第31章氨基酸及其重要衍生物的生物合成mly

1、第第31章章 氨基酸及其重要衍生氨基酸及其重要衍生物的生物合成物的生物合成 (Biosynthesis of amino acids and several important derivatives)一、概一、概 论论1、必需氨基酸和非必需氨基酸、必需氨基酸和非必需氨基酸动物动物必需氨基酸指动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得才必需氨基酸指动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得才能维持正常生长发育。能维持正常生长发育。非必需氨基酸非必需氨基酸凡是动物体内能合成的氨基酸。凡是动物体内能合成的氨基酸。植物植物能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根来合成氨基酸。能合成全部所需的氨基酸，可利

2、用氨和硝酸根来合成氨基酸。微生物微生物不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。人的必需氨基酸人的必需氨基酸对于人体的需要来说，对于人体的需要来说，20种氨基酸可以分为三类：种氨基酸可以分为三类：Lys、Thr、Leu、Ile、Val、Met、Trp、Phe这这8种氨基酸，种氨基酸，人体不能自己合成，必须通过食物来摄取，这些氨基酸称为人体不能自己合成，必须通过食物来摄取，这些氨基酸称为必需氨基酸必需氨基酸。青少年以前人体合成青少年以前人体合成Arg、His的能力不能满足自身的需要，的能力不能满足自身的需要，需要从食物中摄取一部分，称为需要从食物中摄取一部分，称为半

3、必需氨基酸半必需氨基酸。对于成年人。对于成年人来说，来说，Arg和和His是非必需氨基酸。是非必需氨基酸。另外的十种氨基酸另外的十种氨基酸，人体可以自身合成，称为，人体可以自身合成，称为非必需氨基酸非必需氨基酸。假假 设设 来来 写写 一一 两两 本本 书书Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr蛋白质的营养价值蛋白质的营养价值1. 必需氨基酸的种类和数量必需氨基酸的种类和数量2. 必需氨基酸的比例必需氨基酸的比例(1)(1)氨基酸碳骨架是怎样形成的氨基酸碳骨架是怎样形成的? ?(2)(2)氮经怎样的途径流入氨基酸分子氮经怎样的途径流入氨基酸分子? ?2、有关合成的两个问

4、题、有关合成的两个问题2.1 氨基酸碳骨架的形成氨基酸碳骨架的形成源于代谢的三条源于代谢的三条“主要干线主要干线”的代谢中间产物的代谢中间产物柠檬酸循环柠檬酸循环糖酵解糖酵解磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径异亮氨酸异亮氨酸无机氮（无机氮（N2、NH3）通过）通过“生物固氮生物固氮”成为复杂的有机氮。成为复杂的有机氮。生物体可以通过三条途径将氨转化为有机化合物：生物体可以通过三条途径将氨转化为有机化合物：形成氨甲酰磷酸形成氨甲酰磷酸(耗耗2ATP)形成谷氨酸形成谷氨酸(耗耗NADPH or NADH)形成谷氨酰胺形成谷氨酰胺(耗耗1ATP)2.2 氮经三条途径流入氨基酸分子氮经三条途径流入氨基酸分子形成

5、氨甲酰磷酸机制形成氨甲酰磷酸机制催化酶：氨甲酰磷酸合成酶催化酶：氨甲酰磷酸合成酶调节物：调节物：N-乙酰谷氨酸（细菌中由谷乙酰谷氨酸（细菌中由谷氨酸在氨酸在N-乙酰谷氨酸合成酶的催化下乙酰谷氨酸合成酶的催化下与乙酰与乙酰-CoA合成。）合成。）形成谷氨酸形成谷氨酸形成谷氨酰胺形成谷氨酰胺二十种氨基酸生物合成的概况二十种氨基酸生物合成的概况二、氨基酸的生物合成二、氨基酸的生物合成（一）谷氨酸族氨基酸的生物合成（一）谷氨酸族氨基酸的生物合成Glu、Gln、Pro、Arg、Lys 不同生物合成不同生物合成20种氨基酸的能力差异极大，大多数细种氨基酸的能力差异极大，大多数细菌和植物可以合成菌和植物可以

6、合成20种氨基酸，哺乳动物只能以简单的方种氨基酸，哺乳动物只能以简单的方式合成其中大约一半的氨基酸式合成其中大约一半的氨基酸非必需氨基酸，其他则为非必需氨基酸，其他则为必需氨基酸，必须由食物中摄取。除注明外一般均指细菌。必需氨基酸，必须由食物中摄取。除注明外一般均指细菌。谷氨酸生物合成谷氨酸生物合成谷氨酸合酶谷氨酸合酶 通过谷氨酸脱氢酶合成谷氨酸（氧化脱氨的逆反应，在自然通过谷氨酸脱氢酶合成谷氨酸（氧化脱氨的逆反应，在自然界不普遍，要求底物界不普遍，要求底物NH4+高）。高）。 通过通过酮戊二酸和其他氨基酸的转氨反应合成谷氨酸。酮戊二酸和其他氨基酸的转氨反应合成谷氨酸。 酮戊二酸和谷氨酰胺反应

