Transcript 课件五

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
一、蛋白质的消化
2、小肠消化
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
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、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。
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。
第一节
蛋白质的营养价值及氮平衡
三、氮平衡及最低生理需求
氮平衡： 机体摄入蛋白质（氮）量
动态平衡
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 30～50 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。
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（蛋白质降解） P302
1、胃部消化
主细胞
食物
分泌
胃
胃蛋白酶原
N-端42个氨基酸的肽段脱落
促进胃分泌胃泌素
刺激胃中壁细胞分泌盐酸
松散
食物蛋白质 （大分子）
自身催化
胃蛋白酶
可水解Phe、Trp、Tyr、Leu、 Glu等肽键
第二节
多肽（小分子）
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
肠促胰液肽
食物中的氨基酸
及游离氨基酸
血液
胰腺
H2CO3
降低小肠酸性（pH升高）
刺激
十二脂肠分泌蛋白酶原
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,
Trp
吲哚，
Cys
H2S
第二节
蛋白质的消化、吸收与腐败作用
Tyr
酪胺+ CO2
酚类 + NH3
四、氨基酸代谢概况
外源：食物prot
内源：自身合成非必需氨基酸
组织prot(酶等)
分解
消化吸收
合成
体内氨基酸代谢库
合成
肾
脱羧基
脱氨基作用
排出
NH3
胺类
(嘌呤,嘧啶,胆碱,肌酸等)
CO2
α酮酸
糖类
(鸟氨酸循环)
尿素
TCA 酮体
第二节
非蛋白含氮化合物
蛋白质的消化、吸收与腐败作用
第三节
氨基酸的分解代谢
一、脱氨基作用
（一）氧化脱氨基作用
（二）非氧化脱氨基作用
二、脱酰胺基作用
三、转氨基作用
四、联合脱氨基作用
五、脱羧基作用
P303
（一）氧化脱氨基作用P306-307
一、脱氨基作用
氨基酸氧化酶
（反应包括 脱氢、 水解 二个步骤）
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D－AA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
（一）氧化脱氨基作用
（1）
甘氨酸氧化酶（FAD）：
一、脱氨基作用
（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
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+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
谷氨酸脱氢酶
味精（谷氨酸钠盐）生产：α－酮戊二酸
NH3
谷氨酸
（二）非氧化脱氨基作用
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
一、脱氨基作用
（二）非氧化脱氨基作用
1、还原脱氨基作用
2、水解脱氨基作用
一、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
分子重排
4、脱硫氢基脱氨基作用
分子重排
（二）非氧化脱氨基作用
5、氧化还原脱氨基作用：
一、脱氨基作用
二、脱酰胺基作用
三、转氨基作用
P303-05
（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
（一）概念
三、转氨基作用
指α- 氨基酸和酮酸之间在酶催化下的氨基转移作用
α- 氨基酸1
α- 酮酸2
转氨酶
α- 酮酸1
例：
α- 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α- 酮戊二酸的转
氨作用在氨基酸分解代谢
中占有重要地位。
三、转氨基作用 （二）转氨酶（氨基移换酶）及辅基（磷酸吡哆醛）
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α- 酮戊二酸为氨基受体，以L-谷氨酸与α- 酮戊二酸转氨体系
最为重要。
例： 谷丙转氨酶（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
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。
4、 动物和高等植物的转氨酶一般催化： L-AA 和 α- 酮酸 之间的转氨作
用。
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= NH2—Lys –酶 （P 305 图30-3）
三、转氨基作用
（三）作用机制
当加入氨基酸底物时，底物替代酶—Lys– NH2 与磷酸吡哆醛相连，形成
磷酸吡哆醛亚胺。（P 224 图16-2）
α- 酮酸 + （P—NH2 ）磷酸吡哆胺
酮亚胺
四、联合脱氨基作用
P307
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）α- 酮戊二酸—L-谷氨酸-转氨体系
（二）嘌呤核苷酸循环
（一）α- 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 ，α- 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
α-KG
Glu
草酰乙酸
苹果酸
（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
反应要点
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α- 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
五、脱羧基作用
AA
胺氧化酶
CO2 + 胺类
醛+ NH3
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
1、His
His脱羧酶（可不需辅酶）
组胺（组织胺）可
血压， 胃液分泌
CO2
2、 Tyr
Tyr脱羧酶
