图片：

E.coli 具有合成各种a.a的能力。在多数情况下，只有在培养基不供应外源a.a时，才去合成产生该a.a所必须的酶系。
当细胞内Trp浓度较高时，Trp与阻遏蛋白（trpR基因产物）结合，产使它具有活性，从而与trpO基因结合，关闭转录。
当细胞内Trp浓度很低时，阻遏遇蛋白上的Trp解离出来，使阻遏蛋白失活，并失去与trpO结合的能力，开启转录。
图片：
7、 trp操纵子的前导序列
trp mRNA分子一旦开始合成，在trpE基因开始转录之前，大多数mRNA会停止生长，这是因为前导序列（trpL）对操纵子调控发挥了重要作用。
trp mRNA的前导序列及前导肽。
结构基因上游具有：启动子—操纵基因—前导序列—衰减子区。
mRNA 5，端有162b，其中139个构成前导序列。前导序列由14个a.a的前导肽、4个互补区段和1个衰减子终止点构成。
衰减子：位于结构基因上游前导区的终止信号。
前导序列的特点：
⑴前导序列的某些区段富含GC。尾部有一个含8个U的区段，易极成不依赖于ρ的终止信号。(3区与4区构成终止信号的发夹结构)
⑵1区和2区构成第二个发夹结构，其中1区处于14个a.a的前导肽序列中。
⑶3区与2区也能形成另一个发夹结构，从而可阻止3区与4区形成终止发夹结构。
⑷前导序列RNA编码一段14a.a的前导肽，并有一终止密码子UGA
⑸前导序列中，并列二个Trp密码子.
在mRNA合成过程中，1区与2区若先配对，则3区与4区配对,终止转录.
图片:
阻遏和衰减机制，虽然都是在转录水平上进行调节，但是它们的作用机制完全不同，前者控制转录的起始，后者控制转录起始后是否继续下去。
氨基酸合成操纵子前导肽序列
P454表22-2

生长速度调节:  严紧控制
基因表达时序调节：
翻译水平调节：
二、 真核基因表达的调节

c第十章     氨基酸代谢
植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化合物。
人和动物消化吸收动、植物蛋白质，得到氨基酸，合成蛋白质及含氮物质。
有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮，合成氨基酸。
第一节 蛋白质消化、降解及氮平衡
一、 蛋白质消化吸收
哺乳动物的胃、小肠中含有胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶、弹性蛋白酶。经上述酶的作用，蛋白质水解成游离氨基酸，在小肠被吸收。
被吸收的氨基酸（与糖、脂一样）一般不能直接排出体外，需经历各种代谢途径。
肠粘膜细胞还可吸收二肽或三肽，吸收作用在小肠的近端较强，因此肽的吸收先于游离氨基酸。
二、 蛋白质的降解
人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有总体蛋白的1%～2%被降解、更新。
不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的t1/2约10天，肝脏的t1/2约1～8天，结缔组织蛋白的t1/2约180天，许多关键性的调节酶的t1/2 均很短。
真核细胞中蛋白质的降解有两条途径：
一条是不依赖ATP的途径，在溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。
另一条是依赖ATP和泛素的途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。
泛素是一种8.5KD（76a.a.残基）的小分子蛋白质，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3个a.a残基，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。
三、 氨基酸代谢库
食物蛋白中，经消化而被吸收的氨基酸（外源性a.a）与体内组织蛋白降解产生的氨基酸（内源性a.a）混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。
氨基酸代谢库以游离a.a总量计算。
肌肉中a.a占代谢库的50％以上。
肝脏中a.a占代谢库的10％。
肾中a.a占代谢库的4％。
血浆中a.a占代谢库的1～6％。
肝、肾体积小，它们所含的a.a浓度很高，血浆a.a是体内各组织之间a.a转运的主要形式。
氨基酸代谢库
  图

四、 氮平衡
食物中的含氮物质，绝大部分是蛋白质，非蛋白质的含氮物质含量很少，可以忽略不计。
氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在正常情况下处于平衡状态。即，摄入氮＝排出氮。
氮正平衡：摄入氮＞排出氮，部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。
氮负平衡：摄入氮＜排出氮。饥锇、疾病。
第二节 氨基酸分解代谢
氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。
氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，形成的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O，产生ATP ，也可以为糖、脂肪酸的合成提供碳架。
一、 脱氨基作用
主要在肝脏中进行
（一） 氧化脱氨基
第一步，脱氢，生成亚胺。第二步，水解。
P219  反应式：

生成的H2O2有毒，在过氧化氢酶催化下，生成H2O+O2↑，解除对细胞的毒害。
1、 催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶）
（1）、 Ｌ—氨基酸氧化酶
有两类辅酶，Ｅ—ＦＭＮ
    Ｅ—ＦＡＤ（人和动物）
对下列a.a不起作用：
Gly、β-羟氨酸（Ser、 Thr）、二羧a.a（ Glu、 Asp）、二氨a.a （Lys、 Arg）
真核生物中，真正起作用的不是L-a.a氧化酶，而是谷氨酸脱氢酶。
（2）、 D-氨基酸氧化酶  E-FAD 
有些细菌、霉菌和动物肝、肾细胞中有此酶，可催化D-a.a脱氨。
（3）、 Gly氧化酶  E-FAD 
使Gly脱氨生成乙醛酸。
（4）、 D-Asp氧化酶  E-FAD
E-FAD 兔肾中有D-Asp氧化酶，D-Asp脱氨，生成草酰乙酸。
（5）、 L-Glu脱氢酶  E-NAD+    E-NADP+
P220 反应式：

真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。
此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。
ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。
ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。
因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自a.a氧化）。
（二） 非氧化脱氨基作用（大多数在微生物的中进行）
   P 221

