第十三章 蛋白质代谢
一, 蛋白质的酶促降解
二, 氨基酸的分解代谢
三, 氨基酸的合成代谢
四, 蛋白质的合成代谢
一, 蛋白质的酶促降解
*总氮平衡,摄入氮 =排出氮
即蛋白质分解与合成处于平衡，如 成人；
*正氮平衡,摄入氮 >排出氮
即蛋白质合成量多于分解量，如 儿童、孕妇；
氮平衡
食物摄入氮 -(尿氮 +粪氮 )
可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系
蛋白质的需要量
成人每日最低需要量, 30～ 50g/d
我国营养学会推荐的
成人每日需要量, 80g/d
*负氮平衡,摄入氮 <排出氮
即蛋白质分解量多于合成量，如 饥饿、消耗
性疾病
蛋白质的营养价值 取决于其含必需氨基酸
种类及含量的多少
必需氨基酸,机体不能合成的氨基酸，必需 从食
物中摄取，有八种：
赖、缬、异亮、苯丙、蛋、亮,色、苏氨酸
非必需氨基酸,体内可合成的氨基酸
半必需氨基酸,婴幼儿时期合成量不能满足需
要，有两种,组氨酸和精氨酸。
蛋白质的营养价值
蛋白质 小片段 氨基酸蛋白酶 肽酶
蛋白质水解酶类
蛋白酶
（肽酶）
肽链内切酶
肽链外切酶
二肽酶
组织蛋白酶
肽链内切酶
胃蛋白酶,水解 芳香族氨基酸 的 — NH2形成
的肽键。
胰蛋白酶,水解 碱性氨基酸 的 — COOH形成
的肽键。
胰凝乳蛋白酶,水解 芳香族氨基酸 的 — COOH
形成的肽键。
肽链外切酶
氨肽酶
羧肽酶
1? 主要部位,小肠
（ 1）氨基酸运载蛋白
碱性氨基酸运载蛋白
酸性氨基酸运载蛋白
亚氨基酸运载蛋白
（ 2） ?-谷氨酸循环
2? 吸收机制
中性氨基酸运载蛋白
氨基酸的吸收
1,脱氨基作用
2,脱羧基作用
3,氨基酸碳骨架的氧化途径
4,生糖和生酮氨基酸
5,个别氨基酸特殊代谢
6,氨基酸分解产物的代谢
二, 氨基酸的分解代谢
食物蛋白 消化吸收
体内合成
（非必需
氨基酸 ）
蛋白质（ 主 ）
合成
酮体
氧化供能
糖脱羧
胺类
转变
其它含氮化合物
经肾排出 (1g/d)
氨
基
酸
代
谢
库
分解
脱氨
?-酮酸
（生成尿素）
组织蛋白质
分解
氨基酸代谢概况
1.脱氨基作用
? 定义,氨基酸失去氨基的作用叫 脱氨基作用。
? 脱氨基作用包括,a,氧化脱氨基作用
b,转氨基作用
c,联合脱氨基作用
d,脱酰胺作用
a,氧化脱氨基作用
? 定义,?-AA在酶的作用下，氧化生成 ?-酮酸，
同时消耗氧并产生氨的过程。
? 反应通式：
H
NH2
R-C-COOH
-
- +O2+H2O R-C-COOH +H2O2+NH3
AA氧化酶
O
H
NH2
R-C-COOH
-
-
AA氧化酶 R-C-COO-
NH2
H2O
R-C-COOH
O
+NH3FP FPH2
FPH2+O2 FP+H2O2
亚氨基酸
氨基酸氧化酶
– 2H
CH C O O HR
N H
?-酮酸
+ H2O
+ NH3
C C O O HR 2
O
氨基酸
CH C O O HR
N H 2
（特点：有氨生成）
L-氨基酸氧化酶 （活性低，分布于肝及肾
脏,辅基为 FMN）
D-氨基酸氧化酶 （活性强，但体内 D-氨基酸
少,辅基为 FAD）
L-谷 氨酸脱氢酶
?活性强，分布于肝、肾及脑组织
?为变构酶，受 ATP,ADP等调节，辅酶为
NAD+或 NADP+
?专一性强，只作用于谷氨酸，催 化的反应
可逆
氨基酸氧化脱氨的主要酶：
+ H2O
_H2O
+ NH3
??-酮戊二酸
(C H
2
)
2
C O O H
C = O
C O O H
L-谷氨酸
(C H
2
)
2
CO O H
CHNH
2
CO O H
L-谷氨酸脱氢酶
NAD+ NADH+H+
(C H
2
)
2
CO O H
C=NH
CO O H
L-谷氨酸脱氢酶：
指 α -AA和酮酸之间氨基的转移作用,α -AA
的 α -氨基借助 转氨酶 的催化作用转移到酮酸
的酮基上，结果原来的 AA生成相应的酮酸，而
原来的酮酸则形成相应的氨基酸。
迄今发现的 转氨酶 都以磷酸吡哆醛（ PLP）为
辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。
b、转氨基作用
+
CH C O O HR 1
NH 2
转氨酶
磷酸吡哆醛
CH C O O HR 2
NH 2+
CH C O O HR 2
O
CH C O O HR 1
O
AAR1
α-酮酸 R2
P-吡哆醛
醛亚胺 ——
酮亚胺
AAR2
α-酮酸 R1
? 例如
草酰乙酸 +谷氨酸
谷氨酸 + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + 丙氨酸
天冬氨酸 + α-酮戊二酸
（除 Lys,Thr）
Glu
α-Ket
Pyr
Ala
GPT
Glu
α-Ket
OAA
Asp
GOT
特点：
生理意义：
接受氨基的主要酮酸有：
* 只有氨基的转移，没有氨的生成
* 催化的反应可逆
* 其辅酶都是磷酸吡哆醛
是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联系
糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。
丙酮酸 ?-酮戊二酸 草酰乙酸
转氨基作用特点及意义
丙氨酸氨基转移酶（ ALT） 又称谷丙转氨酶（ GPT）
临床意义：急性肝炎患者血清 ALT升高
天冬氨酸氨基转移酶（ AST）又称谷草转氨酶 (GOT)
临床意义：心肌梗患者血清 AST升高
ALT谷氨酸 + 丙酮酸 ?-酮戊二酸 + 丙氨酸
AST
谷氨酸 + 草酰乙酸 ?-酮戊二酸 +天冬氨酸
重要的转氨酶
c,联合脱氨基（动物组织主要采取的方式）
由于转氨并不能最后脱掉氨基，氧
化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，
转氨基和氧化脱氨联合在一起才能
迅速脱氨。
α- AA
α-酮酸
转氨酶
α-酮戊二酸
谷 AA NAD(P)+
NAD(P)H+H+
谷 AA脱氢酶
?AA的 α - NH3借助转氨转移到 α -酮戊二酸上，生成相
应的 α -酮酸和谷 AA。
?谷 AA在谷 AA脱氢酶下脱 NH3,生成 α -酮戊二酸和 NH3
转氨酶
?-酮酸
CH C O O HR
O
?-酮戊二
酸
(CH
2
)
2
COOH
C=O
COOH氨基酸
CH C O O HR
N H 2
谷氨酸
(CH
2
)
2
COOH
CHNH
2
COOH
OH2 + NAD+
谷氨酸脱氢酶
NH3+ NADH+H+
d,氨基酸的脱酰胺作用
CH2
-
CONH2
CH2
-
CHNH3+
COO-
-
-
+H2O CH2
-
COO-
CH2
-
CHNH3+
COO-
-
-
+NH3
谷氨酰胺酶
CH2
-CONH2
CHNH3+
COO-
-
-
+H2O 天冬酰胺酶 CH2
-COO-
CHNH3+
COO-
-
-
+NH3
上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的 专一性 。
血氨的来源及去路
来源,① 氨基酸脱氨
② 肾脏产生的氨
③ 胺的氧化
氨的代谢
去路：
排氨生物,NH3转变成酰胺（ Gln），
运到排泄部位后再分解。（原生动物、
线虫和鱼类）
以尿酸排出,将 NH3转变为溶解度较小
的尿酸排出。通过消耗大量能量而保
存体内水分。（陆生爬虫及鸟类）
以尿素排出,经尿素循环（肝脏）将
NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）
重新利用合成 AA：
合成酰胺 （高等植物中）
嘧啶环的合成 （核酸代谢）
尿素生成的主要器官,肝脏
瓜氨酸
OH2
OH2
精氨酸酶
尿素 鸟氨酸 NH3 + CO2
精氨酸
OH2 NH3
2分子氨与
1分子 CO2结
合生成 1分
子尿素及 1
分子水
尿素的生成
尿素生成的鸟氨酸循环
尿素的合成
NH3 + CO2 + H2O氨基甲酰磷酸
精氨酸代琥珀酸
2ATP2ADP+ Pi
N-乙酰谷氨酸
鸟 氨酸
Pi
瓜氨酸
瓜氨酸
尿素
鸟 氨酸
H2O
ATP
AMP+PPi
天冬氨酸
精氨酸
延胡索酸 苹果酸
草酰乙酸
谷氨酸
?-酮戊二酸
Aa
?-酮酸
线粒体
胞液
1)主要器官,肝脏
? CO2
? 2NH3（其中 1分子来自于天冬氨酸）
? 3个 ATP的 4个高能磷酸键
2)原料：合成 1分子尿素需：
尿素合成小结,
1.血氨正常参考值,5.54～ 65?mol/L
2.引起高血氨症主要原因：
肝功能严重损伤，尿素合成障碍
3.机制：
脑中氨升高，消耗 ?-酮戊二酸（转变为谷氨
酸），使三羧酸循环减弱,ATP合成减少，引起
大脑功能障碍，严重时昏迷。
4.降低血氨的措施：
限制蛋白进食量 给于肠道抑菌药物