酪胺（ 血压）
CO2
3、L—Glu
Glu脱羧酶
γ-氨基丁酸（抑制性神经递质）
CO2
4、Trp
Trp脱羧酶
色胺（若Trp先羟化再脱羧，则生成5—羟色胺）
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
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[α- 酮戊二酸]
，TCA速度
，脑ATP生成
，导致脑功能障碍
（一）排泄形式
（二）NH3的转运
（三）尿素形成（鸟氨酸循环）
第四节
氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢
昏迷。
（一）排泄形式
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
3、排尿素动物：陆生动物等，将 NH3
NH3有毒性，如何由组织C转运
第四节
固体尿酸
尿素
血
肾？
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
排出
排出
（二）NH3的转运 P309
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
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
中
间
产
物
是
谷
氨
酰
|
5
|
磷
酸
（二）NH3的转运
2、通过葡萄糖 — 丙氨酸循环进行
P305
GPT
丙氨酸
丙酮酸
（糖酵解）
（中性无毒） 丙氨酸
丙氨酸
（血液）
葡萄糖
丙酮酸
（骨骼肌）
葡萄糖
（肝）
α- 酮戊二酸
谷氨酸
α- 酮戊二酸
NH3
生理意义：经济利用 骨骼肌
一举两得
第四节
尿素
NH3
丙氨酸
NH3
尿素
丙酮酸
（血液）
丙酮酸 （肝）
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
（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
1、反应部位：肝C 线粒体及胞液
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，提出鸟氨酸循环：
3、尿素合成的详细步骤
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
3、尿素合成的详细步骤
（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
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
（1）氨甲酰磷酸的形成
N-乙酰谷氨酸（AGA）
（+）
NH3 + CO2 + 2ATP
氨甲酰磷酸合酶Ⅰ
氨甲酰磷酸
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Ⅱ（参与嘧啶的
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
回尿素合成
（2）瓜氨酸的形成
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Ⅰ形成复合物）
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
回尿素合成
3、尿素合成
（3）精氨琥珀酸的形成
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
第四节
AMP+Pi
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
回尿素合成
（4）精氨酸形成
3、尿素合成
精氨琥珀酸裂解酶
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
回尿素合成
3、尿素合成
（5）尿素合成
精氨酸水解成尿素和鸟氨酸
精氨酸酶
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
尿素合成总结
N-乙酰谷氨酸（AGA）
氨甲酰磷酸
（+）
NH3 + CO2 + 2ATP
氨甲酰磷酸合酶Ⅰ
尿素
鸟氨酸转氨
鸟氨酸
甲酰酶
Mg2+
精氨酸酶
精氨琥珀
酸裂解酶
精氨酸
延胡索酸
第四节
精氨
精氨琥珀酸合成酶
瓜氨酸
琥珀酸
AMP+Pi
天冬氨酸 + ATP
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
回尿素合成
4、反应要点
（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Ⅰ是调节酶）；
（精氨琥珀酸合成酶活性低，此反应为限速步骤）
（2）尿素形成（反应）部位：
第⑴﹑⑵: 线粒体内；第⑶、⑷、⑸: 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
第四节
氧化分解为CO2、H2O和尿素时，净产生的ATP数？
NH3
尿素
α- KG
TCA
NADH
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
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碳骨架的进一步代谢 P314
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）
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
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α- 酮戊二酸途径
（三）形成琥珀酰CoA途径
Thr 、 Cys 、 Gly、 Ser、 Ala
Phe 、Tyr 、 Leu 、Lys 、 Trp
Arg、 His、 Pro、 Gln、Glu
Met、Ile、Val
(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)
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
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
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
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
分子重排
4、脱硫氢基脱氨基作用
分子重排
（一）形成乙酰辅酶A的途径
2、乙酰乙酰辅酶A
乙酰辅酶A
参见P318 图30-17
