含氮化合物代謝

1、關于含氮化合物代謝現在學習的是第一頁，共46頁第一節(jié)蛋白質的酶促降解一、蛋白質水解酶1.肽鏈內切酶和外切酶肽鏈內切酶：水解多肽鏈內部肽鍵的酶。動物消化酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等。肽鏈內切酶又叫蛋白酶，廣泛地分布于各種生物中；植物中消化酶：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶等。現在學習的是第二頁，共46頁肽鏈內切酶專一性ABCD+H2O胰蛋白酶 B=Lys或Arg酶作用快; C=Pro時，酶作用受阻 A、C=Glu、Asp時酶促水解減慢； 胰凝乳蛋白酶B=Trp、Tyr或Phe時酶作用快； C=Pro時，酶作用受阻B=Met、Leu、His酶水解作用差 AB-COOH + HNH-

2、CDE酶 類 水解作用位點及酶作用特點 相鄰pro影響形成肽鍵時B提供COOH形成肽鍵時C提供NH2現在學習的是第三頁，共46頁H2N-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOHO=O=O=O=O=-CH2CH2-RRCHCH3CH3-OH-(CH2)CH2NH2-CH2SH-胃蛋白酶芳香族氨基酸的氨基形成的肽鍵胰凝乳蛋白酶芳香族氨基酸的羧基形成的肽鍵氨肽酶靠近氨基末端的肽鍵羧肽酶靠近羧基末端的肽鍵現在學習的是第四頁，共46頁2.肽鏈外切酶：從多肽鏈末端逐步水解肽鍵的酶 氨肽酶：專一性地從肽鏈的氨基端水解肽鍵。有多種。 羧肽酶：專一性地從肽鏈

3、的羧基端水解肽鍵。有多種?，F在學習的是第五頁，共46頁第二節(jié) 氨基酸的分解與轉化一、氨基酸的分解與轉化途徑組織蛋白質組織氨基酸降解合成分解-酮酸NH3胺CO2氨基酸糖 類脂 類氧 化尿 素酰 胺嘧 啶氨基酸組 胺腐 胺醛酸-氨基丁酸CO2+H2O神經遞質含氮激素脫氨基作用脫羧基作用特殊代謝途徑現在學習的是第六頁，共46頁(二)脫羧基作用(一)脫氨基作用 2. 非氧化脫氨基3. 轉氨基作用(三)分解產物的去路1. 氧化脫氨基1、氨的去路2. 酮酸的去路3. 胺的去路4.氨基酸與一碳單位4、聯合脫氨基作用(decarboxylation)( deamination)現在學習的是第七頁，共46頁氧化

4、脫氨基酶氧化脫氨基廣泛存在，活性高，最適pH值為7，輔助因子NAD+或NADP+，只催化L-谷氨酸脫氫，不需氧，產物為-酮酸、NH4+，NADH或NADPH。(oxidative deamination)L-氨基酸氧化酶(FAD或FMN人)最適pH為10，生理pH條件下活性不高，僅作用L-氨基酸，需氧，產物-酮酸、氨和H2O2不是脫氨基主要方式。D-氨基酸氧化酶分布廣活性高，僅作用D-氨基酸，需氧，產物-酮酸、氨和H2O2但生物體的氨基酸主要由L-氨基酸組成，該E對生物無重要意義。L-谷氨酸脫氫酶-酮酸NAD(P)+NADPH+H+_NH3+R-CHCOO-_NHR-C-COO-_氨基酸氧化酶

