第八章氨基酸代謝

本章著重討論蛋白質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的降解，以及氨基酸的分解和合成的共同代謝途徑。返回知識(shí)目標(biāo)了解蛋白質(zhì)水解酶的種類及作用特點(diǎn)掌握氨基酸的各種代謝途徑及其代謝產(chǎn)物的去向掌握氨基酸代謝過程的調(diào)控了解谷氨酸、賴氨酸生產(chǎn)的原理

能力目標(biāo)運(yùn)用氨基酸代謝知識(shí)分析解決氨基酸生產(chǎn)中的具體問題學(xué)會(huì)運(yùn)用代謝調(diào)控的理論指導(dǎo)生產(chǎn)目錄第一節(jié)蛋白質(zhì)的酶解及其水解酶類第二節(jié)氨基酸的一般代謝第三節(jié)氨基酸代謝產(chǎn)物的代謝第四節(jié)氨基酸的生物合成第五節(jié)谷氨酸發(fā)酵機(jī)制第一節(jié)蛋白質(zhì)的酶解

及其水解酶類一、蛋白質(zhì)的酶解是指蛋白質(zhì)在其水解酶類的催化作用下，使蛋白質(zhì)分子中的肽鍵斷裂，經(jīng)逐步水解，最后生成氨基酸的過程。二、蛋白質(zhì)的水解酶類1.分布——胞內(nèi)、胞外2.來源——?jiǎng)?、植、微生物蛋白?.最適Ph------酸性、中性、堿性4.切割肽鍵的位點(diǎn)——肽鏈內(nèi)切、肽鏈端解5.活性中心與作用特點(diǎn)——絲氨酸、半胱氨酸、金屬肽酶的種類和專一性編號(hào)名稱作用特征3、4、113、4、13-氨酰肽水解酶(-aminoacylpeptidehydrolase)作用于多肽鏈的N-末端-羧肽水解酶(-carboxylpeptidehydrolase)作用于多肽鏈的C-末端3、4、14二羧肽水解酶(depeptide

hydrolase)水解二肽蛋白酶的種類和專一性編號(hào)名稱作用特征實(shí)例3、4、2、13、4、2、2絲氨酸蛋白酶類(serinepritelnase)活性中心含Ser3、4、2、33、4、2、4硫醇蛋白酶類(Thiol

pritelnase)活性中心含Cys羧基（酸性）蛋白酶類[carboxyl(asid)pritelnase]活性中心含Asp,最適pH在5以下金屬蛋白酶類(metallopritelnase)活性中心含有Zn2+

、

Mg2+等金屬胰凝乳蛋白酶胰蛋白酶凝血酶木瓜蛋白酶無花果蛋白酶菠蘿酶胃蛋白酶凝乳酶枯草桿菌蛋白酶嗜熱菌蛋白酶消化道內(nèi)幾種蛋白酶的專一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶彈性蛋白酶羧肽酶胰蛋白酶氨肽酶羧肽酶（Phe.Trp）肽鏈內(nèi)切酶氨基酸代謝概況食物蛋白質(zhì)氨基酸特殊途徑-酮酸糖及其代謝中間產(chǎn)物脂肪及其代謝中間產(chǎn)物TCA鳥氨酸循環(huán)NH4+NH4+NH3CO2H2O體蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤生物固氮硝酸還原（次生物質(zhì)代謝）CO2胺第二節(jié)氨基酸的一般代謝一、脫氨基作用（一）氧化脫氨基作用（二）非氧化脫氨基作用1、氧化脫氨基作用

氨基酸在酶的催化下脫去氨基生成相應(yīng)的α-酮酸的過程稱為氧化脫氨基作用。主要有以下兩種類型：

α-氨基酸

氨基酸氧化酶（FAD、FMN）α-酮酸

R-CH-COO-

NH+3

|

R-C-COO-+NH3O||H2O2H2O+O2

L-谷氨酸脫氫酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOHL-谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)

