14-氨基酸代谢

2 、植物和微生物可以将硝酸盐和亚硝酸盐转化为氨
在闪电时， 高压放电催化N 的氧化， 与大气中的O 在闪电时 ， 高压放电催化 2 的氧化 ， N2 与大气中的 2 反 应生成生物可利用的硝酸盐（ 和亚硝酸盐（ 应生成生物可利用的硝酸盐（NO3－）和亚硝酸盐（NO2－）， 同时随雨水进入土壤。 同时随雨水进入土壤。大多数植物和微生物含有硝酸盐还原酶 和亚硝酸盐还原酶，它们催化氮氧化物还原为氨。 和亚硝酸盐还原酶，它们催化氮氧化物还原为氨。
将N2还原为氨称之固氮。生物圈中大多数固氮工作都是靠少数 还原为氨称之固氮。 几种能够合成复杂固氮酶的微生物和藻类进行的。 几种能够合成复杂固氮酶的微生物和藻类进行的 。 固氮酶可以催 转化为两分子的NH3 。 固氮酶存在于与许多植物 ， 例如大豆 、 固氮酶存在于与许多植物， 例如大豆、 化 N2 转化为两分子的 蚕豆、豌豆、苜蓿和红花草等豆科植物根瘤共生的根瘤菌中。 蚕豆、豌豆、苜蓿和红花草等豆科植物根瘤共生的根瘤菌中。 N2也可以被生活在土壤中特殊细菌和生活在有水环境中的蓝 细菌固定。大多数植物需要来自环境中已固定的氮。 细菌固定。大多数植物需要来自环境中已固定的氮。
14.6 尿素循环将氨转化为尿素
由于氨能渗透过许多生物膜， 由于氨能渗透过许多生物膜，对细胞来说氨是毒性很强的物 质，所以通常细胞内氨的浓度都维持在很低的水平。 所以通常细胞内氨的浓度都维持在很低的水平。 不同动物排泄废氮有不同的途径，许多水生动物， 不同动物排泄废氮有不同的途径，许多水生动物，例如鱼可 以通过鳃直接排氨，排出的氨随时被周围的水冲洗掉。 以通过鳃直接排氨，排出的氨随时被周围的水冲洗掉。 生活在陆地上的大多数脊椎动物可以将废氮转化为毒性很小 生活在陆地上的大多数脊椎动物可以将废氮转化为毒性很小 的尿素，通过血液转运到肾脏，作为尿的主要成分被排泄掉。 的尿素，通过血液转运到肾脏，作为尿的主要成分被排泄掉。 鸟和许多爬行动物可以将过量的氨转化为尿酸排泄掉， 鸟和许多爬行动物可以将过量的氨转化为尿酸排泄掉 ， 尿 酸也是鸟、爬行动物和灵长类动物嘌呤核苷酸降解的产物。 酸也是鸟、爬行动物和灵长类动物嘌呤核苷酸降解的产物。 对于哺乳动物，尿素的合成几乎都是发生在肝脏中。尿素是 对于哺乳动物，尿素的合成几乎都是发生在肝脏中。 称为尿素循环 鸟氨酸循环）的一系列反应的产物。 尿素循环（ 称为尿素循环（鸟氨酸循环）的一系列反应的产物。
氨基酸转运和尿素循环
鸟氨酸循环
P310
1、游离的氨被激活形成氨甲酰磷酸 、
在肝细胞线粒体内由氨甲酰磷酸合成酶 催化的反应中， 氨甲酰磷酸合成酶I 在肝细胞线粒体内由氨甲酰磷酸合成酶I催化的反应中， 碳酸氢盐和ATP合成氨甲酰磷酸 。 氨甲酰磷酸合成酶 是 合成氨甲酰磷酸 氨 、 碳酸氢盐和 合成 氨甲酰磷酸。氨甲酰磷酸合成酶I是 肝线粒体中最丰富的酶之一，占线粒体基质内总蛋白质的20％ 肝线粒体中最丰富的酶之一，占线粒体基质内总蛋白质的 ％ 以上。 以上。 首先由碳酸氢盐与ATP的γ-磷酸形成碳酰磷酸，然后氨 的 磷酸形成碳酰磷酸 磷酸形成碳酰磷酸， 首先由碳酸氢盐与 取代磷酸形成氨甲酸，最后通过第二个ATP分子的γ-磷酸转 分子的γ 取代磷酸形成氨甲酸 ， 最后通过第二个 分子的 磷酸转 移形成氨甲酰磷酸。 移形成氨甲酰磷酸。
14.4蛋白质的降解 14.4蛋白质的降解
1、蛋白质降解的特性
