氨基酸及其重要衍生物的生物合成

1、第第3131章章 氨基酸及其重要衍生物的生物合成氨基酸及其重要衍生物的生物合成一、概論一、概論對動物來說：對動物來說：必需氨基酸必需氨基酸動物體內(nèi)不能合成的氨基酸，必須從外界獲得動物體內(nèi)不能合成的氨基酸，必須從外界獲得才能維持正常生長發(fā)育。才能維持正常生長發(fā)育。苯丙氨酸、色氨酸苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、異亮氨亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸酸、纈氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸甲硫氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸賴氨酸、精氨酸、組氨酸。非必需氨基酸非必需氨基酸凡是動物體內(nèi)能合成的氨基酸。凡是動物體內(nèi)能合成的氨基酸。對植物來說：對植物來說：能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根來合成氨基酸。能合成全部所需的

2、氨基酸，可利用氨和硝酸根來合成氨基酸。對微生物來說：對微生物來說：不同微生物合成氨基酸的能力差異很大。不同微生物合成氨基酸的能力差異很大。檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)糖酵解糖酵解戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑氨基酸分解途徑氨基酸分解途徑氨基酸合成的碳架來源：氨基酸合成的碳架來源：氨基酸合成的氨基來源：氨基酸合成的氨基來源：起始于無機(jī)氮，即無機(jī)氮先轉(zhuǎn)變?yōu)槠鹗加跓o機(jī)氮，即無機(jī)氮先轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔?，再轉(zhuǎn)變?yōu)楹袡C(jī)化合物。氨氣，再轉(zhuǎn)變?yōu)楹袡C(jī)化合物。氨基酸的分族氨基酸的分族檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺天冬酰胺天冬酰胺甲硫氨酸

3、甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸賴氨酸賴氨酸（天冬氨酸族）（天冬氨酸族）（谷氨酸族）（谷氨酸族）糖酵解糖酵解丙酮酸丙酮酸絲氨酸絲氨酸半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸纈氨酸纈氨酸亮氨酸亮氨酸甘油甘油-3-3-磷酸磷酸（絲氨酸族）（絲氨酸族）（丙酮酸族）（丙酮酸族）糖酵解糖酵解苯丙氨酸苯丙氨酸色氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸組氨酸組氨酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸赤蘚糖赤蘚糖-4-4-磷酸磷酸戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑核糖核糖-5-5-磷酸磷酸（芳香族氨基酸）（芳香族氨基酸）無機(jī)界無機(jī)界有機(jī)界有機(jī)界N2NH3NO3-氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸葉綠素葉綠素蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)DNA、RNA多糖多

4、糖脂類脂類無機(jī)氮和有機(jī)氮的相互代謝轉(zhuǎn)化無機(jī)氮和有機(jī)氮的相互代謝轉(zhuǎn)化固氮固氮作用作用反硝化作用反硝化作用絕大多數(shù)植絕大多數(shù)植物及微生物物及微生物某些微生物某些微生物同化作用同化作用生物合成生物合成異化作用異化作用分解代謝分解代謝生物合成生物合成分解代謝分解代謝生物體利用生物體利用3 3種反應(yīng)種反應(yīng)途徑把氨轉(zhuǎn)化為有機(jī)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?；衔?，這些有機(jī)物進(jìn)一步合成氨基酸。1 1、氨甲酰磷酸合成酶催化、氨甲酰磷酸合成酶催化COCO2 2（以以HCOHCO3 3- -的形式）的形式）及及ATPATP合成合成氨甲酰磷酸，通過尿素循環(huán)合成精氨酸。氨甲酰磷酸，通過尿素循環(huán)合

