第十章蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢 第一节蛋白质的酶促降解 生物体内的蛋白质是经常处于动态的变化之中，一方面在不断地合成，另一方面又在 不断地分解。例如，当种子萌发时，蛋白质发生强烈的水解，将胚乳或子叶中的储藏蛋白 质分解，形成氨基酸和其他简单含氮化合物，供幼苗形成组织时用。在植物衰老时，蛋白 质的分解亦很强烈，将营养器官的蛋白质分解成含氮化合物，转移到繁殖器官中，供幼胚 及种子的形成之所需。 蛋白质的分解对机体生命代谢的意义并不亚于蛋白质的合成。植物体为了进行正常的 生长和发育，为了适应外界条件的变化，必经常不断地形成具有不同结构与功能的各种 蛋白质。因此，早期合成的蛋白质在完成其功能之后不可避免地要分解，其分解产物将作 为合成新性质蛋白质的原料。 蛋白质的分解是在蛋白（水解）酶催化下进行的，蛋白水解酶存在于植物所有的细胞 与组织中。大量蛋白酶已被人们从植物种子、果实的生长器官中分离出来并进行了研究， 如番木瓜汁液中的木瓜蛋白酶，菠萝茎和果实中的菠萝蛋白酶，花生种子中的花生仁蛋白 酶，豌豆种子中的豌豆蛋白酶，小麦、大麦、燕麦籽粒中的相应蛋白酶。其中许多酶已制 成结品。 蛋白水解酶可分为内肽酶（肽链内切酶）和端肽酶（肽链端解酶）两大类。 (1)蛋白酶的种类和专一性蛋白酶即内肽酶(endopeptidase),水解蛋白质和多 链内部的肽键，形成各种短肽。蛋白酶具有底物专一性，不能水解所有肽键，只能对特定 氨肽静 (芳、疏) 羧肽酶 n R碱) R, 胃蛋白所餐露蛋白续 图9.1几种蛋白薛的专一性 的肽键发生作用。如木瓜蛋白酶只能作用于由碱性氨基酸以及含脂肪侧链和芳香侧链的氨 基酸所形成的肽键。几种蛋白水解酶的专一性见图91、表91。 表91几种蛋白酶作用的专一性 对R基团的要求 作用部位 点
229 第十章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢 第一节 蛋白质的酶促降解 生物体内的蛋白质是经常处于动态的变化之中，一方面在不断地合成，另一方面又在 不断地分解。例如，当种子萌发时，蛋白质发生强烈的水解，将胚乳或子叶中的储藏蛋白 质分解，形成氨基酸和其他简单含氮化合物，供幼苗形成组织时用。在植物衰老时，蛋白 质的分解亦很强烈，将营养器官的蛋白质分解成含氮化合物，转移到繁殖器官中，供幼胚 及种子的形成之所需。 蛋白质的分解对机体生命代谢的意义并不亚于蛋白质的合成。植物体为了进行正常的 生长和发育，为了适应外界条件的变化，必须经常不断地形成具有不同结构与功能的各种 蛋白质。因此，早期合成的蛋白质在完成其功能之后不可避免地要分解，其分解产物将作 为合成新性质蛋白质的原料。 蛋白质的分解是在蛋白（水解）酶催化下进行的，蛋白水解酶存在于植物所有的细胞 与组织中。大量蛋白酶已被人们从植物种子、果实的生长器官中分离出来并进行了研究， 如番木瓜汁液中的木瓜蛋白酶，菠萝茎和果实中的菠萝蛋白酶，花生种子中的花生仁蛋白 酶，豌豆种子中的豌豆蛋白酶，小麦、大麦、燕麦籽粒中的相应蛋白酶。其中许多酶已制 成结晶。 蛋白水解酶可分为内肽酶（肽链内切酶）和端肽酶（肽链端解酶）两大类。 （１）蛋白酶的种类和专一性 蛋白酶即内肽酶（endopeptidase），水解蛋白质和多肽 链内部的肽键，形成各种短肽。蛋白酶具有底物专一性，不能水解所有肽键，只能对特定 H2N CH Rn C O N H CH C O N R1 R1 ' CH C O N H CH R2 C O N CH C O N H CH H H R R3 C O N Rm CH COOH H ③ ④ ⑥ ① ⑤ ② 氨肽酶 （芳、疏） 羧肽酶 胃蛋白酶 胰凝乳 蛋白酶 胰蛋白酶 枯草杆菌 蛋白酶 （碱） （疏） 图 9-1 几种蛋白酶的专一性 的肽键发生作用。如木瓜蛋白酶只能作用于由碱性氨基酸以及含脂肪侧链和芳香侧链的氨 基酸所形成的肽键。几种蛋白水解酶的专一性见图 9-1、表 9-1。 表 9-1 几种蛋白酶作用的专一性 酶 对 R 基团的要求 作用部位
