环境生物化学第九章
生物化学第九章 蛋白质酶促降解和氨基酸代谢
线粒体 O
2ATP+CO2+NH3+H2O 1 H2N-C- P
氨甲酰磷酸
2ADP+Pi
谷氨酸
-酮戊
谷氨酸 二酸
-酮戊
鸟氨酸
2
二酸
氨基酸
鸟氨酸
O
NH2尿-C素-NH2
尿素循环
5
瓜氨酸 瓜氨酸
3
氨基酸
-酮戊 二酸
氨基化 非必需氨基酸
合成
糖或脂类
生糖氨基酸：脱氨基后的酮酸在特定 条件下通过糖的异生作用转变为糖。
生酮氨基酸：脱氨基后的酮酸经代 谢产生乙酰ＣoＡ则不能再异生为糖，
只能转变为酮体或脂肪酸。
氧化
生糖兼生酮氨基酸：脱氨基后的酮 酸既可异生为糖又可以转变为酮体
CO2 + H2O + ATP
２０种氨基酸通过各自途径形成α-酮酸，但最后集中 形成５个中间产物（乙酰ＣoＡ、α-酮戊二酸、草酰
乙酸、琥珀酰ＣoＡ、延胡索酸）进入ＴＣＡ
(1) α-酮酸再合成氨基酸
α-氨基酸
α-酮戊二酸
转氨酶
NH3+NADH
L-谷氨酸脱氢酶
H20+NAD+
α-酮酸
L-谷氨酸
α-酮戊二酸利用氨生成谷氨酸是α-酮酸合成氨基酸主要途径，谷氨酸的 氨基能转到任何一种α-酮酸上面，从而形成各种氨基酸．
（２）生糖和生酮氨基酸种类
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。
氧化脱氨基作用
定义：-AA在酶的作用下，生成-酮酸 和氨，同时伴有脱氢氧化的过程。
生物化学第9章-核酸结构、功能与核苷酸代谢教材
第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢【授课时间】4学时第一节核酸的化学组成【目的要求】掌握核酸（DNA和RNA）的分子组成、核苷酸的连接方式、键的方向性。
【教学内容】1．详细介绍：碱基2．一般介绍：戊糖3．一般介绍：核苷4．一般介绍：核苷酸5．详细介绍：核酸中核苷酸的连接方式【重点、难点】重点：核酸组成与核苷酸的连接【授课时间】0.25学时第二节DNA的结构与功能【目的要求】1．掌握DNA的二级结构的特点。
2．掌握DNA的生物学功能。
【教学内容】1．一般介绍：DNA的一级结构2．重点介绍：DNA的二级结构3．一般介绍：DNA的超级结构4．一般介绍：DNA的功能【重点、难点】重点：DNA的二级结构难点：DNA的超级结构【授课学时】1学时第三节RNA的结构与功能【目的要求】1．掌握RNA的种类与功能。
mRNA和tRNA的结构特点。
2．了解核酸酶的分类与功能。
3．了解其他小分子RNA。
【教学内容】1．详细介绍：mRNA的结构与功能2．详细介绍：tRNA的结构与功能3．详细介绍：rRNA的结构与功能4．一般介绍：小分子核内RNA5．一般介绍：核酶【重点、难点】重点：mRNA、tRNA的结构与功能【授课学时】0．5学时第四节核酸的理化性质【目的要求】1．掌握DNA的变性和复性概念和特点2．熟悉核酸分子杂交原理。
3．熟悉核酸的一般性质【教学内容】1．一般介绍：核酸的一般性质2．详细介绍：核酸的紫外吸收3．重点介绍：核酸的变性与复性【重点、难点】重点：核酸的变性与复性【授课学时】1学时第五节核苷酸代谢【目的要求】1．熟悉核苷酸合成途径的原料、主要步骤及特点。
核苷酸分解代谢的终产物。
2．熟悉脱氧核苷酸的生成3．了解嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理。
4．了解尿酸以及痛风症与血中尿酸含量的关系。