5、成精氨酸。2 2、谷氨酸脫氫酶催化、谷氨酸脫氫酶催化 - -酮戊二酸還原、氨化，生酮戊二酸還原、氨化，生成谷氨酸。成谷氨酸。3 3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺。、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺。谷谷AA脫氫酶脫氫酶（細(xì)菌）（細(xì)菌）CH2-COOHCH2-C=OCOOH-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-+NH3 +NADH+NAD+ +H2O -酮戊二酸酮戊二酸（TCA循環(huán)產(chǎn)生的）循環(huán)產(chǎn)生的） 此反應(yīng)要求有較高濃度的此反應(yīng)要求有較高濃度的NH3，足足以使光合磷酸化解偶聯(lián)，不可能是無以使光合磷酸化解偶聯(lián)，不可能是無機(jī)氨轉(zhuǎn)為有機(jī)氮的主要途徑機(jī)氨轉(zhuǎn)為有機(jī)氮的主要途徑

6、 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途徑）（高等植物的主要途徑）CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-+NH3 +ATP+ADP +Pi+H2O NH3其其CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-C=OCOOH-+2HCH2-COOHCH2-CHNH2COOH-2 總反應(yīng)總反應(yīng): NH3 +ATP + -酮戊二酸酮戊二酸+2H 谷谷AA+ADP+H2O+Pi 谷谷AAAA合酶合酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶氨甲酰磷酸合成途徑氨甲酰磷酸合成途徑（微生物和（微生物和動物動物）原料：原料：NH3 CO2 AT

7、P 氨甲酰激酶氨甲酰激酶NH3 + CO2 + ATPMg2+ O H2N-C-OPO3H2 + ADP=氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶NH3 + CO2 + 2ATPMg2+ O H2N-C-OPO3H2 + 2ADP+Pi利用體內(nèi)代謝的氨利用體內(nèi)代謝的氨二二 氨氨 基基 酸酸 的的 合合 成成v主要通過轉(zhuǎn)氨基作用主要通過轉(zhuǎn)氨基作用AA-R1-酮酸酮酸R1轉(zhuǎn)氨酶AA-R2-酮酸酮酸R2v 許多氨基酸可以作為氨基的供體，其中最許多氨基酸可以作為氨基的供體，其中最主要的是谷氨酸，其被稱為氨基的主要的是谷氨酸，其被稱為氨基的“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換站站”，先，先 Glu Glu 其它其它AAAA。v 氨基酸的

8、合成氨基酸的合成有有C架（架（ -酮酸）酮酸）有有AA提供氨基提供氨基(最主要為谷最主要為谷AA，領(lǐng)頭領(lǐng)頭AA)（一）（一） 谷氨酸族氨基酸的合成谷氨酸族氨基酸的合成包括：谷包括：谷AA(AA(GluGlu) )、谷氨酰胺谷氨酰胺( (GlnGln) )、脯脯( (Pro)Pro)、 羥脯羥脯( (HypHyp) )、精精( (ArgArg) )共同碳架：共同碳架：TCATCA中的中的-酮戊二酸酮戊二酸1 1、由、由-酮戊二酸形成谷氨酸酮戊二酸形成谷氨酸 （動物和真菌，（動物和真菌，不普遍不普遍）2 2、由、由-酮戊二酸形成谷氨酰胺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

9、要酶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-酮戊二酸酮戊二酸轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶氨基酸氨基酸-酮酸酮酸 （普遍普遍）由由-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的關(guān)系圖酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的關(guān)系圖3 3、由谷、由谷AA AA 精精AAAA4 4、由谷、由谷AA AA 脯脯AAAA5 5、L L- -賴氨酸的生物合成賴氨酸的生物合成 L L賴氨酸的生物合成在不同生物有完全不同的兩條途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）徑。覃類（和眼蟲）L L賴氨酸的合成以賴氨酸的合成以 - -酮酮戊二酸戊二酸為為起始物。細(xì)菌和綠色植物則是通過起始物。細(xì)菌和綠色植物則是通過丙酮酸和天冬氨酸

