、蛋白质的消化,2、小肠消化,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,一、蛋白质生理功用 二、蛋白质的营养价值与必需氨基酸 三、氮平衡及最低生理需求量,一、蛋白质生理功用,1、维持细胞生长、发育、更新和修复

2、 2、催化功能 酶 3、免疫功能 抗体 4、调节功能 激素 5、组成重要化合物 脂蛋白、糖蛋白等 6、供能：1克蛋白质 4千卡能量 7、其水解产物氨基酸 参与重要生理作用,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,二、蛋白质的营养价值与必需氨基酸,衡量蛋白质的营养价值高、低（优、劣）标准： 含量多少和种类多少？ 是否与人体蛋白质组分相近？ 人体有8种必需氨基酸：Phe、Met、Trp、Lys、The、Val、Leu、Ile. Arg. His. 在体内只合成少量，也有人将之划为必需氨基酸。,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,蛋白质的互补作用：采用混合食用蛋白质，使氨基酸种类和含量更接近人类，而提高蛋白

3、质的生理价值的现象。 例：采用小麦：小米：牛肉：大豆 = 39：13：26：22 混合饲料喂大鼠，测其生理价值是89，远高于单独食用的生理价值。,三、氮平衡及最低生理需求,氮平衡： 机体摄入蛋白质（氮）量 机体排出蛋白质（氮）量 正氮平衡： 负氮平衡： 蛋白质含氮量：16 %，即：1 克 N = 6.25 克蛋白质， 机体排出蛋白质（N）量约 5 克， 故成人每日需食入 3050 克蛋白质才能维持氮平衡，营养学上称之为 最低生理需求量。,动态平衡,第一节 蛋白质的营养价值及氮平衡,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,一、消化,二、吸收,三、腐败作用,四、氨基酸代谢概况,一、蛋白质的消化（蛋白

4、质降解） P302,1、胃部消化,食物,胃,促进胃分泌胃泌素,刺激胃中壁细胞分泌盐酸,主细胞,胃蛋白酶原,松散,分泌,自身催化,胃蛋白酶,N-端42个氨基酸的肽段脱落,可水解Phe、Trp、Tyr、Leu、 Glu等肽键,食物蛋白质 （大分子）,多肽（小分子）,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,一、蛋白质的消化,2、小肠消化,胃液及蛋白质消化产物多肽等,小肠,胃酸,H2CO3,肠促胰液肽,血液,胰腺,食物中的氨基酸 及游离氨基酸,十二脂肠分泌蛋白酶原,降低小肠酸性（pH升高）,刺激,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,二、蛋白质的吸收,吸收形式：游离氨基酸、二肽；小肠C吸收 吸收机制：耗

5、能需Na+的主动转运： Na+K+ATP酶（Na+泵）作用。,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,三、蛋白质的腐败作用,未被消化吸收的蛋白质及氨基酸在大肠下部受细菌作用，产生胺类、酚类、吲哚及H2S、NH3等产物。 作用方式： 1、脱羧基、脱氨基作用： 2、氧化还原及水解等: Ala 乙胺+ CO2， Ala 丙酮酸 + NH3 鸟氨酸 腐胺+ CO2 , Lys 尸胺, Tyr 酪胺+ CO2 Trp 吲哚， Cys H2S 酚类 + NH3,第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,消化吸收,合成,分解,肾,合成,外源：食物prot 内源：自身合成非必需氨基酸 组织prot(酶等) 脱羧基

6、脱氨基作用 排出 NH3 胺类 CO2 酮酸 糖类 尿素 TCA 酮体,四、氨基酸代谢概况,体内氨基酸代谢库,非蛋白含氮化合物 (嘌呤,嘧啶,胆碱,肌酸等),(鸟氨酸循环),第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败作用,第三节 氨基酸的分解代谢 P303,一、脱氨基作用,二、脱酰胺基作用,三、转氨基作用,四、联合脱氨基作用,（二）非氧化脱氨基作用,（一）氧化脱氨基作用,五、脱羧基作用,（一）氧化脱氨基作用P306-307,一、脱氨基作用,氨基酸氧化酶,催化氧化脱氨基作用的酶主要有： 1、L氨基酸氧化酶（二种类型）： 一类以FAD为辅基，一类以FMN为 辅基 2、D氨基酸氧化酶：以FAD为辅基，催化DA