【教学内容】1．一般介绍：嘌呤核苷酸的合成2．一般介绍：嘧啶核苷酸的合成3．详细介绍：脱氧核糖核苷酸的生成4．详细介绍：核苷酸的相互转化5．一般介绍：核苷酸分解代谢【重点、难点】难点：嘌呤、嘧啶类抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理【授课学时】1．25学时第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢第一节核酸的化学组成第二节DNA的结构与功能第三节RNA的结构与功能第四节核酸的理化性质第五节核苷酸代谢第一节核酸的化学组成时间15ˊ教学内容核酸分为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)。
《生物化学》第九章
- 19 -
第二节 糖的分解代谢
三、三羧酸循环
（一）三羧酸循环的化学历程
三羧酸循环的过程包括 8 步反应。丙酮酸氧化 脱羧生成的乙酰 CoA 首先与草酰乙酸缩合成含三 个羧基的柠檬酸，紧接着，柠檬酸在一系列酶的作 用下，经过 4 次脱氢和 2 次脱羧反应，又重新生成 草酰乙酸。
- 20 -
第二节 糖的分解代谢
烯醇式丙酮酸 自发丙酮酸
- 10 -
第二节 糖的分解代谢
一、糖酵解
（二）糖酵解途径的调控点
糖酵解代谢途径中存在三个调控点，即三个 不可逆的单向反应，对应的三个关键酶为己糖激 酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。关键酶的活性 受到代谢物（包括ATP、ADP）和激素（如胰岛 素、胰高血糖素）等的周密调控，对机体代谢的 正常运行有重要作用。
-酮戊二酸＋CO
2＋NADH＋H＋
（4）α- 酮戊二酸氧化脱羧 -酮戊二酸＋NAD＋＋CoASH -酮戊二酸脱氢酶系琥珀酰CoA＋NADH＋H＋＋CO2
- 22 -
第二节 糖的分解代谢
三、三羧酸循环
（5）琥珀酰 CoA 生成琥珀酸 琥珀酰CoA＋GDP＋Pi 琥 珀 酰CoA合成酶琥珀酸＋GTP＋CoASH
3-磷酸甘油 醛脱氢
1,3-二磷酸甘 油酸生成3磷酸甘油酸
3-磷酸甘油 酸生成2-磷 酸甘油酸
2-磷酸甘油 酸生成烯醇 式丙酮酸
丙酮酸 的生成
磷酸甘油酸变位酶
3-磷酸甘油酸 Mg 2＋ 2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸＋ADP
丙酮酸激酶 Mg2＋或K＋
烯醇式丙酮酸＋ATP
3-磷酸甘油醛＋NAD＋＋Pi 3-磷酸甘油醛脱氢酶1,3-二磷酸甘油酸＋NADH＋H＋
为某些物质的合成提供原料
生物化学第九章-核苷酸代谢
第九章核苷酸代谢一、核苷酸类物质的生理功用：核苷酸类物质在人体内的生理功用主要有：①作为合成核酸的原料：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成RNA，用dA TP，dGTP，dCTP，dTTP合成DNA。
②作为能量的贮存和供应形式：除ATP之外，还有GTP，UTP，CTP等。
③参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸cAMP和cGMP作为激素的第二信使。
④参与构成酶的辅酶或辅基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。
⑤作为代谢中间物的载体：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（SAM）等。
二、嘌呤核苷酸的合成代谢：1．从头合成途径：利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径。
这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。