2、蛋白质降解的反应机制 （1）溶酶体无选择的降解蛋白质 （2）泛肽（Ubiguitin）给选择的蛋白质加以标记 3、蛋白质的周转的特性
14.5 氨基酸分解代谢常开始于脱氨作用 氧化脱氨基作用 氨基酸分解代谢常开始于脱氨作用氨基酸分解代谢常开始于脱氨作用，氨基酸脱氨有几种方式， 氨基酸分解代谢常开始于脱氨作用，氨基酸脱氨有几种方式，但其中最
精氨琥珀酸裂解酶的催化下裂解为精氨酸和 （3）精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶的催化下裂解为精氨酸和 ）精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶的催化下裂解为精氨酸 延胡索酸， 延胡索酸，生成的延胡索酸可以转换为葡萄糖
（4）在尿素循环最后一步反应中，精氨酸酶催化精氨酸的胍基 ）在尿素循环最后一步反应中，精氨酸酶催化精氨酸的胍基 水解生成鸟氨酸和尿素 生成的鸟氨酸又被转运到线粒体内， 水解生成鸟氨酸和尿素 生成的鸟氨酸又被转运到线粒体内， 与氨甲酰磷酸缩合反应开始另一轮尿素循环。 与氨甲酰磷酸缩合反应开始另一轮尿素循环。
5 、转氨酶催化α-氨基酸和α-酮酸的可逆相互转换 转氨酶催化α 氨基酸和α
谷氨酸的氨基在转氨酶的催化下可以转移给许多α 酮酸 酮酸。 谷氨酸的氨基在转氨酶的催化下可以转移给许多α-酮酸
14.2 许多非必需氨基 酸可直接由糖代谢中 的中间代谢物合成
14.3 细菌和植物合成动物所必需的氨基酸
动物所必需的氨基酸的生物合成途径都是根据细菌实验得出的。 动物所必需的氨基酸的生物合成途径都是根据细菌实验得出的 。 绝大 多数植物也可通过类似途径合成这些氨基酸。 多数植物也可通过类似途径合成这些氨基酸。（见P340 ）
2、 尿素循环本身是由 步酶促反应组成 、 尿素循环本身是由4步酶促反应组成
（1）尿素循环的第一个反应是发生在线粒体内，在鸟氨酸转氨 ）尿素循环的第一个反应是发生在线粒体内， 甲酰酶的催化下 的催化下， 甲酰酶 的催化下 ， 氨甲酰磷酸的氨甲酰基被转移到尿素循环的 中间代谢物鸟氨酸分子上，形成瓜氨酸 瓜氨酸。 中间代谢物鸟氨酸分子上 ，形成 瓜氨酸 。 然后瓜氨酸被转运出 线粒体，同时鸟氨酸被转运到线粒体内。 线粒体，同时鸟氨酸被转运到线粒体内
固氮酶通常是由两个蛋白成分组成的， 固氮酶通常是由两个蛋白成分组成的，一个含有 通常是由两个蛋白成分组成的 铁，另一个含有铁和钼。由于两个金属蛋白对O2高 另一个含有铁和钼。由于两个金属蛋白对O 度敏感，与氧接触就会失活。所以在固氮生物内， 度敏感，与氧接触就会失活。所以在固氮生物内， 固氮酶都是与氧隔绝的。 固氮酶都是与氧隔绝的。 例如厌氧菌只有在无氧条件下才能进行固氮， 例如厌氧菌只有在无氧条件下才能进行固氮， 在豆科的根瘤内， 在豆科的根瘤内，豆血红蛋白结合氧并使它的浓度 在根瘤菌固氮酶直接作用的环境下保持在非常低的 水平。 水平。 在固氮酶的作用下， 还原为NH3，同时 ＋也 同时2H 在固氮酶的作用下，N2还原为 被还原为H 被还原为 2。
（2）进入胞液的瓜氨酸与天冬氨酸缩合形成精氨琥珀酸， ）进入胞液的瓜氨酸与天冬氨酸缩合形成精氨琥珀酸，
