氨基酸及其重要衍生物的生物合成

关于氨基酸及其重要衍生物的生物合成第1页，共44页，2023年，2月20日，星期四柠檬酸循环糖酵解戊糖磷酸途径氨基酸分解途径氨基酸合成的碳架来源：氨基酸合成的氨基来源：起始于无机氮，即无机氮先转变为氨气，再转变为含氮有机化合物。第2页，共44页，2023年，2月20日，星期四氨基酸的分族柠檬酸循环α-酮戊二酸草酰乙酸谷氨酸天冬氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酰胺天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸赖氨酸（天冬氨酸族）（谷氨酸族）第3页，共44页，2023年，2月20日，星期四糖酵解丙酮酸丝氨酸半胱氨酸甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸甘油-3-磷酸（丝氨酸族）（丙酮酸族）第4页，共44页，2023年，2月20日，星期四糖酵解苯丙氨酸色氨酸酪氨酸组氨酸磷酸烯醇式丙酮酸赤藓糖-4-磷酸戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径核糖-5-磷酸（芳香族氨基酸）第5页，共44页，2023年，2月20日，星期四无机界有机界N2NH3NO3-氨基酸核苷酸叶绿素蛋白质DNA、RNA多糖脂类无机氮和有机氮的相互代谢转化固氮作用反硝化作用绝大多数植物及微生物某些微生物同化作用生物合成异化作用分解代谢生物合成分解代谢第6页，共44页，2023年，2月20日，星期四生物体利用3种反应途径把氨转化为有机化合物，这些有机物进一步合成氨基酸。1、氨甲酰磷酸合成酶催化CO2（以HCO3-的形式）及ATP合成氨甲酰磷酸，通过尿素循环合成精氨酸。2、谷氨酸脱氢酶催化-酮戊二酸还原、氨化，生成谷氨酸。3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺。第7页，共44页，2023年，2月20日，星期四谷AA脱氢酶（细菌）CH2-COOHCH2-C=OCOOH--CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--+NH3+NADH+NAD++H2O

α-酮戊二酸（TCA循环产生的）此反应要求有较高浓度的NH3，足以使光合磷酸化解偶联，不可能是无机氨转为有机氮的主要途径第8页，共44页，2023年，2月20日，星期四

谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）

CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH--+NH3+ATP+ADP+Pi+H2O

谷氨酰胺(贮存了氨）可做为NH3的供体将其转移CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH--CH2-COOHCH2-C=OCOOH--++2HCH2-COOHCH2-CHNH2COOH--2总反应:NH3+ATP+α-酮戊二酸+2H谷AA+ADP+H2O+Pi谷AA合酶谷氨酰胺合成酶第9页，共44页，2023年，2月20日，星期四氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物）原料：NH3CO2ATP

氨甲酰激酶NH3+CO2+ATPMg2+

O

H2N-C-OPO3H2+ADP=氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶NH3+CO2+2ATPMg2+辅因子

O

H2N-C-OPO3H2+2ADP+Pi在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨来的。利用体内代谢的氨第10页，共44页，2023年，2月20日，星期四二氨基酸的合成主要通过转氨基作用AA-R1α-酮酸R1转氨酶AA-R2α-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。氨基酸的合成｛有C架（α-酮酸）有AA提供氨基(最主要为谷AA，领头AA)第11页，共44页，2023年，2月20日，星期四（一）

谷氨酸族氨基酸的合成包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、

羟脯(Hyp)、精(Arg)共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸1、由α-酮戊二酸形成谷氨酸

（动物和真菌，不普遍）第12页，共44页，2023年，2月20日，星期四2、由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶α-酮戊二酸转氨酶氨基酸α-酮酸第13页，共44页，2023年，2月20日，星期四

（普遍）由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的关系图第14页，共44页，2023年，2月20日，星期四3、由谷AA精AA