嘌呤环中各原子分别来自下列前体物质：Asp → N1；N10-CHO FH4 → C2 ；Gln → N3和N9 ；CO2 → C6 ；N5,N10=CH-FH4 → C8 ；Gly → C4 、C5 和N7。
合成过程可分为三个阶段：⑴次黄嘌呤核苷酸的合成：在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗ATP，由5'-磷酸核糖合成PRPP(1'-焦磷酸-5'-磷酸核糖)。
然后再经过大约10步反应，合成第一个嘌呤核苷酸——次黄苷酸（IMP）。
⑵腺苷酸及鸟苷酸的合成：IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生AMP；IMP也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸（XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。
⑶三磷酸嘌呤核苷的合成：AMP/GMP被进一步磷酸化，最后生成A TP/GTP，作为合成RNA的原料。
ADP/GDP则可在核糖核苷酸还原酶的催化下，脱氧生成dADP/dGDP，然后再磷酸化为dATP/dGTP，作为合成DNA的原料。
生物化学--第九章 脂类物质的合成与分解
2. 合成原料乙酰CoA的准备 ⑴ 乙酰CoA的来源及转运 乙酰CoA的来源：线粒体内的丙酮酸氧化脱羧、 脂肪酸β氧化、氨基酸氧化。 乙酰CoA的转运：通过“柠檬酸穿梭”从线粒 体转运到胞液。
乙酰CoA的转运：“柠檬酸循环”
每次循环产生1 分子NADPH
⑵ 丙二酸单酰CoA的合成 脂肪酸合成中，除起始一分子乙酰CoA以外，所
β -酮脂酰 ACP合成酶
③缩和反应
β -酮脂酰 ACP还原酶
④还原反应
β -羟脂酰 ACP脱水酶
⑤脱水反应
烯脂酰ACP 还原酶
⑥再次还原
丙二酸单酰CoA
酰基转移
丁酰ACP
缩和反应 再次还原
乙酰乙酰ACP
巴豆酰ACP
首次还原
β-羟丁酰ACP
脱水反应
⑦ 水解或硫解反应
硫酯酶
棕榈酰ACP+H2O
是指脂肪酸的末端甲基（ω端）经氧化转变为 ω羟脂酸，继而再氧化为α,ω-二羧酸的过程。
㈣、不饱和脂肪酸的氧化
羟脂酰CoA 变位酶 烯脂酰CoA 异构酶
软脂酸从头合成与β氧化的区别
从头合成 细胞中部位 酶系 酰基载体 二碳片段 细胞质 6种酶组成的多酶复合体 ACP 丙二酸单酰CoA β氧化 线粒体 4种酶分散存在 CoA 乙酰CoA
硫解酶
棕榈酸+ACP-SH
棕榈酰ACP+HSCoA
棕榈酰CoA+ACP-SH
由于β-酮脂酰ACP合酶只对2C～14C的酯酰具有 催化活性，故从头合成途径只能合成16C及以下的 饱和脂酰ACP。
β -酮脂酰 ACP合成酶
由乙酰CoA从头合成棕榈酸的总反应式为：
8 CH3CO-SCoA + 7 ATP + 14 ( NAPH + H+ ) + H2O CH3(CH2)14COOH + 8 CoA-SH + 7 ADP + 14 NADP+ + 7 Pi
生物化学第九章：糖代谢
COOH C=O + NADH + H+ CH3 丙酮酸
乳酸脱氢酶
COOH CHOH + NAD+ CH3 乳酸
COOH 丙酮酸脱羧酶 C=O CH3 丙酮酸 CHO CH3 乙醛 + NADH + H+ TPP， TPP，Mg2+ CHO CH3 乙醛 乙醇脱氢酶 CH2OH CH3 乙醇 + NAD+ + CO2
P96图23P96图23-1
2、乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化 乙酰CoA CoA进入三羧酸循环彻底氧化 ① 三羧酸循环的反应过程: 9步（P98图23－3） 三羧酸循环的反应过程: 9步 P98图23－ Ⅰ. 缩合反应