胃蛋白酵 R1,R1”：芳香族氨基酸或其他疏水氨酸 1① (N出及COOH端 胰凝乳蛋白酶 R':芳香长及其他水氨基酸(COO端) 1② 胰蛋白酶 Ra:碱性氨基酸(C0OH端) 1@ 枯来盛香胸 1④ 骏肽酶A Ra:芳香族氨基酸(COO州端) :⑤骏基术端的肽键 R=碱性氨酸(COOH端) !⑤骏基末端的肽键 氨肽酵 !©氨基末端的肤健 要求相邻两个氨基酸上的α氨基和α我基同时存在 蛋白酶按基催化机理又可分为四类见表92。 表92蛋白酶的种类 编号 名称 作用特征 例子 3.4.21 丝氨酸蛋白酶类 活性中心含组氨酸和丝氨酸 肤凝乳蛋白南、碳蛋白南、凝血南 3.42 硫醇蛋白南类 活性中心含半胱氨酸 木瓜蛋白酶、无花果蛋白带、蔽萝蛋白端 342 羧基（酸性）蛋白酶类 最适pH值在5以下 胃蛋白酶、凝乳群 3.424 金属蛋白南类 含有催化活性所必需的金属 枯草杆齿中性蛋白酶、脊椎动物胶原脑 表9-2中所列的木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶及无花果蛋白酶的活性中心均含有半胱氨酸， 因此能被HCN,出S、半胱氨酸等还原剂所活化，而被HO2等氧化剂及重金属离子所抑 制。其余蛋白酶存在于大豆、菜豆、大麻、玉米、高粱的种子中。这些酶的性质与广泛分 布的动物蛋白酶一一胰蛋白酶和胃蛋白酶等有很多共同之处。 (2)肽酶的种类和专一性端肽酶又称为肽酶(exopeptidase),从肽链的一端开始水 解，将氨基酸一个一个地从多肽链上切下来。肽酶根据其作用性质不同可分为氨肽酶、羧 肽酶和二肽酶。氨肽酶从肽链的氨基末端开始水解肚链：羧肽酶从肽链的羧基末端开始水 解肽链（见表91、图91）：二肽酶的底物为二肽，将二肽水解成单个氨基酸。肽酶又可 分为六类，见表9-3。 表93肽酶的种类 编号 作用特 应 3.4.11 -氨酰肽水解南类 氨酰肽十O→氨华酸+肽 34.13 肽水解酶类 水解二肽 :肽十比0一2氨基酸 230
230 胃蛋白酶 R1 ,R1′：芳香族氨基酸或其他疏水氨基酸 （NH2 端及 COOH 端） ↑① 胰凝乳蛋白酶 R1′：芳香族及其他疏水氨基酸（COOH 端） ↑② 胰蛋白酶 R2：碱性氨基酸（COOH 端） ↑③ 枯草杆菌蛋白酶 木瓜蛋白酶 R3：疏水氨基酸（NH2端） 碱性氨基酸以及含脂肪侧链和芳香侧链的氨基酸 ↑④ 羧肽酶 A Rm：芳香族氨基酸（COOH 端） ↓⑤羧基末端的肽键 羧肽酶 B Rm：碱性氨基酸（COOH 端） ↓⑤羧基末端的肽键 氨肽酶 ↓⑥氨基末端的肽键 二肽酶 要求相邻两个氨基酸上的 -氨基和 -羧基同时存在 蛋白酶按基催化机理又可分为四类见表 9-2。 表 9-2 蛋白酶的种类 编 号 名 称 作 用 特 征 例 子 3.4.21 3.4.22 3.4.23 3.4.24 丝氨酸蛋白酶类 硫醇蛋白酶类 羧基（酸性）蛋白酶类 金属蛋白酶类 活性中心含组氨酸和丝氨酸 活性中心含半胱氨酸 最适 pH 值在 5 以下 含有催化活性所必需的金属 胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、凝血酶 木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、菠萝蛋白酶 胃蛋白酶、凝乳酶 枯草杆菌中性蛋白酶、脊椎动物胶原酶 表 9-2 中所列的木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶及无花果蛋白酶的活性中心均含有半胱氨酸， 因此能被 HCN，H2S、半胱氨酸等还原剂所活化，而被 H2O2 等氧化剂及重金属离子所抑 制。其余蛋白酶存在于大豆、菜豆、大麻、玉米、高粱的种子中。这些酶的性质与广泛分 布的动物蛋白酶——胰蛋白酶和胃蛋白酶等有很多共同之处。 （２）肽酶的种类和专一性 端肽酶又称为肽酶（exopeptidase），从肽链的一端开始水 解，将氨基酸一个一个地从多肽链上切下来。肽酶根据其作用性质不同可分为氨肽酶、羧 肽酶和二肽酶。氨肽酶从肽链的氨基末端开始水解肽链；羧肽酶从肽链的羧基末端开始水 解肽链（见表 9-1、图 9-1）；二肽酶的底物为二肽，将二肽水解成单个氨基酸。肽酶又可 分为六类，见表 9-3。 表 9-3 肽酶的种类 编 号 名 称 作 用 特 征 反 应 3.4.11 3.4.13 -氨酰肽水解酶类 二肽水解酶类 作用于肽链的氨基末端（N—末端），生成 氨基酸 水解二肽 氨酰肽＋H2O→氨基酸＋肽 二肽＋H2O→2 氨基酸