给予谷氨酸使其与氨结合为谷氨酰胺
高血氨症与肝昏迷
各种动物 氨基氮的排泄方式
动物 氨基氮排泄方式
人、哺乳动物、两栖
动物
尿素
鸟类 尿酸
大多数鱼类 氨
少数鱼类 三甲氨
4)生理意义：
是体内氨的主要去路，解氨毒的重要途径。
3)总反应方程式：
尿素 + 2ADP + AMP + 2Pi +PPi
2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O
2,脱 羧 基 作 用
AA 胺类化合物脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）
R1
COOH
H-C-NH2
-
-
H
R2
O=C
-
-+
脱羧酶
（辅酶为磷酸吡哆醛）
磷酸吡哆醛
R1
COOH
H-C-N= C
-
-
-H
-
R2
醛亚胺
+H2O
R1
H
H-C-N= C
-
-
-H
-
R2
CO2
H2OH
R2
O=C
-
-+
R1
H
H-C-NH2
-
-
专一性强
L-谷氨酸脱羧酶
– CO2
功能,为一种抑制性神经递质，对中枢神经
系统有抑制作用。
GABA
(C H
2
)
2
C O O H
CH
2
NH
2
L-谷氨酸
(C H
2
)
2
CO O H
CHNH
2
CO O H
a.谷氨酸脱羧生成 ?-氨基丁酸（ GABA）
– CO2
组氨酸脱羧酶
组胺
CH 2 CH 2 NH 2
N HN
L-组氨酸
C OOHCCH 2
N H 2N HN
H
b,组氨酸的脱羧基生成组胺
功能：
? 扩张血管、降低血压
? 刺激胃酸分泌、
? 感觉神经递质，与外
周神经的感觉与传递有关
功能：
? 脑中的 5-HT是一种抑制性神经递质
? 外周组织的 5-HT有收缩血管的作用
– CO2
5-HT羟化、
脱羧酶
5-HT
CH 2 NH 2CH 2
N
H
C O O HCHCH 2
N H 2
N
H色氨酸
c.色氨酸脱羧基生成 3,5-羟色胺（ 5-HT）
HO-
– CO2
功能,结合胆汁酸的重要组成成分
L-半胱氨酸
CO O H
CHNH 2
CH 2SH
牛磺酸
CHNH 2
CH 2 SO 3 H
磺酸丙氨酸
3（ O）
COO H
CHNH 2
CH 2SO 3H
d 半胱氨酸脱羧并氧化生成牛磺酸
磺酸丙氨
酸脱羧酶
腐胺：鸟氨酸脱氨产物
精胺,精氨酸脱氨产物
1)定义：
分子中含有 2个以上氨基的胺类物质
? 调节细胞增长，促进细胞增殖。
? 血尿中多胺的水平可作为肿瘤的
辅助诊断及观察病情变化的指标。
e.多胺的生成
2)功能：
? 胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤
其对人），应维持在一定水平，体内胺氧化酶
可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸 。
RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3
RCHO+1/2O2 RCOOH CO2+H2O
AA
尿素
谷 AA γ -氨基丁酸 +CO2
天冬 AA β -丙 AA+CO2
赖 AA 尸胺 + CO2
鸟 AA 腐胺 + CO2
丝氨酸 乙醇胺 胆碱 卵磷脂
色氨酸 吲哚丙酮酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸
1,酮戊二酸衍生类型
2,草酰乙酸衍生类型
3,丙酮酸衍生类型
4,甘油酸 -3-磷酸衍生类型
5,赤藓糖 -4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型
6,组氨酸生物合成
三, 氨基酸的合成代谢
非必需氨基酸
半必需氨基酸,Arg His
必需氨基酸：
Lys,Trp,Thr,Phe,Ile,Leu,Val,Met
主要通过转氨基作用
AA-R1
α-酮酸 R1
转氨酶
AA-R2
α-酮酸 R2
许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最
主要的是谷氨酸，其被称为氨基的, 转换
站,,先 Glu 其它 AA。
? 几种氨基酸的关系
草酰乙酸 赖氨酸
苏氨酸
甲硫氨酸
异亮氨酸
天冬酰胺
天冬氨酸
β-天冬氨酸半醛
? 几种氨基酸的关系
α-酮戊二酸 谷 AA
谷氨酰胺
脯 AA 羟脯 AA
鸟 AA 瓜 AA 精 AA
?芳香族氨基酸 的关系
色氨酸
PEP
4-磷酸赤藓糖
莽草酸 分支酸
预苯酸
酪氨酸 苯丙氨酸
若将 莽草酸 看作 芳香族
氨基酸合成的前体
，因此芳香族氨基酸合
成时相同的一段
过程叫 莽草酸途径
乙酰乙酰 CoA 酮体
草酰乙酸
三羧酸循环
琥珀酰 CoA
?-酮戊二酸
延胡索酸
苯丙、酪
蛋、
缬、异亮
天冬
亮、色
异亮
丙、甘、
丝、半胱
苏 脂肪酸
脂肪甘油
亮、赖, 苯丙、酪、色
谷 精、组、脯
氨基酸、糖及脂肪代谢的联系：糖
丙酮酸
乙酰 CoA
磷酸丙糖
AA碳骨架的去路
? AA分解产生 5种产物进入 TCA循环,进行彻底的氧
化分解。
五种产物为：乙酰 CoA,?-酮戊二酸、琥珀酰
CoA、延胡索酸、草酰乙酸
? 再合成 AA
? 转变成糖和脂肪
生糖 AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和
?-酮戊二酸的 AA。（ Ala Thr Gly Ser Cys Asp
Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val）
? 转变成酮体
生酮 AA：凡能生成乙酰乙酸,?-丁酸的 AA。
（ Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中）
缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸
转氨基作用
相应的 ?-酮酸
氧化脱羧基作用
相应的脂肪酰 CoA
缬氨酸
琥珀酸单
酰 CoA
亮氨酸
乙酰辅酶 A及乙
酰乙酰辅酶 A
异亮氨酸
乙酰辅酶 A及琥
珀酸单酰辅酶 A
支链氨基酸的代谢
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氨基酸合成简介
一、氨基酸合成的碳骨架
来源于糖分解
返回
氨基酸合成简介
二、氮气是有机氮
的最基本的来源
(一 ) 中心法则
(二 ) 合成体系
(三 ) 合成过程
四, 蛋白质的合成代谢
蛋白质的合成机制是最复杂的生物合成机制,
真核细胞中，蛋白质的合成需要：
70种以上的核糖体蛋白参与；
多于 20种的酶来激活氨基酸；
12种或更多的辅酶和其它专一性的蛋白因子来进
行肽链合成的起始、延伸、和终止；
100多种酶参与各类蛋白的最后修饰；
还需要多于 40种的 tRNA和核糖体 RNA。
共有 300多种不同的生物大分子参与且协同地工
作来合成多肽。
复制,亲代 DNA或 RNA在一系列酶的作用下，生
成与亲代相同的子代 DNA或 RNA的过程。
转录,以 DNA为模板，按照碱基配对原则将其所
含的遗传信息传给 RNA，形成一条与 DNA链互补
的 RNA的过程。
翻译,亦叫转译，以 mRNA为模板，将 mRNA的
密码解读成蛋白质的 AA顺序的过程。
逆转录,以 RNA为模板，在逆转录酶的作用下，
生成 DNA的过程。
Reverse
transcription
(一 ) 中心法则
A G C C T G
U C G G A C
Ser Asp Ser
1,原料
是 20种 L-氨基酸，反应所需 能量 由 ATP、
GTP提供，此外还有 Mg2+,K+ 等金属离
子参与。
(二 ) 合成体系
?1961年,M.Nirenberg等人提出。 43 =64
?大肠杆菌中，以多聚 U做为 mRNA，即
polyU+20种放射性同位素标记的氨基酸，大肠
杆菌合成体系，在外界环境合适下，合成了一
条多聚苯丙氨酸（ phe）肽链。
2,mRNA和遗传密码
?UUU为 phe的三联体密码。
?发现具有密码子功能的最短链为三个核苷酸，
并且含 3? -OH和 5? -磷酸基的三核苷酸最有效。
?阅读方向为 5?-3? 。至 1966年,20中氨基酸对
应的 61个密码子和三个终止密码子全部被查清。
遗 传 密 码 阅读方向为 5’-3’
? 遗传密码的特点
⑴密码子的方向性
密码子的 阅读方向及它们在 mRNA由起始信号到
终止信号的排列方向均为 5?-3’，与 mRNA链合成时
延伸方向相同。
⑵密码子的简并性
64-3=61个代表 20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨
酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同