第15页，共44页，2023年，2月20日，星期四4、由谷AA脯AA

第16页，共44页，2023年，2月20日，星期四5、L-赖氨酸的生物合成

L赖氨酸的生物合成在不同生物有完全不同的两条途径。覃类（和眼虫）L－赖氨酸的合成以-酮戊二酸为起始物。细菌和绿色植物则是通过丙酮酸和天冬氨酸-β-半醛的缩合途径。第17页，共44页，2023年，2月20日，星期四几种氨基酸的关系α-酮戊二酸谷AA谷氨酰胺脯AA羟脯AA鸟AA瓜AA精AA第18页，共44页，2023年，2月20日，星期四（二）天冬氨酸族氨基酸的合成包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、苏(Thr)、甲硫(Met)、异亮(Ile)共同碳架：TCA中的草酰乙酸1、L-天冬氨酸的生物合成第19页，共44页，2023年，2月20日，星期四2、L-天冬酰胺的生物合成（1）（2）（存在于细菌中）第20页，共44页，2023年，2月20日，星期四3、细菌和植物L-赖氨酸的生物合成第21页，共44页，2023年，2月20日，星期四4、L-甲硫氨酸的生物合成第22页，共44页，2023年，2月20日，星期四5、L-苏氨酸的生物合成第23页，共44页，2023年，2月20日，星期四6、L-异亮氨酸的生物合成第24页，共44页，2023年，2月20日，星期四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-天冬氨酸半醛第25页，共44页，2023年，2月20日，星期四包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)（三）丙酮酸族氨基酸的合成共同碳架：EMP中的丙酮酸1、丙氨酸的生物合成第26页，共44页，2023年，2月20日，星期四2、缬氨酸和异亮氨酸的生物合成3、亮氨酸的生物合成第27页，共44页，2023年，2月20日，星期四（四）丝氨酸族氨基酸的合成包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)（1）甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--

COOH

CHO-+

COOH

CH2NH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH--+α-酮戊二酸

甘AA

谷AA

乙醛酸

1、丝氨酸和甘氨酸的生物合成途径（有两条途径）第28页，共44页，2023年，2月20日，星期四

COOH

CH2NH2-

COOH

CH2OH

CHNH2-+NH3+CO2+2H++

2e-2H2O

丝AA

甘AA

（2）碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸甘氨酸脱羟酶丝氨酸羟甲基转移酶第29页，共44页，2023年，2月20日，星期四2、半胱氨酸的生物合成（1）某些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，硫酸要还原为H2S。第30页，共44页，2023年，2月20日，星期四硫酸还原为H2S，首先要转变为活化形式第31页，共44页，2023年，2月20日，星期四在动物休内半胱氨酸的直接前体为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，也可称为前体。（2）动物体内半胱氨酸的合成途径三种氨基酸的关系乙醛酸甘AA丝AA半胱AA3-磷酸甘油酸第32页，共44页，2023年，2月20日，星期四（五）组氨酸和芳香族氨基酸的生物合成包括：组AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、苯丙AA(Phe)芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP)第33页，共44页，2023年，2月20日，星期四1、芳香族氨基酸的生物合成芳香族AA碳架：赤藓糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP)第34页，共44页，2023年，2月20日，星期四（1）由分支酸形成苯丙氨酸和酪氨酸酪氨酸的生物合成除上述途径外，还可由苯丙氨酸羟基化而形成。催化此反应的酶称为苯丙氨酸羟化酶，又称苯丙氨酸-4-单加氧酶。第35页，共44页，2023年，2月20日，星期四（2）由分支酸形成色氨酸第36页，共44页，2023年，2月20日，星期四色氨酸碳原子和氮原子来源总结PPP中的磷酸核糖、赤藓糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP)第37页，共44页，2023年，2月20日，星期四芳香族氨基酸的关系色氨酸

PEP4-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第38页，共44页，2023年，2月20日，星期四2、组氨酸的生物合成第39页，共44页，2023年，2月20日，星期四CH2HCCCH-NH2COOH--NHCHN来自核糖来自谷氨酰胺的酰胺基从谷氨酸经转氨作用而来来自ATP组氨酸碳原子和氮原子来源总结第40页，共44页，2023年，2月20