第八章 氨基酸代谢=

2、NH3的同化

无机态的N合成氨基酸主要通过下面两条途径：
Glu的形成
谷氨酰胺合成酶
谷氨酸脱氢酶
氨甲酰磷酸的形成 其它氨基酸则是通过转氨作用
①Glu的形成
谷氨酰胺合成酶（主要途径）
谷氨酰胺合成酶
谷氨酸合成酶
谷氨酸脱氢酶－－还原性氨基化
COO (CH2)2
C O
NADH+H+ NAD++H2O
2、生成铵盐
氨＋有机酸→铵盐 保持细胞内正常的PH。
３、酰胺的生成——储存、运输氨的形式

Glu + ATP + NH3
谷氨酰胺合成酶
天冬酰胺合成酶
Gln + ADP + Pi Asn + ADP + Pi
Asp + ATP + NH3
Glｎ酶 Gln+ H2O Asp+ H2O Glu + NH3 Asp酶 Asp + NH3
GOT（谷草转氨酶）心脏；GPT（谷丙转氨酶）肝脏
COO CH2 CH3 HC NH3+ CH2 CH3 O C O COO CH2 CH2
+
C
+
HC
NH3+
COO
COO
COO
COO
alanine
pyruvate glutamate Aminotransferase (Transaminase)
查肝功为什么要抽血化验转氨酶指数呢？

提示：肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许
多，是血液的100倍 抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能肝 组织受损破裂，肝细胞的转氨酶进入血液。
（结合乙肝抗原等指标进一步确定是什么原因引起的）

3、联合脱氨作用(Transdeamination)

定义：转氨作用和L-谷氨酸脱氢酶的氧 化脱氨作用联合。
二、氨基酸的合成(一般合成)
1、转氨基作用：转氨酶（辅酶：磷酸吡哆醛）
谷氨酸作为氨基的转运站
2、α-酮酸经还原性氨基化作用生成氨基酸 3、各族氨基酸的生成