5、H2ONH3_OR-C-COO-+H+_氨基酸(自發(fā)進行)酶主要特征作用特點glutamate dehydrogenaseD-amino acid oxidses現在學習的是第八頁，共46頁NAD+NADH+H+谷氨酸脫氫酶HCOOHCH2_HC-NH2_ _CH2HCOOHHCOOHCH2_C=OCH2HCOOH_NADP+NADPH+H+ NH4+L-谷氨酸-酮戊二酸脊椎動物的谷氨酸脫氫酶(GDH)由6個相同亞基組成，而野生植物(擬南芥和玉米)谷氨酸脫氫酶凝膠電泳(PAGE)指紋顯示兩種不同的亞基(GDH1,GDH2)，但每個GDH仍然含6個亞基。擬南芥和玉米中GDH同工酶：(GDH1)6

6、 (GDH1)5 :(GDH2)1 (GDH1)4:(GDH2)2(GDH1)3:(GDH2)3 (GDH1)2:(GDH2)4 (GDH1)1:(GDH2)5GDH屬于典型的多亞基、變構酶：均受GTP，ATP和NADH的別構抑制，而受GDP和ADP別構激活?，F在學習的是第九頁，共46頁2. 非氧化脫氨基包括：還原脫氨基、水解脫氨基、脫水脫氨基、硫解脫氨基裂解脫氨基還原脫氨基水解脫氨基苯丙氨酸-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-裂解脫氨基氨基酸R-CH-COOH

7、NH2-RCHOHCOOH羥基脂酸+ NH3+ H2O非氧化脫氨基作用多數存在微生物中現在學習的是第十頁，共46頁3. 轉氨基作用常見的有谷草轉氨酶和谷丙轉氨酶氨基酸轉氨酶德輔酶為磷酸吡哆醛 ，酶活性中心反應歷程為: 轉氨酶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=CHPECOOHH-C -NCHPER+H-C=OCOOHRH2N-CH2PECOOHC NC-HHPER+COOHRC=OCOOHH-C-NH2RH2N-

8、CH2PECOOHH-C -NCHPERCOOH C NCHHRPEO=CHPE現在學習的是第十一頁，共46頁4. 聯合脫氨基作用分兩種情況H-C-NH2COOHCH3丙氨酸-酮戊二酸COOHC=OCH2CH2COOH-NADH + H+NH3NAD+H2OH-C-NH2COOHCH2CH2COOH谷氨酸-COOHC=OCH3丙酮酸-轉氨酶與L-谷氨酸脫氫酶組成的脫氨基作用，廣泛存在于動植物和微生物中。(NADPH + H+NH3)(NADP+ +H2O)轉氨基作用的特點：已經發(fā)現50多種;廣泛存在動植物和微生物細胞質及線粒體中;既能使-酮酸與-氨基酸相互轉變，平衡庫中各種氨基酸，又是必需氨基

9、酸合成重要途徑。谷氨酸脫氫酶轉氨酶現在學習的是第十二頁，共46頁腺嘌呤核苷酸循環(huán)的聯合脫氨基作用-氨基酸-酮戊二酸天門冬氨酸草酰乙酸GOT-酮酸谷氨酸轉氨酶腺苷酸代琥珀酸IMP延胡索酸AMP蘋果酸H2O腺苷酸脫氨酶NH3 腺嘌呤核苷酸循環(huán)的聯合脫氨基作用僅限于骨骼肌、心肌組織細胞的脫氨基方式，而不是通過聯合脫氨基的方式進行。原因是這兩種組織中的谷氨酸脫氫酶含量較少活性低現在學習的是第十三頁，共46頁(二)脫羧基作用胺CO2L-組氨酸脫羧酶組胺L-谷氨酸脫羧酶CO2-氨基丁酸R-CH2-NH2 + CO2脫羧酶R-CH-NH2COOH氨基酸CCNNCHHH-CH2-CH2-NH2CCNNCHHH