7、A氧化脱氨基。 3、氧化专一氨基酸的酶： （1）甘氨酸氧化酶（FAD） （2）D天冬氨酸氧化酶（FAD） （3）L谷氨酸脱氢酶（NAD+或NADP+）：不需氧脱氢酶,（反应包括 脱氢、 水解 二个步骤）,（一）氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,（1） 甘氨酸氧化酶（FAD）：,（2）D天冬氨酸氧化酶（FAD）,（3）L谷氨酸脱氢酶（NAD+或NADP+）：不需氧脱氢酶,（一）氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,谷氨酸脱氢酶 味精（谷氨酸钠盐）生产：酮戊二酸 谷氨酸 NH3,L谷氨酸脱氢酶催化的反应特点： （A）该酶分布广、活性强，真核C中多存在于线粒体基质内。 （B）不直接需氧，以NAD+或NADP

8、+为辅酶。 （C）可逆反应，平衡点的移动决定于产物：NADH（或NADPH） 呼吸链,主要作用是催化谷氨酸脱 2H 脱 NH3 合成尿素,（D） 此酶为 别 构 酶，分子量：336000，含6个相同的亚基。 （-） （+） ATP、GTP、NADH ， ADP、GDP,（二）非氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,大多在微生物C 内进行,1、还原脱氨基作用,2、水解脱氨基作用,3、脱水脱氨基作用,4、脱硫氢基脱氨基作用,5、氧化还原脱氨基作用,（二）非氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,1、还原脱氨基作用,2、水解脱氨基作用,（二）非氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,3、脱水脱氨基作用,4、脱硫氢基脱氨基

9、作用,分子重排,分子重排,（二）非氧化脱氨基作用,一、脱氨基作用,5、氧化还原脱氨基作用：,二、脱酰胺基作用,三、转氨基作用,（一）概念,（二）转氨酶（氨基移换酶）及辅基（磷酸吡哆醛）,（三）作用机制,P303-05,（一）概念,三、转氨基作用,指- 氨基酸和酮酸之间在酶催化下的氨基转移作用,- 氨基酸1,- 酮酸1,例：,转氨酶,- 酮酸2,- 氨基酸2,用15NH2标记实验证明，除Gly、Lys、The、Pro等氨基酸外，其余氨基酸均能进行转氨反应。不同氨基酸与- 酮戊二酸的转氨作用在氨基酸分解代谢中占有重要地位。,（二）转氨酶（氨基移换酶）及辅基（磷酸吡哆醛）,三、转氨基作用,例： 谷丙

10、转氨酶（GPT）：主要存在肝C内， 谷草转氨酶（GOT）：主要存在心肌C内， 若肝C或心肌C损伤发炎，可使血清GPT或GOT 升高,特点(体现在5个方面)：,1、种类多、分布广，至今已发现50多种,2、大多需- 酮戊二酸为氨基受体，以L-谷氨酸与- 酮戊二酸转氨体系最为重要。,4、 动物和高等植物的转氨酶一般催化： L-AA 和 - 酮酸 之间的转氨作用。,3、反应可逆，平衡常数约为1，是体内合成非必需氨基酸的重要途径。,5 、辅基磷酸吡哆醛与酶蛋白以牢固的共价键形式结合： 醛亚胺= NH2Lys 酶 （P 305 图30-3）,（三）作用机制,三、转氨基作用,当加入氨基酸底物时，底物替代酶L