的密码子,编码同一个氨基酸的一组密码子称为
同义密码子。这种现象称为 密码子的简并性 。
⑶ 密码子的连续性（读码）（无标点、无重叠）
从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续
的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在 mRNA
分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码
发生错误，称为 移码,由这种情况引起的突变称为
移码突变。
3‘
起始密
码子
5‘
⑷ 密码子的基本通用性（近于完全通用）
对于高等、低等生物都适用，只有一个例外：
真核生物线粒体 DNA。一些原核生物中利用终
止密码翻译 AA（ UGA-Trp\硒代半胱氨酸 ）
⑸ 起始密码子和终止密码子
64种密码子中,AUG为甲硫氨酸的密码子，又是
肽链合成的起始密码子,UAA,UAG,UGA为终止
密码子，不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的
终止部位（无义密码子）。
⑹ 密码子的摆动性（变偶性）
如丙氨酸,GCU,GCC,GCA,GCG，只第三位不
同,显然密码子的专一性基本取决于前两位碱
基，第三位碱基有较大灵活性。发现 tRNA上的反
密码子与 mRNA上的密码子配对时，密码子的第一
位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以
有一定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶
性（ wobble）。 I?A,U,C配对。
3,tRNA
在蛋白质合成中，起着运载氨基酸的作用，按
照 mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨
基酸转运到核糖体的特定部位。
同功受体 tRNA:一种氨基酸可以有一种以上
tRNA作为运载工具。把携带相同氨基酸而反密
码子不同的一组 tRNA称为同功受体 tRNA
? 反密码子
tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子，
位于反密码子环上。
?tRNA有两个关键部位：
⑴ 3’ 端 CCA：接受氨基酸,形成氨酰 -tRNA。需
ATP提供活化氨基酸所需的能量。
⑵ 与 mRNA结合部位 — 反密码子部位（ tRNA的接头
作用）
tRNA凭借自身的反密码子与 mRNA链上的密码子
相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。
3’
5’
I
CCA-OH
5’ 3’
G G C
C C G
密码子与反密码子的
阅读方向均为 5‘? 3’，
两者反向平行配对。
4,rRNA及核糖体
核糖体是由几十种蛋白质和几种 rRNA组成
的亚细胞颗粒,其中蛋白质与 rRNA的重量
比约为 1:2。 核糖体是蛋白质合成的场所。
核糖体的存在形态有三种：单核糖体、核
糖体亚
基和多核糖体。
真核生物：游离核糖体或与内质网结合
原核生物：游离核糖体或与 mRNA结合成串状的 核糖
体 (提高翻译效率 )。
不同来源核糖体的大小和 RNA组成
原核生物
核糖体（ S) 亚基（ S) rRNA (S)
真核生物 80
60
40
28
5.8
5
18
50
70
30
23
5
16
核糖体
核糖体存在两个重要的 tRNA的结合部位（大肠
杆菌）
P位和 A位，二者紧密连接，各占一个密码子的
距离。
P：结合起始的氨酰 -tRNA和肽基 -tRNA，
A：结合新掺入的氨酰 - tRNA。
P A5’ 3’
P位上肽酰 - tRNA上的羧基与进入 A位的氨酰 -
tRNA上的氨基形成新的肽键 ?P位上 tRNA卸下
肽链成为无负载的 tRNA?核糖体 移动一个密码
子的距离,A位上的肽酰 - tRNA又回到 P位,A
位又空，再进行下一次循环。
多核糖体
大肠杆菌 由一定数目的单个核糖
体与一个 mRNA 分子结合而成的念珠
状结构。 每个核糖体可独立完成一条
肽链的合成，所以在多核糖体上可以
同时进行多条肽链的合成，提高了翻
译的效率。
5,参与蛋白质合成的辅助因子（大肠杆菌）
a,需 GTP,ATP,Mg2+等参与
a,起始因子（起始因子协助起始复合物的形成）
IF1,协助 IF2,IF3起作用
IF2:促进氨酰 -tRNA结合在起始密码子上
IF3:促进小亚基与 mRNA结合
真核生物为 eIF(13种）
EF-Tu:热不稳定，将氨酰 -tRNA结合在核糖
体 A位点
c,延长因子
EF-Ts:热稳定，重新生成 EF-Tu-GTP
（促进肽链延长）
EF-G:依赖于 GTP，又称移位因子
真核 EF1,EF2两种
d,终止释放因子
RF1：识别终止密码子 UAA和 UAG
RF2：识别终止密码子 UAA和 UGA
RF3：刺激 RF1和 RF2活性，协助肽链的释放
真核生物为 eRF一种
a,氨基酸的活化
b,肽链合成的起始
c,肽链的延伸
d,肽链合成的终止与释放
(三 ) 合成过程 （大肠杆菌）
a,氨基酸的活化
?氨基酸在掺入肽链前必须活化, 在 胞液中
进行 。
?氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的
AA与携带它的相应的 tRNA结 合成氨酰 -
tRNA的过程 。 活化反应在 氨酰 -tRNA 合成
酶 的催化下进行 。
?活化反应分两步进行：
1,活化, AA-AMP-E复合物的形成
E-CR1-C-O ~P-O- CH2
=O
OH
-
O
腺嘌呤
OH OH
ONH2
AA+ATP+E AA-AMP-E +PPiMg
2+
Mn 2+
高能酸苷键
2,转移
AA-AMP-E+ tRNA 氨酰 -tRNA +AMP+E
P P P
C C A
O C-C-R
O H
NH3
+
OH
2?-OH连接 AA，影响下一步
肽键形成
氨基酸活化的总反应式是：
氨基酸 +ATP+tRNA +H2O
氨酰 -tRNA+AMP+PPi
20种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰 -
tRNA合成酶 。 氨酰 -tRNA合成酶 具有高度的专
一性, 它既能识别相应的氨基酸 （ L-构型 ）,
又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个 tRNA
分子；即使 AA识别出现错误, 此酶具有水解功
能, 可以将其水解掉 。
氨酰 -tRNA 合成酶
这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的
tRNA准确匹配, 从而使蛋白质的合成具有一定
的保真性 。
tRNAIle—— 携带 Ile的 tRNA
Ile- tRNAIle—— 异亮氨酰 -tRNAIle
氨酰 -tRNA合成酶和之相对应的
tRNA分子被称为遗传密码第二
tRNA与多肽合成的有关位点
? 3’ 端 -CCA上 AA接受位点
? 识别氨酰 -tRNA合成酶位点
? 核糖体识别位点
? 反密码子位点（识别 mRNA上的密码子）
b,肽链合成的起始
起始密码子的识别：
（ 30S复合物形成）
5’ 3’
AUG AUG AUG
起始 AUG一般位于距 5‘端 25个核苷酸以后，并
在其上游（ 5’端）约 10个核苷酸处有一段富含
嘌呤的序列（ SD序列 ），原核生物核糖体 30S
小亚基上的 16SrRNA3’端富含嘧啶的序列能与
之互补配对，这样 30S亚基能与 mRNA结合 (IF3
参加，识别起始密码子 AUG）,在 IF1参与下，
30S-mRNA-IF3进一步与 fMet-tRNAf,GTP结合，
并释放 IF3，形成 30S复合物,30S-mRNA-
fMet-tRNAf
现在已经知道作为多肽合成起始信号的
密码子有两个, 即甲硫氨酸的密码子
(AUG)和缬氨酸的密码子 (GUG)(极少出
现 )。
在大肠杆菌中,起始密码子 AUG 所编码
的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲
酰甲硫氨酸 。
?fMet-tRNAf的形成
Met-tRNAf + N10-甲酰 FH4 fMet-tRNAf + FH4甲酰化酶
真核生物,Met-tRNAMet。真核生物无甲基化过
程，起始氨基酸是 Met,起始 tRNA为 Met-tRNAMet
fMet-tRNAifMet
30S复合物形成：
AUG
IF3 IF3
AUG
IF3 GTP,IF1、IF2
fMet-tRNAf
小亚基
AUG
GTP,IF1,IF2
fMet
UAC
5?
