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第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五檸檬酸循環(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)榘睔猓俎D(zhuǎn)變?yōu)楹袡C(jī)化合物。第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五氨基酸的分族檸檬酸循環(huán)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蘇氨酸賴氨酸（天冬氨酸族）（谷氨酸族）第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五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）第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五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）第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五無機(jī)界有機(jī)界N2NH3NO3-氨基酸核苷酸葉綠素蛋白質(zhì)DNA、RNA多糖脂類無機(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第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五生物體利用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。第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五谷AA脫氫酶（細(xì)菌）CH2-COOHCH2-C=OCOOH--CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--+NH3+NADH+NAD++H2O

α-酮戊二酸（TCA循環(huán)產(chǎn)生的）此反應(yīng)要求有較高濃度的NH3，足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)氮的主要途徑第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五

谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途徑）

CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH--+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CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH--CH2-COOHCH2-C=OCOOH--++2HCH2-COOHCH2-CHNH2COOH--2總反應(yīng):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頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五氨甲酰磷酸合成途徑（微生物和動物）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+輔因子

O

H2N-C-OPO3H2+2ADP+Pi在植物體中，氨甲酰磷酸中的氮來自谷氨酰胺的酰胺基，不是由氨來的。利用體內(nèi)代謝的氨第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五二氨基酸的合成主要通過轉(zhuǎn)氨基作用AA-R1α-酮酸R1轉(zhuǎn)氨酶AA-R2α-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（α-酮酸）有AA提供氨基(最主要為谷AA，領(lǐng)頭AA)第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五（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α-酮戊二酸1、由α-酮戊二酸形成谷氨酸

（動物和真菌，不普遍）第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五2、由α-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α-酮戊二酸轉(zhuǎn)氨酶氨基酸α-酮酸第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五

（普遍）由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的關(guān)系圖第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五3、由谷AA精AA

第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五4、由谷AA脯AA

第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五5、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）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丙酮酸和天冬氨酸-β-半醛的縮合途徑。第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五幾種氨基酸的關(guān)系α-酮戊二酸谷AA谷氨酰胺脯AA羥脯AA鳥AA瓜AA精AA第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五（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第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五2、L-天冬酰胺的生物合成（1）（2）（存在于細(xì)菌中）第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五3、細(xì)菌和植物L(fēng)-賴氨酸的生物合成第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五4、L-甲硫氨酸的生物合成第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五5、L-蘇氨酸的生物合成第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五6、L-異亮氨酸的生物合成第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五幾種氨基酸的關(guān)系草酰乙酸賴氨酸蘇氨酸甲硫氨酸異亮氨酸天冬酰胺天冬氨酸β-天冬氨酸半醛第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五包括：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、丙氨酸的生物合成第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五2、纈氨酸和異亮氨酸的生物合成3、亮氨酸的生物合成第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五（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CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--

COOH

CHO-+

COOH

CH2NH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH--+α-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）第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五

COOH

CH2NH2-

COOH

CH2OH

CHNH2-+NH3+CO2+2H++

2e-2H2O

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)移酶第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五2、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主要來源于硫酸，硫酸要還原為H2S。第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五硫酸還原為H2S，首先要轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨问降?1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五在動物休內(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(gè)中間產(chǎn)物，也可稱為前體。（2）動物體內(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AA3-磷酸甘油酸第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五（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)第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五1、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)第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五（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。第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五（2）由分支酸形成色氨酸第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五色氨酸碳原子和氮原子來源總結(jié)PPP中的磷酸核糖、赤蘚糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP)第37頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五芳香族氨基酸的關(guān)系色氨酸

PEP4-磷酸赤蘚糖莽草酸分支酸預(yù)苯酸酪氨酸苯丙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)相同的一段過程叫莽草酸途徑第38頁，共41頁，2023年，2月20日，星期五2、組氨酸的生