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第十二章 含氮化合物代谢第一节 氨基酸的分解代谢细胞内蛋白 NH3TCACO2+H2O葡萄糖食物蛋白消化内切外切酶脂肪酸尿素铵盐酰胺一、氨基酸的分解与转化共同途径氨基酸核苷酸-酮酸蛋白酶(二)脱羧基作用(一)脱氨基作用 2. 非氧化脱氨基3. 转氨基作用(三)分解产物的去路1. 氧化脱氨基1、氨的去路2. 酮酸的去路3. 胺的去路4.氨基酸与一碳单位4、联合脱氨基作用(decarboxylation)( deamination)氧化脱氨基酶1. 氧化脱氨基广泛存在，活性高，最适pH值为7，辅助因子NAD+或NADP+，只催化L-谷氨酸脱氢，不需氧，产物为-酮酸、NH4+，NADH或NADPHoxidative deamination)L-氨基酸氧化酶(FAD或FMN人)最适pH为10，生理pH条件下活性不高，仅作用L-氨基酸，需氧，产物-酮酸、氨和H2O2不是脱氨基主要方式D-氨基酸氧化酶分布广活性高，仅作用D-氨基酸，需氧，产物-酮酸、氨和H2O2但生物体的氨基酸主要由L-氨基酸组成，该E对生物无重要意义L-谷氨酸脱氢酶-酮酸NAD(P)+NADPH+H+_NH3+R-CHCOO-_NHR-C-COO-_氨基酸氧化酶H2ONH3_OR-C-COO-+H+_氨基酸(自发进行)酶主要特征作用特点glutamate dehydrogenaseD-amino acid oxidses2. 非氧化脱氨基包括：还原脱氨基、水解脱氨基、脱水脱氨基、硫解脱氨基裂解脱氨基还原脱氨基水解脱氨基苯丙氨酸-CH2-CH-COOHNH2-反肉桂酸-CH=CH-COOH苯丙氨酸解氨酶NH3氨基酸R-CH-COOHNH2-脂肪酸R-CH2-COOH + NH32H+ , 2e-裂解脱氨基氨基酸R-CH-COOHNH2-RCHOHCOOH羟基脂酸+ NH3+ H2O非氧化脱氨基作用多数存在微生物中3. 转氨基作用常见的有谷草转氨酶和谷丙转氨酶氨基酸转氨酶德辅酶为磷酸吡哆醛 ，酶活性中心反应历程为: +转氨酶CHPO-氨基酸1H2N-C-HCOOHR-酮酸1O=C-HCOOHRH2N-C-HCOOHR-氨基酸2(aminotransferation)-酮酸2O=C-HCOOHRPH2N-CH2COOHH-C-NH2R+ O=CHPEH-C=OCOOHRH2N-CH2PECOOHRC=OCOOHH-C-NH2RCOOHH-C -NCHPERCOOHC NC-HHPERH2N-CH2PECOOHH-C -NCHPERCOOH C NCHHRPEO=CHPE4. 联合脱氨基作用分两种情况H-C-NH2COOHCH3丙氨酸-酮戊二酸COOHC=OCH2CH2COOH-NADH + H+NH3NAD+H2O谷氨酸脱氢酶转氨酶H-C-NH2COOHCH2CH2COOH谷氨酸-COOHC=OCH3丙酮酸-转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶组成的脱氨基作用，广泛存在于动植物和微生物中。

NADPH + H+NH3)(NADP+ +H2O)转氨基作用的特点：已经发现50多种;广泛存在动植物和微生物细胞质及线粒体中;既能使-酮酸与-氨基酸相互转变，平衡库中各种氨基酸，又是必需氨基酸合成重要途径腺嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用-氨基酸-酮戊二酸天门冬氨酸草酰乙酸GOT-酮酸谷氨酸转氨酶腺苷酸代琥珀酸IMP延胡索酸AMP苹果酸H2O腺苷酸脱氨酶NH3 腺嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用仅限于骨骼肌、心肌组织细胞的脱氨基方式，而不是通过联合脱氨基的方式进行原因是这两种组织中的谷氨酸脱氢酶含量较少活性低(二)脱羧基作用胺CO2L-组氨酸脱羧酶组胺L-谷氨酸脱羧酶CO2-氨基丁酸R-CH2-NH2 + CO2脱羧酶R-CH-NH2COOH氨基酸CCNNCHHH-CH2-CH2-NH2CCNNCHHH-CH2-CH-NH2组氨酸COOH谷氨酸CH2CH2CH-COOHCOOHNH2CH2CH2CH2COOHNH2使血管舒张，降低血压，医学认为，过敏性鼻炎患者是因为体内组氨产生过多，引起鼻道毛细血管扩张，增加分泌，鼻涕较多之故中枢神经系统传导递质氨基酸脱羧基后，产物为有机胺，多数具有很强的生理活性如：赖氨酸戊二胺(尸胺)，组氨酸组胺，酪氨酸酪胺；这些胺都具有强烈的生理作用，如组胺可降低血压，酪胺可升高血压等 。

