第十章蛋白质的降解和氨基酸代谢

1、第十章第十章 蛋白质的降解蛋白质的降解和氨基酸代谢和氨基酸代谢蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值 取决于其含必需氨基酸数量及种类的多少取决于其含必需氨基酸数量及种类的多少*必需氨基酸：必需氨基酸：赖、缬、异亮、苯丙、蛋、亮、赖、缬、异亮、苯丙、蛋、亮、 色、苏氨酸共色、苏氨酸共8种种（来源：靠食物供应）（来源：靠食物供应）*非必需氨基酸：非必需氨基酸：（特点：体内可合成）（特点：体内可合成）*半必需氨基酸：半必需氨基酸：酪氨酸和半胱氨酸酪氨酸和半胱氨酸（可由苯丙（可由苯丙和蛋氨酸合成）和蛋氨酸合成）*婴儿期婴儿期组氨酸组氨酸也是必需的也是必需的蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值蛋白质降解与氨基酸代

2、谢概况 第一节第一节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解 蛋白质必须先在蛋白水解酶的参与下，蛋白质必须先在蛋白水解酶的参与下，水解成氨基酸才能进行代谢，水解水解成氨基酸才能进行代谢，水解蛋白质的酶根据其催化特性不同可蛋白质的酶根据其催化特性不同可分为两大类：分为两大类：蛋白酶蛋白酶（Proteinase）和和肽酶肽酶（Peptidase）。）。 一一.肽链内切酶（蛋白酶）肽链内切酶（蛋白酶）作用于作用于肽链内部肽链内部，从而使多肽链变为，从而使多肽链变为许多小肽段，蛋白酶常以其来源命许多小肽段，蛋白酶常以其来源命名，如动物中的胃蛋白酶、胰蛋白名，如动物中的胃蛋白酶、胰蛋白酶，植物中的菠萝蛋白酶、

3、木瓜蛋酶，植物中的菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶等。白酶等。 二肽酶二肽酶肽酶肽酶又称肽链端解酶或肽链外切酶又称肽链端解酶或肽链外切酶(exopptidase)，只作用于多肽链的末端只作用于多肽链的末端，依次将氨基酸一个一个地或两个两个地依次将氨基酸一个一个地或两个两个地从肽链上分解下来。其中，专一性作用从肽链上分解下来。其中，专一性作用于羧基末端肽键的称为于羧基末端肽键的称为羧肽酶羧肽酶（carboxypeptidase）；）；专一性作用于专一性作用于氨基末端肽键的叫氨基末端肽键的叫氨肽酶氨肽酶（aminopeptidse）。）。专门水解二肽的专门水解二肽的叫叫二肽酶二肽酶。 蛋白质的降解是蛋白质的

4、降解是在蛋白酶和肽酶的共同在蛋白酶和肽酶的共同作用下完成作用下完成的。的。首先在蛋白酶的作用下，蛋白质多肽链首先在蛋白酶的作用下，蛋白质多肽链被水解成许多小肽段，暴露出很多末被水解成许多小肽段，暴露出很多末端，而后在肽酶作用下进一步水解，端，而后在肽酶作用下进一步水解，最终变成各种游离氨基酸。最终变成各种游离氨基酸。消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（Phe. Trp）泛素泛素是一种是一种8.5KD（7

5、6a.a.残基）的小分子蛋白质，残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差度保守，酵母与人只相差3个个a.a残基，残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使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。后者活化，然后被蛋白酶降解。The Nobel prize winners research of this year is related with this kind of protein.蛋白质降解的泛素途径蛋白质降解的泛素途径（ubiquitin）第二节第二节 氨基酸的降解与转化氨基酸的降解与转化异养生物如单核原