①还原脱氨基（严格无氧条件下）
     图

②水解脱氨基
      图

③脱水脱氨基
     图

④脱巯基脱氨基

⑤氧化-还原脱氨基
两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。
⑥脱酰胺基作用
谷胺酰胺酶：谷胺酰胺  +  H2O → 谷氨酸  +  NH3
天冬酰胺酶：天冬酰胺  +  H2O → 天冬氨酸  +  NH3
谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中
（三） 转氨基作用
转氨作用是a.a脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，a.a都能参与转氨基作用。
转氨基作用由转氨酶催化，辅酶是维生素B6（磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺）。转氨酶在真核细胞的胞质、线粒体中都存在。

转氨基作用：是α-氨基酸和α-酮酸之间氨基转移作用，结果是原来的a.a生成相应的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨基酸。

P223 结构式：

不同的转氨酶催化不同的转氨反应。
大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）。肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。
动物组织中，Asp转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。

转氨作用机制 P224 图16-2

此图只画出转氨反应的一半。
（四） 联合脱氨基
单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。
机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。
1、 以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用
氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，并释放出氨。

P225  图16-3  以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用

2、 通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用
       P 225结构式：次黄嘌呤核苷一磷酸（IMP）、腺苷酸代琥珀酸、腺苷酸

P226  图16-4通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基做用

骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主
二、 脱羧作用
生物体内大部分a.a可进行脱羧作用，生成相应的一级胺。
a.a脱羧酶专一性很强，每一种a.a都有一种脱羧酶，辅酶都是磷酸吡哆醛。
a.a脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能，如脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经介质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。
但大多数胺类对动物有毒，体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。
三、 氨的去向
氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。
氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与α-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，产生肝昏迷。
氨的去向：
（1）重新利用     合成a.a、核酸。 
（2）贮存         Gln，Asn
高等植物将氨基氮以Gln，Asn的形式储存在体内。
（3）排出体外
          排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出。
        排尿酸动物：鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。
          排尿动物：以尿素形式排出。
（一） 氨的转运（肝外→肝脏）
1、 Gln转运   Gln合成酶、Gln酶（在肝中分解Gln）
Gln合成酶，催化Glu与氨结合，生成Gln。
Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。
Gln经血液进入肝中，经Gln酶分解，生成Glu和NH3。




2、 丙氨酸转运（Glc-Ala循环）
肌肉可利用Ala将氨运至肝脏，这一过程称Glc-Ala循环。




丙氨酸在PH7时接近中性，不带电荷，经血液运到肝脏



在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成Glc。
肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏，而以Ala的形式运送，一举两得。
（二） 氨的排泄
1、 直接排氨
排氨动物将氨以Gln形式运至排泄部位，经Gln酶分解，直接释放NH3。游离的NH3借助扩散作用直接排除体外。
2、 尿素的生成（尿素循环）
排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环
1932年，Krebs发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任一种，都可促使尿素的合成。
尿素循环途径（鸟氨酸循环）：

     P230图16-6

（1）、 氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合酶I）
肝细胞液中的a.a经转氨作用，与α-酮戊二酸生成Glu，Glu进入线粒体基质，经Glu脱氢酶作用脱下氨基，游离的氨（NH4+）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。



氨甲酰磷酸是高能化合物，可作为氨甲酰基的供体。
氨甲酰磷酸合酶I：存在于线粒体中，参与尿素的合成。
氨甲酰磷酸合酶II：存在于胞质中，参与尿嘧啶的合成。
N-乙酰Glu激活氨甲酰磷酸合酶 I、II
（2）、 合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）
鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸。

P231  反应式：

鸟氨酸转氨甲酰酶存在于线粒体中，需要Mg2+作为辅因子。
瓜氨酸形成后就离开线粒体，进入细胞液。
（3）、 合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合酶）



P231  结构式
（4）、 精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）

精氨琥珀酸  → 精氨酸 + 延胡索素酸

P232 结构式

此时Asp的氨基转移到Arg上。
来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再生为天冬氨酸， 
（5）、 精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素
P232结构式

尿素形成后由血液运到肾脏随尿排除。

尿素循环总反应：
NH4+ + CO2 + 3ATP + Asp + 2H2O  →  尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + Ppi + 延胡索酸

形成一分子尿素可清除2分子氨及一分子CO2 ， 消耗4个高能磷酸键。


    联合脱-NH2合成尿素是解决-NH2去向的主要途径。
    尿素循环与TCA的关系：草酰乙酸、延胡素酸（联系物）。
    肝昏迷（血氨升高，使α-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。
3、 生成尿酸（见核苷酸代谢）
尿酸（包括尿素）也是嘌呤代谢的终产物。
四、 氨基酸碳架的去向
20种aa有三种去路
（1）氨基化还原成氨基酸。
（2）氧化成CO2和水（TCA）。
（3）生糖、生脂。
20种a.a的碳架可转化成7种物质：丙酮酸、乙酰CoA、乙酰乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。
它们最后集中为5种物质进入TCA：乙酰CoA、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。

234  图 16-7 氨基酸碳骨架进入TCA的途径
1、 转变成丙酮酸的途径
P236 图16-8     Ala、Gly、Ser、Thr、Cys形成丙酮酸的途径

（1）、 Ala  经与α-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）



（2）、 Gly先转变成Ser，再由Ser转变成丙酮酸。



Gly与Ser的互变是极为灵活的，该反应也是Ser生物合成的重要途径。
Gly的分解代谢不是以形成乙酰CoA为主要途径，Gly的重要作用是一碳单位的提供者。
    Gly  +  FH4  +  NAD+  →  N5,N10-甲烯基FH4  +  CO2  +  NH4+  +  NADH
（3）、 Ser   脱水、脱氢，生成丙酮酸（丝氨酸脱水酶）

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