原料
NH3——由谷氨酸提供（通过转氨作用） 碳架——α-酮酸（源于糖代谢中间产物）
根据碳架来源的不同，可分为不同的族，总共有5大族
3、个别氨基酸的生成
COO
α-谷氨酸
α-酮戊二酸
•转氨基——本质上没有真正脱氨。
转氨酶的辅酶： 磷酸吡哆醛——氨基酸与酮酸之间-NH2的传递者
•转氨作用是连接糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。
•除Lys、Thr外，其余Aa均可参与转氨作用。
•特别注意三种氨基酸的转化：
丙氨酸 天冬氨酸
丙酮酸 草酰乙酸
谷氨酸
α -酮戊二酸
•两种重要的转氨酶：
(1) 谷氨酸介导的联合脱氨作用
(2)嘌呤核苷酸介导的联合脱氨基作用
4、非氧化脱氨基作用
①还原脱氨
R HC NH3 COO+
R
+2H
氢化酶
HC
NH H+NH43
+ +
COO-
② 脱水脱氨
H2O HO CH2 H C COO H2C C
+ H2O NH4
O C COO
COO
H3C
NH3+
脱水酶
③硝酸还原酶(NR)是诱导酶
亚硝酸还原酶
NO2 - + 7H + + 6e → NH3 + 2H2O
①铁氧还蛋白（Fd）－亚硝酸还原酶：光合生物
NO2- + 6Fd(还原) + 8 H+ → NH4+ + 6Fd(氧化) + 2 H2O
② NAD(P)H－亚硝酸还原酶：非光合生物
NO2 - + 3 NAD(P)H + 5 H+ → NH4+ + 3 NAD(P)+ + 2H2O
L-氨基酸氧化酶（大多数氨基酸都是L型），但该酶 分布不普遍，活力低（最适pH=10)，作用小。 D-氨基酸氧化酶分布广，活性高，但D-氨基酸在体 内不多。所以L-谷氨酸脱氢酶最重要。
谷氨酸氧化脱氨
有毒！
COO (CH2)2 HC COO
+ NH3
COO
NAD++H2O
NADH+H++NH4+
(CH2) 2
COO (CH2)2 HC
+ NH3
+
NH4+
L-谷氨酸脱氢酶
COO
α-酮戊二酸
COO
α-谷氨酸
谷氨酰胺合成酶的Kｍ（NH3）较谷氨酸脱氢酶低
②氨甲酰磷酸的形成
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(谷氨酸),II（谷氨酰胺）
2ATP+ NH3+CO2→ NH2COO P+2ADP+Pi
氨基甲酰激酶
ATP+ NH3+CO2→ NH2COO P+ADP
NH3+
自发水解 丙酮酸 pyruvate
serine 丝氨酸
aminoacrylate
Serine Dehydratase 丝氨酸脱水酶
③直接脱氨：苯丙氨酸解氨酶
④脱酰氨基作用
H2N C
O H2O NH4+ COO CH2 NH3+ HC NH3+
CH2 HC
COO
COO
天冬酰胺 asparagine
第八章 氨基酸代谢
Amino Acid Metabolism
第一节、概 述
胞外酶
水解
氨基酸 吸收入
作为氮源和能源进行代谢。
一、蛋白质的酶促降解
1、蛋白水解酶：肽链内切酶和肽链外切酶
NH3+ — NH3+—
特定氨基酸间
随机 内切酶
COO-COO —
•外切酶—氨肽酶
•外切酶—羧肽酶
最终产物—氨基酸
O NH CH R1 C NH CH R2
鸟类排尿酸
（二）α－酮酸的代谢
1、合成氨基酸——还原氨基化
α酮酸 + NH3 α酮戊二酸 + NH3
氨基化 氨基化
α氨基酸 谷氨酸
•其余的氨基酸合成通过谷氨酸与相应的α酮酸的转 氨作用合成。 •α酮酸的氨基化生成氨基酸是合成非必需氨基酸的 途径之一。
2、转变成糖及脂肪
生糖氨基酸：可以转化成糖的Aa。即凡能生成丙酮 酸、琥珀酰CoA、OAA和α-KG的Aa；大多数氨基酸。
谷氨酸 异亮氨酸
丙酮酸
草酰乙酸
乙酰乙酰CoA 苯丙氨酸 天冬酰胺 天冬氨酸
甲硫氨酸
α-酮戊二酸
缬氨酸
酪氨酸
亮氨酸 赖氨酸 色氨酸
琥珀酰CoA 苹果酸
苯丙氨酸
三羧酸循环
延胡索酸
酪氨酸
第二节、氨基酸的生物合成
一.NH3的形成
NO3 - → NO2 - → N2 还原↓ 固氮作用 含N化合物 →→ NH3 ↓NH3的同化 氨甲酰磷酸和Glu ↓ Aa
生酮氨基酸 ：可以转变成酮体的Aa。即凡能生成 乙酰乙酰CoA的Aa。亮氨酸、 生糖兼生酮氨基酸：赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、 酪氨酸、色氨酸
3、进入三羧酸循环分解成CO2+H2O
丙氨酸
苏氨酸
甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸
碳骨架的氧化（肝脏）
CoASH
精氨酸
组氨酸
谷氨酰胺 脯氨酸
柠檬酸
乙酰CoA 异柠檬酸
Mg＋2和ATP、强还原剂和厌氧条件
②NO3- 、NO2- 还原成NH3
NO3硝酸还原酶
- 亚硝酸还原酶 NO2
2e
6e
(NH4+)
NH3
硝酸还原酶
①铁氧还蛋白（Fd）—硝酸还原酶(NR)：
NO3- + 2Fd(还原) + 2H+ → NO2- + 2Fd(氧化)+ H2O
②NAD(P)H—— 硝 酸 还 原 酶 (NR) ： 植 、 微 生 物 NO3- + NAD(P)H+H+ → NO2- + NAD(P)+ + H2O
1、氧化脱氨基作用

定义：α-氨基酸在酶的作用下氧化脱氨生成α酮酸，并放出游离NH3的过程。
R HC NH3 2 COO+
2H+H+ R
C NH
H2O+H+
NH4+
R C O COO
酶
COO
α-氨基酸
脱氢 亚氨基酸不稳定 水解加氧
α-酮酸
•三种酶可催化该反应——
L-氨基酸氧化酶：辅酶FMN、FAD D-氨基酸氧化酶：辅酶FAD L-谷氨酸脱氢酶（专一催化谷氨酸脱氢分解及逆过程）：NAD+
４、各种生物排氨的方式
水生生物直接扩散脱氨（NH3）
体内水循环快，NH3浓度 低，扩散流失快，毒性小。
哺乳、两栖动物排尿素
H2N
C
H2 N
O
体内水循环较慢，NH3浓 度较高，需要消耗能量 使其转化为较简单，低 毒的尿素形式。
不溶于水，毒性很小，但 需要更多的能量。水循环 太慢，保留水分同时不中 毒得付出高能量代价
葡萄糖
酸葡糖-6-磷酸
CO2+H2 O 组氨酸
戊糖磷 酸途径 核糖-5-磷酸 丝氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 天冬氨酸 天冬酰胺 甲硫氨酸 苏氨酸 3磷酸-甘油酸 丙酮酸 草酰乙酸 三羧酸循环 乙醛酸循环
天冬氨酸 aspartate
百度文库
Asparaginase 天冬氨酸酶
二、脱羧作用
随尿排出，或转为其他物质
氨基酸
脱羧酶
胺 + CO2
由肺呼出
不是氨基酸代谢的主要方式
1、直接脱羧
RCHNH2COOH
脱羧酶 PLP
CO2 + RCH2NH2 胺
胺：微量调节（信息传递），过量伤害 胺氧化酶：RCH2NH2 → RCHO → RCOOH → CO2+H2O
O COO-
转氨酶
α-酮酸
α-氨基酸