6、核生物和动物经常分解部分异养生物如单核原核生物和动物经常分解部分氨基酸的碳架以获取能量，并以尿素或氨的氨基酸的碳架以获取能量，并以尿素或氨的形式排除体外，其余氨基酸可转化其它含氮形式排除体外，其余氨基酸可转化其它含氮化合物。自养生物如化合物。自养生物如高等植物高等植物，在正常情况，在正常情况下不需以分解氨基酸来获取能量（因为它们下不需以分解氨基酸来获取能量（因为它们可利用光能或化学能来合成有机物），氨基可利用光能或化学能来合成有机物），氨基酸的分解则主要是酸的分解则主要是产生中间产物，作为合成产生中间产物，作为合成其它含氮化物的原料其它含氮化物的原料。天然氨基酸分子都含有天然氨基酸分子都含有-

7、氨基和羧氨基和羧基，因此，分解代谢时都有共同基，因此，分解代谢时都有共同的途径，即的途径，即脱氨基和脱羧基两个脱氨基和脱羧基两个方面方面。其中以其中以脱氨基为主要的代谢途径脱氨基为主要的代谢途径。一、脱氨基作用一、脱氨基作用 氨基酸在代谢中失去氨基的作用称为脱氨氨基酸在代谢中失去氨基的作用称为脱氨基作用基作用(deamination)。脱氨基有脱氨基有氧化脱氨氧化脱氨基基(oxidative deamination)、联合脱氨基联合脱氨基(transdeamination)、非氧化脱氨基非氧化脱氨基(nonoxidative deamination)和和脱酰胺基脱酰胺基(deamidation

8、)等多种形式。等多种形式。 （一）氧化脱氨基作用（一）氧化脱氨基作用 这是氨基酸脱氨基的主要方式这是氨基酸脱氨基的主要方式。氨基。氨基酸脱去氨基后变成相应的酮酸。有两类酸脱去氨基后变成相应的酮酸。有两类酶可催化氧化脱氨基。酶可催化氧化脱氨基。1氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶 属于需氧脱氢酶类，辅属于需氧脱氢酶类，辅基为基为FAD和和FMN，它催化氨基酸脱氨生它催化氨基酸脱氨生成相应的成相应的-酮酸、酮酸、NH3和和H2O。氨基酸氧化酶的活性很低，在氨基酸氧化氨基酸氧化酶的活性很低，在氨基酸氧化脱氨中意义不大。脱氨中意义不大。 氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶2 氨基酸脱氢酶氨基酸脱氢酶 属于不需氧脱氢酶类，

9、属于不需氧脱氢酶类，辅辅酶为酶为NAD(P)+ 。生物体内以生物体内以谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶（GDH）最为重要，它广布于动、植物及微最为重要，它广布于动、植物及微生物中，生物中，大部分存在于线粒体基质中大部分存在于线粒体基质中，活性活性很强，是氧化脱氨基的主要酶系。很强，是氧化脱氨基的主要酶系。COOHCHNH2CH2CH2COOHNAD(P)+COOHCCH2CH2COOHOGDHH2ONH3NAD(P)HH+谷氨酸 -酮戊二酸谷氨酸脱氢酶专一性很强，只能谷氨酸脱氢酶专一性很强，只能作用于谷氨酸，其它氨基酸的氧作用于谷氨酸，其它氨基酸的氧化脱氨需经化脱氨需经转氨酶转氨酶和和谷氨酸脱氢谷氨酸

10、脱氢酶酶共同作用完成。共同作用完成。此种脱氨基的方式称为此种脱氨基的方式称为联合脱氨联合脱氨基基。转氨酶转氨酶 -酮酸酮酸CH COOHRO联合脱氨基作用联合脱氨基作用转氨基作用和谷氨酸氧化脱氨基作用的联合转氨基作用和谷氨酸氧化脱氨基作用的联合 -酮戊二酸酮戊二酸(CH2)2COOHC=OCOOH氨基酸氨基酸CHCOOHRNH2谷氨酸谷氨酸(CH2)2COOHCHNH2COOHOH2+ NAD+谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NH3+ NADH+H+谷氨酸在氨基酸代谢中的意义谷氨酸在氨基酸代谢中的意义大多数转氨酶，优先利用大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作酮戊二酸作为氨基的受体为氨基的受体，生成生成G