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)
Phe
Tyr
Leu
Lys
乙酰乙酸
Trp
α- 酮己二酸
乙酰乙酰辅酶A
乙酰辅酶A
第四节
P318 图30-17
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
（一）形成乙酰辅酶A的途径
乙酰乙酰辅酶A
注：二个氧化酶
Phe
第四节
先天缺乏即为分子病：高Tyr血症、尿黑酸症
Tyr（为不可逆反应）
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
（二）形成α- 酮戊二酸途径
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
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
（三）形成琥珀酰CoA途径
包括3个氨基酸： Met、Ile、Val (见P327、328 图30-28、29、30)
P326 图30-27
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
三、生糖氨基酸和生酮氨基酸
1、生酮氨基酸 Leu、Lys
2. 生酮兼生糖氨基酸 Phe、Tyr、Trp
3、生糖氨基酸 15种
第四节
氨基酸的氨基氮及碳骨架的进一步代谢之三：生糖氨基酸和生酮氨基酸
第五节
由氨基酸衍生的重要化合物（P329）
（一）一碳单位定义及形式
一、氨基酸与一碳单位
（二）一碳单位载体与活化形式
（三）氨基酸与一碳单位
（一）Tyr与生物活性物质
（二）Trp与生物活性物质
二、氨基酸与生物活性物质
（三）肌酸与磷酸肌酸
（四）多胺化合物
（一）一碳单位定义及形式
1、定义：含一个碳原子的基团（除CO2）
2、形式：
－CH3、 －CH2－、
=CH－、 －CHO、－CH=NH、 －CH2OH
（甲基）（亚甲基）（次甲基）（甲酰基）（亚氨甲基）（羟甲基）
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
（二）一碳单位载体与活化形式
1、载体：四氢叶酸（FH4） N5、N10 位为携带部位。
P330 图30-32
2、活化形式：
（1）N5－CH3 FH4； （2）N5,N10－CH2－FH4；
（3）N10 －CHO.FH4； （4）N5 －CH=NH－FH4 ；
（5）N5,N10=CH－FH4；
（6）S－腺苷甲硫氨酸(SAM)
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
(三) 氨基酸与一碳单位:
Ser转羟甲基酶
(1) L- Ser + FH4
乙醛酸
Gly
N5,N10 －CH2－FH4
(2)
(4) His
FH4
乙醛
(3) Thr
N－亚氨甲酰谷氨酸
甲醛
N5,N10=CH－FH4+H2O
谷氨酸
FH4
(5) Trp
HCOOH
N5－CH=NH－FH4
N10－ CHO.FH4
甲酸
FH4
(6) Met + ATP
高半胱氨酸
S－腺苷甲硫氨酸
CH3
FH4
第五节
NH3
S－腺苷
N5－CH3 FH4
由氨基酸衍生的重要化合物之一：氨基酸与一碳单位
（一）Tyr与生物活性物质（合成过程见P333图）
CO2
Tyr
酪胺
多巴
I2
多巴胺
多巴醌
甲状腺素
羟化酶
SAM
去甲肾上腺素
黑色素
延胡索酸
乙酰乙酸
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
肾上腺素
（二）Trp与生物活性物质
吲哚丙酮酸
Trp 羟化酶
Trp
色胺
O2
H2O
5-羟色氨酸
甲醛
犬尿AA
第五节
脱羧酶
甲酸（1C）
Ala
H2O
3-羟邻氨基苯甲酸
吲哚乙酸（植物生长激素）
丙酮酸
约3%
>95%
5-羟色胺 （5-HT）
5-羟吲哚乙酸 （5-HIAA)
一碳单位（N10-CHO·FH4）
乙酰COA
尼克酸
NAD+、NADP+
乙酰乙酰COA（4C）
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（合成过程见P334图30-37）
（三）肌酸与磷酸肌酸：
Gly
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
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
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：
第六节
氨基酸的生物合成之一：概述
一、概述
突变株微生物的同一种氨基酸正常合成路线
不同的AA合成途径各异，但许多AA的合成与
在发生变异的步骤受阻，通过对积累中间产物C
机体的几个中心代谢环节有密切的关系。如：糖
的测定，即可判断某种氨基酸（F）的一个中间
酵解、磷酸戊糖途径、三羧酸循环等，可以其中
代谢环节。（可删除）
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
第六节
氨基酸的生物合成之一：概述
脂肪族AA生物合成途径的4种类型
1、 α－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）
2、His合成：
磷酸戊糖途径
第六节
糖酵解
（ATP）
5-磷酸核糖
氨基酸的生物合成之一：概述
5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）
His
二、脂肪族AA生物合成途径
P34
3
1、α－酮戊二酸衍生类型 —— 谷氨酸类型：（掌握：Glu、Gln的合成）
也称谷氨酸族AA，包括Glu、Gln、Pro、Arg、Lys
2、草酰乙酸衍生类型——天冬氨酸类型：（掌握：Asp、 Asn的合成）
也称天冬氨酸族，包括Asp、Asn、Met、Thr 、Lys 、Ile
3、 丙酮酸衍生类型
也称丙酮酸族AA，包括Ala、Val、Leu
4、 3-磷酸甘油酸衍生类型
也称丝氨酸族AA，包括Ser、Cys、Gly
第六节
氨基酸的生物合成之二：脂肪族AA生物合成途径
1、α－酮戊二酸衍生类型 —— 谷氨酸类型：（掌握：Glu、Gln的合成）
也称谷氨酸族AA，包括Glu、Gln、Pro(p345)、Arg(p346)、Lys(p347)
L- Glu脱氢酶 (Km=1.1mmol/L):要求[NH3]较高
（1） NH3 +α-KG
NAD(P)H
L- Glu + H2O
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) α-KG + Gln
NADPH
第六节
2 L- Glu
NADP+
在生理条件下[NH3]低, 故机体
以(2) (3) 合成途径为主.