富含蛋白类食物腐败后产生胺类物质，误食会引起食物中毒-恶心、头晕、萎靡不振，严重者死亡三)氨基酸分解产物的去路(1)形成尿素(鸟氨酸循环)；(2)生成NH4+，(3)生成酰胺 ；(4)合成其他含氮化合物(5)重新合成氨基酸1.氨的去路线粒体细胞质氨甲酰磷酸CO2+NH32ADP+Pi2ATP鸟氨酸瓜氨酸Pi鸟氨酸瓜氨酸ATPAMP+PPi天冬氨酸精氨代琥珀酸合酶+H2O鸟氨酸循环精氨酸延胡索酸酶？酶？H2N-C-O-P=OO-O-ONH2(CH2)3CHNH2COOHC=NHH2NHOCHNH2NH(CH2)3COOHC=NHH2NNH(CH2)3CHNH2COOHC=ONH2CHHCCOOHCOOHNH(CH2)3CHNH2COOHCH2NN-CHCH2COOHCOOHH2N-CHCH2COOHCOOH精氨代琥珀酸鸟氨酸循环的特点和生物学意义：该循环又成为Krebs-尿素循环，特点为：a.循环从瓜氨酸合成开始，前两步反应粒体中进行，后三步在细胞液中进行；b.整个过程中有4种氨基酸参与：精氨酸、天冬氨酸、瓜氨酸和鸟氨酸；c.每合成1分子尿素消耗3分子ATP，4个高能键；尿素分子中两个酰胺基，一个来自NH3，另一个来自天冬氨酸。

NH3的固定发生粒体中d.反应过程的酶主要有：氨甲酰磷酸合成酶，氨甲酰磷酸转移酶、精氨琥珀酸合成酶、精氨酸裂解酶；鸟氨酸循环主要发生部位是动物肝脏，尿素最后通过尿液排泄，有利于解除NH3的毒性，同时伴随CO2排出；在少数植物中，如马勃、洋蕈等也能合成尿素，以解除NH3 毒性，因为高浓度的NH3 是解联剂生物学意义：2. 氨基酸碳架-酮酸的去路苯丙氨酸酪氨酸赖氨酸亮氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸丙酮酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬酰胺异亮氨酸蛋氨酸缬氨酸谷氨酸精氨酸组氨酸脯氨酸谷氨酰胺柠檬酸草酰乙酸琥珀酰CoA-酮戊二酸乙酰CoA乙酰乙酰CoA延胡索酸(1)氧化分解CO2NADH/FADH2(2)再合成氨基酸(3)生成糖或脂生糖氨基酸、生酮氨基酸NAD+NADH+H+HCOOHCH2_HC-NH2_CH2HCOOHHCOOHCH2_C=OCH2HCOOH_NADP+NADPH+H+NH4+ L-谷氨酸-酮戊二酸谷氨酸脱氢酶-氨基酸1H2N-C-HCOOHR-酮酸1O=C-HCOOHR转氨酶丙酮酸草酰乙酸丙氨酸天冬氨酸氨基酸脱氨基-酮酸糖异生途径糖糖异生途径丙酮酸葡萄糖G-6-PF-6-PF-1,6-2P3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛PEP6-磷酸葡萄糖酶果糖二磷酸酶乳酸线粒体丙酮酸草酰乙酸苹果酸苹果酸草酰乙酸ADP+PiCO2+ATP+H2ONADHNAD+NADHNAD+GTPGDP+PiCO2天冬氨酸Ala糖酵解途径氨基酸脱氨基产生的-酮酸，能够转变成丙酮酸、乙酰CoA或TCA中间产物，进而生成糖或脂肪。