11、lu。如丙氨酸转如丙氨酸转氨酶（谷丙转氨酶，氨酶（谷丙转氨酶，GPT），可生成，可生成Glu，肝细胞受损后，血中此酶含量大肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。增，活性高。转氨酶辅酶是维生素转氨酶辅酶是维生素B6（磷酸吡哆醛、磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺）磷酸吡哆胺）（二）非氧化脱氨基作用（二）非氧化脱氨基作用 非氧化脱氨反应非氧化脱氨反应的种类很多，的种类很多，大多存在于微生物中大多存在于微生物中，少数存，少数存在于动植物。例如，解氨酶催化的脱氨基反在于动植物。例如，解氨酶催化的脱氨基反应，属直接脱氨基作用：应，属直接脱氨基作用：苯丙氨酸解氨酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）和酪氨酸解氨酶（和酪氨酸解氨

12、酶（TAL）催化苯丙催化苯丙氨酸和酪氨酸分别脱氨，氨酸和酪氨酸分别脱氨，生成的反式肉桂酸、生成的反式肉桂酸、反式香豆酸经羟基化和甲基化形成香豆醇、反式香豆酸经羟基化和甲基化形成香豆醇、松柏醇、芥子醇等，最后聚合为木质素松柏醇、芥子醇等，最后聚合为木质素（ligninlignin），），成为细胞壁的组分。反式香豆成为细胞壁的组分。反式香豆酸也可转化为对酸也可转化为对- -羟苯甲酸，再经羟化和甲羟苯甲酸，再经羟化和甲基化可形成基化可形成CoQCoQ（泛醌），成为电子传递链泛醌），成为电子传递链中的氢传递体。中的氢传递体。（三）脱酰胺基作用（三）脱酰胺基作用 构成蛋白质的构成蛋白质的20种氨基酸中有

13、两种酰种氨基酸中有两种酰胺：胺：谷氨酰胺与天冬酰胺谷氨酰胺与天冬酰胺。在相应。在相应的酰胺酶催化下，发生水解作用而的酰胺酶催化下，发生水解作用而脱去酰胺基脱去酰胺基 二氨基酸的脱羧作用二氨基酸的脱羧作用在脱羧酶（在脱羧酶（decarboxylase）作用下，氨基作用下，氨基酸脱羧，生成相应胺类化合物，这类反酸脱羧，生成相应胺类化合物，这类反应叫应叫脱羧作用脱羧作用（decarboxylation）。）。a.a脱羧酶脱羧酶专一性很强专一性很强，每一种，每一种a.a都有一种都有一种脱羧酶，脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛辅酶都是磷酸吡哆醛。氨基酸氨基酸脱羧后所形成的胺类（脱羧后所形成的胺类（amines

14、），），对植对植物的生长发育产生极为重要的生理作用。物的生长发育产生极为重要的生理作用。 （一）直接脱羧基作用（一）直接脱羧基作用1谷氨酸脱羧谷氨酸脱羧 在在谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶作用下，谷氨酸直接脱羧生作用下，谷氨酸直接脱羧生成成-氨基丁酸（氨基丁酸（-aminobutyric acid），），后者可与后者可与-酮戊二酸进行转氨作用产生琥酮戊二酸进行转氨作用产生琥珀酸半醛，再氧化成琥珀酸而进入珀酸半醛，再氧化成琥珀酸而进入TCA循循环。环。 2色氨酸脱羧色氨酸脱羧 在在色氨酸脱羧酶色氨酸脱羧酶的作用下，色氨酸生成的作用下，色氨酸生成色胺，再经脱氨变成吲哚乙醛，后者色胺，再经脱氨变成吲哚乙醛