10、-CH2-CH-NH2組氨酸COOH谷氨酸CH2CH2CH-COOHCOOHNH2CH2CH2CH2COOHNH2使血管舒張，降低血壓，醫(yī)學認為，過敏性鼻炎患者是因為體內組氨產生過多，引起鼻道毛細血管擴張，增加分泌，鼻涕較多之故。中樞神經系統抑制性神經遞質癲癇病患者該種轉氨酶活性高-乙烯GABA可抑制該轉氨酶活性治療癲癇病?，F在學習的是第十四頁，共46頁氨基酸脫羧基后，產物為有機胺，多數具有很強的生理活性如：賴氨酸戊二胺(尸胺)，組氨酸組胺，酪氨酸酪胺；這些胺都具有強烈的生理作用，如組胺可降低血壓，酪胺可升高血壓等 。富含蛋白類食物腐敗后產生胺類物質，誤食會引起食物中毒-惡心、頭暈、萎靡不振，

11、嚴重者死亡?，F在學習的是第十五頁，共46頁(三)氨基酸分解產物的去路(1)形成尿素(鳥氨酸循環(huán))；(2)生成NH4+，(3)生成酰胺(Gln，Asn)；(4)合成其他含氮化合物(5)重新合成氨基酸1.氨的去路現在學習的是第十六頁，共46頁線粒體細胞質氨甲酰磷酸CO2+NH32ADP+Pi2ATP鳥氨酸瓜氨酸Pi鳥氨酸瓜氨酸ATPAMP+PPi天冬氨酸精氨代琥珀酸合酶+H2O鳥氨酸循環(huán)精氨酸延胡索酸酶？酶？H2N-C-O-P=OO-O-ONH2(CH2)3CHNH2COOHC=NHH2NHOCHNH2NH(CH2)3COOHC=NHH2NNH(CH2)3CHNH2COOHC=ONH2CHHCCO

12、OHCOOHNH(CH2)3CHNH2COOHCH2NN-CHCH2COOHCOOHH2N-CHCH2COOHCOOH精氨代琥珀酸現在學習的是第十七頁，共46頁鳥氨酸循環(huán)的特點和生物學意義：該循環(huán)又成為Krebs-尿素循環(huán)，特點為：a.循環(huán)從瓜氨酸合成開始，前兩步反應在線粒體中進行，后三步在細胞液中進行；b.整個過程中有4種氨基酸參與：精氨酸、天冬氨酸、瓜氨酸和鳥氨酸；c.每合成1分子尿素消耗3分子ATP，4個高能鍵；尿素分子中兩個酰胺基，一個來自NH3，另一個來自天冬氨酸。NH3的固定發(fā)生在線粒體中。d.反應過程的酶主要有：氨甲酰磷酸合成酶，氨甲酰磷酸轉移酶、精氨琥珀酸合成酶、精氨酸裂解酶；

13、鳥氨酸循環(huán)主要發(fā)生部位是動物肝臟，尿素最后通過尿液排泄，有利于解除NH3的毒性，同時伴隨CO2排出；在少數植物中，如馬勃、洋蕈等也能合成尿素，以解除NH3 毒性，因為高濃度的NH3 是解聯劑。生物學意義：現在學習的是第十八頁，共46頁2. 氨基酸碳架-酮酸的去路苯丙氨酸酪氨酸賴氨酸亮氨酸色氨酸丙氨酸蘇氨酸甘氨酸絲氨酸半胱氨酸丙酮酸苯丙氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬酰胺異亮氨酸蛋氨酸纈氨酸谷氨酸精氨酸組氨酸脯氨酸谷氨酰胺檸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現在學習的是第十九頁，共46頁(2)再合成氨基酸(3)生成糖或脂生糖氨基酸、生

14、酮氨基酸NAD+NADH+H+HCOOHCH2_HC-NH2_ _CH2HCOOHHCOOHCH2_C=OCH2HCOOH_NADP+NADPH+H+NH4+ L-谷氨酸-酮戊二酸谷氨酸脫氫酶-氨基酸1H2N-C-HCOOHR-酮酸1O=C-HCOOHR轉氨酶丙酮酸草酰乙酸丙氨酸天冬氨酸氨基酸脫氨基-酮酸糖異生途徑糖現在學習的是第二十頁，共46頁糖異生途徑丙酮酸葡萄糖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羥丙酮3-磷酸甘油醛PEP6-磷酸葡萄糖酶果糖二磷酸酶乳酸線粒體丙酮酸草酰乙酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸ADP+PiCO2+ATP+H2ONADH