大多数氨基酸可以使尿液中糖含量增加，少数几种可使葡萄糖和酮体的含量同时增加，而亮氨酸只能使酮体增加氨基酸脱氨后的 -酮酸能沿糖异生途径能够转变成糖氨基酸称为生糖氨基酸，能够生成酮体的，并按照脂肪酸代谢途径分解的称为生酮氨基酸既能生成糖，又能生成酮体的称为生糖兼生酮氨基酸名称中间代谢物生糖/生酮名称中间代谢物生糖/生酮Gly甘Ser丝Ala丙Thr苏Cys半Glu谷His组Gys精Pro脯Val缬Met甲丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸-酮戊二酸-酮戊二酸-酮戊二酸-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酰CoA生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖生糖Asp天Trp色Ile异亮Tyr酪Phe苯Lys赖Leu亮草酰乙酸丙酮酸/乙酰乙酸琥珀酰CoA/乙酰CoA乙酰乙酸/延胡索酸乙酰乙酸/延胡索酸乙酰CoA乙酰乙酸/乙酰CoA生糖生糖/生酮生糖/生酮生糖/生酮生糖/生酮生糖/生酮生酮生糖与生酮氨基酸3. 胺的去路(2)转化为其它含氮化合物胺可转化为生物碱、生长刺激素等等如色氨酸经脱氨基后可生成植物生长激素吲哚乙酸胺氧化酶R-CH2-NH2R-CH2-CHO +H2O2 + NH3O2H2OR-CH2-CHO醛氧化酶O2H2OR-CH2-COOH + H2O2 (1)氧化二、个别氨基酸的分解(一)甘氨酸的分解代谢1.脱氨基作用COOHCH2-NH2COOHCH=NH甘氨酸氧化酶FADFADH2COOHCHOH2ONH3COOHCH2-NH2COOHCHO-酮戊二酸谷氨酸乙醛酸氧化酶COOHCOOH草酸乙醛酸甘氨酸乙醛酸氧化脱羧酶+O2+O2HCOOHCO2甘氨酸乙醛酸-酮酸-氨基酸转氨酶甘氨酸转移酶2.转变成其他化合物COOHCH2-NH2甘氨酸丝氨酸甘氨胆酸马尿酸乙醇胺胆碱肌酸嘌呤谷胱甘肽GSHGS-SGL-谷氨酰-半胱氨酸合酶谷胱甘肽合酶Glu+Cys+2ATP2ADP+2Pi(二)芳香族氨酸的分解代谢酪氨酸OHCH2CH-NH2COOHOHCH2CH-NH2COOH-OHOHCH2CH-NH2H-OHOHCH-OHCH-NH2H-OHOHCH-OHCH-NH-CH3H-OH多巴，3,4-二羟苯丙氨酸DOPA多巴胺去甲肾上腺素肾上腺素第二节 氨基酸的生物合成一、氮素循环二、生物固氮(1)生物固氮固氮酶的组成：有两种成分，即铁蛋白和钼铁蛋白，二者均为铁硫蛋白，其中，铁蛋白的功能是接受供电子体的电子并转移给钼铁蛋白，钼铁蛋白的功能是直接还原氮。

供电子体是NADPH该过程要消耗ATP氮素存在：蛋白质、核酸、酶、部分激素元素组分固氮机理氧化还原3 NADPH+ H+3 NADP+铁氧还蛋白铁蛋白钼铁蛋白12 ATP12 ADP+ Pi固氮酶N22 NH36 e6 e6 e6 e固氮酶作用特点：1. NH3的来源1、需要严格的厌氧环境；2、固氮需要大量ATP供能；3、需要较多的NADPH作还原剂，固氮过程有放氢酶活性；4、需要钼和铁元素2)硝酸还原电子供体为NADPH，NADH(高等植物、真菌、蓝藻)和铁氧还蛋白(其它)：电子供体为铁氧还蛋白硝酸还原分为两步，第一步在硝酸还原酶催化下，NO3还原为NO2，第二步在亚硝酸还原酶催化下， NO2还原为NH3硝酸还原酶NO3+ 2H+ + 2e-NO2 + H2O亚硝酸还原酶NH3 + 2H2ONO2+ 7H+ + 6e-（3）从环境直接吸收2. 氨的同化 是指将氨转化为有机物中的氮的过程 氨的同化又两条途径，（1）谷氨酸脱氢酶途径 -酮戊二酸COOHC=OCH2CH2COOH-+NH3谷氨酸COOHHC-NH2CH2CH2COOH-+H2O谷氨酸脱氢酶NAD(P)H+NAD(P)+（2）谷氨酰胺谷氨酸合成酶途径总反应： a-酮戊二酸+NH3+ATP+NAD(P)H+H+ 谷氨酸 + ADP + NAD(P)+-酮戊二酸COOHC=OCH2CH2COOH-H-C-NH2COOHCH2CH2CONH2谷氨酰酸-+2谷氨酸合成酶H-C-NH2COOHCH2CH2COOH谷氨酸-NAD(P)H+H+ NAD(P)+或Fd还原 或Fd氧化谷氨酸COOHHC-NH2CH2CH2COOH-+ NH3谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺COOHHC-NH2CH2CH2CONH2-ATP ADP+Pi二、氨基酸的生物合成 1. 转氨作用谷氨酸-酮戊二酸-酮酸氨基酸转氨酶谷氨酸-酮戊二酸-酮酸氨基酸转氨酶谷氨酸-酮戊二酸-酮酸氨基酸转氨酶2. 个别氨基酸的代谢磷酸戊糖途径4-磷酸赤藓糖4-磷酸核糖组氨酸色氨酸酪氨酸苯丙氨酸谷氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酰胺丝氨酸甘氨酸半胱氨酸天冬氨酸天冬酰氨赖氨酸蛋氨酸苏氨酸异亮氨酸缬氨酸亮氨酸丙氨酸葡萄糖3-磷酸甘油酸PEP丙酮酸三羧酸循环。