15、，后者氧化变成吲哚乙酸氧化变成吲哚乙酸（indoleacetic acid,IAA）。）。吲哚乙酸是广泛存在于吲哚乙酸是广泛存在于植物体内的一种生长素，具有刺激植植物体内的一种生长素，具有刺激植物生长的作用。物生长的作用。 3赖氨酸、精氨酸、鸟氨酸脱羧赖氨酸、精氨酸、鸟氨酸脱羧 或者直接脱羧变成相应的或者直接脱羧变成相应的多胺多胺（polyamines），），或者脱羧后或者脱羧后参与其它参与其它多胺的生成多胺的生成。甲硫氨酸也可通过变成。甲硫氨酸也可通过变成SAM（S腺苷甲硫氨酸）的活化形式腺苷甲硫氨酸）的活化形式与腐胺作用生成亚精胺，以及精胺。与腐胺作用生成亚精胺，以及精胺。 4丝氨酸脱羧丝

16、氨酸脱羧 在在丝氨酸脱羧酶丝氨酸脱羧酶作用下，丝氨酸脱羧作用下，丝氨酸脱羧变成乙醇胺，后者经甲基化变成乙醇胺，后者经甲基化变成胆变成胆碱碱，乙醇胺和胆碱分别是，乙醇胺和胆碱分别是合成脑磷合成脑磷脂和卵磷脂脂和卵磷脂的成分。的成分。 （二）羟基化脱羧基作用（二）羟基化脱羧基作用在酪氨酸酶（酪氨酸酶（tyrosinase）作用下，酪氨酸发生羟化而生成3，4-二羟苯丙氨酸（3，4-dihydroxypheny lalanine），简称多巴（dopa）；后者在脱羧酶催化下，生成3，4-二羟基苯乙胺（3,4,-dihydroxyphenylethylamine），简称多巴多巴胺胺（dopamine） 。

17、多巴进一步氧化后形成聚合物黑素黑素（melanin）。马铃薯块茎、苹果、梨等受损后变黑乃是由于黑素形成之故。人的皮肤基底层及毛囊存在黑素细胞，可将酪氨酸变成黑素，是皮肤及毛发呈黑色。 三氨基酸降解产物的进一步代谢三氨基酸降解产物的进一步代谢氨基酸脱氨基作用氨基酸脱氨基作用生成氨及生成氨及-酮酸酮酸，脱羧，脱羧基作用生成胺及基作用生成胺及CO2。CO2可直接呼出可直接呼出体外，胺、氨和酮酸可进一步参与代谢。体外，胺、氨和酮酸可进一步参与代谢。（一）胺的代谢（一）胺的代谢 1胺类氧化胺类氧化 体内的胺氧化酶催化胺类氧化成醛，继而体内的胺氧化酶催化胺类氧化成醛，继而氧化成脂肪酸，再分解成氧化成脂肪酸

18、，再分解成CO2和水。和水。RCH2NH2O2H2OH2O2NH3RCHO+RCHOO2RCOOH122由胺转变为其它含由胺转变为其它含N活性化合物活性化合物 如如色氨酸色氨酸脱羧后脱羧后生成生成色胺转变为色胺转变为生长素生长素，丝氨酸脱羧后生成乙醇胺再转变为胆丝氨酸脱羧后生成乙醇胺再转变为胆碱。碱。（二）氨的代谢（二）氨的代谢 游离的氨对动植物组织都是有毒害的。脱游离的氨对动植物组织都是有毒害的。脱氨基作用产生的氨在体内不能大量存积，氨基作用产生的氨在体内不能大量存积，必须把氨转变成无毒（或毒性很小）的必须把氨转变成无毒（或毒性很小）的化合物。化合物。 1.与与-酮酸发生还原性氨基化作用，重