11、ys NH2 与磷酸吡哆醛相连，形成磷酸吡哆醛亚胺。（P 224 图16-2）,- 酮酸 + （PNH2 ）磷酸吡哆胺 酮亚胺,四、联合脱氨基作用,通过联合转氨基作用（转氨酶）和氧化脱氨基作用（L-谷氨酸脱氢酶）实现,联合脱氨基作用主要有二种方式：,（一）- 酮戊二酸L-谷氨酸-转氨体系,（二）嘌呤核苷酸循环,P307,（一）- 酮戊二酸-L-谷氨酸-转氨体系,四、联合脱氨基作用,上述参与联合脱氨基作用的转氨体系广泛存在机体内,反应要点： 1、NH3的根本来源是参加反应的第一个氨基酸NH2 ，- 酮戊二酸和谷氨酸只起传递氨基的作用； 2、可逆过程，故也是体内合成非必需氨基酸的重要途径； 3、生

12、成的NADH（或NADPH）可进入呼吸链氧化磷酸化产生3ATP。,（二）嘌呤核苷酸循环,四、联合脱氨基作用,此种联合脱氨基作用是存在于骨骼肌、心肌等组织C中另一种脱氨基方式,嘌呤核苷酸循环是如何进行的呢？,（二）嘌呤核苷酸循环,四、联合脱氨基作用,草酰乙酸,苹果酸,Glu,-KG,（二）嘌呤核苷酸循环,四、联合脱氨基作用,（二）嘌呤核苷酸循环,四、联合脱氨基作用,1、此循环起始物是天冬氨酸，生成物是延胡索酸和NH3 2、IMP和AMP在此循环中起传递氨基的作用，类似- 酮戊二酸和 谷氨酸的作用。 3、延胡索酸可加水转变成苹果酸，脱氢生成草酰乙酸，再接受谷氨酸的氨基即可生成天冬氨酸,反应要点,五

13、、脱羧基作用,AA CO2 + 胺类 醛+ NH3,胺氧化酶,几种氨基酸脱羧基产物的生理功能,几种氨基酸脱羧基产物的生理功能,CO2,1、His,组胺（组织胺）可 血压， 胃液分泌,His脱羧酶（可不需辅酶）,酪胺（ 血压）,4、Trp,2、 Tyr,Tyr脱羧酶,CO2,3、LGlu,-氨基丁酸（抑制性神经递质）,Glu脱羧酶,色胺（若Trp先羟化再脱羧，则生成5羟色胺）,Trp脱羧酶,CO2,CO2,(神经递质）(5 HT),第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢,一、氨基氮的排泄,二、AA碳骨架的进一步代谢,三、生糖氨基酸和生酮氨基酸,一、氨基氮的排泄,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架

14、的进一步代谢,实验表明，给家兔注射NH4Cl使血NH3 大于5mg %，兔即死亡。若人体血NH3 大于5mg %时，亦可导致氨中毒（例肝昏迷）。NH3 脑，脑C线粒体内可进行以下反应：,结果使脑C中- 酮戊二酸 ，TCA速度 ，脑ATP生成 ，导致脑功能障碍 昏迷。,（一）排泄形式 （二）NH3的转运 （三）尿素形成（鸟氨酸循环）,（一）排泄形式,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,NH3有毒性，如何由组织C转运 血 肾？,1、排氨（NH3）动物：水生或海洋动物等； （肾） 2、排尿酸动物：鸟类及爬虫类等，将NH3 固体尿酸 排出 3、排尿素动物：陆生动物等，将 NH

15、3 尿素 排出,（二）NH3的转运 P309,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,1、通过谷氨酰胺进行,2、通过葡萄糖 丙氨酸循环进行,谷氨酰胺是一个中性无毒物，其作用体现在三个方面：,NH3 在血液中的运输形式 NH3 在组织C中的解毒形式 NH3 在体内的储存形式 (可用于合成其它含氮物),谷氨酰胺的形成,中间产物是谷氨酰 | 5 | 磷酸,（中性无毒） 丙氨酸 葡萄糖,（二）NH3的转运,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,2、通过葡萄糖 丙氨酸循环进行 P305,GPT 丙氨酸 丙酮酸,（骨骼肌）,（糖酵解）,丙氨酸 丙酮酸 葡萄糖,