15、NAD+NADHNAD+GTPGDP+PiCO2天冬氨酸Ala糖酵解途徑E現在學習的是第二十一頁，共46頁氨基酸脫氨基產生的-酮酸，能夠轉變成丙酮酸、乙酰CoA或TCA中間產物，進而生成糖或脂肪。大多數氨基酸可以使尿液中糖含量增加，少數幾種可使葡萄糖和酮體的含量同時增加，而亮氨酸只能使酮體增加。氨基酸脫氨后的 -酮酸能沿糖異生途徑能夠轉變成糖氨基酸稱為生糖氨基酸，能夠生成酮體的，并按照脂肪酸代謝途徑分解的稱為生酮氨基酸。既能生成糖，又能生成酮體的稱為生糖兼生酮氨基酸?，F在學習的是第二十二頁，共46頁名稱中間代謝物生糖/生酮名稱中間代謝物生糖/生酮Gly甘Ser絲Ala丙Thr蘇Cys半Glu谷

16、His組Gys精Pro脯Val纈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異亮Tyr酪Phe苯Lys賴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/生酮生酮生糖與生酮氨基酸現在學習的是第二十三頁，共46頁3. 胺的去路(2)轉化為其它含氮化合物。胺可轉化為生物堿、生長刺激素等等。如色氨酸經脫氨基后可生成植物生長激素吲哚乙酸。胺氧化酶R-CH2-N

17、H2R-CH2-CHO +H2O2 + NH3O2H2OR-CH2-CHO醛氧化酶O2H2OR-CH2-COOH + H2O2 (1)氧化現在學習的是第二十四頁，共46頁二、個別氨基酸的分解代謝(一)甘氨酸的分解代謝CH2-NH2COOH甘氨酸1.脫氨基作用甘氨酸氧化酶FADFADH2CH=NHCOOHH2ONH3CH2-NH2COOH甘氨酸-酮戊二酸CHOCOOH乙醛酸COOHCOOH草酸HCOOH甲酸氧化脫羧CO2氧化谷氨酸CHOCOOH乙醛酸甘氨酸氨基轉移酶轉氨酶-酮酸-氨基酸現在學習的是第二十五頁，共46頁酪氨酸2.轉變其他化合物甘氨酸絲氨酸甘氨膽酸馬尿酸血紅蛋白乙醇胺膽堿肌酸嘌呤谷胱

18、甘肽GSHGSSG谷氨酰-半胱氨酸合成酶谷胱甘肽合成酶Glu+Cys+2ATP2ADP+2Pi(二)芳香族氨基酸的分解代謝OHCH2CH-NH2COOHOHCH2CH-NH2H-OHOHCH2CH-NH2COOH-OHDOPA多巴多巴胺OHCH-OHCH-NH2H-OHOHCH-OHCH-NH-CH3H-OH去甲腎上腺素腎上腺素+1/2O2CO2酪氨酸酶現在學習的是第二十六頁，共46頁OHCH2CH-NH2COOH-OHDOPAO2H2OOCH2CH-NH2COOH=O多巴醌黑色素NH-CH2-CH-COOHNH2NH-CH2-COOHNH-CH2-C-COOHO-酮戊二酸谷氨酸轉氨酶CO2色