19、新酮酸发生还原性氨基化作用，重新合成氨基酸，可以改变氨基酸的种类。合成氨基酸，可以改变氨基酸的种类。2.中和组织中的有机酸，形成铵盐，如柠中和组织中的有机酸，形成铵盐，如柠檬酸铵，草酸铵等，以保持细胞正常檬酸铵，草酸铵等，以保持细胞正常pH。3.生成无毒的生成无毒的谷氨酰胺谷氨酰胺和和天冬酰胺天冬酰胺，既，既可解氨毒，又可贮氨。可解氨毒，又可贮氨。4.排氨解毒，大多数陆生脊椎动物将排氨解毒，大多数陆生脊椎动物将NH3以尿素形式排除体外以尿素形式排除体外，尿素是通过，尿素是通过尿尿素循环素循环（ruea cycle），），也叫鸟氨酸循也叫鸟氨酸循环（图环（图101）生成的。）生成的。鸟鸟氨氨酸酸

20、循循环环氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+NH3+H2O2ADP+Pi基质基质线线粒粒体体胞液胞液尿素尿素（三）（三）-酮酸的代谢酮酸的代谢 氨基酸脱氨后，可生成多种不同的氨基酸脱氨后，可生成多种不同的-酮酸酮酸（表（表103）。）。 这些这些-酮酸主要有三种代谢去向：酮酸主要有三种代谢去向：1再合成氨基酸再合成氨基酸 2转变为糖或脂肪转变为糖或脂肪 3彻底氧

21、化分解彻底氧化分解 *转变为糖类或脂类转变为糖类或脂类生糖氨基酸：生糖氨基酸：甘、丝、丙甘、丝、丙等多种氨基酸等多种氨基酸生酮氨基酸：生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸亮氨酸、赖氨酸 生酮兼生糖氨基酸：生酮兼生糖氨基酸：异亮、苯丙、酪、苏、色异亮、苯丙、酪、苏、色20种种aa的碳架可转化成的碳架可转化成7种物质：种物质：丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰延胡索酸、草酰乙酸。乙酸。最后集中为最后集中为5种物质进入种物质进入TCA：乙酰乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡延胡索酸、草酰乙酸。索酸、草酰乙酸。

22、氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯磷酸烯醇式酸醇式酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨丙酮酸丙酮酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸脯氨酸脯氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸缬氨酸缬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬氨酸天冬氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸葡萄糖葡萄糖柠檬酸柠檬酸四由氨基酸合成其它

23、含氮化合物四由氨基酸合成其它含氮化合物（一）氨基酸代谢与一碳单位（一）氨基酸代谢与一碳单位许多氨基酸都可作为一碳单位来源，如甘氨许多氨基酸都可作为一碳单位来源，如甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸、组氨酸和甲硫氨酸酸、苏氨酸、丝氨酸、组氨酸和甲硫氨酸等。这些氨基酸将分解中产生的等。这些氨基酸将分解中产生的一碳单位一碳单位交给四氢叶酸（交给四氢叶酸（HF4），在酶促作用下，在酶促作用下，携带一碳单位的携带一碳单位的四氢叶酸将一碳单位转移四氢叶酸将一碳单位转移给其它化合物给其它化合物。 （二）氨基酸与其它含氮衍生物（二）氨基酸与其它含氮衍生物生物体内，氨基酸不仅是合成蛋白质的原生物体内，氨基酸不仅是合成蛋白质

24、的原料，还可合成其它含氮化合物，表料，还可合成其它含氮化合物，表104列举了这些重要的化合物。列举了这些重要的化合物。 第三节第三节 氨和氨基酸的生物合成氨和氨基酸的生物合成动物、植物和微生物的氨和氨基酸生物合成途动物、植物和微生物的氨和氨基酸生物合成途径不同，径不同，动物利用摄取的氨基酸和蛋白质先动物利用摄取的氨基酸和蛋白质先把它们拆开再按自身的需要将它们把它们拆开再按自身的需要将它们“组合组合”起来起来；而；而植物具有从无机物合成所有植物具有从无机物合成所有-氨基氨基酸的能力酸的能力，氮素来源可是土壤中的硝酸盐和，氮素来源可是土壤中的硝酸盐和铵盐；有些微生物可以通过生物固氮作用固铵盐；有些

