氨基酸的生物合成

1、第31章氨基酸及其重要衍生物的生物合成,一、概论,对动物来说：必需氨基酸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。苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、组氨酸。非必需氨基酸凡是动物体内能合成的氨基酸。对植物来说：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。对微生物来说：不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。,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。,氨基酸合成总图,氨基酸的分族,柠檬酸循环,-酮戊二酸,草酰乙酸,谷氨酸,天冬

2、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）,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,甘油酸-3-磷酸,（丝氨酸族）,（丙酮酸族）,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）,无机界,有机界,N2,NH3,NO3-,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,生物体利用3种反应

3、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。,谷AA脱氢酶（细菌）,+NH3+NADH,+NAD+H2O,-酮戊二酸（TCA循环产生的）,谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）,+NH3+ATP,+ADP+Pi+H2O,谷氨酰胺(贮存了氨）,可做为NH3的供体将其转移,+,+2H,2,总反应:NH3+ATP+-酮戊二酸+2H谷AA+ADP+H2O+Pi,谷AA合酶,谷氨酰胺合成酶,二氨基

4、酸的合成,主要通过转氨基作用,AA-R1,-酮酸R1,转氨酶,AA-R2,-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”，Glu其它AA。,氨基酸的合成,有C架（-酮酸）,有AA提供氨基(最主要为谷AA),（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)赖氨酸（lys),共同碳架：TCA中的-酮戊二酸,1、由-酮戊二酸形成谷氨酸,（动物和真菌，不普遍）,2、由-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,-酮戊二酸,转氨酶,氨基酸,-酮酸,（普遍）,由-酮戊二酸

5、形成谷氨酰胺和谷氨酸的关系图,3、由谷AA精AA,4、由谷AA脯AA,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-半醛的缩合途径。,几种氨基酸的关系,-酮戊二酸,谷AA,谷氨酰胺,脯AA,羟脯AA,鸟AA,瓜AA,精AA,（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,2、L-天冬酰胺的生物合成,（1）,（2）,（存在于细菌中）,

6、3、细菌和植物L-赖氨酸的生物合成,4、L-甲硫氨酸的生物合成,5、L-苏氨酸的生物合成,6、L-异亮氨酸的生物合成,几种氨基酸的关系,-天冬氨酸半醛,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,2、缬氨酸和异亮氨酸的生物合成,3、亮氨酸的生物合成,（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,+,+,-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）,+NH3+CO2+2H+2e-,2,H2O,丝AA,

7、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,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；在动物体内来源于高半胱氨酸。,植物和微生物体内的合成,硫酸还原为H2S，首先要转变为活化形式,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AA,3-磷酸甘油酸,（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(

8、Phe),芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP),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),（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。,（2）由分支酸形成色氨酸,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),芳香族氨基酸的关系,色氨酸,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,2、组氨酸的生物合成,NH,CH,N,来自

9、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,三、氨基酸生物合成的调节,（一）通过终端产物对氨基酸生物合成的抑制,1、简单的终端产物抑制,2、不同终端产物对共经合成途径的协同抑制,3、不同分支产物对多个同工酶的特殊抑制酶的多重性抑制,4、连续产物抑制，又称连续反馈控制或逐步反馈抑制,（二）通过酶生成量的改变调节氨基酸生物合成,酶生成量的控制主要是通过有关酶编码基因活性的改变。当某种氨基酸的合成能够提供超过需要量的产物时，则该合成途径的酶的绩码基因即受到抑制；而当合成产物浓度下降时，则有关酶的编码基因即解除抑制，从而合成增加产物浓度所需要的酶。在氨基酸的合成途径中，有些酶能够受到