? 在肽链合成起始时，首先是核糖体小亚
基与 mRNA上的核糖体结合位点识别结合，
然后，大亚基与小亚基结合，形成完整
的核糖体 (70S起始复合物 )。
f
f
70S复合物的形成：
AUG
GTP,IF1,IF2
fMet
UAC
5?
+ 50S核糖体
AUG
GTP,IF1,IF2
fMet
UAC
5?P位点
A位点
GDP+Pi,IF1,IF2
消炎药：链霉素、新霉素、卡那霉素与原核
细胞 30S核糖体结合，阻止 50S核糖体亚基与
之结合，从而抑制其蛋白质合成。
蛋白质合成抑制剂
c,肽链的延伸
分为三步：
1、进位
新的氨酰 - tRNA进入 A位。需要消耗 GTP，并需
EF-Tu（热不稳定）,EF-Ts（热稳定）两种延伸因
子。
EF-Tu-GTP+下一个要进入的氨酰 -tRNA? 形成复
合物,将这个氨酰 -tRNA 送入核糖体 A位，同时
GTP? GDP + Pi,EFTu-GDP释放。
促进氨酰 -tRNA 进入
A位与 mRNA结合
? EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP
EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts
重新参与下一轮循环
所有氨酰 -tRNA必须与 EF-Tu-GTP
结合才可进入 70S核糖体，除了
fMet-tRNAf f
2、转肽 肽酰转移酶
在肽酰转移酶的作用下 P位点上 fMet-tRNAf的
甲酰甲硫氨酸从相应的 tRNA上解离下来，其 -
COOH（高能酯键） 与刚进入 A位的氨酰 -tRNA
上的 -NH2形成肽键（实质是 A位点氨酰 -tRNA
氨基亲核攻击 酯键羰基 ），无负荷的 tRNA留
在 P位，此时 A位点携带一个二肽。
5’ 3’P A
AA-fMetAA
AP
fMet
5’
3’
嘌呤霉素（与 AMP相似）与 AA反应生成
氨酰嘌呤霉素，中断蛋白质的合成反应。
3、移位
在 EF-G（移位酶）的作用下，核糖体沿
mRNA5’? 3’方向移动，每次移动一个密码子
的距离，结果使原来在 A上的肽酰 -tRNA移到
了 P位点，原来在 P位点的无负载的 tRNA离开
核糖体，同时一个新的密码子进入空的 A位，
EF-G 催化的 移位过程需水解 GTP提供能量 。
肽链合成 从 N-C。
P A5’ 3’
P A5’ 3’
P A
P
P
A
? 以上三步为一个延伸循环，肽链每掺入一个氨
基酸就重复一次延伸循环。
? 肽链合成 从 N-C
d,肽链合成的终止与释放
当终止密码子出现在 A位时，终止因子结合在 A位，
肽链合成终止。
RF1：识别终止密码子 UAA和 UAG
RF2：识别终止密码子 UAA和 UGA
RF3：具 GTP酶活性，激活 RF1和 RF2活性，协助
肽链的释放
终止因子的结合使肽酰转移酶活性变为 水解酶
活性,肽基不转移给 A位 tRNA，而转移给 H2O，
并把已合成的多肽链从核糖体和 tRNA上释放
出来，无负荷的 tRNA随机从核糖体脱落，该核
糖体立即离开 mRNA，在 IF3存在下,消耗 GTP而
解离为 30S 和 50S非功能性亚基。再重复下一
轮过程。
蛋白质的合成是一个高耗能过程
AA活化 2个高能磷酸键（ ATP）
肽链起始 1个（ 70S复合物形成,GTP）
进位 1个（ GTP）
移位 1个（ GTP）
第一个氨基酸参入需消耗 3个（活化 2+起始 1 ）
以后每掺入一个 AA需要消耗 4个（活化 2 +进位 1个
+移位 1个）。
肽链合成后的加工和折叠
1,水解
N末端的 (甲酰 )甲硫氨酸的切除,
?在去甲酰酶催化下将肽链合成的起始氨基酸 -
甲酰甲硫氨酸水解脱掉甲酰基，以便肽链形成
所需的构象,
?在氨肽酶催化下切去 N末端一个或几个氨基酸。
?多肽链还未释放时，上两个过程已发生。而真
核生物 15-30氨基酸时，就已开始上过程。
水解断裂
?如动物体中蛋白酶形成的是无活性的酶原，到
消化道后，水解切下一部分肽链，使酶原变成
有活性的酶。
2、氨基酸侧链的修饰
脯氨酸、赖氨酸侧链发生羟基化作用。
苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸羟基磷酸化。如糖原磷酸
化酶
糖基化作用使蛋白质多肽链转变成糖蛋白（ N-糖苷
键和 O-糖苷键）。
3、加辅基
结合上辅基（酶）才具生物活性，如乙酰辅酶 A羧
化酶与生物素的结合。
4、二硫键的形成
两个半胱氨酸 -SH氧化
蛋白质构象的形成
新生肽连在细胞内特定的部位，在多种蛋白质的
帮助下卷曲成正确构象，大多数蛋白质的折叠是
边翻译边折叠的，至少有两类因子参与了折叠过
程：
酶：二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶
分子伴侣,由若干在结构上不相关的蛋白质家
族组成，但它们具有共同的功能，在细胞内帮
助其他多肽链的结构完成正确的组装，而且在
组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质在执
行功能时的结构组分。
蛋白质合成后的运送
无论是原核生物还是真核生物，新合成
的蛋白质必须转运到特定的亚细胞位置
或运输到胞外才能发挥其相应活性。
多肽是在核糖体上合成的吗？
一, 蛋白质的酶促降解
二, 氨基酸的分解代谢
三, 氨基酸的合成代谢
四, 蛋白质的合成代谢
一, 蛋白质的酶促降解
*总氮平衡,摄入氮 =排出氮
即蛋白质分解与合成处于平衡，如 成人；
*正氮平衡,摄入氮 >排出氮
即蛋白质合成量多于分解量，如 儿童、孕妇；
氮平衡
食物摄入氮 -(尿氮 +粪氮 )
可反映体内蛋白质合成与分解的动态关系
蛋白质的需要量
成人每日最低需要量, 30～ 50g/d
我国营养学会推荐的
成人每日需要量, 80g/d
*负氮平衡,摄入氮 <排出氮
即蛋白质分解量多于合成量，如 饥饿、消耗
性疾病
蛋白质的营养价值 取决于其含必需氨基酸
种类及含量的多少
必需氨基酸,机体不能合成的氨基酸，必需 从食
物中摄取，有八种：
赖、缬、异亮、苯丙、蛋、亮,色、苏氨酸
非必需氨基酸,体内可合成的氨基酸
半必需氨基酸,婴幼儿时期合成量不能满足需
要，有两种,组氨酸和精氨酸。
蛋白质的营养价值
蛋白质 小片段 氨基酸蛋白酶 肽酶
蛋白质水解酶类
蛋白酶
（肽酶）
肽链内切酶
肽链外切酶
二肽酶
组织蛋白酶
肽链内切酶
胃蛋白酶,水解 芳香族氨基酸 的 — NH2形成
的肽键。
胰蛋白酶,水解 碱性氨基酸 的 — COOH形成
的肽键。
胰凝乳蛋白酶,水解 芳香族氨基酸 的 — COOH
形成的肽键。
肽链外切酶
氨肽酶
羧肽酶
1? 主要部位,小肠
（ 1）氨基酸运载蛋白
碱性氨基酸运载蛋白
酸性氨基酸运载蛋白
亚氨基酸运载蛋白
（ 2） ?-谷氨酸循环
2? 吸收机制
中性氨基酸运载蛋白
氨基酸的吸收
1,脱氨基作用
2,脱羧基作用
3,氨基酸碳骨架的氧化途径
4,生糖和生酮氨基酸
5,个别氨基酸特殊代谢
6,氨基酸分解产物的代谢
二, 氨基酸的分解代谢
食物蛋白 消化吸收
体内合成
（非必需
氨基酸 ）
蛋白质（ 主 ）
合成
酮体
氧化供能
糖脱羧
胺类
转变
其它含氮化合物
经肾排出 (1g/d)
氨
基
酸