氨基酸的生物合成之二：脂肪族AA生物合成途径
2、草酰乙酸衍生类型——天冬氨酸类型：（掌握：Asp、Asn的合成）
也称天冬氨酸族，包括Asp、Asn、Met、Thr 、Lys 、Ile
（1）
草酰乙酸
Asp
（2）
Asp
Asn
(GOT)
Asn合成酶
α-KG
Glu
Glu +AMP+PPi
ATP + Gln
ATP+ NH4+ (细菌)
（3）Met、Thr、Lys的合成
第六节
（4）Ile的合成
氨基酸的生物合成之二：脂肪族AA生物合成途径
（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）
Ile的6个C原子有四
个来自Asp，2个来
自丙酮酸
丙酮酸
第六节
氨基酸的生物合成之二：脂肪族AA生物合成途径
3、丙酮酸衍生类型
也称丙酮酸族AA，包括Ala、Val、Leu
（1）Val 的合成：
P352，图31-13
（2）Leu 的合成：
P353，图31-15
（3） Ala 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
4、3-磷酸甘油酸衍生类型（P354，图31-16、17）
也称丝氨酸族AA，包括Ser、Cys、Gly
第六节
氨基酸的生物合成之二：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
1、分枝酸的形成
2、Phe、Tyr、Trp的合成
3、 His 的合成
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(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
Trp（11C）
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
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
（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、复杂反馈抑制系统
（二）酶生成量的调控
第六节
氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控
1、终产物的负反馈作用
（一）酶活性调节之一
（-）
A
E1
A
B
（-）
第六节
B
E2
C
C
E3
D
E4
E
（-）
D
E
E5
F
氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控
G
H
2、酶的多重性抑制
E（-）
1
A
B
E1+ （-）
C
（一）酶活性调节之二
D
（-）
E
（-）
F
G
例：三种芳香族AA合成调节（P 362图31-24）
第六节
氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控
H
3、连续反馈控制
（-）
A
B
（一）酶活性调节之三
（-）
C
D
（-）
例：P362 图31-25
第六节
氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控
E
F
G
H
4、复杂反馈抑制系统
（一）酶活性调节之四
P362 图31-26
（8种含氮物对谷氨酰胺合酶的调控）
第六节
氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控
（二）酶生成量的调控p363-363
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]
（-）
[合成产物]
阻遏酶(图31-25 标A、B、C酶)
第六节
氨基酸的生物合成之四：氨基酸合成的调控
葡萄糖
Gly
20
种
氨
基
酸
合
成
简
图
磷酸戊糖通路
G-6-P
Ser
3-p-甘油酸
Cys
His
莽草酸
丙酮酸
α-酮异戊酸
Val
4-P-赤藓糖
4-P-赤藓糖
PEP
Ala
PRPP
5- P-核糖
分枝酸
分枝酸 预苯酸
Leu
乙酰辅酶A
Trp
Asn
Asp
Tyr
草酰乙酸
α-酮戊二酸
L-天冬氨酰-β-半醛
丙酮酸
Lys
Phe
Glu
Pro
Met
L-高丝氨酸
Thr
丙酮酸
Ile
Gln
Arg
第七节
生物固氮作用
一、氮循环及氨化作用：
微生物固定
（一）氮循环： 自然界 氮
土壤
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 （ 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+
3、最适pH: 6～8
4、总反应式：
Fdox
还原型铁氧还蛋白(Fdred)
三、氨的形成与利用：