轉(zhuǎn)氨酶L-谷氨酸脫氫酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸（二）非氧化脫氨基作用（1）還原脫氨基作用（2）水解脫氨基作用（3）脫水脫氨基作用（4）脫巰脫氨基作用（5）氧化還原脫氨基作用（6）脫酰胺基作用（1）還原脫氨基作用

天冬氨酸經(jīng)氫化酶作用生成琥珀酸（2）水解脫氨基作用水解脫氨基作用（3）脫水脫氨基作用絲氨酸直接脫氨基作用（4）脫巰脫氨基作用脫巰基脫氨基作用（5）氧化還原脫氨基作用氧化還原脫氨基作用（6）脫酰胺基作用脫酰胺基作用二、轉(zhuǎn)氨基作用

α-氨基酸1

R1-CH-COO-

NH+3

|α-酮酸1

R1-C-COO-O||

R2-C-COO-O||α-酮酸2

R2-CH-COO-

NH+3

|α-氨基酸2轉(zhuǎn)氨酶（輔酶：磷酸吡哆醛）

在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，α-氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到α-酮酸的酮基碳原子上，結(jié)果原來的α-氨基酸生成相應(yīng)的α-酮酸，而原來的α-酮酸則形成了相應(yīng)的α-氨基酸，這種作用稱為轉(zhuǎn)氨基作用或氨基移換作用。-氨基酸磷酸吡哆醛醛亞胺酮亞胺磷酸吡哆胺磷酸吡哆醛的作用機(jī)理-酮酸互變異構(gòu)谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)肝？血三、聯(lián)合脫氨基作用

（1）概念（2）類型a、轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)b、轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨基作用聯(lián)合進(jìn)行的脫氨基作用方式。轉(zhuǎn)氨酶與L-谷氨酸脫氫酶作用相偶聯(lián)

轉(zhuǎn)氨酶L-谷氨酸脫氫酶H20+NAD+NH3+NADHα-酮酸α-氨基酸α-酮戊二酸L-谷氨酸轉(zhuǎn)氨基作用與嘌呤核苷酸循環(huán)相偶聯(lián)

α-氨基酸α-酮酸α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸蘋果酸延胡索酸腺苷酸次黃苷酸四、氨基酸的脫羧基作用

1、概念3、脫羧產(chǎn)物的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化（次生物質(zhì)代謝）

氨基酸在脫羧酶的作用下脫掉羧基生成相應(yīng)的一級(jí)胺類化合物的作用。脫羧酶的輔酶為磷酸吡哆醛。直接脫羧胺羥化脫羧羥胺

2、類型:氨基酸脫羧基作用

胺氧化反應(yīng)第三節(jié)氨基酸代謝產(chǎn)物的

代謝途徑一、α-酮戊二酸的代謝1.生成非必需氨基酸2.生成二氧化碳和水3.轉(zhuǎn)變成糖和酮體二、氨的代謝1.尿素的生成2.谷氨酰胺的生成3.氨代謝的其他途徑三、二氧化碳的去路氨基酸碳骨架進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑

草酰乙酸磷酸烯醇式酸-酮戊二酸天冬氨酸天冬酰氨丙酮酸延胡索酸琥珀酰CoA乙酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸賴氨酸色氨酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸絲氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酰胺精氨酸組氨酸脯氨酸異亮氨酸亮氨酸纈氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸異亮氨酸甲硫氨酸纈氨酸葡萄糖檸檬酸一、α-酮戊二酸的代謝1、尿素的生成

（1）概念（2）總反應(yīng)和過程

在排尿動(dòng)物體內(nèi)由NH3合成尿素是在肝臟中通過一個(gè)循環(huán)機(jī)制完成的，這一個(gè)循環(huán)稱為尿素循環(huán)。NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2ONH2-CO-NH2+