34.14 二肽基肽水解南类 作用于多肽髓的氨基末端《末端)，生 二肽基多肽十比0一二肽+多肤 成二肽 34.15 肽基二肽水解酶类 多肽基二肽十O→多肽十二肚 3.4.1 丝氨酸羧肽傅类 作用于多肽链的骏基末生成氨 胜基L氨基酸+HO→肚+L氨基酸 34.1万 作用于多肽链的我基末装生成氨基酸 肽基L氨基酸+0→肽L-氨基酸 3,蛋白质的酶促降解在内肽酶、羧肽酶、氨肽酶与二肽酶的共同作用下，蛋白质 水解成蛋白际、胨、多肽，最后完全分解成氨基酸，即 蛋白质内→际、陈、内→多肤 荣肤而→氨基酸 这些氨基酸可以转移到蛋白质合成的地方用作合成新蛋白质的原料，也可以经脱氨作 用形成氨和有机酸，或参加其他反应。 第二节氨基酸的分解与转化 氨基酸的分解反应包括脱氨基作用、脱羧作用与羟基化作用等。 一、脱氨基作用 高等植物的脱氨基作用在发芽的种子、幼龄植物及正发育的组织中最为强烈。脱氨基 作用是氨基酸分解的最重要的一步，包括氧化脱氨基、非氧化脱氨基、转氨基、联合脱氨 基、脱酰胺基等作用。 (1)氧化脱氨基(oxidative deamination)氧化脱氨基是高等植物最基本的脱氨基方 式，氨基酸脱去α-氨基后转变成相应的酮酸： R—CH-COOH -C00H +1/202→ +NH3 NH 禾本科、豆科作物幼苗及马铃薯块茎中，主要是二羧基氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸） 的氧化脱氨。如谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的催化下，氧化脱氨生成α-酮戊二酸： 231
231 3.4.14 3.4.15 3.4.16 3.4.17 二肽基肽水解酶类 肽基二肽水解酶类 丝氨酸羧肽酶类 金属羧肽酶类 作用于多肽链的氨基末端（N-末端），生 成二肽 作用于多肽链的羧基末端（C-末端），生 成二肽 作用于多肽链的羧基末端生成氨基酸 作用于多肽链的羧基末端生成氨基酸 二肽基多肽＋H2O→二肽＋多肽 多肽基二肽＋H2O→多肽＋二肽 肽基-L-氨基酸＋H2O→肽＋L-氨基酸 肽基-L-氨基酸＋H2O→肽＋L-氨基酸 ３．蛋白质的酶促降解 在内肽酶、羧肽酶、氨肽酶与二肽酶的共同作用下，蛋白质 水解成蛋白眎、胨、多肽，最后完全分解成氨基酸，即 蛋白质 ⎯内肽酶 ⎯⎯→ 眎、胨、 ⎯内肽酶 ⎯⎯→ 多肽 ⎯端肽酶 ⎯⎯→ 氨基酸 这些氨基酸可以转移到蛋白质合成的地方用作合成新蛋白质的原料，也可以经脱氨作 用形成氨和有机酸，或参加其他反应。 第二节 氨基酸的分解与转化 氨基酸的分解反应包括脱氨基作用、脱羧作用与羟基化作用等。 一、脱氨基作用 高等植物的脱氨基作用在发芽的种子、幼龄植物及正发育的组织中最为强烈。脱氨基 作用是氨基酸分解的最重要的一步，包括氧化脱氨基、非氧化脱氨基、转氨基、联合脱氨 基、脱酰胺基等作用。 （１）氧化脱氨基（oxidative deamination） 氧化脱氨基是高等植物最基本的脱氨基方 式，氨基酸脱去 -氨基后转变成相应的酮酸： 禾本科、豆科作物幼苗及马铃薯块茎中，主要是二羧基氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸） 的氧化脱氨。如谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的催化下，氧化脱氨生成 -酮戊二酸： CH COOH NH2 R C COOH O R +1/2O2 + NH3