10、丙酮酸和天冬氨酸- -半醛半醛的縮合途徑。的縮合途徑。 幾種氨基酸的關(guān)系幾種氨基酸的關(guān)系-酮戊二酸酮戊二酸谷AA谷氨酰胺谷氨酰胺脯AA 羥脯羥脯AA鳥AA瓜AA精精AA（二）（二）天冬氨酸族氨基酸的合成天冬氨酸族氨基酸的合成包括：天冬包括：天冬AA(Asp)AA(Asp)、天冬酰胺天冬酰胺( (AsnAsn) )、賴賴( (LysLys) )、蘇蘇( (ThrThr) )、甲硫甲硫( (Met)Met)、異亮異亮( (IleIle) )共同碳架：共同碳架：TCATCA中的中的草酰乙酸草酰乙酸1 1、L-L-天冬氨酸的生物合成天冬氨酸的生物合成2 2、L-L-天冬酰胺的生物合成天冬酰胺的生物合成

11、（1 1）（2 2）（存在于細(xì)菌中）（存在于細(xì)菌中）3 3、細(xì)菌和植物、細(xì)菌和植物L(fēng)-L-賴氨酸的生物合成賴氨酸的生物合成4 4、L-L-甲硫氨酸的生物合成甲硫氨酸的生物合成5 5、L-L-蘇氨酸的生物合成蘇氨酸的生物合成6 6、L-L-異亮氨酸的生物合成異亮氨酸的生物合成 幾種氨基酸的關(guān)系幾種氨基酸的關(guān)系草酰乙酸草酰乙酸賴氨酸賴氨酸蘇氨酸蘇氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸異亮氨酸異亮氨酸天冬酰胺天冬酰胺天冬氨酸天冬氨酸-天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛包括：丙包括：丙( (Ala)Ala)、纈纈( (Val)Val)、亮亮( (LeuLeu) )（三）（三）丙酮酸族氨基酸的合成丙酮酸族氨基酸的合成共同碳架：共同

12、碳架：EMPEMP中的中的丙酮酸丙酮酸1 1、丙氨酸的生物合成、丙氨酸的生物合成2 2、纈氨酸和異亮氨酸的生物合成、纈氨酸和異亮氨酸的生物合成3 3、亮氨酸的生物合成、亮氨酸的生物合成（四）（四）絲氨酸族氨基酸的合成絲氨酸族氨基酸的合成包括：絲包括：絲( (Ser)Ser)、甘甘( (GlyGly) )、半胱半胱( (CysCys) )（1 1）甘）甘AAAA碳架：光呼吸乙醇酸途徑中的碳架：光呼吸乙醇酸途徑中的乙醛酸乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH- COOH CHO-+ COOH CH2NH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH- -+-酮戊二酸 甘AA 谷AA 乙醛酸

13、1 1、絲氨酸和甘氨酸的生物合成途徑（有兩條途徑）、絲氨酸和甘氨酸的生物合成途徑（有兩條途徑） COOH CH2NH2- COOH CH2OH CHNH2-+NH3+CO2 +2H+ + 2e-2H2O 絲AA 甘AA （2 2）碳架）碳架: :EMPEMP中的中的3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸甘氨酸脫羥酶甘氨酸脫羥酶絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶2 2、半胱氨酸的生物合成、半胱氨酸的生物合成（1 1）某些植物和微生物體內(nèi)半胱氨酸的合成途徑）某些植物和微生物體內(nèi)半胱氨酸的合成途徑-SH-SH主要來源于硫酸，硫酸要還原為主要來源于硫酸，硫酸要還原為H H2 2S S。硫酸還原為硫酸還原為H

14、H2 2S S，首先要轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨问绞紫纫D(zhuǎn)變?yōu)榛罨问?在動物休內(nèi)半胱氨酸的直接前體為絲氨酸和高半胱氨酸，后在動物休內(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中間產(chǎn)物，也可稱為前體。者也是甲硫氨酸生物合成中的一個中間產(chǎn)物，也可稱為前體。（2 2）動物體內(nèi)半胱氨酸的合成途徑）動物體內(nèi)半胱氨酸的合成途徑乙醛酸乙醛酸甘甘AAAA絲絲AAAA半胱半胱AAAA3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸（五）（五）組氨酸和芳香族氨基酸的生物合成組氨酸和芳香族氨基酸的生物合成包括：組包括：組AA(His)AA(His)、色色AA(AA(TrpTrp) )、酪酪AA(AA(TyrTyr)

