主要含氮化合物的代谢

意义：（1）清除异常蛋白； （2）细胞对代谢进行调控的一种方式
泛素是一种8.5KD（76AA残基）的小分子 蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结 构高度保守，酵母与人只相差3个aa残基， 它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者 活化，然后被蛋白酶降解。
蛋白质是否被泛素结合而选择性降解与该 蛋白N端的AA有关，N端为Asp Arg Leu Lys Phe时，蛋白质的半寿期为2-3分钟。 泛素化的蛋白质在ATP参与下被蛋白酶水 解。
蛋白酶
肽酶
蛋白质
小பைடு நூலகம்段
氨基酸
消化道内几种蛋白酶的专一性
氨肽酶
（Phe.Tyr.Trp）
（Arg.Lys）
羧羧肽肽酶酶
（Phe. Trp）
（脂肪族）
胃蛋白酶
胰凝乳 弹性蛋白酶 胰蛋白酶 蛋白酶
二、细胞内蛋白质降解的重要性
排除异常蛋白质（翻译出错的蛋白） 排除积累过多的酶或调节蛋白
三、 细胞内蛋白质降解的机制
R2
CO2
--
--
H2O R1
H
H-C-N = C
H
R2
第二节 氨基酸的降解和转化
脱氨基作用 脱羧基作用
小
脱氨基作用
结
氧化脱氨(L-或D-AA氧化酶\L-谷氨酸氧化酶)
非氧化脱氨
氨基酸的脱酰胺作用
转氨基作用
联合脱氨基（两个内容）
转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联
转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联
转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联
(骨骼肌\心脏\肝脏\脑组织中)
α-氨基酸
α-酮戊二酸
天冬氨酸
次黄苷酸
α-酮酸
谷氨酸
草酰乙酸
腺苷酰琥珀酸
苹果酸
延胡索酸
腺苷酸
小
结
脱氨基作用
氧化脱氨(L-或D-AA氧化酶\L-谷氨酸氧化酶) 非氧化脱氨 氨基酸的脱酰胺作用 转氨基作用 联合脱氨基（两个内容）
NH2
FP
R-C-COO- H2O FPH2 NH2
R-C-COOH O
+NH3
FPH2+O2
FP+H2O2
-------
COOH CHNH2
谷氨酸 脱氢酶
COOH 体内（正）
C=O
CH2 +NAD(P)++H2O
CH2
谷氨酸 ATP GTP NADH变构
COOH 脱氢酶：抑制
ADP GDP变构激活
NH2-尿C素-NH2
谷氨酸
-酮戊二酸
素
（ 1 ）鸟形氨成酸一 分 子尿-酮素戊消二酸 耗4个高能磷酸键
NH3
H2O
5
鸟氨酸
循 环 延胡索酸
精氨酸（
4
2）两个氨基分别来 游 离 氨 和 Asp ， 一 CO2来自TCA循环.
自 个
2
1 2ATP+CO2+H2O
2ADP+Pi
氨甲酰磷酸
线
Pi
粒
瓜氨酸
体
▪ 生物固N（某些微生物和藻类通过体内固氮酶系的作 用将分子氮转变成氨的过程，1862年发现）
▪ 植物体中的N源(硝酸还原生成） NO3-硝酸还原酶 NO2- 亚硝酸还原酶 NH3
▪ 植物直接吸收氨
AA
Pro 其它含N化合物
❖ 氨同化的途径 ▪ 谷AA的形成途径 ▪ 氨甲酰磷酸形成途径
㈠ 谷AA合成途径
CHNADPH+H+
2
CH2 谷AA合酶
2
CH2 CH2
C=O
CHNH2
COOH
COOH
----
总反应: NH3 +ATP + α-酮戊二酸+2H 谷AA+ADP+H2O+Pi
㈡ 氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物）
✓ 原料：NH3 CO2 ATP
利用体内代谢的氨
✓ 氨甲酰激酶
Mg2+
NH3 + CO2 + ATP
➢ 机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。
类型
a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联 b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联
转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联
大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸作为氨 基的受体，生成Glu。
因为生成的谷氨酸可在谷氨酸脱氢酶的催化 下氧化脱氨，使α-酮戊二酸再生。
氨基酸碳骨架进入TCA
四、AA与其它含氮化合物的关系
(多胺\生物碱\动植物激素\水杨酸)
许多AA可以作为一碳单位的来源，在各种化合 物发生甲基化时作为甲基的供体。
一碳单位：AA在分解过程中可产生具有一个碳原子的活 性基团，称为一碳基团或一碳单位。
一般了解：一碳单位的种类和相互转变
一碳单位:
亚氨甲基（-CH=NH）， 甲酰基（ HC=O-）， 羟甲基（-CH2OH）， 亚甲基（又称甲叉基，-CH2）， 次甲基（又称甲川基，-CH=）， 甲基（-CH3） Gly、 Ser、 Thr、His、Met 等可以提供一碳单位。
非氧化脱氨基作用 脱酰胺作用 转氨基作用 联合脱氨基作用