代
谢
库
分解
脱氨
?-酮酸
（生成尿素）
组织蛋白质
分解
氨基酸代谢概况
1.脱氨基作用
? 定义,氨基酸失去氨基的作用叫 脱氨基作用。
? 脱氨基作用包括,a,氧化脱氨基作用
b,转氨基作用
c,联合脱氨基作用
d,脱酰胺作用
a,氧化脱氨基作用
? 定义,?-AA在酶的作用下，氧化生成 ?-酮酸，
同时消耗氧并产生氨的过程。
? 反应通式：
H
NH2
R-C-COOH
-
- +O2+H2O R-C-COOH +H2O2+NH3
AA氧化酶
O
H
NH2
R-C-COOH
-
-
AA氧化酶 R-C-COO-
NH2
H2O
R-C-COOH
O
+NH3FP FPH2
FPH2+O2 FP+H2O2
亚氨基酸
氨基酸氧化酶
– 2H
CH C O O HR
N H
?-酮酸
+ H2O
+ NH3
C C O O HR 2
O
氨基酸
CH C O O HR
N H 2
（特点：有氨生成）
L-氨基酸氧化酶 （活性低，分布于肝及肾
脏,辅基为 FMN）
D-氨基酸氧化酶 （活性强，但体内 D-氨基酸
少,辅基为 FAD）
L-谷 氨酸脱氢酶
?活性强，分布于肝、肾及脑组织
?为变构酶，受 ATP,ADP等调节，辅酶为
NAD+或 NADP+
?专一性强，只作用于谷氨酸，催 化的反应
可逆
氨基酸氧化脱氨的主要酶：
+ H2O
_H2O
+ NH3
??-酮戊二酸
(C H
2
)
2
C O O H
C = O
C O O H
L-谷氨酸
(C H
2
)
2
CO O H
CHNH
2
CO O H
L-谷氨酸脱氢酶
NAD+ NADH+H+
(C H
2
)
2
CO O H
C=NH
CO O H
L-谷氨酸脱氢酶：
指 α -AA和酮酸之间氨基的转移作用,α -AA
的 α -氨基借助 转氨酶 的催化作用转移到酮酸
的酮基上，结果原来的 AA生成相应的酮酸，而
原来的酮酸则形成相应的氨基酸。
迄今发现的 转氨酶 都以磷酸吡哆醛（ PLP）为
辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。
b、转氨基作用
+
CH C O O HR 1
NH 2
转氨酶
磷酸吡哆醛
CH C O O HR 2
NH 2+
CH C O O HR 2
O
CH C O O HR 1
O
AAR1
α-酮酸 R2
P-吡哆醛
醛亚胺 ——
酮亚胺
AAR2
α-酮酸 R1
? 例如
草酰乙酸 +谷氨酸
谷氨酸 + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + 丙氨酸
天冬氨酸 + α-酮戊二酸
（除 Lys,Thr）
Glu
α-Ket
Pyr
Ala
GPT
Glu
α-Ket
OAA
Asp
GOT
特点：
生理意义：
接受氨基的主要酮酸有：
* 只有氨基的转移，没有氨的生成
* 催化的反应可逆
* 其辅酶都是磷酸吡哆醛
是体内合成非必氨基酸的重要途径，也是联系
糖代谢与氨基酸代谢的桥梁。
丙酮酸 ?-酮戊二酸 草酰乙酸
转氨基作用特点及意义
丙氨酸氨基转移酶（ ALT） 又称谷丙转氨酶（ GPT）
临床意义：急性肝炎患者血清 ALT升高
天冬氨酸氨基转移酶（ AST）又称谷草转氨酶 (GOT)
临床意义：心肌梗患者血清 AST升高
ALT谷氨酸 + 丙酮酸 ?-酮戊二酸 + 丙氨酸
AST
谷氨酸 + 草酰乙酸 ?-酮戊二酸 +天冬氨酸
重要的转氨酶
c,联合脱氨基（动物组织主要采取的方式）
由于转氨并不能最后脱掉氨基，氧
化脱氨中只有谷氨酸脱氢酶活力高，
转氨基和氧化脱氨联合在一起才能
迅速脱氨。
α- AA
α-酮酸
转氨酶
α-酮戊二酸
谷 AA NAD(P)+
NAD(P)H+H+
谷 AA脱氢酶
?AA的 α - NH3借助转氨转移到 α -酮戊二酸上，生成相
应的 α -酮酸和谷 AA。
?谷 AA在谷 AA脱氢酶下脱 NH3,生成 α -酮戊二酸和 NH3
转氨酶
?-酮酸
CH C O O HR
O
?-酮戊二
酸
(CH
2
)
2
COOH
C=O
COOH氨基酸
CH C O O HR
N H 2
谷氨酸
(CH
2
)
2
COOH
CHNH
2
COOH
OH2 + NAD+
谷氨酸脱氢酶
NH3+ NADH+H+
d,氨基酸的脱酰胺作用
CH2
-
CONH2
CH2
-
CHNH3+
COO-
-
-
+H2O CH2
-
COO-
CH2
-
CHNH3+
COO-
-
-
+NH3
谷氨酰胺酶
CH2
-CONH2
CHNH3+
COO-
-
-
+H2O 天冬酰胺酶 CH2
-COO-
CHNH3+
COO-
-
-
+NH3
上述两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的 专一性 。
血氨的来源及去路
来源,① 氨基酸脱氨
② 肾脏产生的氨
③ 胺的氧化
氨的代谢
去路：
排氨生物,NH3转变成酰胺（ Gln），
运到排泄部位后再分解。（原生动物、
线虫和鱼类）
以尿酸排出,将 NH3转变为溶解度较小
的尿酸排出。通过消耗大量能量而保
存体内水分。（陆生爬虫及鸟类）
以尿素排出,经尿素循环（肝脏）将
NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）
重新利用合成 AA：
合成酰胺 （高等植物中）
嘧啶环的合成 （核酸代谢）
尿素生成的主要器官,肝脏
瓜氨酸
OH2
OH2
精氨酸酶
尿素 鸟氨酸 NH3 + CO2
精氨酸
OH2 NH3
2分子氨与
1分子 CO2结
合生成 1分
子尿素及 1
分子水
尿素的生成
尿素生成的鸟氨酸循环
尿素的合成
NH3 + CO2 + H2O氨基甲酰磷酸
精氨酸代琥珀酸
2ATP2ADP+ Pi
N-乙酰谷氨酸
鸟 氨酸
Pi
瓜氨酸
瓜氨酸
尿素
鸟 氨酸
H2O
ATP
AMP+PPi
天冬氨酸
精氨酸
延胡索酸 苹果酸
草酰乙酸
谷氨酸
?-酮戊二酸
Aa
?-酮酸
线粒体
胞液
1)主要器官,肝脏
? CO2
? 2NH3（其中 1分子来自于天冬氨酸）
? 3个 ATP的 4个高能磷酸键
2)原料：合成 1分子尿素需：
尿素合成小结,
1.血氨正常参考值,5.54～ 65?mol/L
2.引起高血氨症主要原因：
肝功能严重损伤，尿素合成障碍
3.机制：
脑中氨升高，消耗 ?-酮戊二酸（转变为谷氨
酸），使三羧酸循环减弱,ATP合成减少，引起
大脑功能障碍，严重时昏迷。
4.降低血氨的措施：
限制蛋白进食量 给于肠道抑菌药物
给予谷氨酸使其与氨结合为谷氨酰胺
高血氨症与肝昏迷
各种动物 氨基氮的排泄方式
动物 氨基氮排泄方式
人、哺乳动物、两栖
动物
尿素
鸟类 尿酸
大多数鱼类 氨
少数鱼类 三甲氨
4)生理意义：
是体内氨的主要去路，解氨毒的重要途径。
3)总反应方程式：
尿素 + 2ADP + AMP + 2Pi +PPi
2NH3 + CO2 + 3ATP + H2O
2,脱 羧 基 作 用
AA 胺类化合物脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）
R1
COOH
H-C-NH2
-
-
H
R2
O=C
-
-+
脱羧酶
（辅酶为磷酸吡哆醛）
磷酸吡哆醛
R1
COOH