19、氨酸吲哚丙酮酸吲哚乙酸CO2HN-CH2-CH2-NH2氧化植物生長素促進高等植物發(fā)育激素之一。色胺現在學習的是第二十七頁，共46頁第二節(jié) 氨基酸的生物合成一、氮素循環(huán)氮素：蛋白質、核酸、酶、部分激素(吲哚乙酸、胰島素)、維生素(VitB1B2B3B5B6)、葉綠素和血紅素元素組份。因此對于動植物十分重要。N2大量存在空氣中，但是動植物不能直接利用。生態(tài)系統中的初級生產者-植物所必需的銨鹽、硝態(tài)鹽在自然界為數不多，限制生物的發(fā)展。只有將分子態(tài)氮進行轉化和循環(huán)，才能滿足植物體對氮素營養(yǎng)需要。硝酸還原作用NO3-NO2-NH4+NO2-NON2ON2硝化作用反硝化作用固氮作用氨基作用有機態(tài)氮生物固

20、氮占2/3工業(yè)固氮占1/3氮素循環(huán)現在學習的是第二十八頁，共46頁二、生物固氮生物固氮固氮酶的組成：有兩種成分，即鐵蛋白和鉬鐵蛋白，二者均為鐵硫蛋白，其中鐵蛋白的功能是接受供電子體的電子并轉移給鉬鐵蛋白，鉬鐵蛋白的功能是直接還原氮。供電子體是NADPH。該過程每還原1N2消耗大量12ATP。生物固氮機理生物固氮機理氧化態(tài)Fdox還原態(tài)Fdred3 NADPH+ H+3 NADP+鐵氧還蛋白12 ATP12 ADP+ Pi固氮酶N22 NH3鐵蛋白鉬鐵蛋白現在學習的是第二十九頁，共46頁固氮酶作用特點：b.固氮需要ATP供能；a.需要嚴格的厭氧環(huán)境；c.需要較多的NADPH作還原；d.需要鉬和鐵

21、元素。分為兩步：第一步硝酸還原酶催化NO3還原為NO2，第二步亞硝酸還原酶催化NO2還原為NH3。三、硝酸還原硝酸還原酶NO2 + H2ONO3+ 2H+ + 2e-NRNH3+ + H2O亞硝酸還原酶NiR現在學習的是第三十頁，共46頁NiRRN催化硝酸根還原的電子供體為NADPH或NADH(高等植物、真菌、藍藻)。過程示意如下：NAD(P)HNAD(P)+FADFADH22Cytb557red2Cytb557ox2Mn6+2Mn5+硝酸還原酶NRNO3NO2 + H2O亞硝酸還原酶作用時電子供體為還原態(tài)鐵氧還蛋白：2Fd-Fe3+2Fd-Fe2+光合環(huán)式磷酸化NO2NADP+NADPHNH

22、4+葉片白質體現在學習的是第三十一頁，共46頁是指將氨轉化為有機物中的氮的過程氨的同化有三條途徑(2)谷氨酸脫氫酶途徑 四、氨的同化作用(1)氨甲酰磷酸合成酶(CPSI)-酮戊二酸+NH3谷氨酸+H2O谷氨酸脫氫酶NADPHNADP+COOHC=OCH2CH2COOHCOOHHC-NH2CH2CH2COOH(見鳥氨酸循環(huán))(3)谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS)現在學習的是第三十二頁，共46頁+NH3谷氨酸COOHHC-NH2CH2CH2COOHCOOHHC-NH2CH2CH2CONH2谷氨酰胺ATPADP+Pi谷氨酰胺合成酶-酮戊二酸COOHC=OCH2CH2C

23、OOH-谷氨酰胺H-C-NH2COOHCH2CH2CONH2-+2谷氨酸合成酶谷氨酸H-C-NH2COOHCH2CH2COOH-NAD(P)H+H+ NAD(P)+現在學習的是第三十三頁，共46頁五、氨基酸的生物合成2. 個別氨基酸的代謝磷酸戊糖途徑4-磷酸赤蘚糖4-磷酸核糖組氨酸色氨酸酪氨酸苯丙氨酸谷氨酸脯氨酸精氨酸谷氨(NH2)絲氨酸甘氨酸半胱氨酸天冬氨酸天冬酰氨賴氨酸蛋氨酸蘇氨酸異亮氨酸纈氨酸亮氨酸丙氨酸葡萄糖3-磷酸甘油酸PEP丙酮酸-酮戊二酸草酰乙酸1. 轉氨作用谷氨酸-酮戊二酸-酮酸-氨基酸轉氨酶現在學習的是第三十四頁，共46頁六、氨基酸與一碳單位概念：一碳單位是指僅含一個碳原子的

