江南大学801生物化学总结8----蛋白质的降解与氨基酸代谢.doc

第九章 蛋白质的降解与氨基酸代谢
※ 固氮菌：以N2合成蛋白质
※ 植物和多数微生物：以无机氮合成蛋白质
※ 人、动物和少数微生物：以有机氮合成蛋白质

第一节 蛋白质的降解
一、溶酶体对蛋白质的降解作用（特点）
① 无选择性：溶酶体含有不同种类的蛋白质水解酶，统称为组织蛋白酶。它们对蛋白质的水解无选择性。
因此所有蛋白在溶酶体内的降解速率相同。
② 酶的最适pH一般为5：溶酶体pH为5，酶的最适pH一般为5，因此溶酶体偶然泄漏或破裂不影响细胞。
③ 通过自体吞噬和胞吞途径起作用
二、泛肽参与的蛋白质降解
① 条件：需要泛肽（ubiquitin）参与的蛋白质降解过程，也需要ATP的供给，在无氧条件下这种过程受到抑制。
② 过程：泛肽参与的蛋白质降解过程包括两步
1、泛肽对蛋白质进行标记
1）泛肽的活化：在ATP驱动下，泛肽活化酶催化泛肽的羧基端与泛肽活化酶的巯基偶联。
Ubiquitin+E1-SH+ATP → U-S-E1+AMP+PPi
2）泛肽的组装：泛肽携带蛋白取代泛肽活化酶使泛肽得以组装成U-S-E2.
3）泛肽对靶蛋白的标记：在泛肽蛋白质连接酶（E3）催化下，泛肽携带蛋白上的泛肽与靶蛋白上Lys残基的
ε-氨基偶联
2、泛肽标记蛋白发生降解：标记蛋白在UCDEN（依赖泛肽的蛋白质水解酶）复合体催化下水解。
③ 图示：
三、外源蛋白质的酶促水解
1、胃的消化作用：食物使胃分泌胃泌素、刺激分泌盐酸，导致胃蛋白酶原自体催化形成胃蛋白酶。
胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽、寡肽及少量氨基酸。
2、肠的消化作用
① 胃液进入小肠，刺激分泌促胰液肽进入血液，进而刺激胰腺分泌碳酸，进入小肠中和胃酸。
氨基酸刺激十二指肠分泌胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶，肠中还有弹性蛋白酶。
② 肽链外切酶，如羧肽酶A.羧肽酶B.氨基肽酶.二肽酶等和肽链内切酶，如胰蛋白酶.糜蛋白酶.弹性蛋白酶等
③ 蛋白质在肠中完全水解为氨基酸。
3、氨基酸的吸收
① 主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊载体携带。
② 转运氨基酸进入细胞时，同时转运入Na+。
③ 此外，也可经γ-谷氨酰循环进行。需由γ-谷氨酰基转移酶催化，利用GSH，合成γ-谷氨酰氨基酸进行转运。
消耗的GSH可重新再合成。

四、蛋白酶类
1、蛋白酶种类
① 定义：蛋白酶是催化蛋白质类化合物中肽键水解的酶。
② 分类
⑴ 按其来源分为：动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶
⑵ 按其催化作用的位点分为
内肽酶：水解蛋白质内部肽键→生成短肽
外肽酶（端肽酶）：水解蛋白质末端肽键
氨肽酶：从N-末端水解
羧肽酶：从C-末端水解 羧肽酶A：C-端为中性氨基酸
羧肽酶B：C-端为Arg.，Lys
二肽酶：水解二肽中肽键
⑶ 按其作用的最适pH分为：碱性蛋白酶、中性蛋白酶和酸性蛋白酶
③ 具体酶的介绍：
1）丝氨酸蛋白酶（ Serine protease ）
⑴ Serine proteases include digestive enzymes trypsin, chymotrypsin, & elastase.
⑵ Different serine proteases differ in substrate specificity. For example:
（1）Chymotrypsin prefers an aromatic side chain on the residue whose carbonyl carbon is part of the peptide bond to
be cleaved.
（2）Trypsin prefers a positively charged Lys or Arg residue at this position.