H-C-N= C
-
-
-H
-
R2
醛亚胺
+H2O
R1
H
H-C-N= C
-
-
-H
-
R2
CO2
H2OH
R2
O=C
-
-+
R1
H
H-C-NH2
-
-
专一性强
L-谷氨酸脱羧酶
– CO2
功能,为一种抑制性神经递质，对中枢神经
系统有抑制作用。
GABA
(C H
2
)
2
C O O H
CH
2
NH
2
L-谷氨酸
(C H
2
)
2
CO O H
CHNH
2
CO O H
a.谷氨酸脱羧生成 ?-氨基丁酸（ GABA）
– CO2
组氨酸脱羧酶
组胺
CH 2 CH 2 NH 2
N HN
L-组氨酸
C OOHCCH 2
N H 2N HN
H
b,组氨酸的脱羧基生成组胺
功能：
? 扩张血管、降低血压
? 刺激胃酸分泌、
? 感觉神经递质，与外
周神经的感觉与传递有关
功能：
? 脑中的 5-HT是一种抑制性神经递质
? 外周组织的 5-HT有收缩血管的作用
– CO2
5-HT羟化、
脱羧酶
5-HT
CH 2 NH 2CH 2
N
H
C O O HCHCH 2
N H 2
N
H色氨酸
c.色氨酸脱羧基生成 3,5-羟色胺（ 5-HT）
HO-
– CO2
功能,结合胆汁酸的重要组成成分
L-半胱氨酸
CO O H
CHNH 2
CH 2SH
牛磺酸
CHNH 2
CH 2 SO 3 H
磺酸丙氨酸
3（ O）
COO H
CHNH 2
CH 2SO 3H
d 半胱氨酸脱羧并氧化生成牛磺酸
磺酸丙氨
酸脱羧酶
腐胺：鸟氨酸脱氨产物
精胺,精氨酸脱氨产物
1)定义：
分子中含有 2个以上氨基的胺类物质
? 调节细胞增长，促进细胞增殖。
? 血尿中多胺的水平可作为肿瘤的
辅助诊断及观察病情变化的指标。
e.多胺的生成
2)功能：
? 胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤
其对人），应维持在一定水平，体内胺氧化酶
可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸 。
RCH2NH2+O2+H2O RCHO+H2O2+NH3
RCHO+1/2O2 RCOOH CO2+H2O
AA
尿素
谷 AA γ -氨基丁酸 +CO2
天冬 AA β -丙 AA+CO2
赖 AA 尸胺 + CO2
鸟 AA 腐胺 + CO2
丝氨酸 乙醇胺 胆碱 卵磷脂
色氨酸 吲哚丙酮酸 吲哚乙醛 吲哚乙酸
1,酮戊二酸衍生类型
2,草酰乙酸衍生类型
3,丙酮酸衍生类型
4,甘油酸 -3-磷酸衍生类型
5,赤藓糖 -4-磷酸和烯醇丙酮酸磷酸衍生类型
6,组氨酸生物合成
三, 氨基酸的合成代谢
非必需氨基酸
半必需氨基酸,Arg His
必需氨基酸：
Lys,Trp,Thr,Phe,Ile,Leu,Val,Met
主要通过转氨基作用
AA-R1
α-酮酸 R1
转氨酶
AA-R2
α-酮酸 R2
许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最
主要的是谷氨酸，其被称为氨基的, 转换
站,,先 Glu 其它 AA。
? 几种氨基酸的关系
草酰乙酸 赖氨酸
苏氨酸
甲硫氨酸
异亮氨酸
天冬酰胺
天冬氨酸
β-天冬氨酸半醛
? 几种氨基酸的关系
α-酮戊二酸 谷 AA
谷氨酰胺
脯 AA 羟脯 AA
鸟 AA 瓜 AA 精 AA
?芳香族氨基酸 的关系
色氨酸
PEP
4-磷酸赤藓糖
莽草酸 分支酸
预苯酸
酪氨酸 苯丙氨酸
若将 莽草酸 看作 芳香族
氨基酸合成的前体
，因此芳香族氨基酸合
成时相同的一段
过程叫 莽草酸途径
乙酰乙酰 CoA 酮体
草酰乙酸
三羧酸循环
琥珀酰 CoA
?-酮戊二酸
延胡索酸
苯丙、酪
蛋、
缬、异亮
天冬
亮、色
异亮
丙、甘、
丝、半胱
苏 脂肪酸
脂肪甘油
亮、赖, 苯丙、酪、色
谷 精、组、脯
氨基酸、糖及脂肪代谢的联系：糖
丙酮酸
乙酰 CoA
磷酸丙糖
AA碳骨架的去路
? AA分解产生 5种产物进入 TCA循环,进行彻底的氧
化分解。
五种产物为：乙酰 CoA,?-酮戊二酸、琥珀酰
CoA、延胡索酸、草酰乙酸
? 再合成 AA
? 转变成糖和脂肪
生糖 AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和
?-酮戊二酸的 AA。（ Ala Thr Gly Ser Cys Asp
Asn Arg His Gln Pro Ile Met Val）
? 转变成酮体
生酮 AA：凡能生成乙酰乙酸,?-丁酸的 AA。
（ Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中）
缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸
转氨基作用
相应的 ?-酮酸
氧化脱羧基作用
相应的脂肪酰 CoA
缬氨酸
琥珀酸单
酰 CoA
亮氨酸
乙酰辅酶 A及乙
酰乙酰辅酶 A
异亮氨酸
乙酰辅酶 A及琥
珀酸单酰辅酶 A
支链氨基酸的代谢
返回
氨基酸合成简介
一、氨基酸合成的碳骨架
来源于糖分解
返回
氨基酸合成简介
二、氮气是有机氮
的最基本的来源
(一 ) 中心法则
(二 ) 合成体系
(三 ) 合成过程
四, 蛋白质的合成代谢
蛋白质的合成机制是最复杂的生物合成机制,
真核细胞中，蛋白质的合成需要：
70种以上的核糖体蛋白参与；
多于 20种的酶来激活氨基酸；
12种或更多的辅酶和其它专一性的蛋白因子来进
行肽链合成的起始、延伸、和终止；
100多种酶参与各类蛋白的最后修饰；
还需要多于 40种的 tRNA和核糖体 RNA。
共有 300多种不同的生物大分子参与且协同地工
作来合成多肽。
复制,亲代 DNA或 RNA在一系列酶的作用下，生
成与亲代相同的子代 DNA或 RNA的过程。
转录,以 DNA为模板，按照碱基配对原则将其所
含的遗传信息传给 RNA，形成一条与 DNA链互补
的 RNA的过程。
翻译,亦叫转译，以 mRNA为模板，将 mRNA的
密码解读成蛋白质的 AA顺序的过程。
逆转录,以 RNA为模板，在逆转录酶的作用下，
生成 DNA的过程。
Reverse
transcription
(一 ) 中心法则
A G C C T G
U C G G A C
Ser Asp Ser
1,原料
是 20种 L-氨基酸，反应所需 能量 由 ATP、
GTP提供，此外还有 Mg2+,K+ 等金属离
子参与。
(二 ) 合成体系
?1961年,M.Nirenberg等人提出。 43 =64
?大肠杆菌中，以多聚 U做为 mRNA，即
polyU+20种放射性同位素标记的氨基酸，大肠
杆菌合成体系，在外界环境合适下，合成了一
条多聚苯丙氨酸（ phe）肽链。
2,mRNA和遗传密码
?UUU为 phe的三联体密码。
?发现具有密码子功能的最短链为三个核苷酸，
并且含 3? -OH和 5? -磷酸基的三核苷酸最有效。
?阅读方向为 5?-3? 。至 1966年,20中氨基酸对
应的 61个密码子和三个终止密码子全部被查清。
遗 传 密 码 阅读方向为 5’-3’
? 遗传密码的特点
⑴密码子的方向性
密码子的 阅读方向及它们在 mRNA由起始信号到
终止信号的排列方向均为 5?-3’，与 mRNA链合成时