COOH COOH C=0 CH2 +NADP+H2O- CH2 NADPH+NH CHz COOH COOH 谷氨酸 a-丽戊二酸 谷氨酸脱氢酶分布很广，在动植物、微生物中都存在，广泛存在于高等植物的种子、 根、胚轴、叶片等组织中。 (2)非氧化脱氨基(nonoxidative deamination)非氧化脱氨基也包括多种方式。 直接脱氨基是在氨基酸氨基裂解酶和辅助因子磷酸吡哆醛(PLP基)的催化下进行 的： OOH COOH 氨基酸氨基袭解酯 CH CH +NH3 H CH COOH COOH 天冬氨酸 延胡索酸 天冬氨酸在天冬氨酸氨基裂解酶的催化下，裂解成延胡索酸和氨。 脱水酶脱氨基脱水爵只作用于含有一个羟基的氨基酸，如L丝氨酸在丝氨酸脱水酶 (serine dehydratase)作用下发生脱氨： COOH COOH HN— C一H +H0 =0 CH2OH L-丝氨酸 丙酮酸 此酶以磷酸吡哆醛为辅酶，催化丝氨酸脱氨后发生分子内重排，生成丙酮酸。 解氨酶可催化氨基酸的非氧化脱氨反应，如苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia yasC,PAL)催化苯丙氨酸和酪氨酸脱氨： CH2一CHNH一COOH CH=CH-COOH PAL L一苯丙氨 反式肉桂酸 该酶也催化酪氨酸脱氨基并形成对香豆酸反式异构体： 232
232 COOH CHNH2 CH2 CH2 + NADP + COOH C O CH2 CH2 COOH + NADPH + COOH 谷氨酸 α-酮戊二酸 H2O NH3 谷氨酸脱氢酶分布很广，在动植物、微生物中都存在，广泛存在于高等植物的种子、 根、胚轴、叶片等组织中。 （２）非氧化脱氨基（nonoxidative deamination） 非氧化脱氨基也包括多种方式。 直接脱氨基 是在氨基酸氨基裂解酶和辅助因子磷酸吡哆醛（PLP 基）的催化下进行 的： COOH CH2 COOH CH CH COOH + NH3 COOH H2N CH 氨基酸氨基袭解酶 天冬氨酸 延胡索酸 天冬氨酸在天冬氨酸氨基裂解酶的催化下，裂解成延胡索酸和氨。 脱水酶脱氨基 脱水酶只作用于含有一个羟基的氨基酸，如 L-丝氨酸在丝氨酸脱水酶 （serine dehydratase）作用下发生脱氨： COOH COOH H2N C H CH2OH C NH3 CH3 L-丝氨酸 丙酮酸 + H2O O + 此酶以磷酸吡哆醛为辅酶，催化丝氨酸脱氨后发生分子内重排，生成丙酮酸。 解氨酶可催化氨基酸的非氧化脱氨反应，如苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia lyase,PAL）催化苯丙氨酸和酪氨酸脱氨： CH2 CHNH2 COOH CH CH COOH + NH3 L-苯丙氨酸 反式肉桂酸 PA L 该酶也催化酪氨酸脱氨基并形成对香豆酸反式异构体：
-CHNH-COOH CH=CH-COOH OH OH 酪氨酸 反式香豆酸 在高等植物中存在催化苯丙氨酸和酪氨酸脱氨基形成氨和不饱和芳香酸的酶，如在许 多植物中发现有苯丙氨酸解氨酶。 (3)转氨基（脱氨）作用(transamination)一种a-氨基酸的氨基可以转移到a- 酮酸上，而生成相应的α-酮酸和α-氨基酸，这种作用叫转氨基作用，也叫氨基移换作用。 催化转氨基反应的酶叫转氨酶，其辅酶为磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺。转氨基作用的简式如 下： H COOH+R- NH NH, 0一氨基酸 a-酸 a-酮酸 a一氨基酸 转氨酶的辅酶为磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺，它们起氨基传递体的作用，反应过程如下 H CH-O COOH NH 氨基酸 氨基酸 磷酸吡 -COOH g酮酸1 a酮酸2 磺酸吡哆胺 转氨酶的种类很多，广泛分布于动植物及微生物中，因此氨基酸的转氨基作用在生物体内 是极为普遍的。转氨基作用是氨基酸脱氨的一种主要方式，在氨基酸代谢中占有重要的地 位。实验证明，除赖氨酸、苏氨酸外，其余α氨基酸都可参与转氨基作用，并各有其特异 的转氨酶。 (4)联合脱氨基作用生物体内L氨基酸氧化酶活力不高，而L谷氨酸脱氢酶的 活力很高，转氨酶又普遍存在，因此一般认为L氨基酸往往不是直接氧化脱去氨基，而是 233