⑶ 图示：

⑷ 解释：
（1）nucleophilic attack of the hydroxyl O of a serine residue of the protease on the carbonyl C of the peptide bond.
（2）An acyl-enzyme intermediate.
（3）Hydrolysis of the ester linkage yields the second peptide product.
（4）The active site in each serine protease includes a serine residue, a histidine residue, & an aspartate residue.
（5）During attack of the serine hydroxyl oxygen, a proton is transferred from the serine hydroxyl to the imidazole
ring of the histidine, as the adjacent aspartate carboxyl is H-bonded to the histidine.

2）天冬氨酸蛋白酶（Aspartate protease）
① Aspartate proteases include
⑴ the digestive enzyme pepsin（胃蛋白酶）
⑵ Some proteases found in lysosomes
⑶ the kidney enzyme renin（血管紧张肽原酶）
⑷ HIV-protease.
② Two aspartate residues participate in acid/base catalysis at the active site.
③ In the initial reaction, one aspartate accepts a proton from an active site H2O, which attacks the carbonyl
carbon of the peptide linkage.
④ Simultaneously, the other aspartate donates a proton to the oxygen of the peptide carbonyl group.

3）金属蛋白酶（ metalloprotease ）
① Metalloproteases (zinc proteases ) include:
⑴ digestive enzymes carboxypeptidases
⑵ matrix metalloproteases (MMPs), secreted by cells
⑶ one lysosomal protease.
② A zinc-binding motif at the active site of a metalloprotease includes two
His residues whose imidazole side-chains are ligands to the Zn++.
4）半胱氨酸蛋白酶（ Cysteine proteases）
① Cysteine proteases have a catalytic mechanism that involves a cysteine sulfhydryl group.
② Deprotonation of the cysteine SH by an adjacent His residue is followed by nucleophilic attack of the cysteine S on
the peptide carbonyl carbon. 
③ A thioester linking the new carboxy-terminus to the cysteine thiol is an intermediate of the reaction (comparable to
acyl-enzyme intermediate of a serine protease).
④ Cysteine proteases include Papain（木瓜蛋白酶）, Cathepsins (lysosomal cysteine proteases), Caspases（凋亡酶
programmed cell death）, Calpains (Ca++-activated cysteine proteases involved in cell motility and adhesion).
第二节 氨基酸的分解代谢
※ 各种氨基酸虽有其特殊的分解代谢途径，但由于氨基酸的共同结构特征，因此也有其共性,此即氨基酸分解代谢的公共途径。

一、氨基酸的脱氨基作用

1、氧化脱氨基作用
① 氧化脱氨基为最主要的脱氨基方式。
② 氨基酸在酶的催化下，在氧化脱氢的同时释放游离氨，生成相应的α-酮酸的过程。
③ 氧化脱氨基反应过程包括脱氢和水解两步。
-2H +H2O
R-CH(NH2)COOH → R-C(=NH)COOH → R-COCOOH + NH3
④ 催化酶：氨基酸的氧化脱氨基反应主要由L-氨基酸氧化酶和L-谷氨酸脱氢酶所催化。
⑴ L-氨基酸氧化酶（L-amino acid oxidase)：
A、L-氨基酸氧化酶：是一种需氧脱氢酶，以FAD或FMN为辅基，脱下的氢原子交给O2，生成H2O2
该酶活性不高，在各组织器官中分布有限，因此作用不大。
B、反应：氨基酸 + FAD + H2O→ α-酮酸 + NH3 + FADH2 FADH2 + O2 → FAD +H2O2
有过氧化氢酶时：2H2O2 → 2H2O+O2
无过氧化氢酶时：R-CO-COOH+H2O2 → R-COOH+CO2+H2O
C、氨基酸氧化酶有L-氨基酸氧化酶和D-氨基酸氧化酶。
⑵ 谷氨酸脱氢酶的作用
A、最重要的氨基酸脱氢酶——L-谷氨酸脱氢酶(L-glutamate dehydro-genase)
B、L-谷氨酸脱氢酶：是一种不需氧脱氢酶，以NAD+或NADP+为辅酶，生成的NADH或NADPH可进入
呼吸链进行氧化磷酸化。
C、特点：L-谷氨酸脱氢酶活性高，分布广泛，因而作用较大。
该酶属于变构酶，其活性受ATP、GTP、NADH的抑制，受ADP、GDP、一些氨基酸的激活。
D、反应：Glu+NAD(P)++H2O →α-酮戊二酸+NAD(P)H·H++NH3

Glutamate Dehydrogenase解释：（见右图）
① Glutamate Dehydrogenase catalyzes a major reaction that effects net
removal of N from the amino acid pool.
② It is one of the few enzymes that can use NAD+ or NADP+ as e- acceptor
③ Oxidation at the a-carbon is followed by hydrolysis, releasing NH4+.