25、微生物可以通过生物固氮作用固定大气中的氮成为氨，并进一步合成氨基酸定大气中的氮成为氨，并进一步合成氨基酸和蛋白质。和蛋白质。 自然界的氮素循环自然界的氮素循环硝酸盐硝酸盐亚硝酸亚硝酸氮氮生物固氮生物固氮工业固氮工业固氮固氮生物固氮生物动植物动植物硝酸盐还原硝酸盐还原大气固氮大气固氮大气氮素大气氮素岩浆源的岩浆源的固定氮固定氮火成岩火成岩反硝化作用反硝化作用氧化亚氮氧化亚氮蛋白质蛋白质入地下水入地下水动植物废物动植物废物死的有机体死的有机体一、生物固氮一、生物固氮-（自学内容）（自学内容）（一）生物固氮的意义（一）生物固氮的意义生物固氮是指某些微生物，在常温常压下将氮生物固氮是指某些微生物，在常

26、温常压下将氮转变为氨的过程。转变为氨的过程。N23H22NH3+根据固氮微生物与高等植物和其它生根据固氮微生物与高等植物和其它生物的关系，可以分为物的关系，可以分为自生固氮微生自生固氮微生物物和和共生固氮微生物共生固氮微生物两个类型。两个类型。（二）固氮酶复合体（二）固氮酶复合体（nitrogenase complex）固氮微生物之所以能够在常温常压下，催固氮微生物之所以能够在常温常压下，催化化N2还原为还原为NH3，是因为他们都含有固是因为他们都含有固氮酶复合体氮酶复合体。它它由两种蛋白质组分构成：由两种蛋白质组分构成：一个是还原酶一个是还原酶，它提供具有很强还原力，它提供具有很强还原力的电

27、子；的电子；另一组分是固氮酶另一组分是固氮酶，它利用高，它利用高能电子把能电子把N2还原成还原成 NH4+。两种组分组成两种组分组成一个有活性的功能单位，单独一个组分一个有活性的功能单位，单独一个组分不起作用不起作用 。固氮酶复合物所催化的固氮反固氮酶复合物所催化的固氮反应的化学计量关系用下式表示：应的化学计量关系用下式表示： +N26e12ATP12H22NH4+12ADP12Pi4H+固氮酶除了可以还原固氮酶除了可以还原N2以外，还以外，还可以还原多种底物。如：可以还原多种底物。如：N2O、乙炔（乙炔（C C2 2H H2 2）。）。（三）固氮所需的条件（三）固氮所需的条件 固氮酶催化的固

28、氮反应需要满足固氮酶催化的固氮反应需要满足三个条件三个条件：1.1.需要充分的需要充分的ATP供应供应 ；2.需要很强的还原剂需要很强的还原剂 ；3.需要厌氧环境需要厌氧环境 （四）氢代谢（四）氢代谢 固氮过程常伴随有氢代谢，氢代谢比固氮过程常伴随有氢代谢，氢代谢比较复杂，包括以下两个方面的内容：较复杂，包括以下两个方面的内容：1固氮酶的放氢反应固氮酶的放氢反应 2氢酶的放氢反应氢酶的放氢反应 二硝酸还原作用二硝酸还原作用氨基酸中的氮呈高度还原态，而硝酸态氨基酸中的氮呈高度还原态，而硝酸态氮呈高度氧化态。这种把硝酸态氮还原氮呈高度氧化态。这种把硝酸态氮还原为氨基酸中的氮的作用称为硝酸还原作为氨

29、基酸中的氮的作用称为硝酸还原作用，是在用，是在硝酸还原酶硝酸还原酶(nitrate reductase，NR)和和亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶(nitrite reductase，NiR)的催化下进行的。的催化下进行的。 （一）硝酸还原酶（一）硝酸还原酶 硝酸还原酶的作用是把硝酸盐还原成亚硝酸，硝酸还原酶的作用是把硝酸盐还原成亚硝酸，按其电子供体的不同而分为两个类型：按其电子供体的不同而分为两个类型：1铁氧还蛋白铁氧还蛋白-硝酸还原酶硝酸还原酶 此类硝酸还原酶以此类硝酸还原酶以铁氧还蛋白（铁氧还蛋白（Fd）为电子供体，存在于蓝绿为电子供体，存在于蓝绿藻、光合细菌和化能合成细菌中。藻、光合细菌和化能