16、（肝）,NH3 尿素,- 酮戊二酸 谷氨酸 - 酮戊二酸,生理意义：经济利用 骨骼肌 NH3 丙氨酸 NH3 尿素,一举两得 丙酮酸 （血液） 丙酮酸 （肝）,（血液）,（二）NH3的转运,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,（二）NH3的转运,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,（三）尿素形成（鸟氨酸循环） 一、氨基氮的排泄,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,1、反应部位：肝C 线粒体及胞液,4、反应要点,3、尿素合成的详细步骤,2、早期发现：1932年 Krebs及学生研究鸟氨酸、瓜氨酸、精氨 酸三者关系，提出

17、鸟氨酸循环：,3、尿素合成的详细步骤,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,（1）氨甲酰磷酸的形成,（2）瓜氨酸的形成,（3）精氨琥珀酸的形成,（4）精氨酸形成,（5）尿素合成,（1）氨甲酰磷酸的形成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,回尿素合成,氨甲酰磷酸合酶,NH3 + CO2 + 2ATP,A、此酶为调节酶，AGA为其正调节物（别构激活剂）； B、反应基本不可逆，生成的氨甲酰磷酸为高能化合物； C、此酶存在于线粒体内，胞液中有 氨甲酰磷酸合酶（参与嘧啶的合成）。,N-乙酰谷氨酸（AGA）,（+）,氨甲酰磷酸,（2）瓜氨酸的

18、形成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,鸟氨酸转氨甲酰酶（线粒体）需Mg2+激活。 （ 常和氨甲酰磷酸合酶形成复合物）,回尿素合成,（3）精氨琥珀酸的形成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,瓜氨酸形成后即离开线粒体进入（胞液）,精氨琥珀酸合成酶,天冬氨酸 + ATP,AMP+Pi,回尿素合成,（4）精氨酸形成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,精氨琥珀酸裂解酶,回尿素合成,（5）尿素合成,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,3、尿素合成,精氨酸

19、水解成尿素和鸟氨酸,精氨酸酶,Mg2+,尿素合成总结,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,氨甲酰磷酸合酶,NH3 + CO2 + 2ATP,N-乙酰谷氨酸（AGA）,（+）,氨甲酰磷酸,瓜氨酸,鸟氨酸,鸟氨酸转氨 甲酰酶,精氨琥珀酸合成酶,精氨 琥珀酸,天冬氨酸 + ATP,AMP+Pi,精氨琥珀酸裂解酶,精氨酸,延胡索酸,精氨酸酶,尿素,回尿素合成,4、反应要点,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,（1）共需5个酶的催化：一合一转、一合一裂、精氨酸酶 （氨甲酰磷酸合成酶是调节酶）； （精氨琥珀酸合成酶活性低，此反应为限速步骤）,（2）尿素形

20、成（反应）部位： 第: 线粒体内；第、: 胞液中。 尿素 血 排泄部位,（3）尿素 H2 NCON H2中二个NH2基分别来自Glu、Asp 或其它AA 所以合成1分子尿素可清除2 NH3 + CO2,（4）反应中共消耗3分子ATP的四个高能磷酸键 第(1)步: 2 ATP，第(3)步: 1 ATP（生成1 AMP+PPi） 按消耗 4 ATP计算:合成尿素分子中每个N H2 : 平均消耗 2 ATP.,例: Glu 氧化分解为CO2、H2O和尿素时，净产生的ATP数？ NH3 尿素 - KG TCA NADH,空,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之一、氨基氮的排泄,二、AA碳骨架的