233 CH2 CHNH2 COOH CH CH COOH + NH3 OH OH 酪氨酸 反式香豆酸 PAL 在高等植物中存在催化苯丙氨酸和酪氨酸脱氨基形成氨和不饱和芳香酸的酶，如在许 多植物中发现有苯丙氨酸解氨酶。 （３）转氨基（脱氨）作用（transamination） 一种 -氨基酸的氨基可以转移到 - 酮酸上，而生成相应的 -酮酸和 -氨基酸，这种作用叫转氨基作用，也叫氨基移换作用。 催化转氨基反应的酶叫转氨酶，其辅酶为磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺。转氨基作用的简式如 下： H R1 C COOH + R1 C COOH R1 C COOH + R2 C COOH H NH2 O O NH2 转氨酶 α-氨基酸 α-酮酸 α-酮酸 α-氨基酸 转氨酶的辅酶为磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺，它们起氨基传递体的作用，反应过程如下： R1 C H NH2 COOH R C 1 COOH O N CHO HO CH2OP H3C N CH2 HO CH2OP H3C NH2 R2 C H NH2 COOH R C 2 COOH O α -氨基酸1 α α -氨基酸2 -酮酸1 -酮酸2 磷酸吡哆胺 磷酸吡哆醛 α 转氨酶的种类很多，广泛分布于动植物及微生物中，因此氨基酸的转氨基作用在生物体内 是极为普遍的。转氨基作用是氨基酸脱氨的一种主要方式，在氨基酸代谢中占有重要的地 位。实验证明，除赖氨酸、苏氨酸外，其余 -氨基酸都可参与转氨基作用，并各有其特异 的转氨酶。 （４）联合脱氨基作用 生物体内 L-氨基酸氧化酶活力不高，而 L-谷氨酸脱氢酶的 活力很高，转氨酶又普遍存在，因此一般认为 L-氨基酸往往不是直接氧化脱去氨基，而是
先与α-酮戊二酸经转氨作用变为相应的酮酸与谷氨酸，谷氨酸再经谷氨酸脱氢酶作用重新 变成α-酮戊二酸，同时放出氨。这种脱氨基作用是转氨基作用和氧化脱氨基作用配合进行 的，所以叫联合脱氨基作用。其反应式如图92。 NH:+NADH,(NADPH) 氨基酸 OH COOH R CH 0 NAD'(NADP COOH 转氨酶 谷酸L谷氨酸脱氢酶 图92联合脱氨基反应示意图 (5)脱酰胺基作用(deamidation)酰胺也可以在脱酰胺酶(deamidase)作用下脱去 酰胺基，而生成氨： CONH COOH CH2 +山，0一谷氨酰氨酶 +NH; CHNH CHNH COOH COOH 谷氨酰胺 谷氨酸 CONH C +H20天冬酰胶酶 CH2 NH3 COOH COOH 天冬酰胺 天冬氨酸 二、脱羧基作用 234
234 先与 -酮戊二酸经转氨作用变为相应的酮酸与谷氨酸，谷氨酸再经谷氨酸脱氢酶作用重新 变成 -酮戊二酸，同时放出氨。这种脱氨基作用是转氨基作用和氧化脱氨基作用配合进行 的，所以叫联合脱氨基作用。其反应式如图 9-2。 COOH CH2 CH2 C COOH COOH CH2 CH2 CHNH2 COOH 谷氨酸 NH3 R CH COOH NH2 O R COOH C O α -氨基酸 α -酮酸 转氨酶 α -酮戊二酸 L-谷氨酸脱氢酶 + NADH2 (NADPH2 ) NAD + (NADP + ) 图 9-2 联合脱氨基反应示意图 （５）脱酰胺基作用（deamidation）酰胺也可以在脱酰胺酶（deamidase）作用下脱去 酰胺基，而生成氨： CONH2 CH2 CH2 CHNH2 COOH + H2O 谷氨酰氨酶 COOH CH2 CH2 CHNH2 COOH 谷氨酰胺 谷氨酸 + NH3 二、脱羧基作用 CONH2 CH2 CHNH2 COOH + H2O 天冬酰胺酶 COOH CH2 CHNH2 COOH 天冬酰胺 天冬氨酸 + NH3