30、合成细菌中。2NAD(P)H-硝酸还原酶硝酸还原酶 这类硝酸还原酶以这类硝酸还原酶以NAD(P)H作为电子供体，作为电子供体，存在于真菌、绿藻存在于真菌、绿藻和高等植物中。和高等植物中。在植物体内，硝酸还原在根和叶内都可在植物体内，硝酸还原在根和叶内都可进行，通常条件下进行，通常条件下叶片的硝酸还原作叶片的硝酸还原作用是主要的用是主要的；但在种子萌发初期或植；但在种子萌发初期或植株缺氮的情况下，根的硝酸还原作用株缺氮的情况下，根的硝酸还原作用起主要作用。起主要作用。 硝酸还原酶是一种硝酸还原酶是一种诱导酶诱导酶 。（二）亚硝酸还原酶（二）亚硝酸还原酶 6e+NO2+7H+NH32H2O亚硝酸还

31、原酶的辅酶亚硝酸还原酶的辅酶铁卟啉分子结构图铁卟啉分子结构图 Fe2-N+NNN+CHCHCHCHCH3CH3CH3CH3CHCH3SCH2CHCONHCHCH3SCH2CHNHCOCH2CH2HOOCCH2CH2HOOC肽链三氨的同化三氨的同化由固氮作用或硝酸还原生成的氨很快被同由固氮作用或硝酸还原生成的氨很快被同化而转变为含氮有机化合物。化而转变为含氮有机化合物。氨的同化氨的同化包括包括谷氨酸的生成途径谷氨酸的生成途径和和氨甲酰磷氨甲酰磷酸的生成途径酸的生成途径。（一）谷氨酸生成途径（一）谷氨酸生成途径 1谷氨酸脱氢酶（谷氨酸脱氢酶（GDH）途径途径 COOHCCH2CH2COOHOCOO

32、HCHNH2CH2CH2COOHNH3NADHNAD+H2O+GDH -酮戊二酸谷氨酸该途径可能不是无机氮转变为谷氨酸的主要途径。该途径可能不是无机氮转变为谷氨酸的主要途径。 2谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶途径谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶途径 在植物体内还存在有在植物体内还存在有谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase，GS)，它催化由它催化由氨和谷氨酸合成谷氨酰胺，然后通过谷氨和谷氨酸合成谷氨酰胺，然后通过谷氨酸合酶氨酸合酶(glutamate synthase)的还原作的还原作用，将酰胺基上的氨基转移到用，将酰胺基上的氨基转移到-酮戊二酮戊二酸分子上，生成酸分子上

33、，生成2分子谷氨酸：分子谷氨酸： 谷氨酰胺的生成和利用谷氨酰胺的生成和利用这可能是高等绿色植物内氨同化的主这可能是高等绿色植物内氨同化的主要途径。要途径。 （二）氨甲酰磷酸的生成二）氨甲酰磷酸的生成通过通过氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶四氨基酸的生物合成四氨基酸的生物合成在在20种蛋白质氨基酸中，植物和绝大多数种蛋白质氨基酸中，植物和绝大多数微生物能全部合成，而人与动物只能合微生物能全部合成，而人与动物只能合成其中一半，另一半必需从食物中摄取。成其中一半，另一半必需从食物中摄取。这些必需由食物提供的氨基酸叫这些必需由食物提供的氨基酸叫必需氨必需氨基酸基酸(essential amino ac

34、ids)，其余的则其余的则叫非必需氨基酸叫非必需氨基酸(nonessential amino acids)。 非必需氨基酸非必需氨基酸丙氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、丙氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、甘氨酸脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、甘氨酸必需氨基酸：必需氨基酸： Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Val、（、（Arg、His） 异亮氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸异亮氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸赖氨酸、色氨酸、缬氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色氨酸、缬氨酸、苏氨酸、精氨酸、精氨酸、组氨酸组氨酸、氨基酸的合成需要氨