21、进一步代谢 P314,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之二： AA碳骨架的进一步代谢,20种氨基酸的氧化分解途径各异，但它们最后都集中形成5种产物进入TCA而彻底氧化为CO2和H2O。（P315 图30-13）,二、AA碳骨架的进一步代谢,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之二： AA碳骨架的进一步代谢,（一）形成乙酰辅酶A的途径,（二）形成- 酮戊二酸途径,（三）形成琥珀酰CoA途径,(四) 形成延胡索酸途径：（Phe、Tyr）(P318 图30-17、30-18),（五）形成草酰乙酸途径：(Asn、Asp) (P329 图30-31),Thr 、 Cys 、 Gly、 S

22、er、 Ala,Phe 、Tyr 、 Leu 、Lys 、 Trp,Arg、 His、 Pro、 Gln、Glu,Met、Ile、Val,（一）形成乙酰辅酶A的途径,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之二： AA碳骨架的进一步代谢,1、丙酮酸 乙酰辅酶A,2、乙酰乙酰辅酶A 乙酰辅酶A,包括5个氨基酸：Thr 、 Cys 、 Gly、 Ser、 Ala,Ser、Cys形成丙酮酸的过程,非氧化脱氨基作用,3、脱水脱氨基作用,4、脱硫氢基脱氨基作用,分子重排,分子重排,（一）形成乙酰辅酶A的途径,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之二： AA碳骨架的进一步代谢,2、乙酰乙酰辅酶A

23、乙酰辅酶A,包括5个氨基酸：Phe 、Tyr (见P319图30-18) 、Leu (见P320图30-19) 、Lys (见P321图30-20) 、 Trp (见P322图30-21),参见P318 图30-17,Phe,Tyr,Leu,Lys,Trp,乙酰乙酸,- 酮己二酸,乙酰乙酰辅酶A,乙酰辅酶A,P318 图30-17,（一）形成乙酰辅酶A的途径,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之二： AA碳骨架的进一步代谢,（一）形成乙酰辅酶A的途径,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之二： AA碳骨架的进一步代谢,乙酰乙酰辅酶A 注：二个氧化酶 先天缺乏即为分子病：高Tyr血

24、症、尿黑酸症 Phe Tyr（为不可逆反应）,（二）形成- 酮戊二酸途径,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之二： AA碳骨架的进一步代谢,包括5个氨基酸： Arg(见P324图30-24)、 His(见P324图30-25)、 Pro(见P325图30-26)、 Gln、Glu,P323 图30-23,（三）形成琥珀酰CoA途径,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之二： AA碳骨架的进一步代谢,包括3个氨基酸： Met、Ile、Val (见P327、328 图30-28、29、30),P326 图30-27,三、生糖氨基酸和生酮氨基酸,第四节 氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代

25、谢之三：生糖氨基酸和生酮氨基酸,1、生酮氨基酸 2. 生酮兼生糖氨基酸 3、生糖氨基酸,Phe、Tyr、Trp,Leu、Lys,15种,第五节 由氨基酸衍生的重要化合物（P329）,一、氨基酸与一碳单位,二、氨基酸与生物活性物质,（一）一碳单位定义及形式,（二）一碳单位载体与活化形式,（三）氨基酸与一碳单位,（二）Trp与生物活性物质,（三）肌酸与磷酸肌酸,（四）多胺化合物,（一）Tyr与生物活性物质,（一）一碳单位定义及形式,第五节 由氨基酸衍生的重要化合物之一：氨基酸与一碳单位,1、定义：含一个碳原子的基团（除CO2） 2、形式：,CH3、 CH2、 =CH、 CHO、CH=NH、 CH2

26、OH （甲基）（亚甲基）（次甲基）（甲酰基）（亚氨甲基）（羟甲基）,（二）一碳单位载体与活化形式,第五节 由氨基酸衍生的重要化合物之一：氨基酸与一碳单位,1、载体：四氢叶酸（FH4） N5、N10 位为携带部位。,2、活化形式： （1）N5CH3 FH4； （2）N5,N10CH2FH4； （3）N10CHO.FH4；（4）N5CH=NHFH4； （5）N5,N10=CHFH4； （6）S腺苷甲硫氨酸(SAM),P330 图30-32,（三） 氨基酸与一碳单位,第五节 由氨基酸衍生的重要化合物之一：氨基酸与一碳单位,(三) 氨基酸与一碳单位: Ser转羟甲基酶 (1) L- Ser + FH4