延伸方向相同。
⑵密码子的简并性
64-3=61个代表 20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨
酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同
的密码子,编码同一个氨基酸的一组密码子称为
同义密码子。这种现象称为 密码子的简并性 。
⑶ 密码子的连续性（读码）（无标点、无重叠）
从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续
的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在 mRNA
分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码
发生错误，称为 移码,由这种情况引起的突变称为
移码突变。
3‘
起始密
码子
5‘
⑷ 密码子的基本通用性（近于完全通用）
对于高等、低等生物都适用，只有一个例外：
真核生物线粒体 DNA。一些原核生物中利用终
止密码翻译 AA（ UGA-Trp\硒代半胱氨酸 ）
⑸ 起始密码子和终止密码子
64种密码子中,AUG为甲硫氨酸的密码子，又是
肽链合成的起始密码子,UAA,UAG,UGA为终止
密码子，不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的
终止部位（无义密码子）。
⑹ 密码子的摆动性（变偶性）
如丙氨酸,GCU,GCC,GCA,GCG，只第三位不
同,显然密码子的专一性基本取决于前两位碱
基，第三位碱基有较大灵活性。发现 tRNA上的反
密码子与 mRNA上的密码子配对时，密码子的第一
位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以
有一定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶
性（ wobble）。 I?A,U,C配对。
3,tRNA
在蛋白质合成中，起着运载氨基酸的作用，按
照 mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨
基酸转运到核糖体的特定部位。
同功受体 tRNA:一种氨基酸可以有一种以上
tRNA作为运载工具。把携带相同氨基酸而反密
码子不同的一组 tRNA称为同功受体 tRNA
? 反密码子
tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子，
位于反密码子环上。
?tRNA有两个关键部位：
⑴ 3’ 端 CCA：接受氨基酸,形成氨酰 -tRNA。需
ATP提供活化氨基酸所需的能量。
⑵ 与 mRNA结合部位 — 反密码子部位（ tRNA的接头
作用）
tRNA凭借自身的反密码子与 mRNA链上的密码子
相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。
3’
5’
I
CCA-OH
5’ 3’
G G C
C C G
密码子与反密码子的
阅读方向均为 5‘? 3’，
两者反向平行配对。
4,rRNA及核糖体
核糖体是由几十种蛋白质和几种 rRNA组成
的亚细胞颗粒,其中蛋白质与 rRNA的重量
比约为 1:2。 核糖体是蛋白质合成的场所。
核糖体的存在形态有三种：单核糖体、核
糖体亚
基和多核糖体。
真核生物：游离核糖体或与内质网结合
原核生物：游离核糖体或与 mRNA结合成串状的 核糖
体 (提高翻译效率 )。
不同来源核糖体的大小和 RNA组成
原核生物
核糖体（ S) 亚基（ S) rRNA (S)
真核生物 80
60
40
28
5.8
5
18
50
70
30
23
5
16
核糖体
核糖体存在两个重要的 tRNA的结合部位（大肠
杆菌）
P位和 A位，二者紧密连接，各占一个密码子的
距离。
P：结合起始的氨酰 -tRNA和肽基 -tRNA，
A：结合新掺入的氨酰 - tRNA。
P A5’ 3’
P位上肽酰 - tRNA上的羧基与进入 A位的氨酰 -
tRNA上的氨基形成新的肽键 ?P位上 tRNA卸下
肽链成为无负载的 tRNA?核糖体 移动一个密码
子的距离,A位上的肽酰 - tRNA又回到 P位,A
位又空，再进行下一次循环。
多核糖体
大肠杆菌 由一定数目的单个核糖
体与一个 mRNA 分子结合而成的念珠
状结构。 每个核糖体可独立完成一条
肽链的合成，所以在多核糖体上可以
同时进行多条肽链的合成，提高了翻
译的效率。
5,参与蛋白质合成的辅助因子（大肠杆菌）
a,需 GTP,ATP,Mg2+等参与
a,起始因子（起始因子协助起始复合物的形成）
IF1,协助 IF2,IF3起作用
IF2:促进氨酰 -tRNA结合在起始密码子上
IF3:促进小亚基与 mRNA结合
真核生物为 eIF(13种）
EF-Tu:热不稳定，将氨酰 -tRNA结合在核糖
体 A位点
c,延长因子
EF-Ts:热稳定，重新生成 EF-Tu-GTP
（促进肽链延长）
EF-G:依赖于 GTP，又称移位因子
真核 EF1,EF2两种
d,终止释放因子
RF1：识别终止密码子 UAA和 UAG
RF2：识别终止密码子 UAA和 UGA
RF3：刺激 RF1和 RF2活性，协助肽链的释放
真核生物为 eRF一种
a,氨基酸的活化
b,肽链合成的起始
c,肽链的延伸
d,肽链合成的终止与释放
(三 ) 合成过程 （大肠杆菌）
a,氨基酸的活化
?氨基酸在掺入肽链前必须活化, 在 胞液中
进行 。
?氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的
AA与携带它的相应的 tRNA结 合成氨酰 -
tRNA的过程 。 活化反应在 氨酰 -tRNA 合成
酶 的催化下进行 。
?活化反应分两步进行：
1,活化, AA-AMP-E复合物的形成
E-CR1-C-O ~P-O- CH2
=O
OH
-
O
腺嘌呤
OH OH
ONH2
AA+ATP+E AA-AMP-E +PPiMg
2+
Mn 2+
高能酸苷键
2,转移
AA-AMP-E+ tRNA 氨酰 -tRNA +AMP+E
P P P
C C A
O C-C-R
O H
NH3
+
OH
2?-OH连接 AA，影响下一步
肽键形成
氨基酸活化的总反应式是：
氨基酸 +ATP+tRNA +H2O
氨酰 -tRNA+AMP+PPi
20种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰 -
tRNA合成酶 。 氨酰 -tRNA合成酶 具有高度的专
一性, 它既能识别相应的氨基酸 （ L-构型 ）,
又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个 tRNA
分子；即使 AA识别出现错误, 此酶具有水解功
能, 可以将其水解掉 。
氨酰 -tRNA 合成酶
这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的
tRNA准确匹配, 从而使蛋白质的合成具有一定