15、)、苯丙苯丙AA(AA(PhePhe) )芳香族芳香族AA碳架：碳架：4-磷酸磷酸-赤蘚糖赤蘚糖(PPP)和和PEP(EMP)1 1、芳香族氨基酸的生物合成、芳香族氨基酸的生物合成芳香族芳香族AAAA碳架：碳架：赤蘚糖赤蘚糖-4-4-磷酸磷酸( (PPP)PPP)和和PEPPEP(EMP)(EMP)（1 1）由分支酸形成苯丙氨酸和酪氨酸）由分支酸形成苯丙氨酸和酪氨酸酪氨酸的生物酪氨酸的生物合成除上述途合成除上述途徑外，還可由徑外，還可由苯丙氨酸羥基苯丙氨酸羥基化而形成。催化而形成。催化此反應(yīng)的酶化此反應(yīng)的酶稱為苯丙氨酸稱為苯丙氨酸羥化酶，又稱羥化酶，又稱苯丙氨酸苯丙氨酸-4-4-單加氧酶。單加

16、氧酶。（2 2）由分支酸形成色氨酸）由分支酸形成色氨酸色氨酸碳原子和氮原子來源總結(jié)色氨酸碳原子和氮原子來源總結(jié)PPPPPP中的中的磷酸核糖、赤蘚糖磷酸核糖、赤蘚糖-4-4-磷酸磷酸( (PPP)PPP)和和PEPPEP(EMP)(EMP)芳香族氨基酸芳香族氨基酸的關(guān)系的關(guān)系色氨酸色氨酸 PEP4-磷酸赤蘚糖磷酸赤蘚糖莽草酸莽草酸分支酸分支酸預(yù)苯酸預(yù)苯酸酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸若將若將莽草酸莽草酸看作看作芳香族氨基酸合成的前體芳香族氨基酸合成的前體，因此芳香族氨基酸合成時相同的一段，因此芳香族氨基酸合成時相同的一段過程叫過程叫莽草酸途徑莽草酸途徑2 2、組氨酸的生物合成、組氨酸的生物合成CH

17、2HCCCH-NH2COOH-NHCHN來自核糖來自谷氨酰胺的酰胺基來自谷氨酰胺的酰胺基從谷氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用而來從谷氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用而來來自來自ATP組氨酸碳原子和氮原子來源總結(jié)組氨酸碳原子和氮原子來源總結(jié)三、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)三、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)（一）通過終端產(chǎn)物對氨基酸生物合成的抑制（一）通過終端產(chǎn)物對氨基酸生物合成的抑制1 1、簡單的終端產(chǎn)物抑制、簡單的終端產(chǎn)物抑制2 2、不同終端產(chǎn)物對共經(jīng)合成途徑的協(xié)同抑制、不同終端產(chǎn)物對共經(jīng)合成途徑的協(xié)同抑制3 3、不同分支產(chǎn)物對多個同工酶的特殊抑制、不同分支產(chǎn)物對多個同工酶的特殊抑制酶的多重性抑制酶的多重性抑制 4 4、連續(xù)產(chǎn)物抑制、連續(xù)產(chǎn)物抑制

18、，又稱連續(xù)反饋控制或逐步反饋抑制又稱連續(xù)反饋控制或逐步反饋抑制（二）通過酶生成量的改變調(diào)節(jié)氨基酸生物合成（二）通過酶生成量的改變調(diào)節(jié)氨基酸生物合成 酶生成量的控制主要是通過有關(guān)酶編碼基因活性的改變酶生成量的控制主要是通過有關(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當(dāng)某種氨基酸的合成能夠提供超過需要量的產(chǎn)物時，則該合成需要量的產(chǎn)物時，則該合成途徑的酶的績碼基因即受到抑制；而當(dāng)合成產(chǎn)物濃度下降時，途徑的酶的績碼基因即受到抑制；而當(dāng)合成產(chǎn)物濃度下降時，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。要的酶。 在氨基酸的合成途徑中，有些酶能夠受到細(xì)胞合成量的控在氨基酸的合成途徑中，有