1、第八章第八章 氨基酸代謝氨基酸代謝amino acid metabolismamino acid metabolism第一節、概第一節、概 述述水解水解胞外酶胞外酶氨基酸氨基酸 吸收入作為氮源和能源進行代謝作為氮源和能源進行代謝。nh3+ nh3+ coo- coo-外切酶外切酶氨肽酶氨肽酶隨機隨機內切酶內切酶特定氨基酸間特定氨基酸間外切酶外切酶羧肽酶羧肽酶最終產物最終產物氨基酸氨基酸一、蛋白質的酶促降解一、蛋白質的酶促降解 1 1、蛋白水解酶：肽鏈內切酶和肽鏈外切酶、蛋白水解酶：肽鏈內切酶和肽鏈外切酶n hc hcor4n hc hcor3n hc hcor2n hc hcor1胰蛋白酶：胰

2、蛋白酶：r1=lys、arg側鏈側鏈(專一性較強，水解速度快專一性較強，水解速度快)胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶：r1=phe, trp, tyr; leu，met和和his水解水解稍慢稍慢胃蛋白酶：胃蛋白酶：r1和和r2=phe, trp, tyr; leu以及其它疏水性以及其它疏水性氨基酸氨基酸(水解速度較快水解速度較快)嗜熱菌蛋白酶：嗜熱菌蛋白酶：r2=phe, trp, tyr; leu，ile, met以及其以及其它疏水性強的氨基酸它疏水性強的氨基酸(水解速度較快水解速度較快)二、細胞內蛋白質的降解二、細胞內蛋白質的降解1、溶酶體系統：水解長壽命蛋白和外來蛋白、溶酶體系統：水解長壽命蛋白

3、和外來蛋白2、泛肽系統：水解短壽命蛋白和反常蛋白、泛肽系統：水解短壽命蛋白和反常蛋白2004諾貝爾化學獎aaron ciechanover avram hershkoirwin rosefor the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation :多泛肽化標記多泛肽化標記 molecular kiss of death多泛肽化標記；多泛肽化標記；26s蛋白酶體水蛋白酶體水解泛肽化蛋白，解泛肽化蛋白，但泛肽不被水解，但泛肽不被水解，可重復利用。可重復利用。第二節、氨基酸的分解第二節、氨基酸的分解

4、l1 1、氧化脫氨基作用氧化脫氨基作用l2 2、轉氨基作用轉氨基作用l3 3、聯合脫氨作用聯合脫氨作用l4 4、非氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用一一.脫氨基作用脫氨基作用(deamination)chrnh3coo+- -氨基酸氨基酸l定義：定義：-氨基酸在酶的作用下氧化脫氨生成氨基酸在酶的作用下氧化脫氨生成-酮酸，并放出游離酮酸，并放出游離nh3的過程。的過程。1、氧化脫氨基作用、氧化脫氨基作用-corcoo -酮酸酮酸-cnhrcoo亞氨基酸不穩定亞氨基酸不穩定h2o+h+nh4+酶酶2h+h+2三種酶可催化該反應三種酶可催化該反應l-氨基酸氧化酶：輔酶氨基酸氧化酶：輔酶fmn、fadd-

5、氨基酸氧化酶：輔酶氨基酸氧化酶：輔酶fadl-谷氨酸脫氫酶（專一催化谷氨酸脫氫分解及逆過程）：谷氨酸脫氫酶（專一催化谷氨酸脫氫分解及逆過程）：nad+l-氨基酸氧化酶（大多數氨基酸都是氨基酸氧化酶（大多數氨基酸都是l型），但該酶型），但該酶分布不普遍，活力低（最適分布不普遍，活力低（最適ph=10)，作用小。，作用小。 d-氨基酸氧化酶分布廣，活性高，但氨基酸氧化酶分布廣，活性高，但d-氨基酸在體氨基酸在體內不多。所以內不多。所以l-谷氨酸脫氫酶最重要。谷氨酸脫氫酶最重要。有毒！有毒！l-l-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶nad+h2onadh+h+nh4+coo(ch2)2occoo - -酮戊二