2、非氧化脱氨基作用
① 还原脱氨基反应：氢化酶 NH2-CHR-COOH+NADH+H+ → CH2R-COOH+NAD++NH3
② 直接脱氨基反应：天冬氨酸酶 HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH→HOOC-CH=CH-COOH+NH3
③ 脱水脱氨基作用：Thr、Ser在脱水酶催化下脱水时再水解脱氨基；
④ 脱巯基脱氨基作用：Cys在脱巯基酶催化下脱巯基脱氨基；
⑤ 氧化还原偶联脱氨基反应：一对氨基酸共同反应。
3、脱酰胺基作用：
① 在谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶催化下：Gln/Asn-CO-NH2+H2O → Glu/Asp-COOH+NH3
② 谷氨酰胺和天冬酰胺可提供氨
4、转氨基作用
① 定义：转氨基作用是α-氨基酸和α-酮酸之间在转氨酶催化下的氨基转移作用。
② 原理：转氨基作用由转氨酶(transaminase)催化，将α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸酮基的位置上，生成相应
的α-氨基酸，而原来的α-氨基酸则转变为相应的α-酮酸。
③ 转氨酶的辅基——磷酸吡哆醛 (PLP)

The prosthetic group of Transaminase is pyridoxal phosphate (PLP), a derivative of vitamin B6.
④ 氨基转移过程——氨基转移过程分两步进行。
⑴ 氨基酸的氨基转移到PLP上：磷酸吡哆醛（pyridoxal-5'-phosphate, PLP）的醛基以共价键方式和酶的
Lysε-氨基结合成为希夫碱，当PLP接受氨基后，PLP转变为磷酸吡哆氨（pyridoxamine -5'-phosphate, PMP）
不再以共价键和酶相连。
⑵ PMP分子上的氨基转移到酮酸受体上：
※ PMP与α酮酸形成希夫碱，α酮酸-PMP希夫碱互变异构为氨基酸-PLP希夫碱，Lys残基的ε-氨基向
氨基酸-PLP希夫碱进攻，再生成活泼的酶-PLP希夫碱。
※ 一般接受氨基的是α-酮戊二酸或草酰乙酸，因此最后生成谷氨酸或天冬氨酸。两者可互变，谷氨酸可
经氧化脱氨生成α-酮戊二酸和氨，Asp和氨是尿素循环中的氨受体。
⑤ 转氨酶（aminotransferase）
⑴ 定义：催化转氨基反应的酶叫做转氨酶。
⑵ 氨基受体：大多数转氨酶需要α－酮戊二酸作为氨基的受体。
⑶ 反应：动物和高等植物的转氨酶一般只催化L-氨基酸转氨基反应
微生物的也可以催化D-氨基酸的转氨基反应。
⑷ 转氨基反应是可逆的，平衡常数为1左右。
⑸ 场所：转氨酶在真核生物的细胞质基质和线粒体中。
⑹ 过程：细胞质基质富集氨基酸，转氨基生成谷氨酸后运入线粒体。
在线粒体中转氨基生成Asp，为鸟氨酸循环提供氨，又是形成腺苷酸代琥珀酸的重要物质。
⑺ 种类：
1）L-丙氨酸转氨酶(alanine transaminase,ALT)又称为谷丙转氨酶(GPT)。催化丙氨酸与α-酮戊二酸之间的氨基
移换反应，为可逆反应。该酶在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可引起血清中ALT活性明显升高
2）天冬氨酸转氨酶（aspartate transaminase, AST）又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与α-酮戊二酸之
间的氨基移换反应,为可逆反应。该酶在心肌中活性较高,故在心肌疾患时,血清中AST活性明显升高

5、联合脱氨基作用
① 定义：转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为α-酮酸(α-ketoacid)的过程，
称为联合脱氨基作用。
② 联合脱氨基作用可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。
③ 联合脱氨基作用主要有：（种类）
⑴ 转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨
⑵ 嘌呤核苷酸参与的联合脱氨
1）转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨作用
⑴ 大部分氨基酸通过转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨方式脱去氨基←仅转氨酶、L-谷氨酸脱氢酶活力强。

