氨基酸與其重要衍生物生物合成

第31章氨基酸及其重要衍生物的生物合成 一 概論 對(duì)動(dòng)物來(lái)說(shuō) 必需氨基酸 動(dòng)物體內(nèi)不能合成的氨基酸 必須從外界獲得才能維持正常生長(zhǎng)發(fā)育 苯丙氨酸 色氨酸 亮氨酸 異亮氨酸 纈氨酸 蘇氨酸 甲硫氨酸 賴氨酸 精氨酸 組氨酸 非必需氨基酸 凡是動(dòng)物體內(nèi)能合成的氨基酸 對(duì)植物來(lái)說(shuō) 能合成全部所需的氨基酸 可利用氨和硝酸根來(lái)合成氨基酸 對(duì)微生物來(lái)說(shuō) 不同微生物合成氨基酸的能力差異很大 檸檬酸循環(huán)糖酵解戊糖磷酸途徑氨基酸分解途徑 氨基酸合成的碳架來(lái)源 氨基酸合成的氨基來(lái)源 起始于無(wú)機(jī)氮 即無(wú)機(jī)氮先轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔?再轉(zhuǎn)變?yōu)楹袡C(jī)化合物 氨基酸的分族 檸檬酸循環(huán) 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 蘇氨酸 賴氨酸 天冬氨酸族 谷氨酸族 糖酵解 丙酮酸 絲氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 丙氨酸 纈氨酸 亮氨酸 甘油 3 磷酸 絲氨酸族 丙酮酸族 糖酵解 苯丙氨酸 色氨酸 酪氨酸 組氨酸 磷酸烯醇式丙酮酸 赤蘚糖 4 磷酸 戊糖磷酸途徑 戊糖磷酸途徑 核糖 5 磷酸 芳香族氨基酸 無(wú)機(jī)界 有機(jī)界 N2 NH3 NO3 氨基酸核苷酸葉綠素 蛋白質(zhì)DNA RNA多糖脂類 無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮的相互代謝轉(zhuǎn)化 固氮作用 反硝化作用 絕大多數(shù)植物及微生物 某些微生物 同化作用生物合成 異化作用分解代謝 生物合成 分解代謝 生物體利用3種反應(yīng)途徑把氨轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物 這些有機(jī)物進(jìn)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 通過(guò)尿素循環(huán)合成精氨酸 2 谷氨酸脫氫酶催化 酮戊二酸還原 氨化 生成谷氨酸 3 谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸 轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺 谷AA脫氫酶 細(xì)菌 NH3 NADH NAD H2O 酮戊二酸 TCA循環(huán)產(chǎn)生的 谷氨酰胺合成酶 高等植物的主要途徑 NH3 ATP ADP Pi H2O 谷氨酰胺 貯存了氨 可做為NH3的供體將其轉(zhuǎn)移 2H 2 總反應(yīng) NH3 ATP 酮戊二酸 2H谷AA ADP H2O Pi 谷AA合酶 谷氨酰胺合成酶 氨甲酰磷酸合成途徑 微生物和動(dòng)物 原料 NH3CO2ATP 氨甲酰激酶 NH3 CO2 ATP Mg2 氨甲酰磷酸 氨甲酰磷酸合成酶 NH3 CO2 2ATP Mg2 輔因子 在植物體中 氨甲酰磷酸中的氮來(lái)自谷氨酰胺的酰胺基 不是由氨來(lái)的 二氨基酸的合成 主要通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用 AA R1 酮酸R1 轉(zhuǎn)氨酶 AA R2 酮酸R2 許多氨基酸可以作為氨基的供體 其中最主要的是谷氨酸 其被稱為氨基的 轉(zhuǎn)換站 先Glu其它AA 氨基酸的合成 有C架 酮酸 有AA提供氨基 最主要為谷AA 領(lǐng)頭AA 一 谷氨酸族氨基酸的合成 包括 谷AA Glu 谷氨酰胺 Gln 脯 Pro 羥脯 Hyp 精 Arg 共同碳架 TCA中的 酮戊二酸 1 由 酮戊二酸形成谷氨酸 動(dòng)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轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)含氮物的主要酶 酮戊二酸 轉(zhuǎn)氨酶 氨基酸 酮酸 普遍 由 酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的關(guān)系圖 3 由谷AA精AA 4 由谷AA脯AA 5 L 賴氨酸的生物合成 L賴氨酸的生物合成在不同生物有完全不同的兩條途徑 覃類 和眼蟲(chóng) L 賴氨酸的合成以 酮戊二酸為起始物 細(xì)菌和綠色植物則是通過(guò)丙酮酸和天冬氨酸 半醛的縮合途徑 幾種氨基酸的關(guān)系 酮戊二酸 谷AA 谷氨酰胺 脯AA 羥脯AA 鳥(niǎo)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 賴 Lys 蘇 Thr 甲硫 Met 異亮 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 存在于細(xì)菌中 3 細(xì)菌和植物L(fēng) 賴氨酸的生物合成 4 L 甲硫氨酸的生物合成 5 L 蘇氨酸的生物合成 6 L 異亮氨酸的生物合成 幾種氨基酸的關(guān)系 天冬氨酸半醛 包括 丙 Ala 纈 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 纈氨酸和異亮氨酸的生物合成 3 亮氨酸的生物合成 四 絲氨酸族氨基酸的合成 包括 絲 Ser 甘 Gly 半胱 Cys 1 甘AA碳架 光呼吸乙醇酸途徑中的乙醛酸 酮戊二酸 甘AA 谷AA 乙醛酸 1 絲氨酸和甘氨酸的生物合成途徑 有兩條途徑 NH3 CO2 2H 2e 2 H2O 絲AA 甘AA 2 碳架 EMP中的3 磷酸甘油酸 甘氨酸脫羥酶絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶 2 半胱氨酸的生物合成 1 某些植物和微生物體內(nèi)半胱氨酸的合成途徑 SH主要來(lái)源于硫酸 硫酸要還原為H2S 硫酸還原為H2S 首先要轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨问?在動(dòng)物休內(nèi)半胱氨酸的直接前體為絲氨酸和高半胱氨酸 后者也是甲硫氨酸生物合成中的一個(gè)中間產(chǎn)物 也可稱為前體 2 動(dòng)物體內(nèi)半胱氨酸的合成途徑 三種氨基酸的關(guān)系 乙醛酸 甘AA 絲AA 半胱AA 3 磷酸甘油酸 五 組氨酸和芳香族氨基酸的生物合成 包括 組AA His 色AA Trp 酪AA Tyr 苯丙AA Phe 芳香族AA碳架 4 磷酸 赤蘚糖 PPP 和PEP EMP 1 芳香族氨基酸的生物合成 芳香族AA碳架 赤蘚糖 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徑外 還可由苯丙氨酸羥基化而形成 催化此反應(yīng)的酶稱為苯丙氨酸羥化酶 又稱苯丙氨酸 4 單加氧酶 2 由分支酸形成色氨酸 色氨酸碳原子和氮原子來(lái)源總結(jié) PPP中的磷酸核糖 赤蘚糖 4 磷酸 PPP 和PEP EMP 芳香族氨基酸的關(guān)系 色氨酸 若將莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前體 因此芳香族氨基酸合成時(shí)相同的一段過(guò)程叫莽草酸途徑 2 組氨酸的生物合成 NH CH N 來(lái)自核糖 來(lái)自谷氨酰胺的酰胺基 從谷氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用而來(lái) 來(lái)自ATP 組氨酸碳原子和氮原子來(lái)源總結(jié) 三 氨基酸生物合成的調(diào)節(jié) 一 通過(guò)終端產(chǎn)物對(duì)氨基酸生物合成的抑制 1 簡(jiǎn)單的終端產(chǎn)物抑制 2 不同終端產(chǎn)物對(duì)共經(jīng)合成途徑的協(xié)同抑制 3 不同分支產(chǎn)物對(duì)多個(gè)同工酶的特殊抑制 酶的多重性抑制 4 連續(xù)產(chǎn)物抑制 又稱連續(xù)反饋控制或逐步反饋抑制 二 通過(guò)酶生成量的改變調(diào)節(jié)氨基酸生物合成 酶生成量的控制主要是通過(guò)有關(guān)酶編碼基因活性的改變 當(dāng)某種氨基酸的合成能夠提供超過(guò)需要量的產(chǎn)物時(shí) 則該合成途徑的酶的績(jī)碼基因即受到抑制 而當(dāng)合成產(chǎn)物濃度下降時(shí) 則有關(guān)酶的編碼基因即解除抑制 從而合成增加產(chǎn)物濃度所需要的酶 在氨基酸的合成途徑中 有些酶能夠受