7、生成两分子谷氨酸。酮戊二酸和谷氨酰胺反应生成两分子谷氨酸。-酮戊二酸形成谷氨酰胺酮戊二酸形成谷氨酰胺见氨的转运见氨的转运谷氨酰胺合成酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶谷氨酰胺合成酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶谷氨酸和谷氨酰胺合成示意图谷氨酸和谷氨酰胺合成示意图NH4+极低时就可以进行极低时就可以进行由由酮戊二酸合成脯氨酸酮戊二酸合成脯氨酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 -谷氨酰磷酸谷氨酰磷酸谷氨酸谷氨酸-半醛半醛 - -二氢吡咯二氢吡咯- - 5 - -羧酸羧酸 脯氨酸脯氨酸 激酶激酶 还原酶还原酶自发环化自发环化 还原酶还原酶由由酮戊二酸合成精氨酸酮戊二酸合成精氨酸见尿素循环见尿素循环

8、几种氨基酸的关系几种氨基酸的关系-酮戊二酸酮戊二酸谷AA谷氨酰胺谷氨酰胺脯AA 羟脯羟脯AA鸟AA瓜AA精精AA（二）天冬氨酸族氨基酸的生物合成（二）天冬氨酸族氨基酸的生物合成Asp、Asn、Met、Thr 、 Ile共同碳架：共同碳架：TCA中的中的草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸生物合成天冬氨酸生物合成 谷草转氨酶谷草转氨酶天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺生物合成天冬酰胺生物合成天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶 哺乳动物中哺乳动物中 细菌中细菌中天冬氨酸天冬氨酸几种氨基酸的关系几种氨基酸的关系草酰乙酸草酰乙酸赖氨酸赖氨酸苏氨酸苏氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸异亮氨酸异亮氨酸天冬酰胺天冬酰胺天

9、冬氨酸天冬氨酸-天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛（三）丙酮酸族氨基酸的生物合成（三）丙酮酸族氨基酸的生物合成Ala、Val、Leu共同碳架：共同碳架：EMPEMP中的中的丙酮酸丙酮酸丙氨酸生物合成丙氨酸生物合成谷丙转氨酶谷丙转氨酶（四）丝氨酸族氨基酸的生物合成（四）丝氨酸族氨基酸的生物合成Ser、Gly、Cys丝氨酸和甘氨酸生物合成丝氨酸和甘氨酸生物合成磷酸甘油酸脱氢酶磷酸甘油酸脱氢酶 磷酸丝氨酸转氨酶磷酸丝氨酸转氨酶丝氨酸丝氨酸转羟甲基酶转羟甲基酶磷酸丝氨酸磷酸丝氨酸磷酸酶磷酸酶甘油酸甘油酸- -3- -磷酸磷酸 3- -磷酸羟基丙酮酸磷酸羟基丙酮酸3- -磷酸丝氨酸磷酸丝氨酸 丝氨酸丝氨酸 甘氨酸

10、甘氨酸半胱氨酸生物合成半胱氨酸生物合成硫氢解酶硫氢解酶转乙酰基酶转乙酰基酶丝氨酸丝氨酸O 乙酰丝氨酸乙酰丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸植物和微生物体内半胱氨酸的合成途径植物和微生物体内半胱氨酸的合成途径-SH主要来源于硫酸，主要来源于硫酸，硫酸要还原为硫酸要还原为H2S半胱氨酸生物合成半胱氨酸生物合成胱硫醚胱硫醚 -水解酶水解酶胱硫醚胱硫醚 -合酶合酶高半胱氨酸高半胱氨酸 胱硫醚胱硫醚-酮丁酸酮丁酸半胱氨酸半胱氨酸动物体内半胱氨酸合成的直接前体是丝氨酸和高半胱氨酸，后动物体内半胱氨酸合成的直接前体是丝氨酸和高半胱氨酸，后者也是甲硫氨酸生物合成中的一个中间产物者也是甲硫氨酸生物合成中的一个中间产物三种氨

11、基酸的关系三种氨基酸的关系甘甘AA丝丝AA半胱半胱AA3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸SAM（五）芳香族氨基酸的生物合成（五）芳香族氨基酸的生物合成Phe、Tyr、Trp见见P356图图31-20、P357图图31-21、P358图图31-22芳香族芳香族AA碳架：碳架：4-磷酸磷酸-赤藓糖赤藓糖(PPP)和和PEP(EMP)芳香族氨基酸的关系芳香族氨基酸的关系色氨酸色氨酸 PEP4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖莽草酸莽草酸分支酸分支酸预苯酸预苯酸酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸 虽然苯环非常稳定，但环境虽然苯环非常稳定，但环境中并没有现成的芳香环。细菌和中并没有现成的芳香环。细菌和植物中植物中Trp、Phe及及Tyr合成的分合成的分支在芳香环的形成支在芳香环的形成一条重要的一条重要的生物学途径。涉及脂肪族前体的生物学途径。涉及脂肪族前体的环化及双键添加，前环化及双键添加，前4步由步由4-P-赤赤藓