⑵ 联合脱氨基的逆反应是氨基酸生物合成的重要反应。
2）嘌呤核苷酸参与的联合脱氨作用——嘌呤核苷酸循环（purine nucleotide cycle, PNC）
① 嘌啉核苷酸循环是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。
② 在骨骼肌和心肌中，由于谷氨酸脱氢酶的活性较低，而腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)的活性较高，故采
用此方式进行脱氨基。
⑴ 腺苷酸代琥珀酸合酶催化：Asp + 次黄嘌呤核苷酸（IMP）→腺苷酸代琥珀酸
⑵ AMP-琥珀酸裂合酶催化：AMP-琥珀酸→AMP + 延胡索酸
⑶ AMP脱氨酶(adenylate deaminase)催化 ：AMP→ IMP + NH3
③ 嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用：腺苷酸脱氨酶(adenylate deaminase)可催化AMP脱氨基，此反应与转氨基反
应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用。

④ 图示：

6、氨的代谢去向——氨对机体有毒，尤其是高等动物的脑对氨极为敏感。血液中1％的氨可引起中枢神经中毒。
因此氨的代谢和排泄十分重要。
① 形成酰胺：氨→Asn、Gln→新的氨基酸,蛋白质,嘌呤,嘧啶,核苷酸等
② 合成新氨基酸：如Glu
⑴ 在氨甲酰磷酸合成酶、Mg2+催化下：NH3+CO2+H2O+2ATP → NH2COO～P +2ADP+Pi
③ 合成氨甲酰磷酸 ⑵ 氨甲酰磷酸→嘧啶、精氨酸、尿素
⑶ 合成尿素（见尿素循环）
⑴ 排氨：许多水生动物可直接排氨。
④ 氨的排泄 ⑵ 排尿素：绝大多数陆生脊椎动物经代谢将氨转化为尿素排出体外。
⑶ 排尿酸：鸟类和陆生爬行动物通过转化为尿酸的形式排出氨。
⑷ 受环境影响：有些生物在水供应受限制时，由排氨转变为排尿素或排尿酸。
二、氨基酸的脱羧基作用
① 氨基酸在脱羧酶催化下脱去羧基，生成伯胺和CO2。即：R-CH(NH2)-COOH→R-CH2-NH2+CO2。
② 氨基酸脱羧酶多需要辅酶——磷酸吡哆醛。
⑴ 谷氨酸→γ-氨基丁酸，γ-氨基丁酸是重要的神经递质
⑵ 组氨酸→组胺，组胺具有降低血压的作用，还可刺激胃酸分泌
⑶ 酪氨酸→酪胺，酪胺具有升高血压的作用
⑷ 赖氨酸→尸胺
⑸ 胺氧化转化为醛，可进一步氧化并转化成脂肪酸
③ 氨基酸脱羧酶专一性强→可用谷氨酸脱羧酶测定Glu含量
④ CO2排出体外、或经丙酮酸羧化支路→草酰乙酸或苹果酸
三、氨基酸的脱氨脱羧作用
① 在某些细菌和酵母菌中，氨基酸可同时脱氨脱羧生成少一个C的伯醇、NH3和CO2。
R-CH(NH2)-COOH+H2O→R-CH2-OH+NH3+CO2。
② 酿造酒中高级醇的来源：
⑴ 氨基酸脱氨脱羧作用
⑵ 氨基酸合成途径：糖→R-CO-COOH→R-CHO→RCH2OH。
③ 酒中的高级醇既是芳香成分、又是呈味成分。
④ 啤酒中的高级醇：异戊醇←Leu，活性戊醇←Ile，异丁醇←Val。
四、氨基酸碳骨架的分解代谢
① 合成新的氨基酸
② 转变为糖和脂 α-酮酸：丙酮酸及TCA循环中间产物→糖异生作用→糖←生糖氨基酸（除Leu外）
α-酮酸：→乙酰CoA→脂肪酸→脂肪←生酮氨基酸
③ 氧化生成CO2和H2O
1、经丙酮酸形成乙酰辅酶A
① 丙氨酸经转氨基作用形成丙酮酸。
② 甘氨酸经丝氨酸转羟甲基酶催化形成丝氨酸，羟甲基由四氢叶酸(THF)提供，磷酸吡哆醛为辅基。
然后丝氨酸脱水酶催化丝氨酸脱水脱氨，生成丙酮酸。Gly→Ser
③ 半胱氨酸经两步反应也可以转变成丙酮酸。
④ 由苏氨酸到乙酰辅酶A
⑴ 苏氨酸经苏氨酸醛缩酶催化生成Gly和乙醛
乙醛氧化形成乙酰辅酶A。
⑵ 苏氨酸经脱水酶催化生成α酮丁酸。
⑶ 苏氨酸经脱氢酶催化形成α-氨基-β-酮丁酸，再脱羧形成氨基丙酮。
2、形成乙酰乙酰辅酶A：苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸（及乙酰CoA）、赖氨酸、色氨酸（及乙酰CoA）
3、形成TCA循环中间产物
① 形成α-酮戊二酸：精氨酸、组氨酸、谷氨酰胺和谷氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸
② 形成琥珀酰辅酶A：Met、Ile（及乙酰CoA）、Val、Thr
③ 形成延胡索酸：Phe、Tyr
④ 形成草酰乙酸：Asp、Asn
4、生酮氨基酸和生糖氨基酸
① 生酮氨基酸：在代谢过程中转变为乙酰乙酰辅酶A的氨基酸为生酮氨基酸，生成的乙酰乙酰辅酶A在动物
肝脏中可转变为乙酰乙酸和β-羟基丁酸（Phe,Tyr,Trp），即酮体，而不能转变成葡萄糖。糖尿
病人肝脏中形成的酮体：一部分来源于脂肪酸，一部分来源于生酮氨基酸。
② 生糖氨基酸：凡是经代谢能转变为丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和草酰乙酸而又不生成乙酰乙酰
辅酶A的氨基酸为生糖氨基酸。这些中间产物可以经糖异生作用转变成葡萄糖。
5、由氨基酸衍生的其它重要化合物
1）一碳单位
① 定义：具有一个碳原子的基团为“一碳单位”。
② 种类：甲基-CH3、亚甲基/甲叉基-CH2-、次甲基/甲川基-CH=
羟甲基-CH2OH、甲酰基-CH=O、亚氨甲基-CH=NH
③ 载体：一碳单位的载体为四氢叶酸THF。
④ 氨基酸与一碳单位
⑴ 某些氨基酸代谢后可生成一碳单位：
A、甘氨酸：氧化脱氨生成N5,N10-亚甲基THF Gly+THF+NAD+ → N5,N10-亚甲基THF+NH4++CO2+NADH
B、丝氨酸：Ser+THF → Gly+N5,N10-亚甲基THF+H2O
C、组氨酸：分解形成亚氨甲基THF，脱氨后形成次甲基THF
⑵ 一碳单位还参与嘌啉、嘧啶、S-腺苷Met的生物合成。
2）氨基酸衍生的生物活性物质
① 酪氨酸代谢生成黑色素、肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴、多巴胺。
② 色氨酸代谢生成5-羟色胺及吲哚乙酸。
③ 精氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸参与肌酸合成。
④ 组氨酸脱羧形成组胺。
⑤ 多胺的形成：精氨酸水解形成鸟氨酸，鸟氨酸脱羧形成腐胺，腐胺经S－腺苷Met转入丙氨基生成亚精胺，
再转入丙氨基形成精胺。
⑥ 谷氨酸脱羧形成γ-氨基丁酸。
⑦ 半胱氨酸氧化脱羧形成牛磺酸。
五、尿素的形成——尿素循环
※ 尿素循环在肝脏中完成，释放的尿素分泌到血液，被肾汇集从尿中排出。
① Most terrestrial land animals convert excess nitrogen to urea, prior to excreting it.
② Urea is less toxic than ammonia.
③ The Urea Cycle occurs mainly in liver.
※ 尿素循环Urea Cycle(鸟氨酸循环)
① 参与尿素循环的细胞区域：线粒体、细胞质基质。
② 尿素循环的过程
③ 线粒体mitochondria：形成氨甲酰磷酸→形成瓜氨酸
④ 细胞质基质cytosol： 转入Asp中氨形成精氨琥珀酸→裂解形成精氨酸→生成尿素、鸟氨酸再生

⑤ 图示

1、氨甲酰磷酸的合成：反应在线粒体中进行，由氨甲酰磷酸合酶I(carbamoyl phosphate synthetase-I, CPS-I)催化，该酶需N-乙酰谷氨酸（AGA）作为变构激活剂，需Mg2+，反应不可逆。此步获取尿素的第一个氮原子。
※ Carbamoyl Phosphate Synthesis（氨甲酰磷酸合酶）
⑴ Carbamoyl Phosphate Synthase (Type I) catalyzes a 3-step
reaction, with carbonyl phosphate and carbamate intermediates.
⑵ Ammonia is the N input.
⑶ The reaction, which involves cleavage of 2 ~P bonds of ATP, is
essentially irreversible.
⑷ Carbamoyl Phosphate Synthase is the committed step of the Urea
Cycle, and is subject to regulation.