24、基團。一碳單位可來源于甘氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、組氨酸等，即在一碳單位轉移酶催化下由四氫葉酸(FH4)攜帶一碳單位，從一種化合物轉移到另一種化合物，進而合成生物活性物質，如腺嘌呤等。中文名稱 結構式 與FH4結合形式 主要來源甲基 -CH3 N5-CH3-FH4 Met亞甲基 -CH2- N5N10-CH2-FH4 Ser次甲基 =CH- N5N10-CH=FH4 Gly,Thr羥甲基 -CH2-OH N10-CH-OH-FH4 甲?；?-CHO N10-CHO-FH4 Trp亞氨甲基 -C=NH N5-CH=FH4 Trp現在學習的是第三十五頁，共46頁FH4一碳基團轉移酶HCOOH12345

25、698710FH4攜帶甲基的部位是N5 ，N10位GlyCHOCOOHSerFH4N5 -CH2-OHFH4CNOHCCCNNCH2CHNHHCH2NHCONHCHCH2CH2COOHH2NCOOHN5N10=CH-FH4+H2O(四氫葉酸)現在學習的是第三十六頁，共46頁組氨酸組氨酸N5,N10=CH-FH4N5-CH=NHFH4N10-CHOFH4FH4嘌呤堿（嘌呤堿（C8）N10-CHOFH4嘌呤堿（嘌呤堿（C2）HCOOHATP ADP+PiFH4N5,N10-CH2-FH4NADPH+H+NADP+胸嘧啶甲基胸嘧啶甲基N5-CH3FH4N5,N10-CH2-FH4還原酶還原酶+2H同

26、型半胱氨酸同型半胱氨酸 FH4甲基B12蛋氨酸蛋氨酸腺苷移換酶腺苷移換酶S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸ATPPPiPi甲基化物甲基化物現在學習的是第三十七頁，共46頁第三節(jié)核苷酸分解代謝核苷酸是核酸的基本組成單位，是生物體一類重要的生物小分子化學成分。幾乎所有化學反應中，核苷酸都起著重要作用，主要表現在：合成DNA、RNA的前體；UDPG、ADPG是葡萄糖殘基的供體，用于合成多糖； CDP-甘油二脂、S-腺苷甲硫氨酸參與磷脂的合成；ATP生成與利用是生物能的生成、儲存、轉運的中心；NAD+、NADP+、HSCoA、FAD、FMN是酶的輔助因子；cAMP、cGMP是重要第二信使；GTP是生物大分子移位

27、反應的主要驅動力。(自習為主，課堂僅講重點)現在學習的是第三十八頁，共46頁1、核酸酶(nuclease)一、核酸的酶促降解DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)RNA酶(ribonuclease,RNase)核酸內切酶(endonuclease)核酸外切酶(exonuclease)按水解方式有：根據分解底物的不同可分為：按酶專一性有：隨機水解酶限制性內切酶現在學習的是第三十九頁，共46頁EcoRIHaeIII-N-C-T-T-A-A -N-G N-C-CN-G-G53 G-N- A-A-T-T-C-N-35G-G-NC-C-NN-C- T- T-A-A-G-NN-G-A- A-T-T- C-N5353N-C-C-G-G-NN-G-G-C-C-N5353粘性末端平末端特異性酶:限制性內切酶，可識別DNA上的專一性位點，其堿基長度是48個堿基，將兩條鏈同時切開，可形成粘性末端(如EcoRI)或平末端(如Hae