*
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▲
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柠檬酸合酶
Ⅱ.第一次氧化脱羧 Ⅱ.第一次氧化脱羧
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糖的消化、 第一节 糖的消化、吸收和转运
一、消化
1、α-淀粉酶（唾液淀粉酶，液化酶；胰腺） 淀粉酶（唾液淀粉酶，液化酶；胰腺） 是一种内切酶，水解α 1,4-糖苷键， 是一种内切酶，水解α-1,4-糖苷键，将淀粉随机切断成 分子量较小的糊精。 分子量较小的糊精。 淀粉酶（胰腺） 2、β-淀粉酶（胰腺） 从链的非还原性末端开始，水解α 糖苷键， 从链的非还原性末端开始，水解α-1,4-糖苷键，每次切 下两个葡萄糖单位—— ——β 麦芽糖。 下两个葡萄糖单位——β-麦芽糖。 淀粉酶（糖化酶） 3、γ-淀粉酶（糖化酶） 从链的非还原性末端开始，水解α 糖苷键和α 从链的非还原性末端开始，水解α-1,4-糖苷键和α-1,6糖苷键，将淀粉完全水解成葡萄糖。 糖苷键，将淀粉完全水解成葡萄糖。
生物化学第九章蛋白质降解和氨基酸代谢
精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 脯氨酸
丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸
氨基酸碳架的分解
2.再合成为氨基酸
O
||
+
N H 4+
C — C O O - +N A D （ P） H+ |
+
H
C |H 2
C |H 2C O O
谷氨酸＋丙酮酸 谷氨酸＋草酰乙酸
+
N H 3
|
H — C — C O O - + |
N A D （ P） + + H 2O
海洋水生动物 (鱼) 氨
爬行类、鸟类
尿酸
哺乳类
尿素
两栖动物：如青蛙，蝌蚪时排氨，变态成熟后排尿素。
(与其体内的酶变化有关)
(二) 氨的代谢去路
2、 生成酰胺
指Gln、Asn。 (是体内氨的储存、运转方式，脑组织中氨的主要去 路。)
3、生成尿素
1.生成部位
主要在肝细胞的线粒体及胞液中。
2.生成过程
C |H 2
C |H 2C O O
α-酮戊二酸＋丙氨酸 α-酮戊二酸＋天冬氨酸
氨基酸碳架的分解
3.转变为糖和脂肪
当体内不需要将α-酮酸再合成氨基酸，并且体内 的能量供给充足时，α-酮酸可以转变为糖或脂肪。例 如，用氨基酸饲养患人工糖尿病的狗，大多数氨基酸 可使尿中的葡萄糖的含量增加，少数几种可使葡萄糖 及酮体的含量同时增加。在体内可以转变为糖的氨基 酸称为生糖氨基酸，按糖代谢途径进行代谢；能转变 为酮体的氨基酸称为生酮氨基酸。
谷氨酰胺酶
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COO-
CH2 CH2 +NH3 CHNH3+ COO-
---
生物化学：第九章 糖及糖的分解代谢
第一节 重要糖类结构和双糖、多糖的降解
单糖（monosaccharide）是指最简单的糖，即在温 和条件下不能再分解成更小的单体糖，如葡萄糖、果 糖等。按碳原子的数目单糖又可分为三碳（丙）糖、 四碳（丁）糖、五碳（戊）糖、六碳（已）糖、七碳 （庚）糖等。
一、 一些重要单糖的结构
甘油醛
三 糖
二羟丙酮
淀粉
直链： a-1,4-糖苷键 分支点： a-1,6-糖苷键
淀粉分子末端保留有的自由羰基（C1），叫做还原端