㈠ 氧化脱氨基作用
定义：-AA在酶的作用下，氧化生成-酮酸， 并产生氨的过程。
AA氧化酶的种类 三种酶的催化作用均不是体内
理想的脱氨基方式
L-AA氧化酶：催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛， 最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。
COO-
CH2 + CH+NH3 COO-
COO-
CH2 CH2 C=O COO-
α-酮戊二酸 + 丙氨酸 草酰乙酸 +谷氨酸
COOCH2 + C=O COO-
COO-
CH2 CH2 CH+NH3 COO-
(五) 联合脱氨基
➢ 单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱 氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只 有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活 力都低。
✓ 谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）
COOH
CONH2
----
----
CH2 CH2 +NH3 +ATP CHNH2 COOH
CONH2 COOH
CH2
CH2 +ADP +Pi+H2O
CHNH2 谷氨酰胺
COOH
可做为NH3的
供体将其转移
NADP+COOH
----
----
CH2 CH2 + CHNH2 COOH
转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联 转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联
二 脱羧基作用
专一性强
脱羧酶
AA
胺类化合物
（辅酶为磷酸吡哆醛）
--
R1 H-C-NH2
COOH
H + O=C
R2
磷酸吡哆醛
--
--
R1 H-C-NH2
H
胺
H + O=C
R2
--
R1
H
--
--
H-C-N = C +H2O
COOH
醛亚胺
2004年10月6日瑞典皇家科学院宣布， 2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家 阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国 科学家欧文·罗斯，以表彰他们发现了泛素 调节的蛋白质降解。
第二节 氨基酸的降解和转化
脱氨基作用 脱羧基作用
一 、 脱氨基作用
定义：氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用。 脱氨基作用包括：氧化脱氨基作用
谷AA 天冬AA 赖AA 鸟AA
丝氨酸
乙醇胺
γ-氨基丁酸+CO2
β-丙AA +CO2
尸胺+ CO2
腐胺+ CO2
胆碱
卵磷脂
色氨酸
吲哚丙酮酸
吲哚乙醛 吲哚乙酸
▪ 胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应
维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一
步氧化成脂肪酸。
RCH2NH2+O2+H2O
NH2
O
R1-C-COOH + R2-C-COOH
H
-= =
O
NH2
R1-C-COOH +R2-C-COOH
H
迄今发现的转氨酶都以磷酸吡哆醛（PLP）为 辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。
AAR1 P-吡哆醛
AAR2
α-酮酸R2 ▪ 例如
醛亚胺—— 酮亚胺
α-酮酸R1
-----------
谷氨酸 + 丙酮酸 天冬氨酸 + α-酮戊二酸
(2)再合成AA (3)转变成糖和脂肪
生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊 二酸的AA。（Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val、 Phe 、 Tyr 、 Trp ） (4)转变成酮体 生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、-羟-丁酸的AA。（Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中）
NH3
谷AA
✓ 谷AA脱氢酶（细菌）
其它AA
-------
COOH
CH2 CH2
+NH3
+NADH
C=O
COOH
COOH
CH2 CH2
+NAD+ +H2O
CHNH2
COOH
α-酮戊二酸 （TCA循环产生的）
此反应要求有较高浓度的 NH3，而高NH3足以使光合磷酸 化解偶联，不可能是无机氨转为 有机氮的主要途径
C-NH3+ C=NH2+ COO- COO- 亚氨基丙酸
▪由解氨酶催化 CH2-CHNH2-COOH
PAL
CH=CH-COOH +NH3
(OH)
L-苯丙氨酸 (酪氨酸)
(OH)
反式肉桂酸 (反式香豆酸)
单宁等次生物 辅酶Q
㈢ 氨基酸的脱酰胺作用