27、 Gly 乙醛酸 HCOOH N5,N10 CH2FH4 (2) FH4 (3) Thr 乙醛 N5,N10=CHFH4+H2O (4) His N亚氨甲酰谷氨酸 谷氨酸 NH3 FH4 N5CH=NHFH4,(5) Trp 甲醛 甲酸 N10 CHO.FH4 FH4 (6) Met + ATP S腺苷甲硫氨酸 高半胱氨酸 CH3 S腺苷 FH4 N5CH3 FH4,（一）Tyr与生物活性物质（合成过程见P333图）,第五节 由氨基酸衍生的重要化合物之二：氨基酸与生物活性物质,CO2 羟化酶 SAM Tyr 多巴 多巴胺 去甲肾上腺素 肾上腺素 I2 多巴醌 黑色素 甲状腺素 酪胺 延胡索酸

28、乙酰乙酸,（二）Trp与生物活性物质,第五节 由氨基酸衍生的重要化合物之二：氨基酸与生物活性物质,吲哚丙酮酸 吲哚乙酸（植物生长激素） Trp 5-羟色氨酸 5-羟色胺 （5-HT） 5-羟吲哚乙酸 （5-HIAA) O2 甲醛 甲酸（1C） 一碳单位（N10-CHOFH4） 色胺 H2O 犬尿AA Ala 丙酮酸 乙酰COA H2O 约3% 尼克酸 NAD+、NADP+ 3-羟邻氨基苯甲酸 95% 乙酰乙酰COA（4C）,Trp 羟化酶,脱羧酶,（三）肌酸与磷酸肌酸（合成过程见P334图30-37）,第五节 由氨基酸衍生的重要化合物之二：氨基酸与生物活性物质,（三）肌酸与磷酸肌酸： Gly

29、鸟氨酸 Arg 胍基乙酸,脒基本转移酶,第五节 由氨基酸衍生的重要化合物之二：氨基酸与生物活性物质,（四）多胺化合物,第五节 由氨基酸衍生的重要化合物之二：氨基酸与生物活性物质,第六节 氨基酸的生物合成,一、概述,二、脂肪族AA生物合成途径,三、芳香族AA及组氨酸的生物合成途径,四、氨基酸合成的调控,五、20种氨基酸合成简图,一、概述,第六节 氨基酸的生物合成之一：概述,不同生物合成氨基酸的能力不同，能够合成氨基酸的种类也不相同，故对人及大多数动物有必需AA和非必需AA之说。但高等植物（可利用氨或硝酸作为氮源）和某些微生物（例大肠杆菌）可合成自己所需的全部AA。 氨基酸合成的研究，大多以微生物

30、为材料，不仅取材方便，且容易将遗传和生物化学技术结合起来，应用遗传突变技术可获得在合成AA方面具有各种特点的遗传突变株，基本阐明了构成蛋白质20种AA的生物合成途径。,例：,一、概述,第六节 氨基酸的生物合成之一：概述,突变株微生物的同一种氨基酸正常合成路线在发生变异的步骤受阻，通过对积累中间产物C的测定，即可判断某种氨基酸（F）的一个中间代谢环节。（可删除）,不同的AA合成途径各异，但许多AA的合成与机体的几个中心代谢环节有密切的关系。如：糖酵解、磷酸戊糖途径、三羧酸循环等，可以其中5种以上的中间产物作为前体。,如：脂肪族AA生物合成途径可归为4种类型 芳香族AA和组氨酸的生物合成简介,脂肪