2、瓜氨酸的合成：在线粒体内进行，由鸟氨酸转氨甲酰酶（ornithine carbamoyl
trans-ferase, OCT）催化（该酶需生物素作辅基），将氨甲酰基转
移到鸟氨酸的δ-氨基上，生成瓜氨酸。
反应方程及图示：
※ ornithine/citrulline transporter of Urea Cycle
① For each cycle, citrulline must leave the mitochondria, and ornithine must enter
the mitochondrial matrix.
② An ornithine/citrulline transporter in the inner mitochondrial membrane facilitates
transmembrane fluxes of citrulline & ornithine.

3、Asp中氨的转入：
转运至胞液的瓜氨酸在精氨琥珀酸合酶(argininosuccinate synthetase)催化下，消耗能量合成精氨琥珀酸，完成尿素第二个氮原子的获取。精氨琥珀酸合酶是尿素合成的关键酶。

4、精氨酸的形成
在胞液中由精氨琥珀酸裂解酶(arginino-succinate lyase)催化，将精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸。精氨酸作为尿素的直接前体。
胞液中的延胡索酸需重新再生为天冬氨酸。

5、鸟氨酸的再生和尿素的生成
在胞液中在精氨酸酶的催化下，精氨酸水解生成尿素(urea)和鸟氨酸(ornithine)。鸟氨酸可再转运入线粒体继续进行循环反应。

※ Urea Cycle精确图解

六、氨基酸代谢缺陷症（举例）

① 苯丙酮酸尿症

② 芳香族氨基酸的代谢

第三节 氨基酸的合成代谢
(一) 氨基酸合成的公共途径
⑴ 氨基化作用
① 还原氨基化作用：还原氨基化作用在L-氨基酸脱氢酶催化下完成，是氧化脱氨基的逆反应。
起重要作用的为L-谷氨酸脱氢酶。
② 直接氨基化作用：L-天冬氨酸酶（植物、细菌）COOH-CH=CH-COOH+NH3 → COOH-CH2-CH(NH2)-COOH
③ 酰胺化作用：谷氨酰胺/天冬酰胺合成酶 R-COOH+NH3+ATP → R-CO-NH2+ADP+Pi
⑵ 转氨基作用
(二) 非必需氨基酸与必需氨基酸
⑴ 非必需氨基酸：人体自身能合成的AA，Ala，Asp，Asn，Glu，Gln，Arg，Gly，Pro，Ser，Cys，Tyr，His
⑵ 必需氨基酸：人体不能自己合成的AA，Lys，Met，Trp，Thr，Leu，Ile，Val，Phe
(三) 氨基酸的合成类型
⑴ α-酮戊二酸衍生类型：Glu、Gln、Pro、Arg、Lys
⑵ 草酰乙酸衍生类型：Asp、Asn、Met、Thr、Lys、Ile
⑶ 丙酮酸衍生类型：Ala、Val、Leu、Ile
⑷ 3-磷酸甘油酸衍生类型：Ser、Gly、Cys
⑸ 磷酸烯醇式丙酮酸和4-磷酸赤藓糖衍生类型：Tyr、Phe、Trp
⑹ 磷酸核糖焦磷酸：His