----
CONH2
CH2 CH2 +H2O CHNH3+ COO-
第九章 主要含氮化合物的代谢
蛋白质的酶促降解 氨基酸的降解和转化 氨同化及氨基酸的生物合成 核酸的酶促降解 核苷酸的生物降解 核苷酸的生物合成
第一节 蛋白质的酶促降解 一、水解蛋白质的酶
｛ 肽酶(Peptidase) 末端
羧基末端 羧肽酶 一个AA或二肽
氨基末端 氨肽酶
蛋白酶（肽链内切酶） 肽链内部 含AA较少的肽链
以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将 NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）
重新利用合成AA： 合成酰胺（高等植物中） 嘧啶环的合成（细菌） 生成铵盐
尿素的生成
概念
在排尿动物体内由 NH3合成尿素是在肝脏 中通过一个循环机制完 成的，这一个循环称为 尿素循环(the urea ycle)。
胞液
尿
尿素形成后由 氨基酸 血液运到肾脏 O 随尿排除。 谷氨酸
AA
RCHO+H2O2+NH3 尿素
RCHO+1/2O2
RCOOH CO2+H2O
三、氨基酸分解产物的代谢
排氨生物：NH3转变成酰胺（Gln），
运到排泄部位后再分解。（原生动物、
线虫和鱼类）
以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小
的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存
体内水分。（陆生爬虫及鸟类）
1、氨的去路：
谷氨酰胺酶
----
COO-
CH2 CH2 +NH3 CHNH3+ COO-
---
CONH2
天冬酰胺酶
CH2 +H2O
CHNH3+
COO-
---
COO-
CH2 +NH3 CHNH3+ COO-
上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性。
（四）转氨基作用
指α-AA和酮酸之间氨基的转移作用， α-AA的α-氨基 借助转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来 的AA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨 基酸。
真核细胞中蛋白质的降解途径
（1）不依赖ATP的溶酶体途径，没有选择性，主要降 解细胞通过胞吞作用摄取的外源蛋白、膜蛋白及长寿 命的细胞内蛋白。（蛋白酶的pH偏低，5左右）
（2）依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行，主要降解 异常蛋白和短寿命蛋白（调节蛋白），此途径在不含溶 酶体的红细胞中尤为重要。（选择性降解）
D-AA氧化酶：体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内 D-AA不多。
L-谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生 物），活力强，以NAD+或NADP+为辅酶。
反应通式：
AA氧化酶
H
---
R-C-COOH +O2+H2O NH2
R-C-COOH +H2O2+NH3 O
H
AA氧化酶
R-C-COOH
精氨琥珀酸
3
AMP+PPi
ATP
瓜氨酸
基质
天冬氨酸
-酮戊二酸
草酰乙酸
谷氨酸
氨基酸
总反应和过程
NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2Pi+ AMP +PPi+延胡索酸
2、AA碳骨架的去路（AA脱氨基的意义）
(1)AA分解产生7种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化 分解。 七种产物为：丙酮酸、乙酰乙酰CoA、乙酰CoA、 -酮 戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸
一碳基团的利用：参与合成反应， 如磷脂、核苷酸等的合成。
一碳单位的转移靠四氢叶酸FH4
个别氨基酸的分解代谢(P347-350)
第三节 氨的同化及氨基酸的生物合成
氨同化 氨基酸的合成
一 氨的同化
定义：生物体将无机态的氨转化为含氮有机化合物的过程 （N素亦称生命元素）
生物体N的来源
▪ 食物来源的N—食物中的蛋白质和氨基酸可以作为人 和动物的N源
CH2 +NAD(P)H+NH3
CH2 体外（反）
COOH
㈡ 非氧化脱氨
▪ 还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。 （在微生物中个别AA进行,但不普遍）
COOH NH2-C-H L-丝氨酸 CH2OH
α-氨基丙烯酸
--
-=-
--
COOH
丝氨酸脱水酶
C=O +NH3
CH2
CH3 CH3 丙酮酸
氨甲酰磷酸
H2N-C-OPO3H2 + ADP
=
O ✓氨甲酰磷酸合成酶
辅因子
NH3 + CO2 + 2ATP
H2N-C-OPO3H2 + 2ADP+Pi
Mg2+
O
在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的