2ADP+2+

AMP+PPi+延胡索酸尿素循環(huán)氨基酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸鳥氨酸精氨酸延胡索酸草酰乙酸氨基酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸2ADP+Pi2ATP+CO2+NH3+H2O1細(xì)胞溶液線粒體NH2-C-NH2O尿素-酮戊二酸-酮戊二酸H2N-C-PO23452、谷氨酰胺的生成和利用+NH2+H2OATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶Mg2++2H谷氨酸合成酶谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸

氨代謝的其他途徑-葡萄糖-丙氨酸循環(huán)1．在磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶（或稱草酰乙酸激酶）作用下，磷酸烯醇式丙酮酸與CO2發(fā)生固定反應(yīng)。2．在丙酮酸羧化酶的作用下，丙酮酸與CO2發(fā)生固定反應(yīng)，并消耗1個(gè)ATP3．在蘋果酸酶和NAD（P）輔酶的作用下，發(fā)生還原羧化反應(yīng)，丙酮酸生成蘋果酸，再轉(zhuǎn)化為草酰乙酸

三、Co2去路第四節(jié)氨基酸的生物合成1-檸檬酸合成酶2-異檸檬酸脫氫酶3-異檸檬酸裂解酶4-α-酮戊二酸脫氫酶5-谷氨酸脫氫酶一、氨基酸生物合成類型必需氨基酸的概念Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp(His、Arg)

凡是機(jī)體不能自己合成，必需來自外界的氨基酸，稱為必需氨基酸。

人的必需氨基酸：二十種氨基酸的生物合成概況

谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族絲氨酸族His和芳香族二、氨基化作用（一）由α-酮戊二酸形成谷氨酸（二）由谷氨酸形成谷氨酰胺三、轉(zhuǎn)氨基作用（一）天冬氨酸的生物合成（二）天冬酰胺的生物合成四、氨基酸間的相互轉(zhuǎn)化通過氨基化作用和轉(zhuǎn)氨基作用生成其他氨基酸外，生物體還可以在由α-酮酸還原氨基化生成的氨基酸的基礎(chǔ)上，通過碳鏈上的變化直接合成另外一些氨基酸。例如：由谷氨酸通過不同的生物合成途徑產(chǎn)生鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸和脯氨酸；由天冬氨酸可以合成二氨基庚二酸、賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸，而蘇氨酸又能轉(zhuǎn)變成異亮氨酸?？梢哉f除少數(shù)氨基酸要通過特殊途徑合成外，大多數(shù)氨基酸可以分別從谷氨酸、天冬氨酸和甘氨酸演化而來。由于氨基酸在代謝過程中的相互轉(zhuǎn)化，使生物體內(nèi)的各種氨基酸之間保持了一種平衡關(guān)系，當(dāng)某一氨基酸過量或缺乏時(shí)，可以通過轉(zhuǎn)化來重新達(dá)到平衡氨基酸合成的反饋調(diào)控反硝化作用氧化亞氮氨甲酰磷酸分支酸脫氧庚酮糖酸-7-磷酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸赤蘚糖-4-磷酸脫氫奎尼酸莽草酸谷氨酸磷酸烯醇式丙酮酸+預(yù)苯酸TryPheTrpIleTrpHisCTPAMPGlnLysMetThr酮丁酸GlyAla谷氨酰胺合酶天冬氨酰半醛高絲氨酸氨基苯甲酸谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一種最重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，主要分布于大腦皮質(zhì)、海馬、小腦和紋狀體，在學(xué)習(xí)、記憶、神經(jīng)元可塑性及大腦發(fā)育等方面均起重要作用。此外，谷氨酸對(duì)心肌能量代謝和心肌保護(hù)起著重要作用。谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)主要有兩種：一種是以大米、淀粉等低生物素含量水解糖為原料，通過控制生物素亞適量進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)；另外一種是以含高生物素的糖蜜、玉米糖、玉米漿等為原料，通過添加非離子表面活性劑吐溫-60、青霉素等進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。第五節(jié)谷氨酸發(fā)酵機(jī)制一、谷氨酸發(fā)酵的機(jī)理（一）谷氨酸生物合成途徑二、谷氨酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)1-