(1)直接脱羧基作用氨基酸在脱羧酶(decarboxylase)催化下脱去羧基生成胺 通式如下： R—CH-COOH→R—CH2+CO NH2 NH 氨基酸脱羧普遍存在于动植物及微生物组织中，其辅酶为磷酸吡哆醛。 二羧基氨基酸主要在ā位上脱羧，所生成的产物不是胺，而是另一种新的氨基酸。 天冬氨酸脱羧后生成B丙氨酸： HOOC—CH—CH2—COOH →CH—CH2一COH NH2 NH2 天冬氨酸 B-丙氨酸 谷氨酸脱羧后生成Y-氨基丁酸： oa0一a4-0-oon-2 CH2—CH—Ch—COOH NHz NHz 谷氨酸 Y-氨基丁酸 Y-氨基丁酸与α-酮成二酸进行转氨反应，生成谷氨酸和琥珀酸半醛，后者被氧化成 琥珀酸后进入三羧酸循环： SH-C4一H,→oHC-CH-CH-C00H→Ho0C一CH-CHh一co0H NH COOH 琥珀酸半醛 琥珀酸 y-氨基丁酸 色氨酸在脱氨和脱羧后转变成植物生长素（吲哚乙酸）： CH,一CH-COOH CH2COOH NH2 NH, 色氨酸 明哚丙解酸 吲吼哚乙醛 吲哚乙酸 丝氨酸脱羧生成乙醇胺：乙醇胺经甲基化作用生成胆碱： FH一CH一COoH 4一H3C) H—4 OH NH2 OH OH N(CH)s 丝氨酸 CO2乙醇胺 胆碱 235
235 （１）直接脱羧基作用 氨基酸在脱羧酶（decarboxylase）催化下脱去羧基生成胺。 通式如下： 氨基酸脱羧普遍存在于动植物及微生物组织中，其辅酶为磷酸吡哆醛。 二羧基氨基酸主要在α-位上脱羧，所生成的产物不是胺，而是另一种新的氨基酸。 天冬氨酸脱羧后生成β-丙氨酸： HOOC CH CH2 COOH CO2 CH2 COOH NH2 NH2 天冬氨酸 β-丙氨酸 CH2 谷氨酸脱羧后生成γ-氨基丁酸： HOOC CH CH2 COOH CO2 CH2 CH2 COOH NH2 NH2 CH2 谷氨酸 γ-氨基丁酸 CH2 γ-氨基丁酸与 -酮戊二酸进行转氨反应，生成谷氨酸和琥珀酸半醛，后者被氧化成 琥珀酸后进入三羧酸循环： CH2 NH2 CH2 CH2 COOH OHC CH2 CH2 COOH HOOC CH2 CH2 COOH γ-氨基丁酸 琥珀酸半醛 琥珀酸 色氨酸在脱氨和脱羧后转变成植物生长素（吲哚乙酸）： N N N CH2 CH COOH NH2 NH3 CH2 C O COOH CH2CHO N H H H H 色氨酸 吲哚丙酮酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸 CH2COOH 丝氨酸脱羧生成乙醇胺；乙醇胺经甲基化作用生成胆碱： CO2 CH2 CH COOH NH2 CH2 CH2 CH2 CH2 OH NH2 OH N + (CH3 ) OH 3 丝氨酸 乙醇胺 胆碱 3( CH3 ) CH COOH NH2 R CH2 NH2 R + CO2
乙醇胺和胆碱分别是脑磷脂和卵磷脂的成分。 某些胺的氨基酸前体见表94。 表94某些胺的氨基酸前体 氨基酸 胺 结构式 丝氨酸 乙醇胺 CH-CHNH 微氨酸 丁胺 a-og4 异亮氨酸 异戊胺 -M 甲硫氨酸 甲硫基丙胶 CH:-CH-CHNHE SCH: 赖氨酸 尸胺 CH-(CH2)-CHNH N 鸟氨酸 腐胺 C一Cep一CH-NH NH 精氨酸 精胺 H2N(CH2)NH(CH2NH (CH2NH: 亚桔胺 HN(CH)NH(CH2pNH 苯丙氨酸 苯乙胺 CHCH.NH 酪氨酸 酪胺 CH-CH.NH: 色氨酸 CH2-CH2NHz 这些胺类在植物体内进一步转化所形成的产物都具有一定的生理作用。胺可经氨氧化 酶氧化成醛和氨：醛经脱氢酶作用氧化成脂肪酸：脂肪酸经-氧化生成乙酰辅酶A而进入 三羧酸循环彻底氧化： +0、+1L0 氢格RCOOH一B氧化 +1204 RCHO 酸 TCA环 C02+H,0 (2)羟化脱羟基作用(ydroxylation)酪氨酸在酪氨酸酶(tyrosinase)催化下发生 羟化而生成3,4二羟苯丙氨酸，简称多巴，后者可脱羧生成3,4二羟苯乙胺，简称多巴 胺： 236
236 乙醇胺和胆碱分别是脑磷脂和卵磷脂的成分。 某些胺的氨基酸前体见表 9-4。 表 9-4 某些胺的氨基酸前体 氨 基 酸 胺 结 构 式 丝氨酸 缬氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 赖氨酸 鸟氨酸 精氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 乙醇胺 丁 胺 异戊胺 甲硫基丙胺 尸 胺 腐 胺 精 胺 亚精胺 苯乙胺 酪 胺 色 胺 CH2—CH2NH2 ∣ OH CH3 CH CH2NH2 CH3 CH3 CH CH2NH2 CH3 CH2 CH2—CH2—CH2NH2 ∣ SCH3 CH2—(CH2)3—CH2NH2 ∣ NH2 CH2—(CH2)2—CH2NH2 ∣ NH2 H2N (CH2)3NH (CH2)4NH (CH2)3NH2 H2N (CH2)4NH (CH2)3NH2 CH2 CH2NH2 HO CH2 CH2NH2 N H CH2 CH2NH2 这些胺类在植物体内进一步转化所形成的产物都具有一定的生理作用。