淀粉
b-1,4-糖苷键
纤维素
四、麦芽糖和蔗糖的降解
麦芽糖酶切开麦芽糖中的α-1,4糖苷键，产物为葡萄
糖。
蔗糖的降解 1. 蔗糖的水解
由蔗糖酶催化：
由于底物和产物的旋光方向发生了改变，所以蔗 糖酶又称为转化酶。产物也因此就做转化糖。
(1)淀粉酶：
❖ a-淀粉酶：（a-1,4-葡聚糖水解酶） 可水解任何部位的a-1,4-糖苷键，所以又称为内切淀粉酶。 该酶对非还原末端的5个葡萄糖基不发生作用。Ca2+需要。
其产物为： 若直链淀粉 → 葡萄糖 + 麦芽糖 + 麦芽三糖 + 低聚糖 若支链淀粉 → 葡萄糖 + 麦芽糖 + 麦芽三糖 + 极限糊精
(3)麦芽糖酶： 植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在，并
配合使用，从而使淀粉彻底水解成葡萄糖。
Hydrolysis of glycogen and starch by a-amylase and bamylase
2. 淀粉的磷酸解
其中，淀粉磷酸化酶又叫P-酶。 此反应为可逆反应，但在植物体内，由于 （1）[Pi]很高（如施肥） （2）[G-1-P]低（因不断被利用） 所以，反应向正方向进行。
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(4) 污染物质的降解与累积
污染物的生物降解途径是因生物活动对污染 物质的代谢所引起的污染物质分子结构的变化， 微生物通过吸收污染物质进人细胞体内，在一系 列酶促反应的作用下进人某个代谢过程，从而转 化为另一种物质或者某种中间产物，然后再释放 到细胞体外，使污染物质获得某种程度的降解。
影响生物降解的因素主要有如下几个方面:
9.2.1 用于生物修复的微生物
（1）土著微生物 （2）外来微生物 （3）基因工程菌
9.2.2 微生物对有机污染物 的修复机理
9.2.2.1 微生物基质代谢的生理过程 异生素作为基质的代谢基本过程和其他化合物的代
谢相似，可能包括如下过程： (1)向基质接近 (2)对固体基质的吸附 (3)胞外酶的分泌 (4)基质的跨膜运输过程
(2) 吸附与沉积
吸附就是在两相介质的界面上发生的沉淀， 包括吸持和吸收。吸持是指污染物从一种介质向 固体介质表面的迁移运动，吸收是指污染物质到 达固相表面后，由于静电、络合、化学键或沉淀 作用等与表面的粘着作用。
污染物质的沉积主要是指污染物质从液相中 转移至沉积物固相中。
(3) 微生物对污染物质的吸收
（6）污染物质的生物转化
污染物质在环境中的转化是污染物质降解的 关键过程，特别是一些大分子难降解有机物，要 经过一系列的转化过程方可达到降解。生物转化 是大分子难降解有机物在环境中发生转化的最重 要的过程。
9.3污染环境微生物修复中 的生物化学原理
1
2
3
4
土
大
固
壤
地
气
体污ຫໍສະໝຸດ 下污废染
水
染
弃
⑤胞饮作用:其可能机制包括:第一,通过疏水表面突 出物的作用把烷烃吸附到细胞表面;第二,烷烃通过孔和 沟穿透坚硬的酵母细胞壁,而聚集在细胞质表面;第三, 通过未修饰烷烃的胞饮作用把烷烃转移到细胞内的烷烃 氧化部位。
9.2.2.2 污染物质的 生物迁移转化途径
污染物进人环境中会通过各种途径发生迁移与 转化，自然力与生物的作用是污染物发生迁移转化 的最重要的力量，而稀释扩散、降解、沉积、生物 富集等是转化的最主要的途径。转化可以发生在某 个环境中，或者不同的环境之间，或者生物体内， 或者在生物体与环境之间。总之，是在环境、污染 物与生物三者构成的复合系统中的多向转化。
④具有取代基团的有机化合物，其异构体的多样 性可能影响生物降解能力。