35、基和碳架。氨基酸的合成需要氨基和碳架。氨基氨基是是通过转氨作用由已有的氨基酸通过转氨作用由已有的氨基酸（主要（主要是谷氨酸）提供的）是谷氨酸）提供的）；碳架碳架则有不同则有不同的来源，可由氨基酸脱氨基作用以及的来源，可由氨基酸脱氨基作用以及糖与脂的分解代谢中生成，糖与脂的分解代谢中生成，先形成先形成-酮酸酮酸，然后通过转氨基作用合成氨基，然后通过转氨基作用合成氨基酸。酸。（一）转氨作用（一）转氨作用 转氨作用是由一种氨基酸把分子上的氨基转移转氨作用是由一种氨基酸把分子上的氨基转移到一种到一种-酮酸上去，形成另一种氨基酸酮酸上去，形成另一种氨基酸。反。反应在应在转氨酶转氨酶的催化下进行。的催化下

36、进行。转氨酶以磷酸吡转氨酶以磷酸吡哆醛为辅酶哆醛为辅酶（结构式见第五章），它广泛存（结构式见第五章），它广泛存在于动植物和微生物体内，其中最重要的是在于动植物和微生物体内，其中最重要的是谷丙转氨酶谷丙转氨酶( (glutamate-glutamate-pyruvatepyruvate transaminasetransaminase，GPTGPT) )和和谷草转氨酶谷草转氨酶( (glutamate- glutamate- oxaloacetateoxaloacetate transaminasetransaminase，GOTGOT) )。 谷丙转氨酶（谷丙转氨酶（GPT)GPT)在肝脏中活

37、力最大，在肝脏中活力最大，当肝细胞损伤时，酶就释放到血液中，当肝细胞损伤时，酶就释放到血液中，使血液内酶的活力明显增加。早期肝炎使血液内酶的活力明显增加。早期肝炎患者血液中此酶活力大大高于正常人，患者血液中此酶活力大大高于正常人，因此临床上常以血液中此酶的活力改变因此临床上常以血液中此酶的活力改变来推断来推断作为诊断肝脏疾病的生化指标作为诊断肝脏疾病的生化指标之一。之一。1转氨酶的作用转氨酶的作用 转氨酶在催化反应中，以其转氨酶在催化反应中，以其辅酶磷酸吡哆辅酶磷酸吡哆醛醛接受氨基酸分子中的氨酸而成为磷酸接受氨基酸分子中的氨酸而成为磷酸吡哆胺，磷酸吡哆胺以相同的方式再把吡哆胺，磷酸吡哆胺以相同

38、的方式再把得自氨基酸的氨基转移给得自氨基酸的氨基转移给-酮戊二酸形酮戊二酸形成相应的谷氨酸，而磷酸吡哆醛得以再成相应的谷氨酸，而磷酸吡哆醛得以再生。可见磷酸吡哆醛在其中生。可见磷酸吡哆醛在其中起着转运氨起着转运氨基的作用基的作用。 +CHCOOHR1NH2转氨酶转氨酶CHCOOHR2NH2+转氨作用转氨作用CHCOOHR2OCHCOOHR1O2转氨酶在氨基酸代谢中的重要性转氨酶在氨基酸代谢中的重要性 转氨酶催化的转氨基作用在氨基酸合成和转氨酶催化的转氨基作用在氨基酸合成和降解中都是非常重要的。在合成代谢中，降解中都是非常重要的。在合成代谢中，所有氨基酸的氨基都直接或间接通过转所有氨基酸的氨基都直接或间接通过转氨酶接受谷氨酸的氨基；在降解代谢中，氨酶接受谷氨酸的氨基；在降解代谢中，很多氨基酸也是通过转氨酶作用脱去氨很多氨基酸也是通过转氨酶作用脱去氨基（联合脱氨基）后才能进一步发生降