特点：a. 可逆，受平衡影响 b. 氨基大多转给了α-酮戊二酸
谷氨酸氧化脱氨 谷氨酸转氨机制
COO (CH2)2 HC COO
+ NH3
COO
NAD++H2O NADH+H++(A)4+ NH4 +NH O(酮酸）
(CH2) 2
C O
L-谷氨酸脱氢酶 谷—某转氨酶
体毛囊和表皮细胞也可形成黑色素，使毛发和皮肤变黑。

多巴与多巴胺→生物碱(植物)、去甲肾上腺素和肾上腺素。
三.氨基酸分解产物的代谢
由肺呼出
CO2+胺
氨基酸 NH3+α-酮酸
随尿排出，或转为其他物质
?
?
（一）、氨的代谢
氨中毒原理
L谷 氨 酸 脱 氢 酶
1、合成新的Aa（氨基化反应）
α酮酸 + NH3 α氨基 不能增加氨基酸的数量，改变氨基酸的种类)
①丙氨酸族：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸 ②丝氨酸族：丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸
③谷氨酸族：谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸
④天冬氨酸族：天冬氨酸、天冬酰氨、赖氨酸、
苏氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸
⑤组氨酸和芳香族氨基酸（莽草酸途径）：
组氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸
微生物和植物可以合 成所有类型氨基酸。
色氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸
C O
L-谷氨酸脱氢酶
COO
α-谷氨酸
α-酮戊二酸
2、转氨基作用(Transamination)

定义：氨基酸的α-NH2 转移到α-酮酸上，生成 相应的另一种α-酮酸和α-氨基酸。
R1
HC NH3 COO +
交换 交换
R2
HC
O COO-
α-氨基酸
α-酮酸
逆反应
R1
HC
R2
HC + NH3 COO
O C NH CH R3
O C NH CH R4
O C
胰蛋白酶：R1=Lys、Arg侧链(专一性较强，水解速度快) 胰凝乳蛋白酶：R1=Phe, Trp, Tyr; Leu，Met和His水解 稍慢 胃蛋白酶：R1和R2=Phe, Trp, Tyr; Leu以及其它疏水性 氨基酸(水解速度较快) 嗜热菌蛋白酶：R2=Phe, Trp, Tyr; Leu，Ile, Met以及其 它疏水性强的氨基酸(水解速度较快)
-ketoglutarate
COO COO CH2 HC NH3+ CH2 CH2 COO CH2 O C O
COO CH2 CH2
+
C
+
HC
NH3+
COO
COO
COO
COO
aspartate
-ketoglutarate
oxaloacetate
glutamate
Aminotransferase (Transaminase)
http://nobelprize.org
多泛肽化标记– molecular kiss of death
多泛肽化标记；
26S蛋白酶体水
解泛肽化蛋白，
但泛肽不被水解，
可重复利用。
第二节、氨基酸的分解
一.脱氨基作用(Deamination)
1、氧化脱氨基作用 2、转氨基作用
3、联合脱氨作用 4、非氧化脱氨基作用
二、细胞内蛋白质的降解
1、溶酶体系统：水解长寿命蛋白和外来蛋白 2、泛肽系统：水解短寿命蛋白和反常蛋白
2004诺贝尔化学奖
Aaron Ciechanover
Avram Hershko
Irwin Rose
"for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation"
1、NH3的合成
①生物固氮作用合成NH3 (微生物) N2+6H+16ATP

固氮酶
2NH3+16ADP+Pi
自生固氮微生物：光合细菌、光合自氧的蓝藻等
共生固氮微生物：豆科植物(大豆、花生)的根瘤菌；非豆科植 物(杨梅属)的根瘤菌；

生物固氮作用由固氮酶催化，固氮酶是多功能酶，由还原酶 （铁蛋白）和固氮酶（钼铁蛋白）两种组分组成。反应需要
以下Aa通过直接脱羧基作用：
Glu→γ-氨基丁酸（抑制中枢神经传导）
Asp→β-丙氨酸（泛酸组分）
Trp（脱氨、脱羧、氧化）→吲哚乙酸（植物生长素）
His→组胺（降血压）
Tyr→酪胺（升血压）
Ser（脱羧）→乙醇胺→ 胆碱→脑磷脂、卵磷脂
2、羟化脱羧

Tyr→多巴→多巴胺 多巴聚合→黑色素：土豆、梨、苹果切开后切口变黑；人