6、酸酮戊二酸 -谷氨酸谷氨酸coo(ch2)2chnh3coo+谷氨酸氧化脫氨谷氨酸氧化脫氨chr1nh3coo+- -氨基酸氨基酸chr1ocoo- -酮酸酮酸chr2ocoo- -酮酸酮酸chr2nh3coo+- -氨基酸氨基酸轉氨酶轉氨酶2、轉氨基作用、轉氨基作用(transamination)l定義：氨基酸的定義：氨基酸的-nh2轉移到轉移到-酮酸上，生成酮酸上，生成相應的另一種相應的另一種-酮酸和酮酸和-氨基酸。氨基酸。逆反應逆反應交換交換交換交換l特點特點：a. 可逆，受平衡影響可逆，受平衡影響 b. 氨基大多轉給了氨基大多轉給了-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸氧化脫氨谷氨酸氧化脫氨l-l-

7、谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶nad+h2onadh+h+nh4+coo(ch2)2occoo -酮戊二酸酮戊二酸 -谷氨酸谷氨酸coo(ch2)2chnh3coo+谷氨酸轉氨機制谷氨酸轉氨機制nh4+(a)o(酮酸酮酸）轉氨基轉氨基本質上沒有真正脫氨。本質上沒有真正脫氨。轉氨作用是連接糖代謝與氨基酸代謝的橋梁。轉氨作用是連接糖代謝與氨基酸代謝的橋梁。除除gly lys、thr外外，其余，其余aa均可參與轉氨作用。均可參與轉氨作用。特別注意三種氨基酸的轉化：特別注意三種氨基酸的轉化：l 轉氨酶的輔酶轉氨酶的輔酶：磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛氨基酸與酮酸之間氨基酸與酮酸之間-nh2的傳遞者的傳遞者丙氨酸丙氨酸

8、 丙酮酸丙酮酸天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 alanine -ketoglutarate pyruvate glutam ate a m inotransferase (t ransam inase)c o oc h2c h2cc o ooc h3hcc o on h3+c o oc h2c h2hcc o on h3+c h3cc o oo + + asp artate -k eto g lu tarate o x alo acetate g lu tam ate a m in o tran sferase (t ran sam in ase) c o o

9、c h2c h2cc o ooc o oc h2hcc o on h3+c o oc h2c h2hcc o on h3+c o oc h2cc o oo + + 兩種重要的轉氨酶兩種重要的轉氨酶：gotgot（谷草轉氨酶）（谷草轉氨酶）心臟心臟；gptgpt（谷丙轉氨酶）（谷丙轉氨酶）肝臟肝臟l提示：肝細胞中轉氨酶活力比其他組織高出許提示：肝細胞中轉氨酶活力比其他組織高出許多，是血液的多，是血液的100倍倍l抽血化驗若轉氨酶比正常水平偏高則有可能肝抽血化驗若轉氨酶比正常水平偏高則有可能肝組織受損破裂，肝細胞的轉氨酶進入血液組織受損破裂，肝細胞的轉氨酶進入血液。（結合乙肝抗原等指標進一步確定是

10、什么原因引起的）（結合乙肝抗原等指標進一步確定是什么原因引起的）查肝功為什么要抽血化驗轉氨酶指數呢？查肝功為什么要抽血化驗轉氨酶指數呢？3、聯合脫氨作用、聯合脫氨作用(transdeamination)l定義：轉氨作用和定義：轉氨作用和l-谷氨酸脫氫酶的谷氨酸脫氫酶的氧氧化脫氨作用聯合。化脫氨作用聯合。(1) (1) 谷氨酸介導的聯合脫氨作用谷氨酸介導的聯合脫氨作用4、非氧化脫氨基作用、非氧化脫氨基作用還原脫氨還原脫氨chrnh3coo+-h+nh4+chrnh3coo+-+ +2h2h氫化酶氫化酶 脫水脫氨脫水脫氨 hoch2hccoonh3+ccoooh2onh4+ccoonh3+h2ch

11、3ch2oserine aminoacrylate pyruvate serine dehydratase 絲氨酸脫水酶絲氨酸脫水酶絲氨酸絲氨酸丙酮酸丙酮酸脫水酶脫水酶自發水解自發水解直接脫氨：苯丙氨酸解氨酶直接脫氨：苯丙氨酸解氨酶 cch2hccoonh3+oh2ncooch2hccoonh3+h2o nh4+asparagine aspartate asparaginase 天冬氨酸酶天冬氨酸酶天冬酰胺天冬酰胺天冬氨酸天冬氨酸脫酰氨基作用脫酰氨基作用二、脫羧作用二、脫羧作用氨基酸氨基酸 胺胺 + co2 脫羧酶脫羧酶由肺呼出由肺呼出隨尿排出，或轉為其他物質隨尿排出，或轉為其他物質不是氨基酸