胺可经氨氧化 酶氧化成醛和氨；醛经脱氢酶作用氧化成脂肪酸；脂肪酸经 -氧化生成乙酰辅酶 A 而进入 三羧酸循环彻底氧化： RCH2NH2 +O2 + H2O +1/2O2 RCHO RCOOH CO2 + H2O TCA环 β -氧化 胺氧化酶 醛脱氢酶 胺 醛 酸 （２）羟化脱羟基作用（hydroxylation）酪氨酸在酪氨酸酶（tyrosinase）催化下发生 羟化而生成 3，4-二羟苯丙氨酸，简称多巴，后者可脱羧生成 3，4-二羟苯乙胺，简称多巴 胺：
CH>- -CH—COOH CH-COOH NH +1/2G 氨酸 多巴脱 OH 多化聚合成素。马、平果、梨等切开后由于形熙素而变。人的 多巴 名巴胺 表皮及毛囊有形成黑素的细胞，使皮肤及毛发呈黑色：在植物体内，由多巴和多巴胺可以 生成生物碱：在动物体内可生成激素 去甲肾上腺素和肾上腺素。 三、氨基酸分解产物的去向 氢基酸经过脱氨、脱羧作用所生成的α-酮酸、氢、胺和CO2,将进一步参加代谢或排 出体外。 (1)尿素的形成和尿素循环氨基酸脱氨产生的游离氨，对植物组织是有毒害作 用的，因此必须将氨转变为无毒的含氨化合物，以消除氨的毒害。高等植物均具有保留氨 并重新利用氨的能力。植物可以通过尿素循环，将游离氨转变为尿素，其反应如下： 2NH3 +CO2+3ATP+2H20 →CO(NH2)+3ADP+3H,PO 尿动 尿素循环是消除植物体内过量氨毒害的重要途径，也是储备氮的主要形式。尿素循环见图 9-3。 NH3 +CO2 +2ATP 氨甲酰酸 天冬氨酸延胡索酸 ”瓜氨酸 精氨酸 尿素 图93尿素循环 当需要时，尿素可经脲酶水解放出氨，以供合成各种含氮化合物： NH2 C二0+H,0、CO2+2NH) NH 尿素 231
237 CH2 CH COOH NH2 CH2 CH COOH NH2 CH2 CH2 HO HO OH OH OH + 1/2O2 CO2 酪氨酸酶 多巴脱羧酶 NH2 酪氨酸 多巴 多巴胺 多巴进一步氧化聚合成黑素。马铃薯、苹果、梨等切开后由于形成黑素而变黑。人的 表皮及毛囊有形成黑素的细胞，使皮肤及毛发呈黑色；在植物体内，由多巴和多巴胺可以 生成生物碱；在动物体内可生成激素——去甲肾上腺素和肾上腺素。 三、氨基酸分解产物的去向 氨基酸经过脱氨、脱羧作用所生成的 -酮酸、氨、胺和 CO2，将进一步参加代谢或排 出体外。 （１）尿素的形成和尿素循环 氨基酸脱氨产生的游离氨，对植物组织是有毒害作 用的，因此必须将氨转变为无毒的含氨化合物，以消除氨的毒害。高等植物均具有保留氨 并重新利用氨的能力。植物可以通过尿素循环，将游离氨转变为尿素，其反应如下： 2NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O 尿素循环 尿素 CO(NH2 )2 + 3ADP + 3H3PO4 尿素循环是消除植物体内过量氨毒害的重要途径，也是储备氮的主要形式。尿素循环见图 9-3。 NH3 + CO2 + 2ATP 氨甲酰磷酸 天冬氨酸 延胡索酸 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸 尿素 Pi 图 9-3 尿素循环 当需要时，尿素可经脲酶水解放出氨，以供合成各种含氮化合物： NH2 CO2 + 2NH3 脲酶 NH2 尿素 C O + H2O