一、α-酮戊二酸衍生类型氨基酸/谷氨酸族氨基酸的合成
※ Glu, Gln, Pro, Arg都来源于柠檬酸循环的α-酮戊二酸。
1、由α-酮戊二酸形成谷氨酸
① 在环境中铵的浓度较高时，植物、一些真菌（覃类）、细菌可在GDH催化下生成Glu
② 但在一般情况下是由谷氨酸合酶催化，α-酮戊二酸与Gln反应生成Glu。
③ 反应：α-酮戊二酸+Gln+NADPH → 2Glu+NADP+
2、由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺
① 由谷氨酰胺合成酶GS催化的Gln的形成是氨转变为有机氮的主要反应。
② 有9种含氮化合物对GS有反馈抑制作用：氨基葡萄糖-6-磷酸,Trp,Ala,Gly,Ser,His,CTP,AMP,氨甲酰磷酸。
③ 反应：Glu + (NH4)+ + ATP → Gln + ADP + Pi
3、由α-酮戊二酸形成脯氨酸
①γ-谷氨酰磷酸的形成（谷氨酸激酶催化） Glu + ATP →γ-谷氨酰磷酸 + ADP
②γ-谷氨酰磷酸的还原（γ-谷氨酰磷酸还原酶催化） γ-谷氨酰磷酸 + NAD(P)H →谷氨酸-γ-半醛+ NAD(P)+
③ Pro的形成（P-5-C还原酶催化）
谷氨酸-γ-半醛自发环化为Δ'-二氢吡咯-5-羧酸（P-5-C）；P-5-C + NAD(P)H → Pro + NAD(P)+

4、精氨酸的生物合成
① 以谷氨酸和ATP为原料，先合成鸟氨酸。
⑴ 谷氨酸转乙酰基酶（需要乙酰辅酶A）催化形成N-乙酰谷氨酸，以保护氨基。
Glu+乙酰-CoA → N-乙酰-Glu+辅酶A
⑵ 在N-乙酰谷氨酸激酶催化下，形成N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸，需要ATP。
N-乙酰-Glu＋ATP → N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸＋ADP
⑶ 在N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸还原酶催化下，形成N-乙酰谷氨酸-γ-半醛，需要NADPH提供还原力。
⑷ 在N-乙酰鸟氨酸转氨酶催化下，N-乙酰谷氨酸-γ-半醛从谷氨酸获得氨基，生成N-乙酰鸟氨酸。
N-乙酰谷氨酸-γ-半醛＋谷氨酸 → N-乙酰鸟氨酸＋α-酮戊二酸
⑸ 在谷氨酸转乙酰基酶或N-乙酰鸟氨酸脱乙酰酶催化下，脱去乙酰基形成鸟氨酸,完成δ位羧基的活化还原和
氨基的引入。
② 鸟氨酸进入尿素循环合成精氨酸。
5、赖氨酸的合成
※ 覃类真菌和眼虫Lys的合成起始于α-酮戊二酸。细菌、植物的起始于丙酮酸和Asp。
⑴ 碳链延长（类似于TCA循环上半部分）：以α酮戊二酸和乙酰辅酶A为原料，分别由高柠檬酸合酶、
高柠檬酸脱水酶、高乌头酸水合酶、高异柠檬酸脱氢酶催化，自动脱羧后生成α-酮己二酸
⑵ 氨基的引入：生成α-氨基己二酸
⑶ 羧基的活化和还原：生成α-氨基己二酸-δ-半醛
⑷ ε-氨基的引入：由Glu提供ε-氨基，生成Lys。

二、草酰乙酸衍生类型氨基酸/天冬氨酸族氨基酸的生物合成
※ 天冬氨酸族氨基酸：Asp, Asn, Lys, Met, Thr, Ile。
1、天冬氨酸的生物合成：谷-草转氨酶催化草酰乙酸从Glu处获得氨基，生成Asp
2、天冬酰胺的合成——由天冬酰胺合酶催化
哺乳动物：Asp + Gln + ATP →Asn + Glu + ADP + Pi
细菌：Asp + NH4+ + ATP →Asn + ADP + Pi
3、细菌和植物Lys的合成
① Asp活化：由Asp激酶催化形成天冬氨酰磷酸，需ATP
② 羧基还原：由天冬氨酸半醛脱氢酶催化形成天冬氨酸-β-半醛
③ 缩合：二氢吡啶甲酸合酶催化天冬氨酸-β-半醛与丙酮酸缩合，形成二氢吡啶甲酸
④ 还原：形成Δ’-哌啶-2,6-二羧酸
⑤ 氨基保护：利用琥珀酰辅酶A修饰氨基
⑥ 氨基引入：由Glu提供
⑦ 脱羧：脱羧形成Lys
4、Met的合成
① Asp活化
② 羧基还原成β-半醛→β-伯醇
③ 羟基活化：
⑴ 琥珀酰辅酶A活化：由酰基转移酶催化，生成琥珀酰高丝氨酸；
⑵ 磷酸化：绿色植物由高丝氨酸激酶催化，生成磷酰高丝氨酸。
④ L-高半胱氨酸形成
⑤ Met形成：由N5-甲基-THF提供甲基。