12、代謝的主要方式不是氨基酸代謝的主要方式1、直接脫羧、直接脫羧 rchnh2coohco2 + rch2nh2胺胺脫羧酶脫羧酶plp胺：微量調節（信息傳遞），過量傷害胺：微量調節（信息傳遞），過量傷害胺氧化酶：胺氧化酶：rch2nh2 rcho rcooh co2+h2o glu-氨基丁酸（抑制中樞神經傳導）氨基丁酸（抑制中樞神經傳導）asp-丙氨酸（泛酸組分）丙氨酸（泛酸組分）trp（脫氨、脫羧、氧化）（脫氨、脫羧、氧化）吲哚乙酸（植物生長素）吲哚乙酸（植物生長素）his組胺（降血壓）組胺（降血壓）tyr酪胺（升血壓）酪胺（升血壓）ser（脫羧）（脫羧）乙醇胺乙醇胺 膽堿膽堿腦磷脂、卵磷脂腦磷

13、脂、卵磷脂2、羥化、羥化脫羧脫羧l tyr tyr多巴多巴多巴胺多巴胺l 多巴聚合多巴聚合黑色素：土豆、梨、蘋果切開后切口變黑；人黑色素：土豆、梨、蘋果切開后切口變黑；人體毛囊和表皮細胞也可形成黑色素，使毛發和皮膚變黑。體毛囊和表皮細胞也可形成黑色素，使毛發和皮膚變黑。l 多巴與多巴胺多巴與多巴胺生物堿生物堿( (植物植物) )、去甲腎上腺素和腎上腺素。、去甲腎上腺素和腎上腺素。三三. .氨基酸分解產物的代謝氨基酸分解產物的代謝 nh3+ +- -酮酸酮酸氨基酸氨基酸co2+胺胺?隨尿排出，或轉為其他物質隨尿排出，或轉為其他物質由肺呼出由肺呼出（一）、氨的代謝（一）、氨的代謝氨中毒原理氨中毒原

14、理l-l-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶1 1、合成新的、合成新的aaaa（氨基化反應）（氨基化反應）酮酸酮酸 + nh3+ nh3氨基氨基不能增加氨基酸的數量，改變氨基酸的種類不能增加氨基酸的數量，改變氨基酸的種類) )2 2、生成銨鹽、生成銨鹽氨有機酸氨有機酸銨鹽銨鹽保持細胞內正常的保持細胞內正常的phph。、酰胺的生成、酰胺的生成儲存、運輸氨的形式儲存、運輸氨的形式gl酶酶gln+ h2o glu + nh3lasp + atp + nh3 asn + adp + pi 天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶lglu + atp + nh3 gln + adp + pi 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶as

15、p酶酶asp+ h2o asp + nh3水生生物直接擴散脫氨水生生物直接擴散脫氨（nh3）哺乳、兩棲動物排尿素哺乳、兩棲動物排尿素體內水循環快，體內水循環快，nhnh3 3濃度濃度低，擴散流失快，毒性小。低，擴散流失快，毒性小。conh2nh2體內水循環較慢，體內水循環較慢，nhnh3 3濃濃度較高，需要消耗能量度較高，需要消耗能量使其轉化為較簡單，低使其轉化為較簡單，低毒的尿素形式。毒的尿素形式。鳥類排尿酸鳥類排尿酸、各種生物排氨的方式、各種生物排氨的方式nnnnooo-不溶于水，毒性很小，但不溶于水，毒性很小，但需要更多的能量。需要更多的能量。水循環水循環太慢，保留水分同時不中太慢，保留