31、族AA生物合成途径的4种类型,第六节 氨基酸的生物合成之一：概述,1、 酮戊二酸衍生类型：Glu、Gln、Pro、Arg、Lys (蕈类和眼虫) 2、 草酰乙酸衍生类型：Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys（细菌和植物)） 3、 丙酮酸衍生类型：Ala、Val、Leu（还需乙酰CoA参与） 4、 3-磷酸甘油酸衍生类型：Ser、Cys、Gly,芳香族AA和组氨酸的生物合成简介,1、芳香族AA： Phe、Tyr、Trp 赤藓糖-4-磷酸 磷酸戊糖途径 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） 糖酵解,2、His合成： （ATP） 磷酸戊糖途径 5-磷酸核糖 5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP） His,二

32、、脂肪族AA生物合成途径,第六节 氨基酸的生物合成之二：脂肪族AA生物合成途径,1、酮戊二酸衍生类型 谷氨酸类型：（掌握：Glu、Gln的合成）,2、草酰乙酸衍生类型天冬氨酸类型：（掌握：Asp、 Asn的合成）,3、 丙酮酸衍生类型,4、 3-磷酸甘油酸衍生类型,也称谷氨酸族AA，包括Glu、Gln、Pro、Arg、Lys,也称天冬氨酸族，包括Asp、Asn、Met、Thr 、Lys 、Ile,也称丙酮酸族AA，包括Ala、Val、Leu,也称丝氨酸族AA，包括Ser、Cys、Gly,P343,1、酮戊二酸衍生类型 谷氨酸类型：（掌握：Glu、Gln的合成）,第六节 氨基酸的生物合成之二：脂

33、肪族AA生物合成途径,L- Glu脱氢酶 (Km=1.1mmol/L):要求NH3较高 （1） NH3 +-KG L- Glu + H2O NAD(P)H NAD(P)+ Gln合成酶 (Km=0.2mmol/L)可受复杂反馈抑制系统的调节(后述) (2) L- Glu Gln ATP+NH3 ADP+Pi 谷氨酸合成酶 (3) -KG + Gln 2 L- Glu NADPH NADP+,在生理条件下NH3低, 故机体以(2) (3) 合成途径为主.,也称谷氨酸族AA，包括Glu、Gln、Pro(p345)、Arg(p346)、Lys(p347),2、草酰乙酸衍生类型天冬氨酸类型：（掌握：A

34、sp、Asn的合成）,第六节 氨基酸的生物合成之二：脂肪族AA生物合成途径,Asp,草酰乙酸,-KG,Glu,(GOT),Glu +AMP+PPi,（1）,ATP + Gln,Asp,（2）,Asn,Asn合成酶,（3）Met、Thr、Lys的合成,（4）Ile的合成,也称天冬氨酸族，包括Asp、Asn、Met、Thr 、Lys 、Ile,ATP+ NH4+ (细菌),（3）Met、Thr、Lys的合成（P349-351，图31-9、-10、-11、-12）,第六节 氨基酸的生物合成之二：脂肪族AA生物合成途径,（4）Ile的合成（P352，图31-13）,第六节 氨基酸的生物合成之二：脂肪族

35、AA生物合成途径,Ile的6个C原子有四个来自Asp，2个来自丙酮酸,丙酮酸,3、丙酮酸衍生类型,第六节 氨基酸的生物合成之二：脂肪族AA生物合成途径,也称丙酮酸族AA，包括Ala、Val、Leu,（1）Val 的合成：,（2）Leu 的合成：,P352，图31-13,P353，图31-15,（3） Ala 的合成：,4、3-磷酸甘油酸衍生类型（P354，图31-16、17）,第六节 氨基酸的生物合成之二：脂肪族AA生物合成途径,也称丝氨酸族AA，包括Ser、Cys、Gly,三、芳香族AA及组氨酸的生物合成途径,第六节 氨基酸的生物合成之三：芳香族AA及组氨酸的生物合成途径,1、分枝酸的形成,