这个需要ATP的反应是由精氨琥珀酸合成酶催化的 的反应是由精氨琥珀酸合成酶催化的 这个需要 的反应是由精氨琥珀酸合成酶 通过这步反应， 通过这步反应，是将用于尿素合成的第二个氮原子整合到了 尿素的前体分子中。首先瓜氨酸的脲基氧取代 中的PPi， 尿素的前体分子中。首先瓜氨酸的脲基氧取代ATP中的 ，形 中的 成瓜氨酰-AMP，然后脲基氧又被天冬氨酸的氨基取代，释放出 ，然后脲基氧又被天冬氨酸的氨基取代， 成瓜氨酰 AMP，形成精氨琥珀酸。 ，形成精氨琥珀酸。
谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的催化下氧化为α 谷氨酸脱氢酶的催化下氧化为 主要的脱氨方式是谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的催化下氧化为α-酮戊 二酸和氨，也称之氧化脱氨。谷氨酸的氧化脱氨Байду номын сангаас要发生在肝脏中的线
粒体内。 粒体内。
谷氨酰胺和天冬酰胺的氨基则分别是通过特殊的酶谷氨酰 谷氨酰胺和天冬酰胺的氨基则分别是通过特殊的酶谷氨酰 胺酶和天冬酰胺酶的水解生成氨和相应的二羧酸谷氨酸和天冬 胺酶和天冬酰胺酶的水解生成氨和相应的二羧酸谷氨酸和天冬 氨酸。 氨酸。
体系1 体系1：
NH3
氨基酸 α -酮酸 酮酸
α-酮戊二酸 酮戊二酸 谷氨酸
NAD(P)H+H+ NAD(P)+
转氨酶
L-谷氨酸脱氢酶 谷氨酸脱氢酶
体系2 体系2：腺嘌呤核苷酸循环 在肌肉、脑等组织中， 谷氨酸脱氢酶 在肌肉、脑等组织中，L-谷氨酸脱氢酶 的活力低，而腺苷酸脱氨酶的活力高， 的活力低，而腺苷酸脱氨酶的活力高，通常 是以~的形式脱氨 是以 的形式脱氨
14 氨基酸代谢
14.1 生物圈中的氮处于循环中 14.2 许多非必需氨基酸可直接由中间代谢物合成 14.3 细菌和植物合成动物所必需的氨基酸 14.4 氨基酸分解代谢常开始于脱氨作用 14.5 尿素循环将氨转化为尿素 14.6 氨基酸碳骨架的降解会聚在代谢的主要途径 14.7 许多其它生物分子都是由氨基酸衍生的
某些细菌可以将氨转化为亚硝酸盐， 某些细菌可以将氨转化为亚硝酸盐，而另外一些细菌可以 将亚硝酸盐转化为硝酸盐。硝酸盐的形成称之硝化作用 硝化作用。 将亚硝酸盐转化为硝酸盐。硝酸盐的形成称之硝化作用。也还 有些细菌可以将硝酸盐还原为亚硝酸盐或N2（去硝化作用）。 有些细菌可以将硝酸盐还原为亚硝酸盐或 去硝化作用）
14.1 生物圈中的氮处于循环中
生物系统氮来自占大气中N 生物系统氮来自占大气中 2 气 。分子氮中的两个氮原子通过 非常强的三键（键能＝ 非常强的三键（键能＝940kJ/mol）紧密结合在一起。从化学角度 ）紧密结合在一起。 讲，是极为稳定的键，反应性很差。 是极为稳定的键，反应性很差。
1、少数生物能够固氮
COOCH2 CH2 CHN+H3 COOL-谷氨酸脱氢酶 谷氨酸脱氢酶 NAD+ 水
COONADH+H+ CH 2 CH2 C=O COO辅酶为NAD+或NADP 辅酶为 + NH3
联合脱氨基作用：
鉴于体内L-氨基酸氧化酶分布不广， 鉴于体内 氨基酸氧化酶分布不广，活 氨基酸氧化酶分布不广 力弱，而转氨酶活力强， 谷氨酸脱氢酶 力弱，而转氨酶活力强，L-谷氨酸脱氢酶 的分布广， 的分布广，体内的氨基酸可能主要以间接 脱氨的方式脱氨，事实证明确实如此， 脱氨的方式脱氨，事实证明确实如此，组织 中的L-氨基酸 非谷氨酸脱氢酶） 氨基酸（ 中的 氨基酸（非谷氨酸脱氢酶）的脱氨 作用非常缓慢， 酮戊二酸， 作用非常缓慢，如果加入少量的α-酮戊二酸， 酮戊二酸 则脱氨作用显著增加。 则脱氨作用显著增加。