16、水分同時不中毒得付出高能量代價毒得付出高能量代價（二）（二）酮酸的代謝酮酸的代謝1、合成氨基酸、合成氨基酸還原氨基化還原氨基化氨基化氨基化氨基化氨基化其余的氨基酸合成通過谷氨酸與相應的其余的氨基酸合成通過谷氨酸與相應的的的轉轉氨作用合成氨作用合成。 的氨基化生成氨基酸是合成非必需氨基酸的的氨基化生成氨基酸是合成非必需氨基酸的途徑之一途徑之一。3、進入三羧酸循環分解成、進入三羧酸循環分解成co2+h2o2、轉變成糖及脂肪、轉變成糖及脂肪生糖氨基酸：生糖氨基酸：可以轉化成糖的可以轉化成糖的aaaa。即凡能生成丙酮。即凡能生成丙酮酸、琥珀酰酸、琥珀酰coacoa、oaaoaa和和-kg-kg的的aa

17、aa；大多數氨基酸。大多數氨基酸。生酮氨基酸生酮氨基酸 ：可以轉變成酮體的可以轉變成酮體的aaaa。即凡能生成即凡能生成乙酰乙酰乙酰乙酰coacoa的的aaaa。亮氨酸、亮氨酸、生糖兼生酮氨基酸：賴氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、生糖兼生酮氨基酸：賴氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、 酪氨酸、色氨酸酪氨酸、色氨酸異檸檬酸異檸檬酸檸檬酸檸檬酸延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸coash三羧酸循環三羧酸循環乙酰乙酰coa -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰coa乙酰乙酰乙酰乙酰coa苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸賴氨酸賴氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸蘇氨酸蘇氨酸甘氨酸甘氨酸絲氨酸絲氨酸半胱氨酸半胱

18、氨酸丙酮酸丙酮酸精氨酸精氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸纈氨酸纈氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬酰胺天冬酰胺天冬氨酸天冬氨酸 no3 - no2 - n2 還原還原 固氮作用固氮作用含含n化合物化合物 nh3 nh3的同化的同化 氨甲酰磷酸和氨甲酰磷酸和glu aa第二節、氨基酸的生物合成第二節、氨基酸的生物合成一一.nh.nh3 3的形成的形成l自生固氮微生物：光合細菌、光合自氧的藍藻等自生固氮微生物：光合細菌、光合自氧的藍藻等l共生固氮微生物：豆科植物共生固氮微生物：豆科植物(大豆、花生大豆、花生)的根瘤菌；非豆科植的根瘤菌；非豆

19、科植物物(楊梅屬楊梅屬)的根瘤菌；的根瘤菌；l生物固氮作用由生物固氮作用由固氮酶催化固氮酶催化，固氮酶是多功能酶，由還原酶，固氮酶是多功能酶，由還原酶（鐵蛋白）和固氮酶（鉬鐵蛋白）兩種組分組成。反應需要（鐵蛋白）和固氮酶（鉬鐵蛋白）兩種組分組成。反應需要mg2和和atp、強還原劑和厭氧條件、強還原劑和厭氧條件生物固氮作用合成生物固氮作用合成nh3 (微生物微生物)1、nh3的合成的合成 n2+6h+16atp 2nh3+16adp+pi固氮酶固氮酶no3- no2- nh3硝酸還原酶硝酸還原酶亞硝酸還原酶亞硝酸還原酶2e 6e (nh4+)no3- 、no2- 還原還原成成nh3硝酸還原酶硝酸

20、還原酶鐵氧還蛋白（鐵氧還蛋白（fd）硝酸還原酶硝酸還原酶(nr)： no3- + 2fd(還原還原) + 2h+ no2- + 2fd(氧化氧化)+ h2onad(p)h硝酸還原酶硝酸還原酶(nr)：植、微生物：植、微生物 no3- + nad(p)h+h+ no2- + nad(p)+ + h2o硝酸還原酶硝酸還原酶(nr)是誘導酶是誘導酶亞硝酸還原亞硝酸還原酶酶no2 - + 7h + + 6e nh3 + 2h2o鐵氧還蛋白（鐵氧還蛋白（fd）亞硝酸還原酶：光合生物）亞硝酸還原酶：光合生物no2- + 6fd(還原還原) + 8 h+ nh4+ + 6fd(氧化氧化) + 2 h2o n