36、2、Phe、Tyr、Trp的合成,3、 His 的合成,1、分枝酸的形成(p356),第六节 氨基酸的生物合成之三：芳香族AA及组氨酸的生物合成途径,2、Phe、Tyr、Trp的合成(p357),第六节 氨基酸的生物合成之三：芳香族AA及组氨酸的生物合成途径,第六节 氨基酸的生物合成之三：芳香族AA及组氨酸的生物合成途径,Trp（11C）,3、 His 的合成(p360),第六节 氨基酸的生物合成之三：芳香族AA及组氨酸的生物合成途径,四、氨基酸合成的调控,第六节 氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控,（一）酶活性调节,1、终产物的负反馈作用,2、酶的多重性抑制,3、连续反馈控制,4、复杂反

37、馈抑制系统,（二）酶生成量的调控,1、终产物的负反馈作用 （一）酶活性调节之一,第六节 氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控,A B C D E A B C D E,E1 E2 E3 E4,（-）,（-）,E5,F G H,（-）,2、酶的多重性抑制 （一）酶活性调节之二,第六节 氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控,A B C D E 例：三种芳香族AA合成调节（P 362图31-24）,F G H,E1,（-）,（-）,E1+,（-）,（-）,A B C D E 例：P362 图31-25,3、连续反馈控制 （一）酶活性调节之三,第六节 氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控,F G

38、H,（-）,（-）,（-）,4、复杂反馈抑制系统 （一）酶活性调节之四,第六节 氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控,P362 图31-26 （8种含氮物对谷氨酰胺合酶的调控）,(+),（二）酶生成量的调控p363-363,第六节 氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控,主要通过有关酶编码基因活性的改变,有关酶编码基因活性,合成产物,(图31-25 标A、B、C酶),阻遏酶,（-）,合成产物,（-）,Asn,Gly,葡萄糖,G-6-P,磷酸戊糖通路,3-p-甘油酸,Ser,Cys,PEP,5- P-核糖,PRPP,His,4-P-赤藓糖,莽草酸,分枝酸,预苯酸,Trp,Phe,Tyr,丙酮酸

39、,Ala,-酮异戊酸,Val,Leu,草酰乙酸,Asp,L-天冬氨酰-半醛,Lys,L-高丝氨酸,-酮戊二酸,Glu,Gln,Pro,Arg,Met,Thr,Ile,丙酮酸,20种氨基酸合成简图,乙酰辅酶A,丙酮酸,4-P-赤藓糖,分枝酸,第七节 生物固氮作用,一、氮循环及氨化作用： 微生物固定 土壤 （一）氮循环： 自然界 氮 氨 植物利用 微生物分解 含氮化合物（尸体、排泄物） 空气 （二）氨化作用： 有机营养微生物都有不同程度的氨化能力 蛋白质、氨基酸、尿素及其它有机含氮物由微生物分解为氨的过程。,二、生物固氮作用,（一）概念：指某些微生物和藻类通过其体内固氮酶系，将分子氮转变为氨的作用

40、 （ N2 NH3） 大多植物不能利用N2，只能吸收和利用氨和硝酸盐（NO3、NO2 NH3） 生物固氮对维持自然界氮循环及植物生长所需的氮来源起重要作用。 （二）固氮生物类型： 1、自养固氮生物：指能独立依靠自身提供能量和碳源进行固氮的生物。 自养固氮生物包括好气和厌氧细菌、光能自养细菌、烃氧化细菌、蓝藻等， 蓝藻是光自养固氮生物：利用太阳光能进行光合作用和固氮作用 。 2、共生固氮生物：独立生活时没有固氮能力，但可从宿主植物摄取碳源和 能源，借以进行固氮作用。（多为豆科植物根部） 微生物固氮量：2*1011公斤/年,（三）生物固氮反应： 其机制尚未完全阐明,1、酶：固氮酶系（复合固氮酶） 2、辅助因子：ATP、NADPH+H+ Fdox 还原型铁氧还蛋白(Fdred) 3、最适pH: 68 4、总反应式：,三、氨的形成与利用：,