⑤增加或去除某一功能团会影响有机化合物的生 物降解程度，如卤代作用能抵抗生物降解。
（5） 污染物质的生物富集
污染物质在生物体内可以造成积累，通过污染 物质在食物链上的浓缩而引起的生物体内的污染物 质的高浓度积累。生物富集常用浓缩系数或者富集 系数来描述，即指生物体内某种污染物质的浓度与 它所生存的环境中该物质的浓度的比值。描述某种 生物对某种污染物质的浓缩系数时，应该采用达到 动态平衡时的浓缩系数。该系数能表明这类生物对 某污染物质的生理代谢能力。
吸收是生物的主动过程，当生物与污染物质 同处某一介质中，互相具有接触的机会。生物体 在与污染物质接触的过程中，主动以某种方式获 取该物质。一般而言，污染物质必须通过细胞膜 方能被微生物细胞吸收。大部分被吸收的物质可 以在微生物细胞体内进行代谢，吸收、代谢与排 泄构成一个完整的代谢过程，大多数时候污染物 质就在这个过程中被降解。
(1)污染物质的扩散迁移
污染物质从污染源排放进人环境中，由于存在的浓度 梯度，污染物质必然在环境中发生扩散，从污染源的高浓 度区域向周围的低浓度区域扩散。在不受任何其他环境因 子影响的条件下，扩散过程依赖于污染物质的分压差或者 浓度差.污染物进人环境后,作用于污染物的环境因素很多, 影响污染物扩散的因素主要是环境介质的运动。污染物质 在不同类型的介质中扩散度有显著的差别,一般而言,在空 气中扩散度比水中的扩散度大得多，在固体中的扩散则更 难，扩散度以扩散系数表示。
环境微生物修复技术主要由三方面的内容组成： ① 利用土著微生物代谢能力的技术； ② 活化土著微生物分解能力的方法； ③ 添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生
物(群)的方法。
9.2污染环境微生物 修复的机理
受污染的环境中有机物主要是通过微生物的代 谢活动将其降解转化。因此，在微生物修复中首先 需考虑适宜微生物的来源及其应用技术。其次，微 生物的代谢活动需在适宜的环境条件下才能进行， 因此我们必须人为提供适于微生物起作用的条件， 以强化微生物对污染环境的修复作用。
微生物降解有机物有两种方式：第一，通过微生物 分泌的胞外酶降解；第二，污染物被微生物吸收到微生 物细胞内后，由胞内降解。微生物从胞外环境中吸收摄 取物质的方式主要有主动运输，被动扩散，促进扩散， 基团扩散，基团转位，胞饮作用等。
①主动运输:微生物在生长过程中所需要的各种营 养物质主要以主动运输的方式进入细胞内部。主动运输 需要消耗能量，也需要载体蛋白的参与。
②被动扩散:扩散的速度取决于细胞膜两边该物质 浓度差,不消耗能量。
③促进扩散:在运输过程中不需要消耗能量 ,运输速 度取决于细胞膜内外两边的浓度差，但促进扩散需要借 助于位于细胞膜上的一种载体蛋白参与物质运输。
④基团转位:是另一类类型的主动运输，在物质运输 过程中，除了物质分子发生化学变化外，其他特点都与 主动运输相同。
①脂肪族和环状化合物较芳香族化合物容易被生物 降解。
②不饱和脂肪族化合物一般是可生物降解的，但有 些不饱和矜肪族化合物（如苯代亚乙基化合物）有相对 不溶性，影响生物降解的程度。如果有机化合物分子的 主链上除碳元素外还有其他元素粉，就会增加对生物降 解的抵抗力。
③有机化合物分子的大小对生物降解能力有重要 影响。聚合物和复合物的分子能抵抗生物降解。
环境生物化学第九章
9 污染环境微生物修复的 生物化学原理
9.1污染环境微生物 修复概念
微生物修复是利用微生物催化降解有机 污染物，从而修复被污染环境或消除环境中 的污染物的一个受控或自发进行的过程，这 是狭义的定义。也可以表述为：微生物修复 是利用土著的、引入的微生物和微生物制剂 及其代谢过程，或其产物进行的消除或富集 有毒物的生物学过程。