21、ad(p)h亞硝酸還原酶：非光合生物亞硝酸還原酶：非光合生物no2 - + 3 nad(p)h + 5 h+ nh4+ + 3 nad(p)+ + 2h2o2、nh3的同化的同化 l無機態的無機態的n合成氨基酸主要通過下面兩條途徑：合成氨基酸主要通過下面兩條途徑：谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶glu的形成的形成氨甲酰磷酸的形成氨甲酰磷酸的形成其它氨基酸則是通過其它氨基酸則是通過轉氨作用轉氨作用 谷氨酰胺合成酶（主要途徑）谷氨酰胺合成酶（主要途徑）glu的形成的形成谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酸合成酶谷氨酸合成酶谷氨酸脫氫酶還原性氨基化谷氨酸脫氫酶還原性氨基化l-l-谷

22、氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶nad+h2ocoo(ch2)2occoonadh+h+ - -谷氨酸谷氨酸 - -酮戊二酸酮戊二酸coo(ch2)2chnh3coo+ nh4+谷氨酰胺合成酶的谷氨酰胺合成酶的k k（nh3nh3）較谷氨酸脫氫酶低）較谷氨酸脫氫酶低氨甲酰磷酸的形成氨甲酰磷酸的形成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶( (谷氨酸谷氨酸) ),ii,ii（谷氨酰胺）谷氨酰胺）atp+ nh3+co2 nh2coo p+adp2atp+ nh3+co2 nh2coo p+2adp+pi氨基甲酰激酶氨基甲酰激酶二、氨基酸的合成二、氨基酸的合成( (一般合成一般合成) )1、轉氨基作用：、轉氨基

23、作用：轉氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）轉氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）谷氨酸作為氨基的轉運站谷氨酸作為氨基的轉運站2、-酮酸經還原性氨基化作用生成氨基酸酮酸經還原性氨基化作用生成氨基酸3、各族氨基酸的生成、各族氨基酸的生成l根據碳架來源的不同，可分為不同的族，總共有根據碳架來源的不同，可分為不同的族，總共有5大族大族l原料原料nh3由谷氨酸提供由谷氨酸提供（通過轉氨作用）（通過轉氨作用）碳架碳架-酮酸酮酸（源于糖代謝中間產物）（源于糖代謝中間產物）丙氨酸族：丙氨酸族：、纈氨酸、亮氨酸、纈氨酸、亮氨酸絲氨酸族：絲氨酸、絲氨酸族：絲氨酸、半胱氨酸、半胱氨酸谷氨酸族：谷氨酸族：、谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸、谷氨酰

24、胺、脯氨酸、精氨酸天冬氨酸族：天冬氨酸族：、天冬酰氨、賴氨酸、天冬酰氨、賴氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸蘇氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸組氨酸和芳香族氨基酸（莽草酸途徑）：組氨酸和芳香族氨基酸（莽草酸途徑）：組氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸組氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸3、個別氨基酸的生成、個別氨基酸的生成co2+h2o葡萄糖葡萄糖酸葡糖酸葡糖-6-磷酸磷酸3磷酸磷酸-甘油酸甘油酸丙酮酸丙酮酸核糖核糖-5-磷酸磷酸組氨酸組氨酸色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸絲氨酸絲氨酸 半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸亮氨酸亮氨酸 異亮氨酸異亮氨酸纈氨酸纈氨酸 丙氨酸丙氨酸草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊

25、二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺甲硫氨酸甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸微生物和植物可以合微生物和植物可以合成所有類型氨基酸。成所有類型氨基酸。谷氨酸谷氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺賴氨酸賴氨酸 精氨酸精氨酸 脯氨酸脯氨酸小小 結結l無論無論n素來源如何，生物體最先合成的氨基酸都是素來源如何，生物體最先合成的氨基酸都是谷氨酸或谷氨酰胺谷氨酸或谷氨酰胺l大多數氨基酸的合成需要轉氨作用。轉氨作用的大多數氨基酸的合成需要轉氨作用。轉氨作用的nh3來源于谷氨酸來源于谷氨酸，碳架來源于糖代謝中間產生的碳架來源于糖代謝中間產生的酮酸酮酸。但由糖代謝中。但由糖代謝中酮酸酮酸直接轉氨合成的氨基直接轉氨合成的氨基酸只有酸只有丙氨酸（谷丙轉氨酶）丙氨酸（谷丙轉氨酶）和和天冬氨酸（谷草天冬氨酸（谷草轉氨酶轉氨酶），其