的保真性 。
tRNAIle—— 携带 Ile的 tRNA
Ile- tRNAIle—— 异亮氨酰 -tRNAIle
氨酰 -tRNA合成酶和之相对应的
tRNA分子被称为遗传密码第二
tRNA与多肽合成的有关位点
? 3’ 端 -CCA上 AA接受位点
? 识别氨酰 -tRNA合成酶位点
? 核糖体识别位点
? 反密码子位点（识别 mRNA上的密码子）
b,肽链合成的起始
起始密码子的识别：
（ 30S复合物形成）
5’ 3’
AUG AUG AUG
起始 AUG一般位于距 5‘端 25个核苷酸以后，并
在其上游（ 5’端）约 10个核苷酸处有一段富含
嘌呤的序列（ SD序列 ），原核生物核糖体 30S
小亚基上的 16SrRNA3’端富含嘧啶的序列能与
之互补配对，这样 30S亚基能与 mRNA结合 (IF3
参加，识别起始密码子 AUG）,在 IF1参与下，
30S-mRNA-IF3进一步与 fMet-tRNAf,GTP结合，
并释放 IF3，形成 30S复合物,30S-mRNA-
fMet-tRNAf
现在已经知道作为多肽合成起始信号的
密码子有两个, 即甲硫氨酸的密码子
(AUG)和缬氨酸的密码子 (GUG)(极少出
现 )。
在大肠杆菌中,起始密码子 AUG 所编码
的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲
酰甲硫氨酸 。
?fMet-tRNAf的形成
Met-tRNAf + N10-甲酰 FH4 fMet-tRNAf + FH4甲酰化酶
真核生物,Met-tRNAMet。真核生物无甲基化过
程，起始氨基酸是 Met,起始 tRNA为 Met-tRNAMet
fMet-tRNAifMet
30S复合物形成：
AUG
IF3 IF3
AUG
IF3 GTP,IF1、IF2
fMet-tRNAf
小亚基
AUG
GTP,IF1,IF2
fMet
UAC
5?
? 在肽链合成起始时，首先是核糖体小亚
基与 mRNA上的核糖体结合位点识别结合，
然后，大亚基与小亚基结合，形成完整
的核糖体 (70S起始复合物 )。
f
f
70S复合物的形成：
AUG
GTP,IF1,IF2
fMet
UAC
5?
+ 50S核糖体
AUG
GTP,IF1,IF2
fMet
UAC
5?P位点
A位点
GDP+Pi,IF1,IF2
消炎药：链霉素、新霉素、卡那霉素与原核
细胞 30S核糖体结合，阻止 50S核糖体亚基与
之结合，从而抑制其蛋白质合成。
蛋白质合成抑制剂
c,肽链的延伸
分为三步：
1、进位
新的氨酰 - tRNA进入 A位。需要消耗 GTP，并需
EF-Tu（热不稳定）,EF-Ts（热稳定）两种延伸因
子。
EF-Tu-GTP+下一个要进入的氨酰 -tRNA? 形成复
合物,将这个氨酰 -tRNA 送入核糖体 A位，同时
GTP? GDP + Pi,EFTu-GDP释放。
促进氨酰 -tRNA 进入
A位与 mRNA结合
? EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP
EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts
重新参与下一轮循环
所有氨酰 -tRNA必须与 EF-Tu-GTP
结合才可进入 70S核糖体，除了
fMet-tRNAf f
2、转肽 肽酰转移酶
在肽酰转移酶的作用下 P位点上 fMet-tRNAf的
甲酰甲硫氨酸从相应的 tRNA上解离下来，其 -
COOH（高能酯键） 与刚进入 A位的氨酰 -tRNA
上的 -NH2形成肽键（实质是 A位点氨酰 -tRNA
氨基亲核攻击 酯键羰基 ），无负荷的 tRNA留
在 P位，此时 A位点携带一个二肽。
5’ 3’P A
AA-fMetAA
AP
fMet
5’
3’
嘌呤霉素（与 AMP相似）与 AA反应生成
氨酰嘌呤霉素，中断蛋白质的合成反应。
3、移位
在 EF-G（移位酶）的作用下，核糖体沿
mRNA5’? 3’方向移动，每次移动一个密码子
的距离，结果使原来在 A上的肽酰 -tRNA移到
了 P位点，原来在 P位点的无负载的 tRNA离开
核糖体，同时一个新的密码子进入空的 A位，
EF-G 催化的 移位过程需水解 GTP提供能量 。
肽链合成 从 N-C。
P A5’ 3’
P A5’ 3’
P A
P
P
A
? 以上三步为一个延伸循环，肽链每掺入一个氨
基酸就重复一次延伸循环。
? 肽链合成 从 N-C
d,肽链合成的终止与释放
当终止密码子出现在 A位时，终止因子结合在 A位，
肽链合成终止。
RF1：识别终止密码子 UAA和 UAG
RF2：识别终止密码子 UAA和 UGA
RF3：具 GTP酶活性，激活 RF1和 RF2活性，协助
肽链的释放
终止因子的结合使肽酰转移酶活性变为 水解酶
活性,肽基不转移给 A位 tRNA，而转移给 H2O，
并把已合成的多肽链从核糖体和 tRNA上释放
出来，无负荷的 tRNA随机从核糖体脱落，该核
糖体立即离开 mRNA，在 IF3存在下,消耗 GTP而
解离为 30S 和 50S非功能性亚基。再重复下一
轮过程。
蛋白质的合成是一个高耗能过程
AA活化 2个高能磷酸键（ ATP）
肽链起始 1个（ 70S复合物形成,GTP）
进位 1个（ GTP）
移位 1个（ GTP）
第一个氨基酸参入需消耗 3个（活化 2+起始 1 ）
以后每掺入一个 AA需要消耗 4个（活化 2 +进位 1个
+移位 1个）。
肽链合成后的加工和折叠
1,水解
N末端的 (甲酰 )甲硫氨酸的切除,
?在去甲酰酶催化下将肽链合成的起始氨基酸 -
甲酰甲硫氨酸水解脱掉甲酰基，以便肽链形成
所需的构象,
?在氨肽酶催化下切去 N末端一个或几个氨基酸。
?多肽链还未释放时，上两个过程已发生。而真
核生物 15-30氨基酸时，就已开始上过程。
水解断裂
?如动物体中蛋白酶形成的是无活性的酶原，到
消化道后，水解切下一部分肽链，使酶原变成
有活性的酶。
2、氨基酸侧链的修饰
脯氨酸、赖氨酸侧链发生羟基化作用。
苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸羟基磷酸化。如糖原磷酸
化酶
糖基化作用使蛋白质多肽链转变成糖蛋白（ N-糖苷
键和 O-糖苷键）。
3、加辅基
结合上辅基（酶）才具生物活性，如乙酰辅酶 A羧
化酶与生物素的结合。
4、二硫键的形成
两个半胱氨酸 -SH氧化
蛋白质构象的形成
新生肽连在细胞内特定的部位，在多种蛋白质的
帮助下卷曲成正确构象，大多数蛋白质的折叠是
边翻译边折叠的，至少有两类因子参与了折叠过
程：
酶：二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶
分子伴侣,由若干在结构上不相关的蛋白质家
族组成，但它们具有共同的功能，在细胞内帮
助其他多肽链的结构完成正确的组装，而且在
组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质在执
行功能时的结构组分。
蛋白质合成后的运送
无论是原核生物还是真核生物，新合成
的蛋白质必须转运到特定的亚细胞位置
或运输到胞外才能发挥其相应活性。
多肽是在核糖体上合成的吗？