(2)合成其他含氮化合物植物可将游离氨转变成氨基酸、酰胺、有机酸铵盐及氨 甲酰磷酸等含氮化合物，以消除氨的毒害和储存以备再度利用。 如果植物组织中含有足够的碳水化合物，氨可与碳水化合物转化的酮酸进行氨基化反 应，重新生成氨基酸。 在植物体中，消除氨的毒害作用的途径主要是生成酰胺化合物。天冬酰胺和谷氨酰胺 是动植物共有的储氮形式。当体内酮酸增多时，再经转氨作用放出氨，生成氨基酸。 有些植物组织中含有大量的有机酸，如秋海棠、酸模、大黄等含有柠檬酸、草酰乙酸、 苹果酸等，氨便与有机酸形成有机酸的铵盐 氨与CO2(来自三羧酸循环)在AP参与下，经酶催化形成氨基甲酰磷酸： NH.CO:ADP 氨甲酰磷酸是合成嘧啶、瓜氨酸、精氨酸和尿素的主要代谢物，也是植物和微生物保 存氮的重要方式。 (3)氨基酸碳架的氧化氨基酸脱氨后余下的碳架要进一步转化，最后生成各种有 机酸。各种氨基酸的代谢产物列于表95中。 表95氨基酸代谢的终产物 氨基酸 终产物 丙氨酸、丝氨酸、半秋酸、酰氨酸、甘氨酸、苏氨酸 丙制酸 亮氨酸 乙酰辅南A 苯丙氨酸、酪氨酸、亮酸、赖氨酸、色氨酸 乙酰乙酸（或乙酰乙酰辅酶A) 甲硫氨酸、异亮氨酸。氨酸 虢珀酰辅酶A 苯丙氨酸、酪氨酸 延胡索酸 精氨酸、酌氨酸、组氨酸、谷氨酰贼、谷氨酸 a酮成二酸 天冬氯酸、天冬酰胺 草酰乙酸 从表95中氨基酸分解代谢的终产物可以看出，除乙酰乙酰辅酶A外，均是糖酵解和 三羧酸循环的中间产物，而乙酰乙酰辅酶A也可以分解为乙酰辅酶A,所以这些中间产物 最后均可通过三羧酸循环而氧化分解，如图94所示。 (4)转变成糖和脂类氨基酸脱氨后的碳架，根据有机体代谢的需要，即可经过三 羧酸循环彻底氧化。生成ATP供机体能量的需要，又可以转变成糖和脂肪。 凡是形成丙酮酸、α-酮成一酸、琥珀酸、草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸，因为 这些有机酸经过转变都能生成葡萄糖。 凡能生成乙酰辅酶A和乙酰乙酰辅酶A的氨基酸均能通过乙酰辅酶A转变成脂肪。 有些氨基酸（如苯丙氨酸和酪氨酸）既可生成脂肪又可生成糖。 238
238 （２）合成其他含氮化合物 植物可将游离氨转变成氨基酸、酰胺、有机酸铵盐及氨 甲酰磷酸等含氮化合物，以消除氨的毒害和储存以备再度利用。 如果植物组织中含有足够的碳水化合物，氨可与碳水化合物转化的酮酸进行氨基化反 应，重新生成氨基酸。 在植物体中，消除氨的毒害作用的途径主要是生成酰胺化合物。天冬酰胺和谷氨酰胺 是动植物共有的储氮形式。当体内酮酸增多时，再经转氨作用放出氨，生成氨基酸。 有些植物组织中含有大量的有机酸，如秋海棠、酸模、大黄等含有柠檬酸、草酰乙酸、 苹果酸等，氨便与有机酸形成有机酸的铵盐。 氨与 CO2（来自三羧酸循环）在 ATP 参与下，经酶催化形成氨基甲酰磷酸： NH3 CO2 ATP H2N C O O P ADP Mg 2+ + + + 氨甲酰磷酸是合成嘧啶、瓜氨酸、精氨酸和尿素的主要代谢物，也是植物和微生物保 存氮的重要方式。 （３）氨基酸碳架的氧化 氨基酸脱氨后余下的碳架要进一步转化，最后生成各种有 机酸。各种氨基酸的代谢产物列于表 9-5 中。 表 9-5 氨基酸代谢的终产物 氨 基 酸 终 产 物 丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、甘氨酸、苏氨酸 亮氨酸 苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸、色氨酸 甲硫氨酸、异亮氨酸、缬氨酸 苯丙氨酸、酪氨酸 精氨酸、脯氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸 天冬氨酸、天冬酰胺 丙酮酸 乙酰辅酶 A 乙酰乙酸（或乙酰乙酰-辅酶 A） 琥珀酰辅酶 A 延胡索酸 -酮戊二酸 草酰乙酸 从表 9-5 中氨基酸分解代谢的终产物可以看出，除乙酰乙酰辅酶 A 外，均是糖酵解和 三羧酸循环的中间产物，而乙酰乙酰辅酶 A 也可以分解为乙酰辅酶 A，所以这些中间产物 最后均可通过三羧酸循环而氧化分解，如图 9-4 所示。 （４）转变成糖和脂类 氨基酸脱氨后的碳架，根据有机体代谢的需要，即可经过三 羧酸循环彻底氧化。生成 ATP 供机体能量的需要，又可以转变成糖和脂肪。 凡是形成丙酮酸、 -酮戊一酸、琥珀酸、草酰乙酸的氨基酸都称为生糖氨基酸，因为 这些有机酸经过转变都能生成葡萄糖。 凡能生成乙酰辅酶 A 和乙酰乙酰辅酶 A 的氨基酸均能通过乙酰辅酶 A 转变成脂肪。 有些氨基酸（如苯丙氨酸和酪氨酸）既可生成脂肪又可生成糖